微钒Cr-B系NM400耐磨钢的热处理工艺

　　低合金高强度耐磨钢作为一种重要的耐磨材料，被广泛应用于冶金、电力、采矿、建筑、石化、交通和机械等行业部门，不仅要求具有更高的强度、硬度，而且还要求良好的韧性、焊接性能和耐磨性能。与高锰钢、耐磨铸铁等传统耐磨材料相比，低合金耐磨钢具有更为优良的强韧性和耐磨性，成本相对较低[1-3]。曹艺等研究者采用Ti-Cr-B微合金化成分设计、奥氏体再结晶区直接轧制及淬火加低温回火的热处理工艺开发出一种NM400耐磨钢[4]。本文结合实际生产条件，按照低成本、便于生产管理的思路，NM400耐磨钢的成分设计在Q345钢的基础之上加入微量强碳化物形成元素V进行微合金化，同时添加少量Cr、B元素提高淬透性，不添加贵重金属元素(如Ni、Mo等)以降低原料成本。采用二阶段TM-CP控制轧制工艺，离线淬火加低温回火的热处理工艺，开发出一种低成本的NM400低合金耐磨钢。

　　1　成分设计和试验工艺

　　为确保NM400低合金耐磨钢具有优良的强韧性和耐磨性，同时维持成本相对较低、便于工业生产，本项目NM400耐磨钢的成分设计在Q345钢的基础之上加入微量V进行微合金化，同时添加少量Cr、B元素提高淬透性，改善铸态结晶组织、细化晶粒。成分设计见表1。

　　试验用钢采用真空感应炉冶炼，浇注成150kg钢锭。开坯后锻造成尺寸为130mm×100mm×L(长)坯料，将锻坯切成130mm(高)×100mm(宽)×180mm(长)的小尺寸试轧坯料。将试轧坯料随炉加热到1200℃，保温2h，然后在450二辊可逆热轧试验机组上进行两阶段TMCP控制轧制，终轧厚度为14、24和40mm3种规格，粗轧温度在1150～1020℃，精轧温度控制在880～820℃，终冷温度在640～550℃，轧后板材空冷至室温。在离线热处理试验中，淬火温度分别为870、900、930和960℃，回火温度分别为200、250、300、400和500℃，在炉保温时间为90min。力学性能测试，按GB228—2002标准加工Φ8mm拉伸试样，在WDW-300微控电子万能试验机上进行拉伸试验;采用FUTURE-TECH  FM-700硬度计测量显微硬度;夏比冲击试样尺寸为10mm×10mm×55mm，在INSTRON-Dynatup9250HV型落锤式冲击试验机上进行冲击试验。热处理后的金相试样用4%硝酸酒精腐蚀，在ZEISS正置全自动光学显微镜和JSM-5500LV扫描电镜下对显微组织及断口进行观察;用饱和苦味酸+1～2滴氢氟酸+1～2滴盐酸水浴加热煮样，测量原始奥氏体晶粒尺寸;利用透射电镜对试样组织的精细结构进行观察分析。

　　2　试验结果及分析

　　2.1　力学性能

　　淬火态钢板表面和心部的显微组织均为板条马氏体组织，表明该钢种具备良好的淬透性能，容易获得均匀的板条马氏体组织。根据淬火态金相组织形貌和力学性能试验，试验钢在900～930℃之间的显微组织最为均匀，选定经900℃淬火的14mm厚钢板进行200、250、300、400和500℃5个温度回火，保温90min，优化试验结果后，再对厚度为24mm和40mm只进行250和300℃的回火热处理。经调质热处理后，试验钢具有良好的硬度和韧性匹配，在拉伸变形时无明显屈服平台，具有较强的连续屈服能力;钢板在厚度方向上硬度分布均匀，良好的淬透性使钢板心部也能保持较高硬度。试验钢的力学性能见表2。