钒微合金化耐磨钢的的组织性能.doc

钒微合金化耐磨钢的组织性能 刘春明王立军 (东北大学 材料与冶金学院, 辽宁 沈阳 110004)摘 要：0.25C钢经不同工艺热处理后均获得了马氏体组织，并发生不同程度的自回火现象，硬度均大于45HRC；屈服强度≥1000MPa，抗拉强度≥1500MPa，延伸率略低，250℃回火处理对硬度和抗拉强度的影响不大，屈服强度增加，在860℃淬火+250℃回火和920℃淬火+250℃回火后，实验钢的硬度、强度和韧性由最佳的配合。0.33C钢热模拟实验组织随冷却速度升高由铁素体/珠光体+贝氏体+马氏体（冷速0.5℃/s）转化为全马氏体（冷速4.0℃/s）组织，硬度同样随冷却速度增加而增加。空冷处理后组织为上贝氏体+马氏体混合组织，250℃和400℃回火处理后对组织的影响不大。空冷处理后硬度超过40HRC，强度、延伸率均较高，但韧性较低，250℃回火处理后硬度韧性增加，强度和延伸率下降，回火温度进一步增加对性能影响不大。空冷最佳热处理工艺为920℃×30min空冷+250℃×1h920℃×30min风冷+250℃×1h回火42N）和硬度相近的前提下，提高韧性对耐磨性有一定的改善作用；试验钢板的磨损机理均为显微切削机制为主并伴有显微犁削机制。 关键词：耐磨钢；马氏体；磨料磨损；磨损率；显微切削 Hadfisld(英)于1883年发明[1]。高锰钢经过热处理后具有单一奥氏体组织，韧性好，硬度不高，但具有高的加工硬化能力。铸件在使用过程中当经受强烈的冲击或挤压时，表面层组织发生加工硬化，硬度显著提高，使钢具有很高的抗磨性。随着研究的深入和使用条件变化，高锰钢已不再是万能的耐磨钢，只有在高冲击条件下才能发挥其最佳耐磨效果，而在低冲击条件下，由于不能充分加工硬化而使高锰钢变得不耐磨[2-5]。 近年来，研究较多的耐磨钢是低碳低合金耐磨钢。低碳低合金耐磨钢的合金元素总量＜5%[6-9]。 本研究采用两种V微合金化低碳低合金耐磨钢板，测定钢板经不同热处理工艺处理后钢板的硬度、强度、韧性以及耐磨性，并结合组织观察讨论热处理工艺对钢板力学性能和耐磨性的影响机理。 2. 实验方法 试验钢为委托宝山钢铁集团公司炼制的低碳低合金耐磨钢板，化学成分范围如表1。采用淬火不回火和淬火+低温回火的热处理工艺，试验钢规格与热处理条件如表2。 表1 实验钢化学成分（质量分数，%） 钢种 C Si Mn P S Cr V B Al N 1 0.25 0.62 1.58 0.012 0.001 0.63 0.12 - 0.024 0.0128 2 0.33 1.58 1.59 0.010 0.003 0.79 0.13 0.0017 0.042 0.0068 热处理工艺：1号钢进行水淬和水淬+回火处理。奥氏体化温度为860℃，890℃，920℃，950℃，1000℃1050℃，保温30min，部分试样淬火后在250℃回火，保温1h。 钢以20℃/s的速度加热到1100℃，保温10分钟进行奥氏体化以5℃/s的速度冷却到900℃，最后试样分别在0.5℃/s1.0℃/s，2.0℃/s，3.0℃/s和4.0℃/s冷速条件下冷却到300℃分别在860℃920℃保温30min奥氏体化后，分别进行空冷（AC）风冷（BC）处理部分试样在250℃400℃回火1h。利用线切割在钢上沿垂直表面方向切取金相试样，试样尺寸为10×10×10mmOLYMPUS-GX71型倒置式光学显微镜组织4%硝酸酒精溶液。利用Tecnai G2 20型透射电子显微镜（TEM）观察钢微组织和析出物CMT5105电子万能验机，拉伸速度为2mm/minJBW-500型摆锤式冲击验机-20℃和室温时的冲击韧性。 耐磨性验在ML-100磨粒磨损实验机上进行垂直于钢板表面截取试样，试样的磨损面平行钢板的轧制面。验前用酒精清洗试样，粒度为80目120目的SiC砂纸，42N和84N，试验单次磨损行程为9m，试验机转数为60r/min，纵向进给量为4mm/r。磨损前后用精度为0.1mg的光学天平称重，每次验称重两次取平均值 图1 磨粒磨损实验示意图 3. 实验结果与讨论 3.1 1号钢实验结果与讨论 图2为1号实验钢热轧钢板的原始组织。可以看出，热轧后空冷实验钢组织为铁素体和珠光体的混合组织。 图2 1号钢热轧原始组织 图3为1号实验钢分别在860℃、890℃、920℃保温30min奥氏体化后，淬火和淬火+回火处理后金相组织。可以看出，三个温度奥氏体化后水冷淬火组织为细小的板条马氏体组织，回火后为回火板条马氏体。 图3 1号实验钢在不同温度奥氏体化后淬火和淬火+回火处理金相组织 (a) 860℃×30min WC；(b) 860℃×30min WC + 250℃×1h AC；(c) 890℃×30min WC； (d