低成本超高強耐磨鋼板NM360成分設計及熱處理工藝

低成本超高強耐磨鋼板NM360成分設計及熱處理工藝

超高強低合金耐磨鋼中厚板材產品開發為背景,針對NM360板材產品的成份設計、連續冷卻轉變規律、軋制及熱處理工藝等問題進行了較為系統的研究,同時結合相應檢測手段,對實驗鋼的斷口、夾雜物及回火P曲線進行了分析,為低成本超高強NM360板材產品的實際開發應用提供了工藝參考。本文的主要研究內容和成果如下:

   (1)針對耐磨鋼板NM360對力學性能的高硬度、高強度性能要求特點,在分析對比國內外相關低合金高強耐磨鋼成分特點的基礎上,結合我國資源分布特點,設計出Ti-Cr-B系的兩種NM360實驗鋼成分。

   (2)采用實驗室熱模擬實驗機MMS-300,對兩種成分NM360實驗鋼進行了熱模擬實驗,并利用熱膨脹法得到了實驗鋼的靜態及動態連續冷卻轉變曲線(CCT)。同時,結合熱模擬得到的膨脹曲線及金相組織,研究了實驗鋼的連續冷卻轉變規律。

   熱模擬實驗結果表明:耐磨鋼板NM360實驗鋼靜態/動態CCT曲線均可大致劃分為三部分:高溫轉變區,相變產物為先共析鐵素體和珠光體;中溫轉變區,相變產物主要為貝氏體;低溫轉變區,相變產物為馬氏體。奧氏體區的變形使CCT曲線向左上移動,提高了相變開始和結束溫度,也加快了相轉變速度,擴大了先共析鐵素體的形成區域,還促進了珠光體相變,而且在冷卻速度較小時(<5℃/s),有大量的珠光體生成,幾乎沒有貝氏體產生,微觀組織為鐵素體和珠光體兩相組織。

   (3)結合熱模擬實驗結果,采用實驗室Ф360熱軋機組進行實驗鋼熱軋實驗,通過分析實驗鋼軋后性能,得到了NM360實驗鋼的軋制工藝規程:粗軋累積壓下率在55%左右,精軋累積壓下率在66%左右,粗軋開軋溫度控制在約1050℃,精軋開軋溫度控制在950℃以下,軋后采用層流冷卻至650℃左右。軋制實驗表明,控制軋制可有效細化熱軋后的NM360實驗鋼組織,為后續熱處理加熱工藝得到較為細化的奧氏體組織提供了條件。

   (4)針對NM360實驗鋼離線熱處理工藝,研究了淬火、回火工藝參數對兩種成分實驗鋼力學性能和組織的影響規律。研究表明,實驗鋼在900℃~930℃溫度區間淬火后實驗鋼硬度均達到NM360標準要求;回火溫度對實驗鋼的性能影響較大,在300~400℃回火發生回火脆性現象,大于400℃回火時,隨著回火溫度提高強度下降,塑性和低溫沖擊韌性提高。隨著回火溫度的提高,實驗鋼回火組織相應為回火馬氏體、回火屈氏體及回火索氏體組織。

   同時,分析還表明,成分較高的實驗鋼同比成份較低的實驗鋼,滿足NM360標準要求的熱處理回火溫度區間較大,為200~300℃。

   (5)結合實驗鋼使用性能要求,研究分析了滿足NM360性能標準要求的實驗鋼拉伸斷口情況。從實驗結果可以看出,實驗鋼斷口均為典型的韌窩斷口,韌窩比較均勻清晰,且大部分呈現沿晶斷裂狀態;對斷口夾雜物的能譜分析表明,夾雜物主要為S、O、A1及稀有元素Ce,主要為冶煉殘留所致,為此,在實際生產過程中應嚴格控制其冶煉過程中的脫S、O、Al及夾雜物的帶入。

   (6)針對熱處理回火工藝對實驗鋼性能的影響規律,建立了實驗鋼回火硬度(H)與回火溫度(T)及回火時間(t)的函數關系,并得到了P曲線。從P曲線可以看出,兩實驗鋼P曲線均是一條單值、單調函數曲線,為該類鋼實際生產應用過程的回火工藝制定提供了參考。

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