馬峻麒

(上海志琪實(shí)業(yè)有限公司,上海 201601)

新型HB400級(jí)高強(qiáng)度準(zhǔn)貝氏體耐磨鋼板的組織和力學(xué)性能及耐磨性能

馬峻麒

(上海志琪實(shí)業(yè)有限公司,上海 201601)

新型HB400級(jí)高強(qiáng)度準(zhǔn)貝氏體耐磨鋼板在實(shí)際諸多領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用,其力學(xué)及耐磨性能一直是研究的重點(diǎn)。首先介紹了準(zhǔn)貝氏體組織的特點(diǎn),然后展開(kāi)相應(yīng)的試驗(yàn),最后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)其力學(xué)性能及耐磨性能進(jìn)行了分析。

HB400 準(zhǔn)貝氏體耐磨鋼 耐磨性

貝氏體屬于一種低合金鋼的相變，在獲取中容易產(chǎn)生貝氏體組織，影響到其力學(xué)性能，如沖擊韌度有所降低。隨著相關(guān)研究的深入，準(zhǔn)貝氏體的概念被提出，相應(yīng)的鋼材料也很快被研制成功。與典型的貝氏體鋼相比，準(zhǔn)貝氏體鋼的力學(xué)性能更具優(yōu)勢(shì)，如剛度、耐磨性能等較強(qiáng)，在當(dāng)前備受重視，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。HB400級(jí)耐磨鋼板在水泥煤炭設(shè)備、港口機(jī)械、礦山開(kāi)采、船舶制造、巖土工程等諸多領(lǐng)域都較為適用，前景十分廣闊。未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)此方面的研究，以新型HB400級(jí)高強(qiáng)度準(zhǔn)貝氏體耐磨鋼為例，對(duì)其力學(xué)性能、耐磨性能等進(jìn)行分析。

1 準(zhǔn)貝氏體組織及其特點(diǎn)

常見(jiàn)的貝氏體多由貝氏體鐵素體和貝氏體碳化物組成，因碳化物會(huì)影響到鐵素體的研究，為此通常會(huì)摻加適量的鋁、硅等元素，促進(jìn)貝氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變。在轉(zhuǎn)變初期，會(huì)形成殘余的奧氏體膜，所以準(zhǔn)貝氏體是由鐵素體及殘余奧氏體膜組成。準(zhǔn)貝氏體鋼的強(qiáng)度、沖擊韌度、抗疲勞度較強(qiáng)，且具有良好的塑性、耐磨性、焊接性，其熱影響區(qū)的力學(xué)性能損失小、缺口敏感性較低，在當(dāng)前諸多方面都有著廣泛應(yīng)用。為進(jìn)一步研究HB400級(jí)高強(qiáng)度準(zhǔn)貝氏體耐磨鋼板的力學(xué)性能和耐磨性能，需通過(guò)以下試驗(yàn)進(jìn)行分析。

2 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

材料為新型HB400級(jí)高強(qiáng)度準(zhǔn)貝氏體耐磨板，按厚度可分為有3種，厚度分別為20mm、25mm、30mm。合金元素包括碳、錳、硅、鉬和鉻等，硅含量在2%以?xún)?nèi)，鉬含量在0.5%內(nèi)，碳元素含量控制在0.2%。材料狀態(tài)有2種：①熱軋+回火；②熱軋+正火+回火。關(guān)于HB400高強(qiáng)度準(zhǔn)貝氏體耐磨板的生產(chǎn)，流程為：90噸電爐煉鋼，再用LF爐精煉；然后進(jìn)行VD真空處理，形成鋼錠；對(duì)鋼錠加熱、開(kāi)坯，形成鋼坯后繼續(xù)加熱軋制；然后進(jìn)行回火，經(jīng)檢驗(yàn)后切割，最終形成成品。以實(shí)體鋼板作為試驗(yàn)材料，以Φ10mm的短鋼板作為拉伸試樣，沖擊試樣加工成10mm×10mm×55mm的標(biāo)準(zhǔn)V型缺口試樣，同時(shí)選用從國(guó)外進(jìn)口的Quard400耐磨鋼板作對(duì)比。磨料選用180號(hào)碳化硅水砂紙，磨程為10m，載荷20N，以水平進(jìn)給4.5mm/rad的速度運(yùn)動(dòng)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及各種性能分析

3.1 規(guī)格、狀態(tài)均不相同時(shí)的耐磨板力學(xué)性能

通過(guò)試驗(yàn)可知，所選3種厚度的鋼板在不同狀態(tài)中，性能均有所變化。以厚度為30mm的耐磨鋼板為例，在熱軋狀態(tài)中，抗拉強(qiáng)度為1290MPa，伸長(zhǎng)率為4.5%；經(jīng)過(guò)回火，強(qiáng)度變化較小，而延伸率則增加到13%，因?yàn)榈蜏鼗鼗饘?duì)鋼組織中的殘余奧氏體發(fā)生作用，使其機(jī)械穩(wěn)定性得到進(jìn)一步改善。軋態(tài)低溫回火與正火低溫回火相比，前者的強(qiáng)度偏大，但差距較小。從低溫韌性方面分析，除了軋態(tài)正火低溫回火處理低溫沖擊韌性有所改善，其余力學(xué)性能軋態(tài)、低溫回火更具優(yōu)越性。從中可知，準(zhǔn)貝氏體鋼在軋態(tài)以及低溫回火狀態(tài)下的強(qiáng)度和韌性較好。

3.2 不同的回火溫度對(duì)應(yīng)的耐磨鋼板的力學(xué)性能

為獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果，以50℃為一次結(jié)果進(jìn)行記錄，分析了250℃—600℃的回火溫度。在溫度為250℃—400℃時(shí)，鋼板強(qiáng)度依次為1330MPa、1280MPa、1260MPa、1250MPa，強(qiáng)度和韌性變化較小，說(shuō)明選擇的耐磨鋼的回火抗力較強(qiáng)，而且回火時(shí)對(duì)回火溫度的要求較寬，在實(shí)際中頗為方便。在450℃、500℃時(shí)，強(qiáng)度分別為1260MPa、1280MPa，此時(shí)是回火脆性區(qū)，雖然沖擊韌度不高，但強(qiáng)度并未降低。在550℃、600℃時(shí)，鋼板強(qiáng)度依次為1310Pa、1340MPa，這表明回火溫度在550℃以上時(shí)，會(huì)出現(xiàn)二次硬化現(xiàn)象，沖擊韌性稍微降低，強(qiáng)度則大幅增長(zhǎng)?？芍?，要想獲得最好的性能，應(yīng)將該準(zhǔn)貝氏體耐磨鋼板的回火溫度控制在250℃—400℃。

3.3 HB400高強(qiáng)度準(zhǔn)貝氏體耐磨鋼的性能對(duì)比

以瑞典產(chǎn)Hardox400、比利時(shí)Clabecq產(chǎn)Quard400、日本產(chǎn)的EH400耐磨鋼與準(zhǔn)貝氏體耐磨鋼進(jìn)行比較，在磨損率上，瑞典耐磨板的磨損率為820.41mg/m，比利時(shí)耐磨板的磨損率為818.23mg/m，日本耐磨板磨損率則為892.80mg/m，準(zhǔn)貝氏體耐磨鋼的磨損率為742.65mg/m。三者的相對(duì)耐磨性依次為1.10、1.09、1.00、1.21，可見(jiàn)，準(zhǔn)貝氏體鋼的磨損最少，相對(duì)耐磨性最高。究其原因，與鋼體組織密切相關(guān)，其中的鐵素體與低碳馬氏體的性能相似，硬度低，斷裂抗力強(qiáng)；而殘留奧氏體則是碳的過(guò)飽和固溶體，在受到極大荷載時(shí)，會(huì)形成高碳馬氏體，硬度和耐磨性都有所增強(qiáng)。

3.4 溫度不同時(shí)沖擊韌性端口的形貌特征分析

以厚度為25mm的HB400級(jí)準(zhǔn)貝氏體耐磨板為例，對(duì)其沖擊韌性斷口形貌進(jìn)行分析，為典型的韌窩斷口特征。在0℃時(shí)，與室溫沖擊相比，斷口形貌表現(xiàn)為準(zhǔn)解理和少量韌窩；在-40℃時(shí)，斷口形貌主要表現(xiàn)為準(zhǔn)解理花樣?？梢?jiàn)，隨著溫度的不斷下降，斷裂機(jī)制由韌窩斷裂機(jī)制逐漸向準(zhǔn)解理斷裂機(jī)制過(guò)渡。

4 結(jié)語(yǔ)

準(zhǔn)貝氏體鋼組織由貝氏體鐵素體和分布其上的殘余奧氏體膜組成，不但工藝簡(jiǎn)單易行，而且力學(xué)性能優(yōu)越，具有較大的應(yīng)用潛力，在今后值得推廣。關(guān)于其力學(xué)性能和耐磨性能，可通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)獲取，其回火抗力較強(qiáng)，在250℃—400℃的回火溫度中強(qiáng)度韌性最佳；室溫條件下，其沖擊韌性最好，呈現(xiàn)出韌窩端口的形貌。

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