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本文针对目前国内工程机械对低合金耐磨钢种的需求,在对住友公司生产的K400耐磨钢板成分及性能剖析的基础上,通过对热轧工艺及热处理工艺对性能的影响进行研究,开发了一种新型的高强度低合金耐磨钢板RAL-NM400。新耐磨钢种依据低成本、高性能的原则,采用低碳、低合金的成分设计思想,以保证焊接性。论文主要内容如下:
分析了目前工程机械上常用耐磨钢板的成分结构,根据C、Si、Mn等元素的强化作用及Cr、Mo、B等元素提高淬透性的作用,设计了1#、2#两种成分钢。2#钢中含有Cr、Ni、Mo等合金元素,从成本方面考虑,在1#钢中没有添加Ni、Mo元素。1#钢、2#钢的碳当量分别为0.4944和0.5465,以保证新耐磨钢种的焊接性能。
研究了1#钢、2#钢奥氏体化后连续冷却转变规律,在连续冷却转变(CCT)曲线中,相变区域主要为三部分:铁素体、贝氏体区、马氏体区。随冷却速度的增加,晶粒随之变细;合金元素的添加会使CCT曲线右移,推迟奥氏体向铁素体及珠光体转变,从而降低钢的临界冷却速度,在低冷速下更容易形成贝氏体及马氏体,因此2#钢具有更好的淬透性;同时合金元素的添加,降低了马氏体转变温度;硬度随冷却速度提高而升高,高温转变时2#钢的硬度比1#钢的值高,形成马氏体后硬度比1#钢低。
轧后组织及性能表明,采用奥氏体再结晶区轧制,省去中间待温时间而缩短轧制周期。热轧后的主要组织为贝氏体组织+铁素体及少量珠光体组织。轧后晶粒细小,抗拉强度在700MPa以上。
淬火工艺参数(包括加热温度及保温时间)及回火工艺参数(包括回火温度及保温时间)对RAL-NM400组织及性能的影响表明,淬火后得到基体组织均为板条状马氏体组织,随加热温度的升高晶粒逐渐粗化。加热温度在910℃时奥氏体化未完全,存在少量铁素体组织,加热温度在950℃时,得到的马氏体组织比较完全,硬度随加热温度升高而升高。随着淬火保温时间的延长,实验钢的硬度、强度提高,塑性、韧性降低。200℃~300℃回火时,基体组织为回火马氏体;300℃~400℃回火,渗碳体逐渐脱出α相而析出;400℃~500℃以上开始聚集长大,最终形成粒状渗碳体。当回火温度在250℃时,硬度有升高现象,之后随回火温度升高而下降。强度随回火温度的升高而降低,塑性呈上升趋势。在回火温度250℃~400℃时出现回火脆性,冲击韧性变差。实验钢的强度和硬度随回火保温时间延长而下降,塑性变化不明显。1#钢的硬度、强度高于2#钢,冲击韧性低于2#钢。
所设计的RAL-NM400低合金耐磨钢板1#钢和2#钢热处理后布氏硬度在HB426~HB429之间、-20℃下冲击韧性在70J/cm2以上,符合国家标准规定的布氏硬度在HB370~HB430之间、-20℃下冲击韧性在24J/cm2以上的要求。