耐磨鋼板被廣泛應(yīng)用在挖掘機(jī)斗齒、球磨機(jī)襯板、破碎機(jī)顎板、破碎壁、軋臼壁、拖拉機(jī)履帶板和鐵路道岔等部件。為擺脫450HBW以上耐磨鋼板依賴(lài)進(jìn)口的局面，寶鋼厚板生產(chǎn)線(xiàn)緊跟市場(chǎng)需求，開(kāi)發(fā)出具備高硬度、高強(qiáng)度、良好低溫韌性的450HBW級(jí)調(diào)質(zhì)態(tài)耐磨鋼。本文介紹了通過(guò)合理的控制元素及含量，匹配煉鋼工藝、軋制工藝以及離線(xiàn)淬火、回火等熱處理工藝，成功開(kāi)發(fā)出全厚度截面硬度達(dá)450HBW以上，抗拉強(qiáng)度≥1400 MPa，–40℃橫向沖擊功≥46 J，具有良好的強(qiáng)度、塑性和低溫韌性的耐磨鋼。

耐磨鋼板是指專(zhuān)供大面積磨損工況條件下使用的特種板材產(chǎn)品，因其具有良好的耐磨性能和沖擊性能，可進(jìn)行不同方式的切割、不同方向的彎曲，被廣泛應(yīng)用在挖掘機(jī)斗齒、球磨機(jī)襯板、破碎機(jī)顎板、破碎壁、軋臼壁、拖拉機(jī)履帶板和鐵路道岔等部件[1-4]。德國(guó)迪林根和蒂森克虜伯公司能穩(wěn)定生產(chǎn)硬度為500HBW以下的耐磨鋼板，瑞鋼奧克隆德悍達(dá)系列耐磨鋼板的硬度甚至能達(dá)到700HBW，而目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的鋼板硬度在400HBW以下，超過(guò)450HBW的產(chǎn)品還需依賴(lài)進(jìn)口[5-6]。為此，寶山鋼鐵股份有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng)寶鋼)厚板產(chǎn)線(xiàn)緊跟市場(chǎng)需求，開(kāi)發(fā)出具備高硬度高強(qiáng)度良好低溫韌性的耐磨鋼。

化學(xué)成分設(shè)計(jì)

C含量是影響耐磨性能的重要元素，C含量增加，材料抗磨損的能力也相應(yīng)增加，但C含量過(guò)高，板坯裂紋敏感性增加，因此考慮到耐磨鋼使用環(huán)境和性能要求，C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤2.0%為宜。Mn元素有較好的淬透性，對(duì)硬度有積極貢獻(xiàn)，但Mn過(guò)高時(shí)會(huì)導(dǎo)致偏析，淬火時(shí)晶粒粗大導(dǎo)致殘余奧氏體增加，所以Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在≤1.2%。Cr是提高淬透性最經(jīng)濟(jì)的元素，通過(guò)Cr的固溶強(qiáng)化，提高耐磨性能。在考慮經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，加入一定量的Ni、Mo以改善低溫韌性。微量B可吸附在奧氏體晶界上，降低晶界的能量，提高鋼的淬透性，但B同時(shí)有提高鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度的傾向，因此B在鋼中的加入量應(yīng)控制在≤0.002%。微合金元素Ti、V通過(guò)細(xì)化晶粒和固溶強(qiáng)化提高強(qiáng)度，但過(guò)高的V會(huì)增大鋼的冷脆性，導(dǎo)致焊接冷裂紋敏感性增大。Ti可降低HAZ中固溶[N]含量，加微量Ti(<0.02%)能顯著改善熱影響區(qū)的韌性。綜合考慮元素之間的相互作用，在C-Mn鋼的基礎(chǔ)上，加入適量的Cu、Ni、Cr、Mo、Ti、B等合金元素，同時(shí)嚴(yán)格控制鋼中P、S等有害元素，成分設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

450HBW級(jí)調(diào)質(zhì)態(tài)耐磨鋼工藝流程：鐵水預(yù)處理—LD轉(zhuǎn)爐冶煉—爐外精煉(LF＋RH＋喂Ca絲)—連鑄—板坯加熱—粗軋—精軋—淬火—回火—取樣與性能檢驗(yàn)—表面質(zhì)量和外觀(guān)尺寸檢驗(yàn)、標(biāo)識(shí)—入庫(kù)—出廠(chǎng)。

煉鋼工藝

采取低P、低S、低夾雜、細(xì)化晶粒等控制措施，煉鋼過(guò)程采用爐外精煉(LF+RH)及喂Ca處理，保證鋼水純凈度，降低鋼中夾雜物數(shù)量，改善夾雜物形態(tài)。

軋制工藝

采用寶鋼5 m雙機(jī)架粗軋+精軋機(jī)軋制，粗軋階段采用“高溫大壓下”使奧氏體晶粒得到充分破碎，細(xì)化奧氏體晶粒大小總壓下率≥70%，精軋前待溫至900℃，奧氏體未再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行精軋，少道次除鱗，大壓下軋制，終軋溫度控制在840℃以下。

熱處理工藝設(shè)計(jì)

為保證鋼板表面具有良好的質(zhì)量，鋼板需要在拋丸機(jī)上進(jìn)行拋丸處理后進(jìn)爐。根據(jù)目標(biāo)化學(xué)成分，經(jīng)計(jì)算，Ac3點(diǎn)溫度為863℃，Ms點(diǎn)溫度為406℃。亞共析鋼淬火熱處理通常加熱至Ac3點(diǎn)以上30~50℃，因此淬火工藝確定為鋼板經(jīng)輥底式加熱爐加熱至920℃，同時(shí)為防止奧氏體晶粒過(guò)于粗大，需控制保溫時(shí)間≤20 min，淬火獲得馬氏體組織后，為保證材料具備高強(qiáng)度、高硬度的同時(shí)具備良好的低溫韌性，回火工藝采用低溫( 150~200℃)，改善鋼板韌性的同時(shí)消除由淬火后相變導(dǎo)致的內(nèi)應(yīng)力。

結(jié)果和分析

微觀(guān)組織

首先用切割機(jī)將試樣加工成0.5~0.8 mm厚薄片，然后在(80#、600#、800#、1000#)砂紙上進(jìn)行打磨減薄至0.1~0.15 mm。將薄片穿孔后繼續(xù)在1200#砂紙上進(jìn)行打磨減薄至0.08~0.1 mm，然后進(jìn)行電解雙噴，進(jìn)行顯微組織觀(guān)察。20 mm鋼板調(diào)質(zhì)后近表面的微觀(guān)組織見(jiàn)圖1，鋼板1/4處的微觀(guān)組織見(jiàn)圖2，鋼板處1/2的微觀(guān)組織見(jiàn)圖3，碳化物形貌及能譜分析見(jiàn)圖4。從圖中可看出，鋼板無(wú)論是近表面、1/4處還是1/2處的微觀(guān)組織均為高位錯(cuò)密度的板條馬氏體，原奧氏體晶界較明顯，奧氏體內(nèi)的馬氏體以一定的取向關(guān)系形成，馬氏體板條細(xì)小且界面平直，在板條塊內(nèi)彌散分布著大量的碳化物，能譜分析顯示析出相粒子(Nb、Ti)(C、N)起到了較好的細(xì)化晶粒作用。從圖1~3可以看出，鋼板在厚度方向的組織無(wú)差異，且均勻化程度高，保證了鋼板在厚度方向性能的穩(wěn)定性。

力學(xué)性能

◆全厚度截面硬度

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T231.1在BRIN400D布氏硬度計(jì)(HBW10/3000)上檢測(cè)布氏硬度。試樣鋸切后，檢測(cè)表面經(jīng)銑床和磨床機(jī)械加工后檢測(cè)全厚度截面布氏硬度，硬度檢測(cè)示意圖如圖5所示。全厚度截面硬度分布由于上、下鋼板表面存在脫碳層以及淬火過(guò)程中中心部分冷卻速度較慢，碳化物析出較少，導(dǎo)致硬度偏低外，全厚度方向硬度均勻性控制穩(wěn)定(圖6)。

◆拉伸性能及Z向性能

根據(jù)GB/T228在100 kN精密拉伸機(jī)上進(jìn)行室溫拉伸實(shí)驗(yàn)，屈服前拉伸速度為5 mm/min，屈服后拉伸速度為20 mm/min。試樣尺寸為M14 mm×118 mm，檢測(cè)兩個(gè)試樣，取平均值。由表2可知，鋼板具有良好的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率以及面收縮率。

◆沖擊性能

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T229—2007進(jìn)行夏比沖擊實(shí)驗(yàn)，試樣尺寸為10 mm×10 mm×55 mm，每個(gè)溫度檢測(cè)3個(gè)試樣，取平均值。由表3可知鋼板具有良好的沖擊韌性。

結(jié)束語(yǔ)

(1)綜合考慮元素之間的相互作用，在C-Mn鋼的基礎(chǔ)上，加入適量的Cu、Ni、Cr、Mo、Ti、B等合金元素，同時(shí)嚴(yán)格控制鋼中P、S等有害元素。采用雙機(jī)架軋制工藝，開(kāi)軋溫度≤900℃，終軋溫度≤840℃，淬火溫度920℃，回火溫度150~200℃，成功開(kāi)發(fā)出450HBW級(jí)調(diào)質(zhì)態(tài)耐磨鋼。

(2)調(diào)質(zhì)態(tài)微觀(guān)組織為高位錯(cuò)密度的板條馬氏體，碳化物在馬氏體板條界面析出，厚度方向的組織無(wú)差異，且均勻化程度高。

(3)鋼板的屈服強(qiáng)度≥1100 MPa，抗拉強(qiáng)度≥1400 MPa，–40℃低溫沖擊功≥46 J，布氏硬度達(dá)到450HBW以上，具有良好的機(jī)械性能，產(chǎn)品已成功用于非公路(礦用)自卸車(chē)制造。

文章來(lái)源——金屬世界