高強韌低合金馬氏體耐磨鋼的研制.pdf

1、依托高水平現(xiàn)代化工藝裝備的寬厚板生產(chǎn)線，本文設(shè)計開發(fā)了一種C-Mn-Cr-Mo-Ni成份為主的低合金耐磨鋼產(chǎn)品NM500。針對其成份設(shè)計、連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變規(guī)律、控軋控冷及熱處理工藝等問題進行了細致的分析和研究，分析了不同原始組織狀態(tài)對再加熱奧氏體組織和淬火性能影響的規(guī)律，提出了一種生產(chǎn)高強韌低合金耐磨鋼的低成本生產(chǎn)工藝。本文的主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　(1)NM500低成本成份設(shè)計思路:以0.25％C、0.56％Mn、0.67％C

2、r元素保證板條馬氏體最基本的強度和硬度，以0.23％Mo、0.21％Ni元素改善組織的韌性，添加0.025％Ti元素配合Mo強化控軋和控冷效果，添加適量的0.0014％B以改善鋼的淬透性。在保證性能的同時，力求得到低的碳當量(CEQ≤0.55％)和焊接冷裂紋敏感系數(shù)(Pcm≤0.37％)，以獲得良好的焊接性能。
　　(2)研究了試驗鋼在連續(xù)冷卻狀態(tài)下組織狀態(tài)和硬度隨冷卻速度改變的變化規(guī)律。試驗鋼冷卻速度控制在5℃/s～10℃/s之

3、間時，得到的組織為馬氏體和下貝氏體，相變溫度范圍在651℃～336℃之間，布氏硬度在400～477之間;當冷卻速度控制在12.5℃/S以上時，組織為全馬氏體，相變溫度范圍在494℃～194℃之間，布氏硬度在490～538之間。
　　(3)研究了試驗鋼在不同軋制和冷卻工藝下獲得的不同原始組織對再加熱-奧氏體組織狀態(tài)和淬火組織及性能的影響。實驗結(jié)果表明，低溫控軋+在線淬火工藝可以獲得具有高位錯密度亞結(jié)構(gòu)和納米級析出物的馬氏體組織，相比

4、傳統(tǒng)高溫熱軋工藝生成的珠光體組織，馬氏體組織更能顯著細化再加熱后奧氏體組織晶粒，900℃加熱溫度奧氏體平均晶粒尺寸由14μm降為6.5μm。
　　由于再加熱奧氏體晶粒的細化作用，淬火后EBSD下的大角度晶界數(shù)量明顯增加，有效晶粒尺寸(EGS)由平均5.6μm降低到2.1μm。大角度晶界數(shù)量的增加引起沖擊韌性的顯著變化，低溫控軋+在線淬火工藝下各轉(zhuǎn)變溫度區(qū)沖擊功提高，韌脆轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間擴大了約40℃，0℃～-60℃溫度范圍內(nèi)沖擊功平均

5、提高36J，且沖擊功隨溫度下降的曲線斜率明顯降低。同時由于淬火后板條塊和板條束尺寸減小，相界面增多，界面強化使得馬氏體強度有明顯提高。
　　實驗結(jié)果表明:用低溫控軋+在線淬火工藝生產(chǎn)的NM500耐磨鋼，相比普通熱軋工藝，直接淬火后的強度和韌性有明顯改善，硬度和冷彎性能優(yōu)良，不需進行回火即獲得了優(yōu)良的綜合機械性能，因此這一創(chuàng)新工藝在實際工業(yè)化生產(chǎn)中具有積極的應(yīng)用價值。
　　(4)研究了氣體保護熔化極電弧焊(GMAW)對母材粗晶

6、熱影響區(qū)（CGHAZ）韌性的影響，以及斜Y坡口下焊接裂紋實驗、焊接接頭硬度、韌性的變化等。
　　NM500焊接熱模擬試驗表明，t8/5在5～15s，線能量控制在10～25KJ/cm時，NM500的CGHAZ韌性較為理想;當t8/5時間大于20s，線能量大于35KJ/cm時，CGHAZ韌性惡化嚴重。
　　斜Y坡口焊接裂紋試驗表明:采用ER80-G焊絲預熱至100℃時，斷面裂紋率和表面裂紋率皆為零;采用ER50-G焊絲預熱至80