【摘 要】
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低合金耐磨钢板因其合金含量低、韧塑性良好、可折弯和焊接成型及具有优异的耐磨性等优点,广泛应用于工程机械、矿山机械、水泥机械和冶金机械等装备制造。通常情况下,低合金耐磨钢的耐磨性与硬度密切相关,即硬度越高耐磨性越好,但硬度的增加,会恶化材料的机加工性能、成型性和焊接性能。本文在低合金耐磨钢合金成分的基础上加入一定量的Ti、Mn元素,通过在马氏体基体上引入超硬TiC粒子和亚稳奥氏体,实现了在硬度不增加
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低合金耐磨钢板因其合金含量低、韧塑性良好、可折弯和焊接成型及具有优异的耐磨性等优点,广泛应用于工程机械、矿山机械、水泥机械和冶金机械等装备制造。通常情况下,低合金耐磨钢的耐磨性与硬度密切相关,即硬度越高耐磨性越好,但硬度的增加,会恶化材料的机加工性能、成型性和焊接性能。本文在低合金耐磨钢合金成分的基础上加入一定量的Ti、Mn元素,通过在马氏体基体上引入超硬TiC粒子和亚稳奥氏体,实现了在硬度不增加的情况下大幅度提高耐磨性的目的。文章对实验钢中形成的微米级（Ti,Mo）xC粒子和亚稳奥氏体进行调控,分析了不同工艺条件下微米级（Ti,Mo）xC粒子尺寸、分布及亚稳奥氏体体积分数的影响规律,探讨了（Ti,Mo）xC粒子和亚稳奥氏体与实验钢的三体磨损性能之间关系,最终开发出具备（Ti,Mo）xC粒子和亚稳奥氏体双重增强耐磨性的高耐磨钢板。文章的主要研究内容和结论如下:（1）创新的采用阶梯坯料厚度控制冶炼后凝固过程冷却速度的工艺方法,实现凝固过程中对微米级（Ti,Mo）xC粒子的控制,获得了平均粒子尺寸在2.0～6.1 μm2之间的微米级（Ti,Mo）xC粒子。研究了（Ti,Mo）xC粒子的形态、尺寸和分布随铸坯厚度的变化规律。结果表明,铸坯凝固过程中形成的微米级（Ti,Mo）xC粒子主要呈现出棒状和立方状两种形态,且以棒状为主,在基体中呈仿晶界形态分布;坯料厚度引起的凝固冷速变化,导致了微米级（Ti,Mo）xC粒子尺寸的变化,当坯料厚度从90mm减少至30 mm时,心部微米级（Ti,Mo）xC粒子平均尺寸从6.09 μm2减小至3.24 μm2。（2）研究了在相同的离线热处理条件下,由于铸坯厚度和轧制压缩比的改变给实验钢微米级粒子分布和力学性能带来的变化规律。结果表明,在相同的轧制压缩比和热处理条件下,铸坯厚度对实验钢的力学性能影响显著,随着铸坯厚度的增加试样抗拉强度、延伸率、冲击吸收功均增加,90 mm厚铸坯经轧制和热处理后实验钢力学性能达到最佳;轧制工艺可以对实验钢凝固时形成微米级粒子破碎和均匀化,随着压缩比的增加,微米级粒子平均尺寸总体呈减小和均匀化分布趋势,压缩比越大,微米级粒子分布越均匀,且实验钢的抗拉强度、延伸率、冲击吸收功均增加;铸坯厚度为90 mm经7.5倍压缩比轧制至12 mm厚时,实验钢的力学性能达到最佳。（3）研究了含不同微米级粒子低合金马氏体耐磨钢在干砂和湿沙橡胶轮磨损时的耐磨性能。结果表明,实验钢在干砂橡胶轮磨料磨损时,耐磨性和平均粒子尺寸并非呈现线性关系,而是随着平均粒子尺寸的增加,呈现出先增加后减小的趋势,粒子尺寸约为1.99 μm2时,获得的耐磨性能最优;实验钢在湿砂橡胶轮磨料磨损时,耐磨性随着表面平均粒子尺寸增加而下降,获得最高耐磨性的最优粒子尺寸约为1.88 μm2。（4）采用逆相变退火实验方法,通过控制逆相变退火温度和时间,使实验钢中获得不同体积分数的亚稳奥氏体,进而进一步改善实验钢的韧塑性和耐磨性能。结果表明,实验钢在逆相变退火8 h时,亚稳奥氏体体积分数达到30%以上,抗拉强度为1000 MPa,延伸率为17%,-40℃半尺寸式样冲击功为20 J;亚稳奥氏体的存在,虽然使实验钢的强度有所降低,但是使得实验钢的韧塑性得到大幅度提高;干砂橡胶轮磨料磨损实验结果表明,实验钢中亚稳奥氏体体的积分数在0～32.1%时,实验钢的相对耐磨性随奥氏体体积分数的增加而增加,当亚稳奥氏体体积分数达到32.1%时,实验钢的硬度相对不含亚稳奥氏体时降低约100 HV,但耐磨性反而提高了 0.23倍,磨损过程中的应力导致亚稳奥氏体发生马氏体相变和实验钢韧塑性提高的协同作用,是其耐磨性增强的主要原因。
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