钒微合金化耐磨钢的组织性能

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1、.钒微合金化耐磨钢的组织性能刘春明，王立军，苗隽(东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110004)摘要：研究了两种V微合金化钢的组织和性能。0.25C钢处理成马氏体组织；0.33C钢处理成贝氏体组织；并讨论两种钢组织和性能的关系。结果表明：0.25C钢经不同工艺热处理后均获得了马氏体组织，并发生不同程度的自回火现象，硬度均大于45HRC；屈服强度≥1000MPa，抗拉强度≥1500MPa，延伸率略低，250℃回火处理对硬度和抗拉强度的影响不大，屈服强度增加，在860℃淬火+250℃回火和920℃淬火+250℃回火后，实验钢的硬

2、度、强度和韧性由最佳的配合。0.33C钢热模拟实验组织随冷却速度升高由铁素体/珠光体+贝氏体+马氏体（冷速0.5℃/s）转化为全马氏体（冷速4.0℃/s）组织，硬度同样随冷却速度增加而增加。空冷处理后组织为上贝氏体+马氏体混合组织，250℃和400℃回火处理后对组织的影响不大。空冷处理后硬度超过40HRC，强度、延伸率均较高，但韧性较低，250℃回火处理后硬度韧性增加，强度和延伸率下降，回火温度进一步增加对性能影响不大。空冷最佳热处理工艺为920℃×30min空冷+250℃×1h回火。风冷处理后硬度大于51HRC，屈服强度≥

3、900MPa，抗拉强度≥1500MPa，延伸率仅为15.4%。250℃和400℃回火处理后硬度强度进一步增加，但延伸率下降到11.4%，韧性不变。风冷处理的最佳热处理工艺为920℃×30min风冷+250℃×1h回火。经不同工艺热处理后的两种试验钢，其磨损率随砂纸粒度和载荷增大而增大；在高载荷（84N）和有足够韧性的前提下硬度对材料耐磨性起主导作用；在低载荷（42N）和硬度相近的前提下，提高韧性对耐磨性有一定的改善作用；试验钢板的磨损机理均为显微切削机制为主并伴有显微犁削机制。关键词：耐磨钢；马氏体；磨料磨损；磨损率；显微切

4、削1.前言高锰钢是通用的一种铸造耐磨钢，由Hadfisld(英)于1883年发明[1]。高锰钢经过热处理后具有单一奥氏体组织，韧性好，硬度不高，但具有高的加工硬化能力。铸件在使用过程中当经受强烈的冲击或挤压时，表面层组织发生加工硬化，硬度显著提高，使钢具有很高的抗磨性。随着研究的深入和使用条件变化，高锰钢已不再是万能的耐磨钢，只有在高冲击条件下才能发挥其最佳耐磨效果，而在低冲击条件下，由于不能充分加工硬化而使高锰钢变得不耐磨[2-5]。近年来，研究较多的耐磨钢是低碳低合金耐磨钢。低碳低合金耐磨钢的合金元素总量＜5%，其主要合

5、金元素有：锰、硅、铬、钼、镍等。对于耐磨钢，最主要的性能是硬度，还要有一定的强度和韧性。低碳低合金耐磨钢一般都采取热处理，以形成珠光体、贝氏体或马氏体[6-9]。本研究采用两种V微合金化低碳低合金耐磨钢板，测定钢板经不同热处理工艺处理后钢板的硬度、强度、韧性以及耐磨性，并结合组织观察讨论热处理工艺对钢板力学性能和耐磨性的影响机理。-..2.实验方法试验钢为委托宝山钢铁集团公司炼制的低碳低合金耐磨钢板，化学成分范围如表1。采用淬火不回火和淬火+低温回火的热处理工艺，试验钢规格与热处理条件如表2。表1实验钢化学成分（质量分数，%

6、）钢种CSiMnPSCrVBAlN10.250.621.580.0120.0010.630.12-0.0240.012820.331.581.590.0100.0030.790.130.00170.0420.0068热处理工艺：1号钢进行水淬和水淬+回火处理。奥氏体化温度为860℃，890℃，920℃，950℃，1000℃和1050℃，保温30min，部分试样淬火后在250℃回火，保温1h。2号实验钢分别进行热模拟试验、空冷处理和风冷处理。热模拟试验：实验钢以20℃/s的速度加热到1100℃，保温10分钟进行奥氏体化，然后以

7、5℃/s的速度冷却到900℃，最后试样分别在0.5℃/s，1.0℃/s，2.0℃/s，3.0℃/s和4.0℃/s冷速条件下冷却到300℃，取出试样水冷至室温。空冷和风冷处理：实验钢分别在860℃和920℃保温30min奥氏体化后，分别进行空冷（AC）和风冷（BC）处理，部分试样在250℃和400℃回火，回火保温时间1h。利用线切割在不同热处理工艺处理后的钢板上沿垂直表面方向切取金相试样，试样尺寸为10×10×10mm，利用OLYMPUS-GX71型倒置式光学金相显微镜观察金相组织，腐蚀剂为4%硝酸酒精溶液。利用TecnaiG

8、220型透射电子显微镜（TEM）观察钢板经不同热处理工艺处理后的微观组织和析出物。TEM观察用薄膜试样采用电解双喷法制备，电解液为8%高氯酸酒精溶液。利用HRA-150型电动洛氏硬度计测定不同热处理工艺处理后试验钢的硬度。按照国标GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》规定制备