微钒Cr-B系高强低合金NM400耐磨钢的研究开发

论文摘要

由于低合金高强耐磨钢具有生产工艺简单,生产成本相对较低,广泛适用于多种冲击载荷工况等优点,此类钢种逐渐取代了高锰钢、变质中锰钢等传统耐磨钢成为了工程机械用钢中最主要的钢种。但是,目前国内高强低合金耐磨钢的生产技术水平相对较低,与国外相差甚远,而且在高级别耐磨钢方面的研究更少,因此,对高强度耐磨钢的研究与开发显得非常必要。本文采用低合金Cr-B系的成分设计思路,针对高强度NM400钢种进行了低成本的成分设计,通过TMCP工艺和离线淬火+低温回火工艺成功地试制出具有优良性能的NM400钢板,结合显微组织观察和力学性能检测优化了轧制和热处理工艺,并分析了微量V的添加对耐磨钢组织和性能的影响。主要结论如下：（1）实验钢采用在Q345钢的基础之上加入微量强碳化物形成元素V进行微合金化,同时添加少量Cr、B元素提高淬透性,不添加贵重金属元素（如Ni、Mo等）以降低原料成本。（2）连续冷却相变实验结果表明实验钢具有良好的淬透性和淬硬性。当冷却速度为5℃/s时,相变开始温度出现显著下降；冷却速度大于10℃/s时,相变开始温度接近马氏体相变温度Ms点；当冷却速度达到15℃/s以上时,硬度达到450HV以上。随着冷速的增加,钢的硬度明显提高。（3）轧制工艺采用两阶段TMCP控制轧制。实验钢的合理热处理工艺为：淬火温度900～930℃,淬火保温时间10-20min；低温回火200-300℃,回火保温时间90min。可以获得抗拉强度为1390～1460MPa,延伸率为10～16%,显微硬度值为420-490HV,-20℃冲击功为40-70J。回火温度在250℃附近可获得最佳的综合力学性能。（4）显微组织主要为板条马氏体组织,板条宽度在0.1-0.2μm左右,板条内分布细小均匀的碳化物析出粒子（主要是10-20nm碳氮化钒）。微量钒可显著地细化组织,其主要作用有固溶强化、析出强化和细晶强化,沉淀析出尺寸约为10-20nm极细小的碳氮化物,钉扎位错阻止位错运动,提高钢的强度、硬度和韧性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 耐磨钢分类
• 1.2.1 耐磨锰钢
• 1.2.2 耐磨铸铁
• 1.2.3 低合金耐磨钢
• 1.3 耐磨钢磨损机理
• 1.3.1 磨料磨损
• 1.3.2 磨损影响因素
• 1.4 耐磨钢发展现状
• 1.4.1 国外耐磨钢发展现状
• 1.4.2 国内耐磨钢发展现状
• 1.4.3 国内外耐磨钢发展差距
• 1.5 研究意义和主要内容
• 1.5.1 研究目的和意义
• 1.5.2 实验内容和技术路线
• 第2章 成分设计
• 2.1 成分设计思路和原则
• 2.2 合金元素对组织和性能的影响
• 2.2.1 耐磨钢的组织和性能要求
• 2.2.2 合金元素的影响
• 2.3 实验钢成分和特点
• 第3章 连续冷却过程相变研究
• 3.1 研究方法
• 3.1.1 热膨胀法
• 3.1.2 相变点确定和CCT曲线绘制
• 3.2 实验方案
• 3.3 实验结果与分析
• 3.3.1 CCT曲线分析
• 3.3.2 组织分析
• 3.3.3 硬度分析
• 3.3.4 高温热变形行为分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 轧制与热处理工艺研究
• 4.1 轧制工艺制度
• 4.1.1 加热制度
• 4.1.2 轧制工艺规程
• 4.2 热处理工艺制度
• 4.2.1 淬火温度
• 4.2.2 淬火保温时间
• 4.2.3 回火温度
• 4.2.4 回火保温时间
• 4.2.5 热处理工艺规程图
• 4.3 组织与性能检验方案
• 4.4 本章小结
• 第5章 力学性能与微观组织分析
• 5.1 力学性能
• 5.1.1 拉伸性能
• 5.1.2 冲击韧性
• 5.1.3 显微硬度
• 5.2 微观组织分析
• 5.2.1 热轧微观组织
• 5.2.2 淬火微观组织
• 5.2.3 回火微观组织
• 5.3 断口形貌和析出物分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢