低成本NM400鋼板的熱處理工藝

康 凱， 吳鵬飛， 白永強(qiáng)

（內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司薄板廠， 內(nèi)蒙古 包頭 014010）

試（實(shí)）驗(yàn)研究

低成本NM400鋼板的熱處理工藝

康 凱， 吳鵬飛， 白永強(qiáng)

（內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司薄板廠， 內(nèi)蒙古 包頭 014010）

針對NM400耐磨鋼板采用一種低成本合金成分設(shè)計(jì)方法，研究了淬火、回火工藝對試驗(yàn)用鋼力學(xué)性能的影響規(guī)律，最終確定了合理的熱處理工藝。試驗(yàn)結(jié)果表明：采用本合金成分設(shè)計(jì)的NM400耐磨鋼板，生產(chǎn)獲得成功，性能滿足國標(biāo)要求，而且可以大大降低生產(chǎn)成本；回火溫度在200～300℃時，可以得到硬度分布均勻的NM400耐磨鋼板；淬火溫度為910℃，回火溫度為200～300℃進(jìn)行熱處理生產(chǎn)，是合理的熱處理工藝。

低成本NM400 熱處理 力學(xué)性能

低合金高強(qiáng)度耐磨鋼由于強(qiáng)韌性能和耐磨性能良好，生產(chǎn)工藝相對簡單，而且價格相對低廉，受到了很多用戶的歡迎。該耐磨鋼廣泛應(yīng)用于露天礦場、鋼鐵廠、煤炭等行業(yè)的礦用車、給料器和抓斗等設(shè)備長期處于磨損的部位上[1]。

隨著國家制造業(yè)的快速發(fā)展，耐磨鋼的需求逐漸上升，但國內(nèi)只有少數(shù)鋼鐵企業(yè)能夠生產(chǎn)，高端的耐磨鋼仍然依賴進(jìn)口。包鋼寬厚板生產(chǎn)線引進(jìn)了熱處理配套設(shè)備，目的就是為了調(diào)整寬厚板產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，打造包鋼特色產(chǎn)品。而且，隨著鋼鐵行業(yè)結(jié)構(gòu)性調(diào)整的不斷深入，先進(jìn)高強(qiáng)度耐磨鋼的研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化意義重大。

1 研究思路設(shè)計(jì)

1.1 工藝路線

按照薄板廠寬厚板生產(chǎn)線的實(shí)際配置情況，確定高強(qiáng)度耐磨鋼的工藝路線為：混鐵爐→脫硫扒渣→210 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→LF精煉→RH精煉→直弧形板坯連鑄→鑄坯緩冷保溫→加熱→高壓水除鱗→雙機(jī)架四輥可逆軋機(jī)軋制→ACC冷卻→熱矯直、噴印→頭尾、雙邊剪切→拋丸→淬火→回火→切割→性能檢驗(yàn)、入庫。

1.2 試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分

國標(biāo)GB/T 24186—2009對NM400耐磨鋼力學(xué)性能和化學(xué)成分的要求如表1和表2所示。

表1 鋼板力學(xué)性能

表2 鋼板化學(xué)成分%

從表1和表2可以看出，國標(biāo)對NM400耐磨鋼板的要求，除了合金元素的添加量較少外，對力學(xué)性能的要求也很高。鋼的化學(xué)成分、微觀組織決定了產(chǎn)品的最終力學(xué)性能，而化學(xué)成分以及生產(chǎn)工藝又決定了鋼的微觀組織。因此，化學(xué)成分是產(chǎn)品力學(xué)性能的基礎(chǔ)[2]。按照低成本、合金減量化、便于工業(yè)生產(chǎn)的總體思路，確保其力學(xué)性能滿足標(biāo)準(zhǔn)，同時維持成本相對較低、便于工業(yè)生產(chǎn)，充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備的工藝特點(diǎn)，以達(dá)到降本增效的目的，試驗(yàn)鋼的具體成分設(shè)計(jì)如下頁表3所示。

表3 NM400耐磨鋼板化學(xué)成分%

1.3 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備包括包鋼寬厚板生產(chǎn)線無氧化輥底式淬火爐（1號爐）和明火加熱回火爐（2號爐）。力學(xué)性能檢驗(yàn)及顯微組織觀察在包鋼寬厚板檢驗(yàn)室進(jìn)行。

1.4 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)材料取自相同成分同一爐鑄坯，同一厚度采用相同軋制工藝進(jìn)行軋制，試驗(yàn)共軋制了14 mm、20 mm兩個規(guī)格的NM400。對大板進(jìn)行淬火試驗(yàn)，利用大板背樣進(jìn)行回火試驗(yàn)。熱處理工藝為：試驗(yàn)鋼的淬火溫度分別設(shè)定為890℃、900℃、920℃、930℃和940℃，在1號爐進(jìn)行淬火試驗(yàn)生產(chǎn)；回火溫度分別設(shè)定為 200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃和500℃，在2號爐進(jìn)行回火試驗(yàn)生產(chǎn)，空冷至室溫。

2 結(jié)果與分析

2.1 淬火熱處理后試驗(yàn)鋼的力學(xué)性能

圖1—圖3為采取不同淬火工藝分別獲得NM400試驗(yàn)鋼板的拉伸性能、沖擊性能和顯微硬度的變化曲線?？梢钥闯觯S著淬火溫度的升高，試驗(yàn)用鋼的抗拉強(qiáng)度一直保持下降的趨勢，而延伸率為逐漸上升的趨勢，沖擊功的變化不明顯，硬度表現(xiàn)為逐漸下降的趨勢。這主要與析出強(qiáng)化效果和晶界強(qiáng)化行為的降低有關(guān)。隨著淬火溫度的提高，原始奧氏體晶粒長大，由Hell-Petch公式可知，細(xì)晶強(qiáng)化效果會降低；雖然此時析出粒子的固溶強(qiáng)化效果有所增加，但此時細(xì)晶強(qiáng)化降低的效果抵消了部分析出強(qiáng)化效果，同時位錯繞過或切過第二相粒子的位錯強(qiáng)化效果也會降低。

圖1 淬火溫度對試驗(yàn)鋼拉伸性能的影響

2.2 淬火+回火熱處理后試驗(yàn)鋼的力學(xué)性能

在910℃淬火溫度下，分別制定了不同的回火工藝對試驗(yàn)鋼進(jìn)行了回火工藝研究。下頁圖4為不同回火溫度對試驗(yàn)鋼拉伸性能的影響。從圖4中可以看出，隨著回火溫度的不斷升高，試驗(yàn)鋼的抗拉強(qiáng)度卻在不斷降低，而試驗(yàn)鋼的延伸率一直上升，說明回火溫度對合金塑性的敏感性較強(qiáng)。

圖2 淬火溫度對試驗(yàn)鋼沖擊功的影響

圖3 淬火溫度對試驗(yàn)鋼顯微硬度的影響

下頁圖5、圖6為910℃淬火在不同回火溫度下沖擊性能和顯微硬度的變化。從圖5中可以看出，隨著回火溫度的上升，試驗(yàn)鋼的沖擊功先降低后升高，在回火溫度為400℃時出現(xiàn)了一個最低值，這是由于試驗(yàn)鋼有第一類回火脆性(低溫回火脆性)的現(xiàn)象。因此，在正常生產(chǎn)過程中應(yīng)該注意避開此回火溫度區(qū)間?？偟膩碚f，隨著回火溫度的升高，試樣中碳化物、合金元素進(jìn)一步均勻分布，試樣在具有很高強(qiáng)度、硬度的同時仍具有很好的韌性，此時試驗(yàn)用鋼具有較好的綜合力學(xué)性能[3]；顯微硬度（HB）隨著回火溫度的升高不斷降低，從422一直降低到272；根據(jù)NM400耐磨鋼板的使用要求，硬度（HB）為370～430，所以通過對不同熱處理工藝的研究，最終確定了NM400耐磨鋼板合理的熱處理工藝為：淬火溫度910℃，回火溫度在200～300℃之間。

2.3 淬火+回火熱處理后試驗(yàn)鋼的金相組織

下頁圖7所示為14 mm厚試驗(yàn)鋼經(jīng)不同回火溫度處理后的顯微組織，在200～250℃溫度范圍內(nèi)回火，得到的組織為板條狀回火馬氏體組織，從圖中可以看出組織比較均勻，組織中沒有看到粗大的殘余奧氏體等組織存在。隨溫度升高至300℃，彌散碳化物開始粗化。

圖4 回火溫度對試驗(yàn)鋼拉伸性能的影響

圖5 回火溫度對試驗(yàn)鋼沖擊功的影響

圖6 回火溫度對試驗(yàn)鋼顯微硬度的影響

圖7 試驗(yàn)鋼淬火+回火熱處理后的金相組織

3 結(jié)論

1）試驗(yàn)表明，采用本合金成分設(shè)計(jì)的NM400耐磨鋼板，生產(chǎn)獲得成功，性能滿足國標(biāo)要求，而且可以大大降低生產(chǎn)成本。

2）回火溫度在200～300℃時，可以得到硬度分布均勻的NM400耐磨鋼板。

3）淬火溫度為910℃，回火溫度為200～300℃進(jìn)行熱處理生產(chǎn)，是合理的熱處理工藝。

[1] 程巨強(qiáng).進(jìn)口與國產(chǎn)高強(qiáng)度耐磨板的組織及力學(xué)性能[J].機(jī)械工程材料，2003（10）：1-2.

[2] 趙月強(qiáng).微釩Cr-B系高強(qiáng)低合金NM400耐磨鋼的研究開發(fā)[D].沈陽：東北大學(xué)，2011.

[3] Ghosh A，Mishra B，Das S，et al.Structure and properties of a low carbon Cu bearing high strength steel[J].Materials Science Engineering，2005，A396：320.

（編輯：王瑾）

Heat Treatment Process of Low Cost NM400 Steel Plate

Kang Kai,Wu Pengfei,Bai Yongqiang
（CSP Plant of Steel Union Co．Ltd．of Baotou Steel(Group)Corp．,Baotou Inner Mongolia 014010）

An alloy composition design method with low cost is adopted for NM400 wear-resisting steel plate.The effects of quenching and tempering parameters on the mechanical properties of NM400 steel were studied,and finally a reasonable heat treatment process is determined.The experimental results showthat NM400 wear-resistant steel plate by the design of alloy composition is successfully applied in production,the performance of it meets the national standard.And it can greatly reduce the production cost.When the tempering temperature is around 200～300 ℃ ,NM400 wear-resistant steel plate with uniform hardness distribution can be obtained.The 910 DEG C quenching temperature and 200 to 300 DEG C tempering temperature is reasonable heat treatment process for heat treatment production.

low cost NM400,heat treatment,mechanical properties

TG335.5

A

1672-1152（2017）04-0001-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.04.01

2017-06-30

康凱（1984—），男，本科，畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)，工程師，現(xiàn)從事寬厚板熱處理技術(shù)工作。