摘要:采用Ti-Cr-B微合金化成分設(shè)計(jì)、奧氏體再結(jié)晶區(qū)直接軋制及淬火加低溫回火的熱處理工藝,開發(fā)出低成本的NM400耐磨鋼板利用光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)等對(duì)其組織、性能、斷口形貌及析出物進(jìn)行了研究結(jié)果表明:試驗(yàn)鋼的組織主要為高密度位錯(cuò)板條馬氏體及分布在板條上的碳化物;抗拉強(qiáng)度1400MPa,表面硬度HV450,-40沖擊功在60J以上;鋼板淬透性好,厚度方向硬度分布均勻;除固溶強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化外,馬氏體板條上的大量位錯(cuò)以及10nm左右的Ti(C,N)析出顆粒起到強(qiáng)烈的硬化作用;經(jīng)能譜分析,斷口韌窩處存在的第二相粒子主要為MnS和Al2O3顆粒, 尺寸在2m左右。 上圖為NM400耐磨鋼板，規(guī)格為20*2700*6900與高錳鋼、耐磨鑄鐵等耐磨材料相比,低合金耐磨鋼板具有更為優(yōu)良的強(qiáng)韌性和耐磨性,成本相對(duì)較低;NM400由于具有高硬度和良好韌性,同時(shí)又具有可焊性及可加工性,因此得到廣泛應(yīng)用，國(guó)外這種耐磨鋼板的的銷量一路看好，目前國(guó)內(nèi)一些鋼廠也開始逐漸投入此種耐磨鋼板的生產(chǎn)和研發(fā)中，旨在降低合金添加種類和含量，降低生產(chǎn)成本，提高沖擊韌性，在C-Mn鋼的基礎(chǔ)上采用Ti-Cr-B微合金化的成分設(shè)計(jì),在不添加Mo,Ni等貴重金屬元素的條件下,充分利用C的固溶強(qiáng)化作用和Mn,Cr和B能提高鋼的淬透性的特點(diǎn),以及Ti具有細(xì)化晶粒及析出硬化作用,采用奧氏體再結(jié)晶區(qū)直接軋制以及淬火加低溫回火的熱處理工藝,開發(fā)出一種低成本的NM400耐磨鋼板,在保證高硬度的同時(shí)還獲得了良好的低溫沖擊韌性。1試驗(yàn)鋼的成分及工藝采用真空感應(yīng)熔煉獲得150kg鋼錠,將其鍛成80mm120mmL的方坯,其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)為:C0.18~0.20,Si0.2~0.5,Mn1.2~1.6,P0.015,S0.003,Ti0.015~0.02,Cr0.18~0.20,B0.002,Al0.02~0.04,O0.0045,N0.0045,Fe余量。將方坯加熱至1200,保溫120min,在450mm熱軋?jiān)囼?yàn)機(jī)組上采用奧氏體再結(jié)晶區(qū)直接軋制工藝進(jìn)行熱軋，開軋溫度為1100~1050,終軋溫度950,累計(jì)壓下率70%,壓下規(guī)程為80mm61mm43mm31mm23mm17mm14mm12mm,軋后空冷至室溫?zé)崽幚聿捎么慊?低溫回火工藝,奧氏體化溫度范圍為900~950,保溫20~40min后水淬,回火加熱溫度為200~300,保溫30~50min后空冷至室溫用HV-50A型維氏硬度計(jì)測(cè)量宏觀硬度,在液壓式 材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn),在Instron250HV型落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行低溫沖擊試驗(yàn),用LEICA-DMIRM多功能光學(xué)顯微鏡和JSM-5500LV掃描電鏡對(duì)顯微組織及斷口進(jìn)行觀察,利用透射電鏡對(duì)試樣組織的精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。2試驗(yàn)鋼的力學(xué)性能經(jīng)奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制及淬火回火處理后,試驗(yàn)鋼的表面硬度達(dá)到HV450以上,抗拉強(qiáng)度達(dá)到1460MPa,屈服強(qiáng)度為1160MPa,延伸率為15%,-20和-40的沖擊韌度分別為66和62J;可見試驗(yàn)鋼具有良好的硬度和韌性匹配，該試驗(yàn)鋼在拉伸變形時(shí)無(wú)屈服平臺(tái),具有較強(qiáng)的連續(xù)屈服能力;鋼板在厚度方向上硬度分布均勻,良好的淬透性使鋼板心部也能保持較高硬度,可有效抵抗磨損而延長(zhǎng)使用壽命。3試驗(yàn)鋼的微觀組織3.1顯微組織如圖1所示,試驗(yàn)鋼的顯微組織主要為回火馬氏體組織原晶粒內(nèi)部被分割成多個(gè)不同延伸方向的馬氏體束,見圖1a中白色箭頭所指區(qū)域;同時(shí)可以觀察到襯度不同馬氏體塊,見黑色箭頭所指區(qū)域細(xì)小碳化物彌散分布在板條內(nèi)部和板條之間經(jīng)XRD檢測(cè),沒有檢測(cè)到殘余奧氏體組織從表面、厚度方向1/4處、心部的顯微組織中可以看出,由于Mn,Cr,B等元素的添加,鋼板表面到心部的馬氏體組織較為完全,晶粒大小差別不明顯,表面組織更為均勻 圖（1）試驗(yàn)鋼的光學(xué)顯微組織（a）表面組織（b）厚度方向1/4處組織（c）心部組織用透射電鏡進(jìn)一步觀察試驗(yàn)鋼的顯微組織,如圖2所示:馬氏體板條平行分布,尺寸一般在0.2m左右,板條上分布著大量碳化物及析出顆粒,高密度的位錯(cuò)糾纏在一起，以間隙式溶入的飽和碳原子強(qiáng)烈地引起點(diǎn)陣畸變,形成以碳原子為中心的應(yīng)力場(chǎng),這個(gè)應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)發(fā)生交互作用從而使碳釘扎位錯(cuò),起到主要的硬化作用此外,滲碳體的彌散析出使馬氏體晶體內(nèi)產(chǎn)生超顯微結(jié)構(gòu)的不均勻性,對(duì)硬化亦有一定的作用,但作用遠(yuǎn)小于碳的固溶試驗(yàn)鋼中的碳化物呈棒狀和細(xì)片狀,至少指向三個(gè)方向,見圖2b中箭頭所指;低溫回火時(shí)滲碳體在馬氏體板條中形核,沿馬氏體的(110)慣習(xí)面長(zhǎng)成細(xì)片狀,并與基體有確定的晶體學(xué)關(guān)系:(001)(211),[100][011],[010][111]如圖3a所示,試驗(yàn)鋼的碳化物寬約10~30nm,長(zhǎng)約50~100nm 圖（2）試驗(yàn)鋼的透射照片(a)馬氏體板條;(b)碳化物分布;(c)高密度位錯(cuò) 3.2析出物由試驗(yàn)鋼的力學(xué)性能及圖1、圖2可知,試驗(yàn)鋼經(jīng)淬火及低溫回火后獲得了板條狀的回火馬氏體組織,組織細(xì)小均勻,表現(xiàn)出良好的強(qiáng)韌性，前面已經(jīng)提到過(guò)試驗(yàn)鋼中碳的固溶引起了強(qiáng)烈的化作用,同時(shí)Ti元素的添加可細(xì)化晶粒,產(chǎn)生硬化;另外,析出物的硬化作用也不容忽視，由圖3可以看到,在馬氏體板條內(nèi)部除彌散分布的滲碳體外,還分布著細(xì)小的Ti(C,N)析出顆粒,尺寸在10nm左右，一般來(lái)講,尺寸在50nm以上的Ti(C,N)析出物主要起釘扎奧氏體晶界的作用,對(duì)硬化作用貢獻(xiàn)不大,在試驗(yàn)鋼中該類型析出物并未找到;而10nm左右的小尺寸析出物可以起釘扎位錯(cuò)的作用,阻止位錯(cuò)移動(dòng),對(duì)強(qiáng)度和硬度的提高貢獻(xiàn)較大,在試驗(yàn)鋼中該類型的析出物是彌散分布的。 圖（3）析出物及對(duì)應(yīng)成分3.3斷口分析圖4為拉伸斷口形貌從宏觀上看斷口為杯錐狀韌性斷口,纖維斷口區(qū)域較大,發(fā)生了較大塑性變形,沒有明顯裂紋及夾雜物;從微觀上看斷口處韌窩較深且分布均勻,韌窩處存在細(xì)小的夾雜物顆粒, 尺寸在2m左右,經(jīng)能譜分析,細(xì)小的夾雜物多為硫化物夾雜和氧化物夾雜。圖5為試驗(yàn)鋼在-20下的沖擊斷口形貌從剪切唇和纖維區(qū)所占比例來(lái)看斷口為韌、脆混合斷口;從微觀上看,韌窩與解理面同時(shí)存在,有較高的撕裂棱,說(shuō)明裂紋擴(kuò)展過(guò)程中在裂紋 的鈍化和擴(kuò)展中吸收了較大的能量，韌窩處存在0.5~2m大小的夾雜物,形態(tài)不一;經(jīng)能譜檢測(cè),夾雜物成分主要為Al,Si,S,Mn分析表明,夾雜物為MnS和Al2O3等,主要是由于冶煉過(guò)程中夾雜的帶入使鋼中產(chǎn)生硫化物、氧化物、鋁酸鹽等脆性相;同時(shí),由于冶煉時(shí)殘留下來(lái)的少量稀土元素與硫、氧的親和力較強(qiáng),存在于夾雜中,能增加夾雜物與晶界抵抗裂紋形成與擴(kuò)展的能力。 圖（4）拉伸斷口形貌及夾雜物能譜 圖（5）沖擊斷口形貌及夾雜物能譜4結(jié)論1)通過(guò)微合金化的成分設(shè)計(jì),不添加Mo,Ni等貴重金屬元素,采用直接軋制及淬火加回火工藝得到以板條馬氏體為主要組織的低成本NM400耐磨鋼板;抗拉強(qiáng)度為1460MPa,屈服強(qiáng)度為1160MPa,延伸率為15%,-20和-40的沖擊功均在60J以上。2)鋼板淬透性好,表面維氏硬度超過(guò)HV450,厚度方向硬度分布均勻3)除C的固溶強(qiáng)化作用和Ti的細(xì)晶強(qiáng)化作用外,尺寸在10nm左右的Ti(C,N)析出顆粒彌散分布,從而釘扎位錯(cuò)也產(chǎn)生強(qiáng)烈的硬化作用4)拉伸斷口和沖擊斷口韌窩處存在MnS和Al2O3脆性粒子,但尺寸細(xì)小,通過(guò)控制冶煉過(guò)程中的雜質(zhì)可有效提高該耐磨鋼板的強(qiáng)度和韌塑性.在北京耐默科技有限公司，這種NM400鋼板耐磨性、抗沖擊性能都很好，深受用戶的喜愛和信任；公司產(chǎn)品以其優(yōu)異的性價(jià)比得到了冶金、水泥、礦山、火電、玻璃等行業(yè)的廣泛認(rèn)可。本公司對(duì)于客戶不同尺寸要求的耐磨鋼板可根據(jù)用戶圖紙下料，加工，制作。使客戶的板材損耗率為零。

耐磨鋼板由低碳鋼板和合金耐磨層兩部分組成，合金耐磨層一般為總厚度的1/3~1/2。工作時(shí)由基體提供抵抗外力的強(qiáng)度、韌性和塑性等綜合性能，由合金耐磨層提供滿足工況需求的耐磨性能。 耐磨鋼板合金耐磨層和基板之間是冶金結(jié)合。通過(guò)設(shè)備，采用自動(dòng)焊接工藝，將高硬度自保護(hù)合金焊絲均勻地焊接在基板上，復(fù)合層數(shù)一層至兩層以至多層，復(fù)合過(guò)程中由于合金收縮比不同，出現(xiàn)均勻橫向裂紋，這是耐磨鋼板的顯著特點(diǎn)。 合金耐磨層主要以鉻合金為主，同時(shí)還添加錳、鉬、鈮、鎳等其它合金成份，金相組織中碳化物呈纖維狀分布，纖維方向與表面垂直。碳化物顯微硬度可以達(dá)到HV1700-2000以上，表面硬度可達(dá)到HRC58-62。合金碳化物在高溫下有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，保持較高的硬度，同時(shí)還具有很好的抗氧化性能，在500℃以內(nèi)完全正常使用。 耐磨層表現(xiàn)形式有窄道(2.5-3.5mm)、寬道（8-12mm）、曲線（S、W）等；主要以鉻合金為主，同時(shí)還添加錳、鉬、鈮、鎳、硼等其它合金成份，金相組織中碳化物呈纖維狀分布，纖維方向與表面垂直。碳化物含量40-60%，顯微硬度可以達(dá)到HV1700以上，表面硬度可達(dá)到HRC58-62。 耐磨鋼板主要分為通用型、抗沖擊型和耐高溫型三類；耐磨鋼板總厚度 小可以達(dá)到5.5（2.5+3）mm， 厚可以達(dá)到30（15+15）mm；耐磨鋼板可以卷制 小直徑DN200的耐磨管道，并可加工成耐磨彎頭、耐磨三通、耐磨變徑管。 應(yīng)用范圍： 耐磨鋼板具有很高耐磨性能和較好沖擊性能好，能夠進(jìn)行切割、彎曲、焊接等，可采取焊接、塞焊、螺栓連接等方式與其他結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，在維修現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程中具有省時(shí)、方便等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于冶金、煤炭、水泥、電力、玻璃、礦山、建材、磚瓦等行業(yè)，與其他材料相比，有很高的性價(jià)比，已經(jīng)受到越來(lái)越多行業(yè)和廠家的青睞。

NM500耐磨鋼板市場(chǎng)表現(xiàn)相對(duì)不錯(cuò)。春節(jié)后受基建啟動(dòng)，下游用管需求增加帶動(dòng)，NM500耐磨鋼板整體的銷售進(jìn)展較為良好，總體價(jià)位繼續(xù)上拉。預(yù)測(cè)：二季度已經(jīng)接近尾聲，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)已開啟復(fù)蘇增長(zhǎng)模式，但進(jìn)入6月份后，淡季特征越來(lái)越明顯，且隨著耐磨鋼板產(chǎn)量的高企，鋼市供強(qiáng)需弱局面逐漸顯現(xiàn)。另外國(guó)際新冠疫情仍沒有看到拐點(diǎn)，美國(guó)多州暫停經(jīng)濟(jì)重啟，對(duì)市場(chǎng)情緒影響不容忽視。進(jìn)入7月份，雖然NM500耐磨鋼板市場(chǎng)需求韌性仍在，但淡季特征會(huì)更加明顯，一般情況下南方將在7月中旬陸續(xù)出梅，但終端需求恢復(fù)程度仍有待觀察。另外7月份唐山地區(qū)環(huán)保限產(chǎn)方案已經(jīng)出爐，而從以往的限產(chǎn)情況來(lái)看，或?qū)︿撌杏绊懹邢?，除非鋼廠主動(dòng)停產(chǎn)，否則供需矛盾將繼續(xù)激化。