本文選題：超高強(qiáng)耐磨鋼 + 馬氏體　； 參考：《北京科技大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：使用更高強(qiáng)度的耐磨鋼板可以提高工程機(jī)械設(shè)備磨損部件的使用壽命,降低設(shè)備自重,在節(jié)約能源和材料同時(shí)也有著積極的經(jīng)濟(jì)意義。目前國內(nèi)可穩(wěn)定生產(chǎn)的耐磨鋼板硬度級(jí)別較低,高級(jí)別的耐磨鋼板產(chǎn)品往往存在韌性不足的問題,長期依賴進(jìn)口。本文以NM600級(jí)超高強(qiáng)耐磨鋼板的實(shí)驗(yàn)室開發(fā)為出發(fā)點(diǎn),充分發(fā)揮多種強(qiáng)韌化手段的作用,從成分和工藝兩方面調(diào)控實(shí)驗(yàn)鋼的微觀組織,最終獲得強(qiáng)韌性匹配良好、耐磨性優(yōu)良的實(shí)驗(yàn)鋼板。在此過程中的具體研究內(nèi)容如下：設(shè)計(jì)碳含量0.4wt.%的中碳合金耐磨鋼,對(duì)分別添加0、0.030和0.062(wt.%,下同)Nb的三種實(shí)驗(yàn)鋼進(jìn)行基礎(chǔ)物性參數(shù)研究和實(shí)驗(yàn)室試制,證明Nb添加可在高溫時(shí)抑制本文中碳合金鋼的奧氏體晶粒長大,在奧氏體區(qū)熱變形時(shí)可抑制再結(jié)晶軟化。實(shí)驗(yàn)室兩階段軋制后進(jìn)行900℃再加熱淬火和200～400℃低溫回火(QT),力學(xué)性能測試和SEM、TEM分析表明添加0.062%Nb起到細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的作用,所得綜合性能優(yōu)于無Nb鋼,其中200℃回火處理后的實(shí)驗(yàn)鋼硬度達(dá)到600 HBW以上,力學(xué)性能指標(biāo)達(dá)到NM600級(jí)超高強(qiáng)耐磨鋼板要求。針對(duì)含Nb量0.062%的實(shí)驗(yàn)鋼設(shè)計(jì)出TMCP-DP短流程鋼板試制新工藝,即兩階段控制軋制和隨后的水冷-過冷奧氏體水冷-直接碳配分。所得實(shí)驗(yàn)鋼性能優(yōu)良,強(qiáng)度2200 MPa以上時(shí)還可獲得12%的延伸率,硬度620 HBW,-20℃沖擊功達(dá)到28 J以上。利用OM、SEM、TEM和XRD對(duì)處于不同處理狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)鋼進(jìn)行顯微組織表征發(fā)現(xiàn)：與傳統(tǒng)QT工藝相比,新工藝所得鋼板組織中原始奧氏體細(xì)小,馬氏體板條最為細(xì)密：TMCP過程充分發(fā)揮了Nb微合金化細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的作用,確保軋后晶粒細(xì)小,相變前的水冷過程可防止軋后細(xì)化的組織再次長大,水冷后在較低溫度空冷時(shí)利于位錯(cuò)回復(fù),避免軋后位錯(cuò)過多遺傳到最終組織而增加脆性,隨后的直接碳配分則充分利用實(shí)驗(yàn)鋼過冷奧氏體穩(wěn)定性高的特點(diǎn),為未轉(zhuǎn)變奧氏體增碳穩(wěn)定創(chuàng)造條件,從而改善室溫組織的韌性。銷盤磨損試驗(yàn)結(jié)果表明,耐磨性與硬度密切相關(guān),TMCP-DP鋼耐磨性僅次于硬度更高的軋后水淬處理的鋼。在掃描透射模式下采用EDX-Mapping面掃技術(shù)觀察到TMCP-DP工藝獲得的超高強(qiáng)耐磨鋼實(shí)驗(yàn)鋼中彌散分布的析出物內(nèi)均勻分布Nb、Ti和Mo元素,三種元素并未出現(xiàn)局部偏聚。TEM下選區(qū)衍射花斑和三維原子探針層析術(shù)(3D-APT)確認(rèn)鋼中析出物為(Nb,Ti,Mo)C,證明鋼中有少量的Mo均勻并入到Nb、Ti的碳化物析出中。3D-APT獲得殘余奧氏體相的三維形貌,對(duì)其成分分析發(fā)現(xiàn)其碳含量明顯高于與其相鄰的馬氏體相區(qū),碳富集濃度約是基體平均碳濃度的5-7倍,這是其能穩(wěn)定存在于室溫的保證。一步法QP與直接碳配分(DP)的對(duì)比研究證明了DP過程碳配分的有效性,1℃/s處理后獲得最高殘余奧氏體含量,體積分?jǐn)?shù)為9.16%,且對(duì)應(yīng)奧氏體中的碳含量高于其他冷速時(shí)。對(duì)獲得的殘余奧氏體含量不同的試樣進(jìn)行沖擊磨損試驗(yàn)表明：沖擊磨損時(shí)磨損機(jī)理以磨粒嵌入引發(fā)的表面材料直接脆性剝落或疲勞脫落為主；殘余奧氏體含量較高的試樣磨損失重越大,說明殘余奧氏體對(duì)耐磨性不利；綜合考慮其對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼塑韌性的有益貢獻(xiàn),鋼中還應(yīng)適當(dāng)保持少量的殘余奧氏體相。
[Abstract]:The use of higher strength wear-resistant steel plate can improve the service life of the worn parts of the engineering machinery, reduce the weight of the equipment, and also have the positive economic significance in saving energy and materials. At present, the hardness level of the durable steel plate in China is low, and the high grade wear resistant steel plate often has the problem of lack of toughness. Based on the laboratory development of the NM600 super high strength wear-resistant steel plate, this paper makes full use of the role of a variety of strong and toughening means, regulates the microstructure of the experimental steel from two aspects of composition and technology, and finally obtains the experimental steel plate with good strength and toughness matching and excellent wear resistance. The specific contents of this process are as follows: The medium carbon alloy wear-resistant steel with a carbon content of 0.4wt.% and three kinds of experimental steels adding 0,0.030 and 0.062 (wt.%, the same) Nb respectively are studied and tested in laboratory. It is proved that the addition of Nb can inhibit the austenite grain growth of the carbon alloy steel in this paper at high temperature, and the recrystallization softening can be suppressed in the thermal deformation of the Ordovician zone. After two stage rolling, reheating and quenching at 900 C and low temperature tempering (QT) at 200~400 degrees C, mechanical properties test and SEM, TEM analysis show that adding 0.062%Nb to fine grain strengthening and precipitation strengthening is better than non Nb steel, of which the hardness of the steel after tempering treatment at 200 c is above 600 HBW, and the mechanical performance index reaches NM6 00 stage super high strength wear resistant steel plate requirements. A new TMCP-DP short process steel plate is designed for the experimental steel with Nb 0.062%. The two stage controlled rolling and the subsequent Water Cooling Austenite water cooling direct carbon partition. The experimental steel has excellent performance, and the strength of the steel can be 12% elongation at the hardness of 620 HBW and -20 centigrade when the strength is above 2200 MPa. The work reached more than 28 J. Using OM, SEM, TEM and XRD, the microstructure of the experimental steel in different treatment states was characterized. Compared with the traditional QT process, the original austenite in the steel plate was finer and the martensitic plate was the most fine. The TMCP process fully exerts the effect of fine grain strengthening and precipitation strengthening of Nb microalloying. The grain is fine after rolling, and the water cooling process before the phase change can prevent the refined tissue to grow up again. After water cooling, it is beneficial to the dislocation recovery at a lower temperature and air cooling, avoiding the post rolling position missing and increasing brittleness in the final tissue. The subsequent direct carbon distribution makes full use of the high stability of the austenite in the experimental steel, which is not changed. The austenite Carbon Stabilization creates conditions to improve the toughness of the tissue at room temperature. The wear test results show that the wear resistance is closely related to the hardness, and the wear resistance of TMCP-DP steel is second only to the higher hardness of the steel after the rolling. In the scanning transmission mode, the high strength and wear resistance obtained by the EDX-Mapping surface scanning technique is observed by the TMCP-DP process. Nb, Ti and Mo elements are evenly distributed in the dispersed and distributed precipitates in steel experimental steel. The three elements do not appear in the local segregation.TEM zone diffraction spots and three dimensional atomic probe chromatography (3D-APT) to confirm that the precipitates in the steel are (Nb, Ti, Mo) C. It is proved that a small amount of Mo in the steel is uniformly incorporated into Nb, and the residual austenite is obtained from the carbide precipitation of the Ti. It is found that the carbon content of the body phase is obviously higher than that of its adjacent martensite. The concentration of carbon enrichment is about 5-7 times of the average carbon concentration of the matrix, which is the guarantee for its stable existence at room temperature. The comparison of one step method QP and direct carbon partition (DP) proves the effectiveness of carbon distribution in the DP process, after 1 C /s treatment. The highest retained austenite content was obtained, the volume fraction was 9.16%, and the carbon content in austenite was higher than that of other cold speed. The impact wear test of the samples with different retained austenite content showed that the wear mechanism of the retained austenite was mainly caused by the direct brittle peeling or fatigue shedding of the surface material caused by the abrasive particles. The greater the wear loss of the specimens with high residual austenite content, the results indicate that the retained austenite is unfavorable to the wear resistance. Considering the beneficial contribution of the retained austenite to the ductility of the experimental steel, a small amount of retained austenite should be maintained in the steel.
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG142.1

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本文編號(hào)：2029994