TiC粒子尺寸对增强马氏体耐磨钢磨损性能的影响

采用不同凝固速率获得相同成分的铸坯,按不同压缩比将铸坯热轧,经过热处理后,获得成分相同、硬度在450HV左右、TiC粒子尺寸在1.88~3.20μm之间的TiC粒子增强马氏体耐磨钢。对比研究TiC粒子增强马氏体耐磨钢在不同载荷往复滑动磨损条件下的磨损行为,结果表明:随着磨损载荷的增加,最佳耐磨性TiC粒子尺寸从1.88μm增加至2.60μm,其磨损机理为磨料磨损、氧化磨损和分层剥落。

耐磨钢的发展与耐磨性强化

磨损是导致材料失效的主要原因之一,耐磨钢是一类广泛用于各种磨损工况的耐磨材料。工业化水平的不断发展对耐磨钢的性能提出了更高的要求,兼具较高强度和良好韧性是耐磨钢开发的重要方向。在需求驱动下,耐磨金属材料先后经历了锰钢、镍硬铸铁、高铬铸铁与低合金钢的迭代发展,由此衍生出众多种类的耐磨钢。本文根据耐磨钢的发展历程,对耐磨钢进行分类,依次介绍各种耐磨钢的特点、应用场景、研究现状与不足,总结合金化、轧制、热处理、表面工程等四种耐磨钢的耐磨性强化方法,展望高性能耐磨钢的未来研究方向和发展前景。

高碳中锰耐磨钢凝固过程溶质微观偏析模型

通过定向凝固、电子探针(EPMA)、Factsage等多种实验与理论计算相结合的手段对中锰耐磨钢凝固过程溶质元素微观偏析行为进行了系统研究.研究表明在定向凝固试验中当拉速为50μm·s-1时,中锰钢的二次枝晶间距平均值为59.77μm;中锰钢凝固过程组织转变为L→L+γ→γ属于奥氏体凝固模式,无包晶反应的发生,也无铁素体相及其他相的出现;中锰钢定向凝固过程中Mn、Cr在枝晶间的含量明显高于枝晶内,表明Mn、Cr元素发生了明显的正偏析行为;通过对各特征参数求解,构建了中锰钢溶质元素微观偏析模型,发现中锰钢定向凝固过程中Mn元素偏析指数与Brody–Flemings模型符合较好,而Cr元素偏析指数与Clyne–Kurz模型分布较为一致.

NM500级高强度低合金耐磨钢的研制开发

在研制开发NM500级高强度低合金耐磨钢过程中,通过设计合理成分体系及淬火+回火工艺方案,实现塑韧性与硬度匹配良好、高强度低合金耐磨钢NM500的稳定生产。布氏硬度均在489~528HBW,显微组织观察发现厚度截面为全马氏体组织。针对典型工艺的成品钢进行冲击磨料磨损耐磨对比试验,结果显示:NM500级高强度低合金耐磨钢的相对耐磨性优于NM400和NM450级高强度低合金耐磨钢,为Q355B级高强度低合金耐磨钢的8.30倍。

400HBW级商用低合金耐磨钢的耐磨性能研究

通过摩擦磨损实验,对两种400HBW级低合金马氏体耐磨钢27MnTiB和35CrMo进行耐磨性研究。结果表明:与35CrMo钢相比,27MnTiB钢的平均摩擦系数较小。此外,白光干涉仪测量显示27MnTiB钢的磨损轨迹较窄且较浅,27MnTiB钢的磨损体积和磨损率均小于35CrMo钢,展现出更好的耐磨性。扫描电镜观察发现两种样品磨痕形貌中均有犁沟和碎屑,35CrMo钢的磨痕中存在分层,说明发生疲劳磨损。同时讨论磨损机理,并分析影响耐磨性的因素。

卷取温度对颗粒增强型NM300TP耐磨钢性能的影响

为充分利用TiC颗粒提高钢材的耐磨损性能,采用中碳+低锰+高硅+高铝+高钛成分体系,通过精准控制组织相比例,TiC颗粒尺寸及其体积分数,研究了卷取温度对颗粒增强型NM300TP耐磨钢性能的影响。结果表明:当卷取温度为665℃、615℃、545℃和480℃时,试验钢组织分别为PF+DP+GB、PF+GB+M/A、GB+M/A和GB+M/A。随着卷取温度的降低,试验钢抗拉强度先增后降,延伸率、硬度和冲击性能呈现增加趋势,卷取温度为480℃和545℃时,试验钢各性能均满足技术要求,且钢中含有较多M或M/A组织的产品具有更优的耐磨性能。当卷取温度较低时,试验钢中含有大量微米、亚微米和纳米级TiC颗粒析出,具有较强的抗变形和耐磨损的性能,使得试验钢在强度较低的情况下表现出与马氏体耐磨钢相同的耐磨损性能。

终冷温度对稀土TiC颗粒增强耐磨钢组织和性能的影响

稀土元素在钢铁材料中的应用对优化其性能具有重要意义。文章以稀土元素铈(Ce)作为主要添加剂,制备了一种稀土TiC颗粒增强的耐磨钢,并系统地探讨了终冷温度对其组织和耐磨性能的影响。微观组织分析表明,凝固过程中铈元素能够有效地细化铸态组织中的长条链状TiC颗粒,轧制过程中,残余奥氏体含量会随着终冷温度的降低有所减少。磨损试验表明,稀土铈微合金化的TiC颗粒能够有效阻碍磨损的进行,从而提高钢板的耐磨性能。

装载机用低合金耐磨钢磨料磨损性能研究

基于物理模拟研究方法,采用ML-100销-砂纸盘磨料磨损试验机研究3种装载机铲斗常用低合金耐磨钢抵抗磨料磨损性能的相对优劣,并采用光谱仪、万能试验机、冲击试验机、布氏硬度计、金相显微镜和扫描电子显微镜等试验分析了3种低合金耐磨钢NM400、NM400E、22SiMn2TiB的合金成分、金相组织、机械性能和磨料磨损试样表面形貌。磨料磨损试验中以Q345B作为标准试样。结果表明,NM400的相对耐磨性为1.22,NM400E的相对耐磨性为1.47,22SiMn2TiB的相对耐磨性最好,达到了1.52。通过试样磨损表面形貌分析磨损机理认为,低合金耐磨钢的硬度增加,使磨粒嵌入耐磨钢表面的深度变浅,减小犁削作用造成的材料损失,从而有效提升其耐磨性,硬度是决定磨料耐磨性能优劣的关键因子,试验中22SiMn2TiB的硬度最高,抵抗磨料磨损性能最好。通过优化合金成分提高强韧性开发的NM400E,在提升表面硬度的同时保证材料充分的韧性,能够减少磨损过程的犁脊被切断造成的材料损失。在低冲击的磨料磨损工况下,相对耐磨性较NM400有明显提高,并接近于22SiMn2TiB的水平。

应用耐磨钢的2万载重吨转载驳货舱结构分析

以一艘采用耐磨钢的2万载重吨转载驳为研究对象,对其货舱结构的强度和焊接工艺进行分析。概述该转载驳的主要特征及其采用的耐磨钢的特点,在此基础上开展船体结构总纵强度计算、横向强度计算和长舱段有限元分析,并对建模要求、边界约束条件和载荷工况的选取进行详细描述;同时,对耐磨钢焊接工艺进行研究总结。实船应用结果表明,采用耐磨钢的该转载驳的货舱结构安全稳定,能满足预期的结构强度要求,研究采用的理论计算方法和耐磨钢焊接工艺可供同类型船舶的设计和建造参考。

Bisplate400耐磨钢在不同环境介质中的磨损行为分析

Bisplate400耐磨钢在应用过程中面临各种工作条件,不可避免地会暴露在不同的环境介质中。为此,对Bisplate400耐磨钢试样在不同载荷(50 N、100N、150 N)和环境(干摩擦、去离子水和3.5%NaCl溶液)下进行了摩擦磨损试验。利用白色光干涉三维表面轮廓仪和扫描电镜等分析了不同条件下的磨痕表面和横截面形貌。结果表明:环境对摩擦系数有着显著的影响,在干摩擦条件下时摩擦系数呈现出最大值,去离子水环境中的摩擦系数次之,而3.5%NaCl溶液则因其独特的润滑特性展现出最小的摩擦系数。在干摩擦条件下,磨痕深度从试样表面到底部的变化最大。随着法向载荷的增加,在3.5%NaCl溶液环境下,由于腐蚀磨损导致磨损加剧,磨痕最深磨损体积最大;在去离子水环境中,当法向载荷为50 N和100 N时由于去离子水的润滑作用和冷却作用,使得磨痕的深度和磨损体积小于干摩擦条件下。同时由于去离子水的腐蚀性要弱于3.5%NaCl溶液,这也使得在去离子水环境下磨痕的体积和深度要小于3.5%NaCl溶液环境下,而当法向载荷增加到150 N时,腐蚀磨损加剧使得磨损体积要大于干摩擦条件下。

稀土合金化高碳耐磨钢连续冷却转变曲线的建立及组织转变

采用金相显微镜、场发射扫描电镜和淬火膨胀仪研究稀土合金化高碳耐磨钢不同冷却速度条件下的转变组织、相变临界点和不同冷却速度下过冷奥氏体的连续冷却转变曲线(CCT曲线)。结果表明:相变临界点为Ac_(1)为742.6℃,Ac_(3)为816.5℃,Ms为307.0℃。当冷却速度小于0.4℃/s时,显微组织为少量铁素体+珠光体;当冷却速度为0.4℃/s时,显微组织为单相伪共析珠光体;当冷却速度大于0.5℃/s时,显微组织逐渐向马氏体转变;冷却速度高于4℃/s时,钢中仅有马氏体+残余奥氏体组织。

低合金耐磨钢回火工艺研究

对低合金耐磨钢进行了860℃淬火+360~480℃不同温度的回火处理,采用硬度测试、冲击试验、磨损试验、显微组织观察及断口形貌分析,研究了不同温度回火对低合金耐磨钢组织与性能的影响。结果表明:随着回火温度的升高,试验钢的硬度逐渐下降,冲击韧性、磨损失重逐渐升高,晶粒越来越均匀细小,马氏体板条形貌越来越不明显。回火温度从400℃升高到440℃,试验钢的冲击韧性提升明显。400℃回火试验钢断裂形式为脆韧性混合断裂,440℃回火试验钢断裂形式为韧性断裂。

国内外耐磨钢夹杂物控制水平分析

耐磨钢中夹杂物是影响耐磨钢强度、韧性的重要因素,为了分析国内外耐磨钢中夹杂物的控制水平,对日本和国内两厂的耐磨钢进行夹杂物大小、分布、成分,以及钢基体的硬度进行分析。结果表明,国内A厂通过Ca处理后与日本耐磨钢的夹杂物尺寸接近,但数量密度较大,洁净度略低于日本耐磨钢。对钢中夹杂物成分进行检测:日本耐磨钢中的夹杂物类型主要为CaO、CaO-Al_(2)O_(3)、MgO-Al_(2)O_(3)、MgO-Al_(2)O_(3)-CaO和TiN、Ti(C,N)夹杂;国内A厂通过Ca处理技术,降低了钢中MnS析出量,夹杂物中CaS、CaO含量增加;未经过Ca处理的国内B厂耐磨钢中发现Mn S析出,经过轧制后呈长条状。对各厂的硬度进行分析,日本耐磨钢基体平均硬度为447 HV,且钢基体组织硬度分布均匀,国内A厂和B厂略低于日本耐磨钢,硬度均匀性波动较大,组织控制水平与日本产品尚有差距。

耐磨钢中Ti的析出行为及其对冲击磨损性能的影响

研究了不同Ti含量(0.03 mass%和0.15 mass%)的耐磨钢中Ti的析出行为及其对冲击磨损性能的影响。结果表明:低Ti含量钢中的大尺寸析出相占比明显低于高Ti含量钢;亚微米级/微米级(Ti,Mo)N析出相在温度较高的液相或者液/固两相区析出,多呈尖锐棱角的不规则多边形或矩形;纳米级(Ti,Mo)(C,N)析出相在温度较低的固相区析出,多为细小的近球状。低Ti含量钢的冲击磨损性能优于高Ti含量钢,亚微米级/微米级(Ti,Mo)N析出相使材料断裂的临界应变能降低,基体和析出相分离所需的应力下降,容易产生微裂纹,导致在冲击磨损过程产生大量犁削;纳米级(Ti,Mo)(C,N)析出相使基体的应变能低于裂纹扩展所需要的界面能,能够阻止在冲击磨损过程中产生的切削,使得耐磨性增加。

不同冲击载荷下轻质耐磨钢的组织及耐磨性研究

以传统Mn13Mo高锰钢为对比材料,采用MLD-10B冲击磨料磨损试验机,对经不同条件热处理的轻质Fe-26Mn-7.5Al-1.0C耐磨钢的耐磨性及磨损机制进行研究。结果表明:经过1100℃保温2 h固溶处理的Fe-26Mn-7.5Al-1.0C钢在1 J冲击载荷下的耐磨性是Mn13Mo钢的1.11倍;经500℃保温5 h时效处理后,由于大量纳米级κ-碳化物的析出,Fe-26Mn-7.5Al-1.0C钢的硬度、强度与耐磨性提高,在4 J冲击载荷下其耐磨性是Mn13Mo钢的1.30倍;Mn13Mo钢的磨损表面主要以磨粒切削形成的较长犁沟、疲劳磨损产生的剥落坑与微裂纹为主,Fe-26Mn-7.5Al-1.0C钢的磨损表面主要以浅且长的犁沟、分层坑与剥落坑为主;Mn13Mo钢的磨损亚表面形成了大量滑移带,在4 J冲击载荷下晶粒细化,Fe-26Mn-7.5Al-1.0C钢时效处理后的磨损亚表面有较高密度的位错滑移线,未发现有机械孪晶存在。

Q&P工艺对Fe-0.45C-1.6B高硼耐磨钢组织和性能的影响

利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、洛氏硬度计和冲击磨损试验机,研究了铸态和经Q&P工艺处理后的Fe-0.45C-1.6B高硼耐磨钢的组织和性能。结果表明,高硼耐磨钢的显微组织由金属基体和共晶硼化物组成。基体组织主要为马氏体,铁素体和少量残余奥氏体。硼化物主要为Fe_(2)B和Fe_(23)(B,C)_(6)。Q&P工艺后,铁素体被消除,合金元素分布均匀,硼化物的形态和分布随之发生变化。经Q&P工艺后,高硼耐磨钢的综合力学性能和耐磨性都得到改善。与铸态相比,Q&P工艺后高硼耐磨钢中残余奥氏体的体积分数由9.8%上升到17.6%,冲击吸收功由3.76 J上升至7.50 J,耐磨性为铸态时的1.64倍。

热处理工艺对Fe-Si-Mn-Cr低合金耐磨钢组织及力学性能的影响

主要对铸造Fe-Si-Mn-Cr低合金耐磨钢进行了4种不同工艺的热处理,采用金相组织观察、硬度测试、冲击性能测试及冲击断口分析系统研究了不同热处理工艺对耐磨钢的组织及力学性能的影响。结果表明:低合金耐磨钢的铸态组织为铁素体+珠光体,在淬火/正火+回火处理后,可以获得马氏体、贝氏体、M/A岛组织;经过910℃油淬/正火+250℃回火处理的耐磨钢表现出较好的硬度和韧性匹配,其硬度和冲击韧性分别为47.2 HRC+26.2 J/cm~2和41.6 HRC+57.2 J/cm~2。

不同热处理工艺对耐磨钢复合板界面影响的研究

淬火+低温回火的热处理工艺是耐磨钢复合板的重要工艺,本文研究NM500/Q345/NM500复合板进行不同淬火+回火热处理试验。借助超景深光学显微镜(OM)、场发射扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等设备,分析了不同热处理(淬火+回火)工艺参数下复合界面处的微观形貌特征、界面元素分布、缺陷成分和显微硬度,研究发现:淬火后复合板结合界面整体复合效果较好。淬火温度的增加促使界面的孔洞明显减小或者消失;同时,原始奥氏体出现长大的倾向,板条束马氏体组织明显增多,板条块减小,复合板耐磨钢层的硬度先增大再减小。

高钛耐磨钢研究进展

耐磨材料凭借高硬度特点,已广泛应用于许多磨损领域。由于钛元素在地球含量丰富,且具有阻止晶粒长大、提高钢的耐磨性等作用,高钛耐磨钢有着良好的发展前景,是一种非常好的耐磨材料。本文总结了高钛耐磨钢中元素的种类和含量以及在凝固、变形、淬火及回火过程中的工艺参数对钢的显微组织和性能的影响,并对未来进行展望,期待为高钛耐磨钢的发展应用提供支持。

含Ti耐磨钢ANM450在模拟煤矿矿井水环境中的腐蚀行为

采用浸泡腐蚀试验和电化学测试,研究了含Ti低合金耐磨钢ANM450和低合金马氏体耐磨钢Hardox450在弱酸性、弱碱性和高矿化度3种模拟煤矿矿井水溶液和去离子水中的腐蚀行为,并分析了ANM450钢的腐蚀机理。结果表明:四种溶液对两种钢的腐蚀强弱程度依次为弱酸性溶液、弱碱性溶液、高矿化度溶液、去离子水;ANM450钢的耐腐蚀性能比Hardox450钢差,原因在于ANM450钢组织中存在TiC颗粒,腐蚀优先发生在TiC颗粒与基体结合界面的缺陷处。