微合金贝氏体抗磨的研究综述.doc

正交法设计微合金贝氏体抗魔钢的成分及性能 （袁中涛 摘要：本文主要论述了微合金贝氏体抗磨钢的开发思路、组织、成分、以及相关的性能和作用,并运用政教方法进行成分设计和性能检测方案设计。用金属类生态环境材料的研究思路，设计抗磨钢材料成分，确定其产品制备工艺，将微合金化理论与控铸控冷工艺相结合，即能获得贝氏体、马氏体和残余奥氏体基体组织。不仅可减少资源和能源消耗，提高金属材料的循环再生利用率，有效合理地利用地球上的富有资源，保持资源平衡，而且使产品的制造工艺及设备简单，易于操作控制，为成功地生产成本低廉、 综合性能优良的新型微合金贝氏体抗磨钢件提供了有实用价值的理论及数据。 关键词：微合金 贝氏体 抗磨钢 正交方法 引言 随着我国经济的不断发展，城市化进程的持续推进，微合金贝氏体抗磨钢在国民经济中得到迅速发展和推广应用，想过的研究也得到高速的发展。目前我国微合金贝氏体抗磨钢生产企业众多，产品已形成系列化。由于我国从技术上起步比较晚，与国外相比还存在一定的差距，因此开发研制高性能的国产微合金贝氏体抗磨钢替代进口配件，使产品国产化已成为发展的必然趋势。 采用传统技术生产传统金属抗磨材料已不能适应目前的发展要求，应用高技术去改造传统金属抗磨材料成为一新兴举措。本文研究在中高碳钢成分基础上加入少量或微量提高淬透性的金属元素，应用微合金化及控铸控冷工艺而研制铸态贝氏体和马氏体双相组织抗磨钢件。其中微合金化是指在基本化学成分（普通或低合金钢）中添加微量（不大于0.2%）的合金元素，从而使钢铁材料的一种或几种性能具有明显提高的工艺技术，经过此法处理的钢称为微合金钢。文中研究的金属抗磨材料就是在低合金抗磨钢经微合金化处理后所得的新型抗磨钢。它与已有的微合金钢，抗磨钢和贝氏体钢等材料及制造技术有很多不同点，所以在此将其命名为“微合金贝氏体抗磨钢”。 长期以来微合金贝氏体抗磨钢广泛应用在水泥、选矿、发电、耐火材料、陶瓷等业 用以制造承受较大冲击并要求耐磨的零件，如：拖拉机履带板、破碎机颚板、球磨机衬板、破碎机板锤等。微合金贝氏体抗磨钢的耐磨性好，韧性较高，但存在的问题是对原材料的要求极为严格，需要加入大量的锰合金元素，生产成本很高。热处理温度和淬火液的温度要求严格，水韧处理不易控制，导致产品质量不稳定。因此，研究耐磨性好 冲击韧度高生产成本低的高锰钢替代材料具有重要意义。 微合金贝氏体抗磨钢新材料的开发思路 采用微合金化技术，即在碳素钢中添加微量的合金元素，通过优化成分结构和适当的热处理工艺挖掘材料的潜力，从而获得易于制备、耐磨性和韧性俱佳的材料。 我国生产的普通铸造低合金钢 主要品种有Mn系、Mn-Si系、Cr系等。单元锰钢的最大特点是淬透性好、价格便宜。但它在热处理过程中存在热敏感性大，易产生回火脆性和Mn元素偏析等问题。多元Mn钢克服了单元Mn钢的缺点，如Mn-Si系钢可获得更好的性能。本文研究以Mn-Si系钢为基础，适当加入少量或微量：Cr、Ti、B、Nb等合金元素。为保证材料的硬度和韧性，则采用淬火加回火热处理工艺。 在成分设计时主要考虑了两个因素：一是尽量减少珠光体，获得以马氏体为主以及少量碳化物的基体组织；二是尽可能地降低成本。 运用正交方法进行成分设计 依据Si-Mn系列刚的成分特点，抗磨钢的主要元素添加范围为：0.35%~0.55%的C，0.55~1.30的Si，1.10%~1.30%Mn。 铬：是强烈形成碳化物的合金元素 它将降低共晶碳量，防止粗大初生碳化物的产生，保证碳化物形成高硬度的孤立状的（Cr·Fe）3C型理想抗磨相。选择好适宜的Cr/C值是十分重要的。同时，铬有一小部分溶解在奥氏体中，起到强化基体、增加合金淬透性的作用。综合以上考虑 将铬量确定为0.2%~0.4%。 钛：是常用的细化晶粒元素，钛能细化奥氏体枝晶，促进渗碳体断网，提高合金的冲击韧性和抗磨性。钛在显微组织中主要以TiC的形式存在，钛化合物的硬度极高，可以改善钢铁材料的力学性能和抗磨性，将Ti含量定为0.01%~0.03%。 硼：B是强烈稳定奥氏体的合金元素,可替代Ni、Cr、Mo等贵金属，显著提高钢淬透性，固溶在钢中的B为0.001%~0.003%时，提高淬透性最明显，含B量超过0.005%时，韧性降低，所以应该严格控制钢中的含B量。 铌：Nb作为一种细化晶粒的合金元素在钢中早已得到应用，属于强碳化物形成元素，它与碳的亲和力高于铁和铬，更易形成一种简单立方点阵的化合物，能较大幅度地提高材料的耐磨性。此外Nb还可微溶于奥氏体基体中，有稳定奥氏体作用，含铌量对共晶碳化物形态有影响。Nb含量低时，恶化共晶碳化物形态；提高Nb含量时，出现独立的铌碳化合物后，共晶碳化物形态好转，确定铌的含量为0.1%~0.5%[1]。 为