热处理工艺对NM450耐磨钢组织与性能的影响

麻 衡，马光亭，王月香

（莱芜钢铁集团有限公司，山东 莱芜 271104）

学会动态

热处理工艺对NM450耐磨钢组织与性能的影响

麻 衡，马光亭，王月香

（莱芜钢铁集团有限公司，山东 莱芜 271104）

对控轧控冷工艺生产的16 mm厚度规格NM450耐磨钢板进行930℃+保温20 min淬火、200℃+保温25 min回火处理，并对热轧态、淬火态及回火态的钢板取样进行组织性能分析。结果表明，热轧后钢板组织为铁素体+珠光体以及少量贝氏体，淬火组织为马氏体+残余奥氏体以及少量贝氏体，回火组织为马氏体+残余奥氏体+针状贝氏体。试验钢淬火+回火处理后Rm1 378 MPa，A5021.5%，-20℃夏比冲击功61 J，表面布氏硬度443 HBW，具有良好的综合力学性能。

耐磨钢；NM450；淬火；回火；微观组织；力学性能

1 前言

近年来，工程机械行业对耐磨钢的要求越来越苛刻，要求耐磨钢板不仅要有高硬度、高耐磨性，还要有高强韧性。目前TMCP技术已经广泛应用于低合金高强钢的生产过程中，但是对于像耐磨钢一类要求性能稳定性与均匀性非常高的关键结构件用钢，离线热处理（淬火+回火）生产工艺仍然无可替代[1-2]。国内外钢厂生产NM450高强度耐磨钢板多采用淬火+低温回火热处理状态交货，因此，研究热处理工艺对耐磨钢板组织性能的影响具有重要意义。本研究探讨热处理工艺对NM450耐磨钢组织性能的影响，以期为材料的生产和应用提供参考。

2 试验材料及方法

试验材料为NM450连铸坯，根据NM450耐磨钢标准及用户要求的硬度、强度、韧性及其焊接性能等指标，同时考虑到其经济性，成分设计通常不添加Nb、V等贵重合金元素，而是通过添加Cr、Mo、B等元素来提高产品的淬透性，具体成分要求见表1。力学性能通常要求抗拉强度不低于1 250 MPa，伸长率A50不低于7%，-20℃冲击功（纵向）均值不低于24 J，表面布氏硬度为420～480 HBW。

表1 NM450耐磨钢要求的化学成分（质量分数）%

由于NM450钢板成品规格较厚（16 mm），故采用控轧、轧后空冷工艺生产，并进行淬火和回火热处理。为了保证成品钢板的表面质量，同时为保证钢坯原始晶粒不至于过分长大使轧后钢材晶粒难以细化，将加热温度设定为1 200℃，保温足够时间（5～6 h），以保证热轧前连铸坯组织的均匀性。热轧过程中为确保获得较为理想的热轧态组织，精轧开轧温度设为930℃，终轧温度为860～880℃。轧后规格为16 mm。

将控轧+空冷得到的热轧态钢板进行热处理，淬火温度一般为Ac3以上30～50℃，低温回火工艺一般在150～300℃温度范围内进行。试验用钢淬火温度为930℃，保温20 min，随后加热到200℃，保温25 min。

1）微观组织分析。分别将热轧后及不同热处理工艺处理后的钢板沿垂直于轧制方向切开，观察宽度方向中心处的微观组织。试样经砂纸研磨、电动抛光后，用2%的硝酸酒精溶液腐蚀，在Leica DMIRM金相显微镜及FEI Quanta 600扫描电镜下进行组织观察。

2）力学性能检测。在热处理后的钢板上取矩形试样，试样上下表面经铣床加工后，在TH600布氏硬度计上检测钢板硬度，选用Φ10 mm淬火钢球压头，3 000 kg载荷保持10 s。

沿热处理后钢板的横向切取拉伸试样，取样标准按照GB/T 228《金属拉伸试验方法》进行，用Z2000型全自动拉伸试验机进行拉伸试验，横梁移动速度为60 mm/min。

沿热处理后钢板的纵向切取冲击试样，按照GB/T 229《金属夏比缺口冲击试验方法》进行冲击试验，试样尺寸为10 mm×10 mm×55 mm，采用V形缺口，在Instron 9250 HV落地式示波型冲击试验机上进行低温冲击试验。

3 试验结果及分析

3.1 钢板的微观组织

厚度16 mm NM450耐磨钢板热轧态、淬火态和

图1 厚16 mm NM450耐磨钢板不同状态、不同部位的金相组织

图2 厚16 mm NM450耐磨钢板不同状态、不同部位的SEM组织形貌

微观组织分析表明，热轧后钢板组织主要是铁素体+珠光体以及少量贝氏体（图1a～c、图2a～c）。铁素体呈不规则的细长条状，心部出现了明显的带状偏析。

淬火态钢板3个位置处的组织均为马氏体+残余奥氏体以及少量贝氏体，并且从表面到心部残余奥氏体逐渐减少，晶粒尺寸变化不大，分别为12.10、11.88、11.78 μm（图1d～f、图2d～f）。

回火态组织为马氏体+残余奥氏体+针状贝氏体，并且从表面到心部贝氏体含量逐渐增多，尺寸增大，分布更均匀。此外，在马氏体基体上还有少量析出物（图1e～i、图2e～i）。回火板条马氏体组织与淬火板条马氏体形貌相似，这是由于回火温度相对较低，板条马氏体没有大量分解，保持原有的板条状态。

3.2 钢板力学性能分析

试验钢不同处理状态拉伸、冲击及其硬度试验结果如表2所示。可以看到，试验钢在淬火后微观组织的改变使得强度和硬度得到大幅度提升，达到了NM450指标要求。由于该试验钢服役环境决定了对硬度和强度要求较高，韧性不是关键指标，故成分设计时影响韧性的碳、锰等成分含量较高。与组织对比分析，在保证强度和硬度的前提下，可以适当提高回火温度，有助于提高钢板的韧性。

表2 厚16 mm NM450耐磨钢板不同状态的力学性能

3.3 热处理工艺影响分析

淬火温度对强度和塑性的影响主要是由于微观组织的变化引起的。淬火温度过高，淬透性好、机械性能高，但温度过高，奥氏体晶粒易于粗大，淬火后得到粗大的马氏体组织，并且易变形甚至开裂；一般钢在淬火后回火时，随着温度的升高和时间的延长，会发生马氏体中碳的偏聚、马氏体的分解、碳化物类型的转变、相的回复再结晶、渗碳体集聚和球化等组织变化。这几个过程均被碳和合金元素的扩散所控制，是相互重叠进行的，很难截然分开。

回火温度较低时，马氏体发生分解，同时马氏体中的碳浓度降低，马氏体中过饱和的固溶碳将发生脱溶，析出碳化物。回火温度越高，马氏体分解越快，析出的碳化物越多，马氏体的碳浓度降低也越多。

实践表明，本试验钢最佳的热处理工艺为：淬火温度930℃，保温20 min；回火温度200℃，保温25 min。材料可得到最佳的强韧性匹配。

4 结论

4.1 热轧后钢板组织主要是铁素体+珠光体以及少量贝氏体，铁素体呈不规则的细长条状；淬火后，组织为马氏体+残余奥氏体以及少量贝氏体，与热轧态相比，晶粒尺寸未发生明显变化；回火后组织为马氏体+残余奥氏体+针状贝氏体，并且从表面到心部贝氏体含量逐渐增多，尺寸增大，分布更均匀，由于回火温度相对较低，板条马氏体还没有大量分解，保持原有的板条状态，其组织形貌与淬火态相似，相应的强度和硬度变化不大。

4.2 在保证微合金元素强化基础上，轧后需要采用淬火+回火工艺处理，即在Ac3+（30～50℃）淬火，保证获得马氏体基体组织，再通过200℃低温回火处理，消除淬火应力，降低脆性，使组织达到稳定状态，最终可获得理想的综合性能。

[1]麻衡，周平，刘军刚，等.回火温度对NM360耐磨钢组织与性能的影响[J].金属热处理，2011，36（4）：66-68.

[2]衣忠文，麻衡.Nb-Mo、V微合金元素对NM500超高强度耐磨钢板组织与性能的影响[J].金属热处理，2013，38（7）：57-61.

Influence of Heat Treatment Process on the Microstructure and Property of Wear-resistant Steel NM450

MA Heng,MA Guangting,WANG Yuexiang
（Laiwu Iron and Steel Group Corporation,Laiwu 271104,China）

The heat treatment process quenching at 930℃+holding for 20 mins and tempering at 200℃+holding for 25 mins were carried out for 16 mm NM450 wear-resistant steel plate produced by controlled rolling and controlled cooling process.The microstructure and properties of as-rolled,quenched,and tempered steel plates were sampled and analyzed.The results showed that, there were ferrite+pearlite and a little of bainite in the microstructure of as-rolled plate,martensite+retained austenite and a small amount of bainite in the microstructure of quenched plate,and martensite+retained austenite+acicular bainite in the microstructure of tempered plate.After the tested steel was quenched and tempered,its tensile strength was 1 378 MPa,its elongation A50 was 21.5%,its charpy impact energy at-20℃was 61 J,its brinell hardness on plate surface was 443 HBW.The steel plate possesses a good comprehensive mechanical property.

wear-resistant steel;NM450 steel;quenching;tempering;microstructure;mechanical property

TG161；TG142.1

A

1004-4620（2015）04-0039-03

2015-05-22

麻衡，男，1985年生，2007年毕业于西安建筑科技大学材料成型及控制工程专业。现为莱钢集团银山型钢有限公司宽厚板事业部工程师，从事中厚板钢新产品研发及工艺研究工作。回火态表面、1/4厚度处及1/2厚度处的微观组织见图1、图2。

试验研究