低成本工程機(jī)械用高強(qiáng)度耐磨鋼板開發(fā)

目前,廣泛應(yīng)用的耐磨鋼板材料主要有三大類:高錳鋼、耐磨鑄鋼(鐵)和低合金耐磨鋼。高錳鋼是傳統(tǒng)的耐磨材料,具有較高的韌性,但其耐磨性取決于工況條件。在沖擊嚴(yán)重、應(yīng)力較大的條件下,高錳鋼不失為優(yōu)越的耐磨材料。但在沖擊不大,應(yīng)力較小的條件下,高錳鋼的優(yōu)越性得不到發(fā)揮,其耐磨性并不高。耐磨鑄鋼(鐵)即所謂第三代耐磨材料,是目前國內(nèi)外公認(rèn)的耐磨性能(特別是耐磨料磨損)最好的材料。特點(diǎn)是在馬氏體(奧氏體)基體上鑲嵌著維氏硬度高達(dá)1300℃~1800℃的M7C3碳化物,這種碳化物不以網(wǎng)狀出現(xiàn),其韌性比一般白口鐵要好,用這類材料制成的易損件在許多工況條件下表現(xiàn)出很小的失重和很高的使用壽命。但是,由于含有大量鉻等稀缺元素,制造工藝要求嚴(yán)格,以及本身固有的脆性等,限制了大量推廣使用。低合金耐磨鋼的出現(xiàn),不但成功避免了高錳鋼的應(yīng)用場合的局限性和耐磨鑄鐵添加較多貴重合金元素的缺點(diǎn),而且還具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性、耐磨性和耐蝕性,成本不高的優(yōu)勢。
  目前,我國低合金耐磨鋼板無論是在強(qiáng)度級別,還是在性能等方面,與世界先進(jìn)水平相比均存在不小的差距。其具體主要體現(xiàn)在:
 ?。?)在用戶使用鋼種級別上,國內(nèi)多數(shù)產(chǎn)品用戶主要使用NM360~NM400級別;而國外主要是使用NM450~NM550級別。
 ?。?)在鋼鐵企業(yè)鋼種開發(fā)級別上,國內(nèi)鋼種開發(fā)及生產(chǎn)級別主要集中在NM360~NM400級別,只有極少數(shù)企業(yè)開發(fā)至NM450級別,而國外已開發(fā)至NM600甚至NM700系列。
 ?。?)在成份設(shè)計(jì)方面,國內(nèi)產(chǎn)品大多都添加較多的合金元素,甚至部分稀有元素。而國外則是采取添加極少量的合金元素,主要是通過嚴(yán)格的冶煉及工藝控制來達(dá)到較高的耐磨性能,由于合金元素添加較多,焊接性能亦不好。
 ?。?)在產(chǎn)品使用性能方面,國內(nèi)產(chǎn)品穩(wěn)定性較差,主要表現(xiàn)在力學(xué)性能(主要是硬度的波動性)上經(jīng)常出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況,而國外產(chǎn)品則性能比較穩(wěn)定。
  針對上述存在的問題,課題組成員結(jié)合該類鋼板的主要使用工況和國內(nèi)合金元素的分布特點(diǎn),并充分利用在開發(fā)淬火機(jī)設(shè)備時(shí)淬火過程及熱交換過程原理的研究,成功開發(fā)出綜合力學(xué)性能良好的低成本NM360~NM500低合金耐磨鋼板,該類鋼板主要有以下特點(diǎn):
 ?。?)穩(wěn)定綜合力學(xué)性能
  鋼板在淬火時(shí)由于冷卻速度極快,極易造成鋼板的冷卻不均,從而引起板形和性能的波動。通過對淬火過程的深入分析研究,合理設(shè)計(jì)并布置淬火機(jī)噴嘴,成功的解決了冷卻不均的難題,并最大限度的利用了冷卻能力。此外,在該類鋼的成分設(shè)計(jì)時(shí),充分考慮各種元素對淬透性的影響,合理的添加合金元素,在自主開發(fā)的成套熱處理設(shè)備下成功開發(fā)的具備穩(wěn)定綜合力學(xué)性能的低成本耐磨鋼板。該類鋼板與國內(nèi)其它鋼廠生產(chǎn)相比,性能更穩(wěn)定,硬度波動性較小,
 ?。?)良好的焊接性能和冷彎性能
  在成分設(shè)計(jì)時(shí),由于充分利用了淬火機(jī)的冷卻能力,添加的合金元素較少,從而使得碳當(dāng)量(0.40~0.60)較低,為得到良好的焊接性能提供了保障。此外,通過對化學(xué)成分及其冶煉、軋制過程的嚴(yán)格控制,從而保證了該類鋼的良好的冷彎性能。
  (3)較高的低溫沖擊韌性
  低合金耐磨鋼由于其使用環(huán)境及其惡劣,要求其力學(xué)性能具有極高的硬度和強(qiáng)度,使得其韌塑性較差,從而極大的限制了其在嚴(yán)寒地帶的推廣應(yīng)用。通過軋制、軋后冷卻及其淬火過程的控制,得到較小的奧氏體晶粒,從而為淬火后得到更加細(xì)小的馬氏體組織提供了保障,確保了淬火后得到較高的低溫沖擊韌性。

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