NR360贝氏体耐磨钢板的组织与性能

表 2 NR360 耐磨钢板焊接接头力学性能
焊接方法 Rp0.5/MPa Rm/MPa A50/%
断裂位置
手工焊
508
772 12
焊缝
CO2 保护焊 549
694 13
焊缝
450 400 焊缝区 熔合区 热影响区 基体区
显微硬度 /HV
350 300
250 CO2 保护焊 200 150
手工焊
100 -2 2 6 10 14 18 离焊缝中心的距离/mm 图 3 焊接接头的显微硬度分布
20 μm
5 μm
0.5 μm
(a) OM
(b) SEM
(c) TEM
(d) (c)图的衍射花样
2.3 耐磨性能
图 1 NR360 耐磨钢板的组织 表 1 NR360 耐磨钢板滑动磨损试验结果
南钢 NR360 非调质贝氏体耐磨钢板与调质耐磨 钢 WR360 的对比滑动磨损试验结果见表 1。NR360 在 经过 1 h 的磨损试验后，磨损失重要小于 WR360。以磨
第3期
张 逖等：NR360 贝氏体耐磨钢板的组织与性能
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光 ，用 于 滑 动 磨 损 试 验 。 滑 动 磨 损 试 验 在 MM200 环 块 磨 损 试 验 机 上 进 行 ，对 磨 辊 环 外 径 为 40 mm， 内径为 16 mm，厚度为 10 mm，材料为淬火回火模具钢，硬度为 HRC60，表面磨光。试验机转速为 200 r/min， 载荷为 100 kg，用 1:100（体积比）乳化液作为冷却液滴注冷却。用感量 0.000 1 g 的分析天平称重，每个试样 清洗称重后试验，总磨损时间为 1 h。将试验钢与以“轧制+淬火回火”工艺生产的同级别 WR360 调质耐磨钢 进行比较，以表征材料的耐磨性。试验后磨损的表面经超声波清洗后，进行 SEM 观察。
磨痕表面形貌。由图 2 可以看出，2 种耐磨钢的磨损机
20 μm
20 μm
制主要是切削与犁沟机制，同时存在疲劳剥落机制。 NR360 钢在滑动磨损条件下的磨痕比较平滑且较浅，
(a) NR360
(b)WR360
图 2 2 种耐磨钢板磨损表面形貌
WR360 的磨痕比较深且表面的剥落程度较大。分析认为，WR360 的生产工艺为“轧制+淬火回火”，钢材的组
NR360 耐磨板的显微组织如图 1。由图 1 可见，NR360 耐磨钢板的典型组织为贝氏体，多数为板条形态 (图 1(a))，在高分辨扫描电镜和投射电镜下，可以观察到在贝氏体板条间分布有片状残余奥氏体，原奥氏体的 晶粒大小为 20~35 μm，贝氏体板条的宽度为 0.3~1 μm，贝氏体板条内及板条间均无碳化物析出(图 1(b，c))。 图 1 (d)为图 1 (c)中残余奥氏体的衍射花样及标定结果。由于贝氏体板条内及板条间没有碳化物析出，存在 残余奥氏体，这样在低温回火中残余奥氏体的热稳定性和机械稳定性得到了提高，使得 NR360 耐磨钢不仅 具有较高的强度而且能够保持较好的韧塑性[3]。
1 试验制备与试验方法
试样均取自 30 mm 厚 NR360 成品耐磨钢板，主要化学成份 (质量分数) 为 C≤0.20%，Mn≤2.0%，Si≤ 1.8%，Cr，Nb，Mo，V 等适量。加工成 12.5 mm × 400 mm × 30 mm 的非标准拉伸试样，按 GB/T 228-2002 进行 拉伸试验，根据 GB/T 229-2007 进行冲击试验，试验温度为 0 ℃。
图 3 是采用 2 种焊接方法得到的焊接接头的显微 硬度分布。由图 3 可以看出，由于试验中母材与焊材采 用低强度匹配，因此焊缝金属区硬度较低；经过熔合区 后硬度明显升高，热影响区的显微硬度已接近基体硬 度。
图 4 是手工电弧焊焊接接头各区的金相组织。由 图 4 可以看出，焊缝组织主要为块状和针状铁素体组 织，少量珠光体分布在块状铁素体边界（图 4（a））；熔合 区(图 4（b）)有比较明显的组织变化，形成交接面，靠焊 缝一侧为焊缝金属组织，靠热影响区一侧主要为板条 贝氏体组织。观察到熔合线结合状况良好，没有发现裂 纹；热影响区组织主要为细化的板条贝氏体组织和少 量马氏体组织（图 4（c））。主要因为焊接过程中，焊缝周 围金属受焊缝金属的影响，空冷时热影响区受基体金 属的影响，冷却速度较快，组织细化，冷却过程中得到 贝氏体和少量马氏体组织，提高了硬度。采用 CO2 保护 焊时，由于对工件热输入与手工电弧焊相近，显微组织 的演变规律也是基本相同的。
Vol.26 No.3 July 2009
安徽工业大学学报 J. of Anhui University of Technology
文 章 编 号 ：1671-7872（2009）03-0236-03
第 26 卷 第 3 期 2009 年 7 月
NR360 贝氏体耐磨钢板的组织与性能
张 逖 1， 梁学平 1， 宋 娟 2, 斯松华 2 （1. 南京钢铁股份有限公司，南京 210035；2. 安徽工业大学 材料科学与工程学院，安徽 马鞍山 243002）
将钢板加工成尺寸为 200 mm×400 mm×30 mm(厚)的焊接试板。待焊接表面制备 X 形坡口后进行手工电 弧焊接和 CO2 保护焊对接焊接。焊接前，焊接试板预热温度为 150 ℃。手工电弧焊选用的焊条为 E5015 (J507)，直径为 3.2 mm，焊接电流为 150~170 A，焊接电压为 22~25 V，焊速为 15 cm/min。CO2 保护焊焊丝为 H08Mn2SiA，直径为 1.2 mm，焊接电流为 220~250 A，焊接电压为 25~27 V，焊速为 30~32 cm/min。焊接时层 间温度控制在 150~170 ℃，焊后石棉保温冷却。
2 试验结果与分析
2.1 力学性能 南钢生产高强度耐磨钢板的力学性能要求 σs≥850 MPa,σb≥1100 MPa,A50≥10%,AKV≥23(0 ℃),硬度≥
321 HB。对试验钢板分别进行拉伸试验、冲击试验及硬度测定。结果为：Rp0.5=1050 MPa，Rm=1210 MPa，A50= 11 %，硬度=355 HB，AKV=39 J(0 ℃)。数据表明，在“控轧控冷+离线回火”工艺条件下生产的 30 mm NR360 耐 磨钢板，屈服强度和抗拉强度表现良好，屈强比为 0.87，具有良好的强韧性，且硬度、冲击性能和弯曲性能均 保持较高水平。 2.2 显微组织
ZHANG Ti1, LIANG Xue-ping1, SONG Juan2, SI Song-hua2 （1.Nanjing Iron and Steel Co. Ltd.，Nanjing 210035 ,China；2. School of Materials Science and Technology, Anhui University of Technology, Ma'anshan 243002 ,China)
Abstract: The structure, mechanical properties, wear -resistance and weld properties of NR360 wear -resistant steel plate were studied. The results show that the microstructure of the NR360 wear -resistant steel plate is consist of carbide free bainite and retained austenite, then high strength and high toughness can be maintained. The steel plate exhibits well wear resistance, and in the sliding wear test, steel plate's attrition mechanism mainly for micro cutting and plow furrow mechanism. The microstructures of seam weld of the weld joint are blocky and needle -like ferrite, and the microstructures of HAZ are lath bainite and martensite. The weld joint has good strength and toughness. The HAZ hardness is close to the base metal. Key words：carbide free bainite; wear resistant steel plate; microstructure; property
国外耐磨钢板是采用轧后在线直接淬火+离线回火工艺制造，具有高强度、高硬度以及可焊性[1-2]。目前国 内主要采用轧后进行离线热处理工艺生产高强度耐磨钢板，生产出的钢板存在工序多、成本高、板形差、韧性 相对低等问题[3]。为简化钢板生产工艺、降低生产成本、得到综合性能良好的钢板，南钢公司在炉卷轧机生产 线上采用低碳低合金化成份设计、“控轧控冷+离线回火”工艺，开发了 NR360 非调质高性能贝氏体耐磨钢 板。笔者研究 NR360 非调质贝氏体耐磨钢板的组织结构、力学性能、耐磨性能及焊接接头性能。
条贝氏体与马氏体组织。焊接接头具有良好的强韧性，热影响区的硬度与耐磨钢基体相近。
关 键 词 ：无碳化物贝氏体；耐磨钢板；组织；性能
中 图 分 类 号 ：TG142.72
文 献 标 识 码 ：A
doi:10.3969/j.issn.1671-7872.2009.03.009
Microstructure and Properties of NR360 Wear-resistant Bainite Steel Plate
用 HBE-3000A 布氏硬度仪测试硬度。试样用 4%(体积分数)的硝酸酒精溶液腐蚀，在光学显微镜(OM)、 扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)观察组织结构特征。
采用线切割方法从板材上沿厚度方向切割成 6.5 mm×6.5 mm×30 mm（厚）的小长方块试样，各表面均磨
收 稿 日 期 ：2009-01-05 作者简介:张逖（1971- ），男，河南周口市人，工程师，从事高强钢的冶炼工艺研究。
摘要：研究南钢 NR360 贝氏体耐磨钢板的组织、力学性能、耐磨性能及焊接性能。结果表明，NR360 耐磨钢板的组织为板条状的
无碳化物贝氏体及残余奥氏体组织，该钢板具有较高的屈服强度、抗拉强度，及良好的韧性。钢板的耐磨性好，在滑动磨损试验
下，钢板的磨损机制主要为微切削与犁沟机制。焊接接头中焊缝组织主要为块状和针状铁素体组织，热影响区组织为细化的板
耐磨钢 NR360 WR360
硬度/HB 355 335
磨损失重（/ mg/h） 相对耐磨性
15.1
1.18
17.8
1.00
损失重最高的耐磨钢作为基数，除以其它耐磨钢的磨
损失重，得到耐磨钢的相对耐磨性，可以看出 NR360
的耐磨性优于 WR360。
图 2 是通过 SEM 得到的 2 种耐磨钢板滑动磨损
热影响区 熔合区
焊缝区
(a) 焊缝区
20 μm
(b) 熔合区
20 μm
20 μm
(c) 热影响区
(d) 基体
图 4 手工电弧焊焊接接头的金相组织
20 μm
Biblioteka Baidu3结 论
（1）NR360 耐磨钢板的 组织由无碳 化物贝氏体 及少量残余 奥氏体组成 ，可获得 Rp0.5＞850 MPa，Rm＞ 1100 MPa，A50＞10%，0 ℃冲击韧性大于 23 J 的高强度耐磨钢板。
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安徽工业大学学报
2009 年
织为回火马氏体，而 NR360 经过“控轧控冷+离线回 火”得到的组织主要为板条贝氏体，这种低碳的贝氏体 具有良好的强韧性和较高的破断抗力，残余奥氏体在 磨损时有应力松弛作用，从而阻碍裂纹扩展[4-5]。 2.4 焊接性能
将焊接后的试板进行拉伸试验，测定的接头力学 性能见表 2。在焊材的选择上采用了低强度匹配，拉伸 后接头的断裂位置均出现在焊缝，接头性能反映的是 焊缝熔敷金属性能。由表 2 可知，不同焊接方法下，焊 缝的屈服强度大于 500 MPa，抗拉强度超过 690 MPa， 延伸率大于 10%，均能满足焊条强度要求。