低合金高强度钢的磨损性能研究

低合金高强度钢的文献综述摘要:本文主要综述低合金高强度钢。

首先介绍它的成分和工艺。

成分主要是考察它的微合金化，通过微合金化和工艺来讨论低合金高强度钢的组织。

由于不同的合金化和成型工艺得到不同的组织，由此产生不同的性能。

因此依据组织的不同我们将低合金高强度钢进行分类。

最终我们讨论低合金高强度钢的性能，在这里我们主要考察它的磨损性能讨论。

关键词：低合金高强度钢TMCP微合金化磨损性能一、低合金高强度钢的成分低合金高强度钢的碳含量在0.27%-0.45%范围内，合金元素总质量分数在5%左右，经过热处理强化后强度大于MOOMPa的中碳低合金钢。

主要应用于飞机，火箭以及高压容器零件制作。

二、低合金高强度钢的微合金化和成型工艺L合金元素对低合金高强度钢的影响合金元素在低合金高强度钢中有着特别重要的作用,对低合金高强度钢的强度和韧性有重要的影响。

正是由于合金元素的作用,在钢的内部形成沉淀强化、弥散强化、固溶强化、位错强化、析出强化以及细晶强化(I)Ni属于非碳化物形成元素,一般固溶于钢基固溶体中,开启Y相区，降低相变温度,细化晶粒,提高强度和韧性。

(2)Nb属于强碳、氮化物形成元素,所形成的碳、氮化物在基体中固溶温度较高。

其形成的碳、氮化物能阻挡金属的高温回复和再结晶,对细化晶粒有利,不但能提高金属的强度,而且能改善其韧性。

⑶V也是较强的碳、氮化物形成元素,但所形成的碳、氮化物在基体中固溶温度较低,在热轧过程中弥散析此起到较强的沉淀强化作用。

(4)Ti和Nb的作用相像，是较强的碳、氮化物形成元素,所形成的碳、氮化物在基体中固溶温度较高。

其形成的碳、氮化物能阻挡金属的高温回复和再结晶,对细化晶粒有利,不但能提高金属的强度,而且能改善其韧性。

而且Ti的存在能改善硫化夹杂物的形态,对钢冲击韧性及厚度方向性能大有好处。

(S)Cu作为钢中的残余元素在以前进行了严格的掌握。

但近年来,随着讨论的不断深化和进展,对铜的作用有了新的熟悉,铜在铁素体中的溶解度很低,低温时能产生较强的时效强化现象,但在实际生产中铜的加入量应适当掌握。

(6)Mn› Cr> MoMn. Cr能提高其强度,也有利于其韧性改善;M。

是剧烈的贝氏体形成元素,因而在贝氏体钢中是不行缺少的组分,但其含量不能过高,否则对冲击不利。

2.低合金高强度钢的掌握轧制和掌握冷却掌握轧制是一种定量的预定程序地掌握热轧钢的形变温度、压下量(变形量)、形变道次、形变间歇停留时间、终轧温度及终轧后冷却的轧制工艺,钢坯在稳定的奥氏体区域或在亚稳定区域内进行轧制,然后掌握冷却速度,以获得铁素体与珠光体组织,有些状况下可获得贝氏体组织。

其目的是获得最佳的细化晶粒和其次相匀称分布的组织状态从而有效地改善钢的性能。

它充分运用了奥氏体的再结晶和未再结晶两方面理论,通过降低钢坯的加热温度,掌握变形量和终轧温度,采纳固溶强化、沉淀强化、位错强化及晶粒细化的强化机理,是一种形变与相变结合在一起的综合强化工艺。

目前广泛采纳的掌握轧制工艺也称为热机械控轧(TMCP)工艺。

TMCP的实质是掌握轧制工艺和掌握冷却工艺的结合,通过TMCP工艺生产的钢材具有良好的低温韧性、焊接性能,此外还能降低碳当量、节省合金元素。

该方法已成为生产高性能高强度钢所不行缺少的技术。

微合金化钢采纳掌握轧制和掌握冷却工艺是目前生产高强度钢的主要途径之一.依据钢中所添加的微合金元素的特性,采纳适当的控轧控冷工艺可大幅度改善钢的性能己被证明。

目前在掌握轧制中,大量采纳微合金化元素NbVTi,使之在钢中形成碳、氮及碳氮化合物。

采用其在不同条件下的溶解和析出机理抑制晶粒长大,增加铁素体形核率,产生沉淀强化。

3.低合金高强度钢的分类微合金化钢在H型钢的应用由于H型钢广泛应用于高层建筑、海洋石油钻井平台等场合,对其性能的要求特别高,传统成分的H型钢已无法满意要求。

为了改善H型钢的组织和性能,采纳第三代TMCP技术生产的V、N微合金化钢在H型钢上得到了胜利应用。

采纳该技术生产的V、N微合金化钢,通过V (C,N)的沉淀强化以及形成晶内铁素体的细晶强化,使H型钢的性能得到显著提高。

讨论表明,V微合金化钢中V(C,N)的析出强化和晶内铁素体的细晶强化在提高屈服强度方面的贡献可70%以上。

结合H型钢的生产工艺,V、N在H 型钢中的作用主要体现在以下几个方面：⑴在奥氏体温度范围内固溶在奥氏体中,随温度增加V在钢中的溶解度快速增加。

因此,由奥氏体析出的V(C,N)的量很少。

这就意味着轧制过程中V(CN)在阻碍奥氏体晶粒再结晶方面的作用不大。

(2)在相变及随后冷却过程中的析出由于轧制过程中由奥氏体中析出的V(C,N)量很少,因此其沉淀强化作用主要是由其在相变过程中铁素体内的析出供应的。

这是由于在A3- Al温度区间内缓冷时,由于温度较高(一般800- 700oC),V(C,N)析出的过饱和度较低,化学驱动力小,所以简单在界面上形核。

随着温度降低,过冷度增大,相变驱动力增加,界面移动将获得与析出速率相应的速度。

从而使界面摆脱析出相的限制,使V(C,N)在铁素体内过饱和度增加,这样v/a界面迁移后,当温度低于700时就在铁素体中弥散析出V (C,N)粒子。

综上所述,在奥氏体状态下,V溶入奥氏体,当温度降低到铁素体转变区时由铁素体中弥散析出V(C,N)粒子。

一方面,析出的粒子起到沉淀强化作用;另一方面,该粒子可以诱导IGF析出而细化晶粒,起到细晶强化作用。

由于氮化物比碳化物的稳定性大而且聚合倾向较后者小,因此,增加氮含量进而增加氮化物或V(C,N)中氮元素的比例,将使析出粒子的尺寸更加细小,增大沉淀强化和细晶强化的效果。

，V-N微合金化铁素体珠光型低合金高强度钢同Nb. Ti等微合金元素相比,V的碳化物在奥氏体中的溶解度大,一般状况下在奥氏体区轧制时不会析出,而是在轧后冷却过程中析出。

但当钢中增氮以后,由于其氮化物在奥氏体中的溶解度比其碳化物低约2个数量级,因此,在奥氏体状态轧制时可诱导析出VN和V(C,N),氮化物颗粒具有提高加热和焊接过程中奥氏体晶粒粗化温度、阻挡轧制过程中晶粒长大、延缓再结晶、增加相变比率和增加沉淀强化的作用。

结合轧后冷却过程中析出的VN和V(C,N),可以使轧后组织进一步细化。

从而使V、N微合金化钢的性能优于单独的含V钢。

V-N微合金化钢的强化机制主要体现在以下两方面:⑴冷却过程中析出V-N或V(CN)所引起的沉淀强化;(2)阻挡轧制过程中晶粒长大、延缓再结晶、细化铁素体晶粒的细晶强化作用。

由于V — N微合金化钢所具有的上述技术和经济优势,它在高强度钢及非调质钢、高强度钢、高强度厚板、H型钢、无缝钢管等产品开发中得到了广泛的应用,特殊是在热礼H型钢上得到了有效的应用深海管线钢的组织与性能要求通过固溶强化、细晶强化、沉淀强化、位错强化等强化方式可使管线钢具有较高的强度和韧性.对于强度和韧性要求不太高的管线钢而言,珠光体类型的低合金高强度钢即可满意要求。

但由于该类型管线钢的屈服强度通常在460MPa以下,而且碳含量通常较高,韧性和焊接性较差。

无法满意深海管线对钢材强度、韧性和焊接性的要求。

而通过降低钢材的碳含量,并采纳V、Ti. Nb、MO等进行微合金化,结合合适的控轧控冷工艺而获得超低碳贝氏体（针状铁素体）类型的低合金高强度钢,不但强度高于珠光体类型,而且其韧性和焊接性良好.对于含有V、Ti, Nb, M o等元素的管线钢而言,掌握轧制最主要是掌握奥氏体晶粒大小以及碳、氮化物的固溶。

高温奥氏体、临界变形与再结晶晶粒的细化,形变诱导微合金碳（氮）化物析出与提高再结晶温度, 低温奥氏体区变形叠加与铁素体富化生核做预备;动态Ar3变迁与双相区变形时亚晶与织构的形成:微合金碳氮化物弥散沉淀。

掌握冷却是采用细晶强化、沉淀强化和相变强化以提高钢材的强度；通过掌握冷却能在不降低材料韧性的前提下进一步提高材料的强度。

然而,金属塑性加工过程是一个特别简单的过程。

在这一过程中，不仅要求从加工力学的角度来考虑和求解塑性变形时金属的流淌、金属内部的应力和应变、变形力和变形力矩,而且还要通过传热学、金属学等考虑变形时的热传导、金属内部的组织变化（如动态、静态回复,动态、静态再结晶，晶粒长大,相变以及其次相粒子析出）等物理冶金现象。

要全面、具体地猎取变形力能参数以及了解上述物理冶金现象的本质，首先必需通过各种试验手段对加工过程进行全面讨论。

在实际生产过程中，由于生产条件、设施以及生产任务所限,不允许在生产设施上获得这类试验及讨论的结果。

低合金高强度耐磨钢低合金高强耐磨钢在采矿、建筑、农业机械、水泥生产、港口以及冶金机械等领域获得了广泛应用。

主要是由于上述领域对材料耐磨性能要求较高。

据统计,在工业发达我国,每年机械装备及其零件的磨损所造成的经济损失占国民经济总产值4%左右。

随着各类机械的大型化和轻量化,企业对Nb、Ti. Cr› M。

微合金化NM450级别低合金高强度耐磨钢的需求越来越大。

耐磨钢板的耐磨性能好,但由于工作条件恶劣,经过一段时间使用以后,就会在表面发生因磨损而造成的失效。

耐磨钢板经磨损失效以后就会报废,此时就需要再次进口新的耐磨板,因而造成了大量的铺张。

假如能够通过某种手段将磨损失效部位修复,使其耐磨性达到甚至超过原有耐磨板的性能,就会实现失效产品的再制造。

不但可以达到节省的目的,而且可以提高效率和生产率。

而表面改性技术就是这样一种通过在材料表面制备一层或多层功能涂层,实现提高材料一表面耐磨、耐蚀或耐热性能的技术。

通过在失效部位制备某种功能涂层,可以实现产品的再制造。

因此,表面改性技术有望成为21世纪工业进展的关键技术之一。

由于通过表面改性技术可以在构件表面制各一层仅为本体结构尺寸几百分之一到几特别之一的功能涂层（比如耐磨、耐蚀和高温性能等等）,并实现制造以及失效部件的再制造,因此具有重大的经济效益和社会效益。

前述的V、N微合金化铁素体一珠光体型低合金高强度钢的屈服强度极限约为460MPa o若要求更高强度和韧性的协作,因碳量的增加将使钢材的韧性和焊接性急剧降低,因此,不行能靠增加碳含量从而增加珠光体量来实现。

此时就需要采纳进一步相变强化的方法。

主要是适当降低钢的含碳量以改善韧性和焊接性,由此造成的强度损失,由加入合金元素,通过车L 后形成低碳贝氏体或马氏体的相变强化方式得到补偿。

而针状铁素体型低合金高强度钢的含碳量低于0.06%,主要合金元素为Mn,再加入MO、Nb、Ti、V等合金元素。

通过Mn和Mo 推迟先共析铁素体和珠光体转变,降低贝氏体转变点,在450oC下形成针状铁素体。

加入Nb或Ti是为了形成强碳化物起到细化晶粒和沉淀强化作用。

三.低合金高强度钢的性能测定磨损试验的性能测定主要依靠磨损试验机。