低成本NM400钢板的热处理工艺

康 凯， 吴鹏飞， 白永强

（内蒙古包钢钢联股份有限公司薄板厂， 内蒙古 包头 014010）

试（实）验研究

低成本NM400钢板的热处理工艺

康 凯， 吴鹏飞， 白永强

（内蒙古包钢钢联股份有限公司薄板厂， 内蒙古 包头 014010）

针对NM400耐磨钢板采用一种低成本合金成分设计方法，研究了淬火、回火工艺对试验用钢力学性能的影响规律，最终确定了合理的热处理工艺。试验结果表明：采用本合金成分设计的NM400耐磨钢板，生产获得成功，性能满足国标要求，而且可以大大降低生产成本；回火温度在200～300℃时，可以得到硬度分布均匀的NM400耐磨钢板；淬火温度为910℃，回火温度为200～300℃进行热处理生产，是合理的热处理工艺。

低成本NM400 热处理 力学性能

低合金高强度耐磨钢由于强韧性能和耐磨性能良好，生产工艺相对简单，而且价格相对低廉，受到了很多用户的欢迎。该耐磨钢广泛应用于露天矿场、钢铁厂、煤炭等行业的矿用车、给料器和抓斗等设备长期处于磨损的部位上[1]。

随着国家制造业的快速发展，耐磨钢的需求逐渐上升，但国内只有少数钢铁企业能够生产，高端的耐磨钢仍然依赖进口。包钢宽厚板生产线引进了热处理配套设备，目的就是为了调整宽厚板产品结构，打造包钢特色产品。而且，随着钢铁行业结构性调整的不断深入，先进高强度耐磨钢的研究开发及产业化意义重大。

1 研究思路设计

1.1 工艺路线

按照薄板厂宽厚板生产线的实际配置情况，确定高强度耐磨钢的工艺路线为：混铁炉→脱硫扒渣→210 t顶底复吹转炉→LF精炼→RH精炼→直弧形板坯连铸→铸坯缓冷保温→加热→高压水除鳞→双机架四辊可逆轧机轧制→ACC冷却→热矫直、喷印→头尾、双边剪切→抛丸→淬火→回火→切割→性能检验、入库。

1.2 试验钢的化学成分

国标GB/T 24186—2009对NM400耐磨钢力学性能和化学成分的要求如表1和表2所示。

表1 钢板力学性能

表2 钢板化学成分%

从表1和表2可以看出，国标对NM400耐磨钢板的要求，除了合金元素的添加量较少外，对力学性能的要求也很高。钢的化学成分、微观组织决定了产品的最终力学性能，而化学成分以及生产工艺又决定了钢的微观组织。因此，化学成分是产品力学性能的基础[2]。按照低成本、合金减量化、便于工业生产的总体思路，确保其力学性能满足标准，同时维持成本相对较低、便于工业生产，充分发挥现有设备的工艺特点，以达到降本增效的目的，试验钢的具体成分设计如下页表3所示。

表3 NM400耐磨钢板化学成分%

1.3 试验设备

试验设备包括包钢宽厚板生产线无氧化辊底式淬火炉（1号炉）和明火加热回火炉（2号炉）。力学性能检验及显微组织观察在包钢宽厚板检验室进行。

1.4 试验方法

试验材料取自相同成分同一炉铸坯，同一厚度采用相同轧制工艺进行轧制，试验共轧制了14 mm、20 mm两个规格的NM400。对大板进行淬火试验，利用大板背样进行回火试验。热处理工艺为：试验钢的淬火温度分别设定为890℃、900℃、920℃、930℃和940℃，在1号炉进行淬火试验生产；回火温度分别设定为 200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃和500℃，在2号炉进行回火试验生产，空冷至室温。

2 结果与分析

2.1 淬火热处理后试验钢的力学性能

图1—图3为采取不同淬火工艺分别获得NM400试验钢板的拉伸性能、冲击性能和显微硬度的变化曲线。可以看出，随着淬火温度的升高，试验用钢的抗拉强度一直保持下降的趋势，而延伸率为逐渐上升的趋势，冲击功的变化不明显，硬度表现为逐渐下降的趋势。这主要与析出强化效果和晶界强化行为的降低有关。随着淬火温度的提高，原始奥氏体晶粒长大，由Hell-Petch公式可知，细晶强化效果会降低；虽然此时析出粒子的固溶强化效果有所增加，但此时细晶强化降低的效果抵消了部分析出强化效果，同时位错绕过或切过第二相粒子的位错强化效果也会降低。

图1 淬火温度对试验钢拉伸性能的影响

2.2 淬火+回火热处理后试验钢的力学性能

在910℃淬火温度下，分别制定了不同的回火工艺对试验钢进行了回火工艺研究。下页图4为不同回火温度对试验钢拉伸性能的影响。从图4中可以看出，随着回火温度的不断升高，试验钢的抗拉强度却在不断降低，而试验钢的延伸率一直上升，说明回火温度对合金塑性的敏感性较强。

图2 淬火温度对试验钢冲击功的影响

图3 淬火温度对试验钢显微硬度的影响

下页图5、图6为910℃淬火在不同回火温度下冲击性能和显微硬度的变化。从图5中可以看出，随着回火温度的上升，试验钢的冲击功先降低后升高，在回火温度为400℃时出现了一个最低值，这是由于试验钢有第一类回火脆性(低温回火脆性)的现象。因此，在正常生产过程中应该注意避开此回火温度区间。总的来说，随着回火温度的升高，试样中碳化物、合金元素进一步均匀分布，试样在具有很高强度、硬度的同时仍具有很好的韧性，此时试验用钢具有较好的综合力学性能[3]；显微硬度（HB）随着回火温度的升高不断降低，从422一直降低到272；根据NM400耐磨钢板的使用要求，硬度（HB）为370～430，所以通过对不同热处理工艺的研究，最终确定了NM400耐磨钢板合理的热处理工艺为：淬火温度910℃，回火温度在200～300℃之间。

2.3 淬火+回火热处理后试验钢的金相组织

下页图7所示为14 mm厚试验钢经不同回火温度处理后的显微组织，在200～250℃温度范围内回火，得到的组织为板条状回火马氏体组织，从图中可以看出组织比较均匀，组织中没有看到粗大的残余奥氏体等组织存在。随温度升高至300℃，弥散碳化物开始粗化。

图4 回火温度对试验钢拉伸性能的影响

图5 回火温度对试验钢冲击功的影响

图6 回火温度对试验钢显微硬度的影响

图7 试验钢淬火+回火热处理后的金相组织

3 结论

1）试验表明，采用本合金成分设计的NM400耐磨钢板，生产获得成功，性能满足国标要求，而且可以大大降低生产成本。

2）回火温度在200～300℃时，可以得到硬度分布均匀的NM400耐磨钢板。

3）淬火温度为910℃，回火温度为200～300℃进行热处理生产，是合理的热处理工艺。

[1] 程巨强.进口与国产高强度耐磨板的组织及力学性能[J].机械工程材料，2003（10）：1-2.

[2] 赵月强.微钒Cr-B系高强低合金NM400耐磨钢的研究开发[D].沈阳：东北大学，2011.

[3] Ghosh A，Mishra B，Das S，et al.Structure and properties of a low carbon Cu bearing high strength steel[J].Materials Science Engineering，2005，A396：320.

（编辑：王瑾）

Heat Treatment Process of Low Cost NM400 Steel Plate

Kang Kai,Wu Pengfei,Bai Yongqiang
（CSP Plant of Steel Union Co．Ltd．of Baotou Steel(Group)Corp．,Baotou Inner Mongolia 014010）

An alloy composition design method with low cost is adopted for NM400 wear-resisting steel plate.The effects of quenching and tempering parameters on the mechanical properties of NM400 steel were studied,and finally a reasonable heat treatment process is determined.The experimental results showthat NM400 wear-resistant steel plate by the design of alloy composition is successfully applied in production,the performance of it meets the national standard.And it can greatly reduce the production cost.When the tempering temperature is around 200～300 ℃ ,NM400 wear-resistant steel plate with uniform hardness distribution can be obtained.The 910 DEG C quenching temperature and 200 to 300 DEG C tempering temperature is reasonable heat treatment process for heat treatment production.

low cost NM400,heat treatment,mechanical properties

TG335.5

A

1672-1152（2017）04-0001-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.04.01

2017-06-30

康凯（1984—），男，本科，毕业于内蒙古科技大学，工程师，现从事宽厚板热处理技术工作。