工程机械耐磨钢NM50CrVA的热处理与组织性能

郭庆葵

【摘要】本文主要針对淬回火对传统热轧和薄板坯连铸连轧工程机械NM50CrVA耐磨钢板显微组织以及力学性能的影响进行了研究，并对连铸连轧NM50CrVA和传统热轧Q355、30CrMoA以及1045钢板的耐磨性能进行了综合的分析。

【关键词】连铸连轧;NM50CrVA钢;淬回火;显微组织;性能

相较于传统的钢铁轧制工艺，连铸连轧工艺的流程更短、难度更低，有效提高了生产的效率，被广泛应用于现代板材、带材的制备中。本文主要分析连铸连轧、成分设计以及淬回火热处理这三个方面，设计了一种新型的NM50CrVA耐磨钢板，与传统耐磨钢板进行了性能对比，并对钢材显微组织以及力学性能受到淬回火工艺的影响进行了研究。研究显示，前者在回火前的显微组织是铁素体和层片状珠光体，而回火后则变成了回火马氏体和少量铁素体;后三者在回火前的显微组织为粒状珠光体以及铁素体，而经过回火以后则全部变成了回火马氏体。可以知道的是，相对于传统的热轧工程，使用连铸连轧工艺锻造的NM50CrVA钢具有更高的强度，而且可塑性也和传统热轧工程NM50CrVA钢相当。此外，在磨料的磨损情况相同的情况下，因为磨损而导致的质量损失从小到大为NM50CrVA<1045<30CrMoA

1.试验材料与方法

在进行试验之前，选取需要采用的原料以及具体的方法。本次试验所采用的原材料是6.6mm厚薄板坯连铸连轧NM50CrVA钢材，对比材料为从市面上采购的使用传统热轧工艺生产的NM50CrVA、Q355、30CrMoA以及1045钢板。

试验的大致流程是：

（1）分别将连铸连轧态以及传统热轧态的NM50CrVA钢板放入Nabtherm箱式热处理炉中进行淬火和回火操作，每分钟加热15℃，将钢材加热至885℃，并经过30分钟的保温后进行油淬，使钢板降至室温，再在250℃的环境下保温20分钟，同时进行回火，最后随炉冷却至室温。

（2）切割金相试样，并使用砂纸对其进行打磨，采用金刚石研磨抛光，以及用4%硝酸酒精溶液进行腐蚀，最后再利用DM6M型金相显微镜对其进行观察。

（3）对不同状态的实验用钢进行洛氏硬度测试，使用的仪器是HRSS-150型硬度计，取测试结果中的三点平均值。

（4）根据有关规定，进行室温拉伸试验的时候需要使用WDW-300型微机伺服控制万能拉伸试验机，拉伸的速率为2mm/min，最后使用JEOL-7600F型扫描电镜来观察拉伸断口以及磨损的形貌。

（5）进行磨料磨损试验的时候，需要采用MLS-23型湿砂橡胶轮式磨损试验机，要求橡胶轮的硬度为60HRC，转速365r/min。用于试验的试样需要经过酒精以及丙酮的清洗，尺寸应为57mm×6mm×26mm，外加载荷为100N，磨料选用的是70目石英砂，采用赛多利斯BT125D型电子分析天平称量磨损前质量（m0）和磨损后质量（m1）并计算质量损失Δm=m0-m1，取磨损量最大的试样作为标准试样，用相对耐磨性ε（准试样磨损量/Δm）评价各试样用钢的耐磨性[2]。

2.结果与分析

2.1显微组织对比

连铸连轧态NM50CrVA钢的显微组织为铁素体+层片状珠光体，在经过淬火以后，淬火态的NM50CrVA钢显微组织包括淬火马氏体、残余奥氏体与未溶铁素体;而在经过低温回火以后，NM50CrVA钢的显微组织则为回火马氏体与少量铁素体的混合。

热轧态NM50CrVA钢的显微组织为粒状珠光体与铁素体的混合，经过淬火处理后，淬火态NM50CrVA钢的显微组织是粗大板条马氏体与片状马氏体的混合组织;而在经过回火处理以后，其显微组织则变成了回火马氏体。

从硬度角度来看，通过上述对比，可以知道的是经过淬火以及淬回火处理以后，连铸连轧和传统热轧的NM50CrVA钢的硬度都得到了明显的提高，其中前者提高的幅度要比后者要大。值得一提的是，在经过低温回火处理以后NM50CrVA钢的硬度要略低于淬火态的NM50CrVA钢，因为NM50CrVA钢的显微组织由淬火马氏体变成了回火马氏体，改变了其内部的性质。

从拉伸性能的角度看，在经过淬回火处理以后，连铸连轧NM50CrVA钢的抗拉强度以及规定塑性延伸强度都有所提高，转化为数值分别是59.4%和60.5%;而传统热轧NM50CrVA钢的抗拉强度以及规定塑性延伸强度虽然在经过淬回火处理以后也都有所提升，但是提升的幅度转化为数值分别是44.3%和36.4%，显然要小于连铸连轧NM50CrVA钢。此外，在经过淬回火处理以后，连铸连轧和传统热轧的NM50CrVA钢的断后伸长率都有所下降。

从断口的角度看，对于连铸连轧态NM50CrVA钢而言，断口的组成主要是细小韧窝以及撕裂棱，特征为韧性断裂，经过淬回火处理以后，淬回火态NM50CrVA钢的断口主要有局部小韧窝和冰糖状的细小颗粒组成，特征是沿晶脆性断裂。而传统热轧态NM50CrVA钢则由尺寸不等的韧窝来组成断口，特征和连铸连轧态NM50CrVA钢一样是韧性断裂，但是由于其韧窝的尺寸比后者的要大且深度也更深，所以塑性要比后者强;在经过淬回火处理以后，断口由解理小面以及细小韧窝来组成，特征表现为准解理断裂，其塑性同样要比连铸连轧态NM50CrVA钢在淬回火状态时要强。

通过对比可以知道，在相同的淬回火工艺条件下，连铸连轧态NM50CrVA钢强度的增幅要大于传统热轧态NM50CrVA钢，而且在相同状态下，前者的强度要比后者大，但是二者的塑性则不相上下。

2.2耐磨性能

試验采购的三种热轧态NM50CrVA钢的显微组织都是粗大铁素体+珠光体，其中Q355钢的铁素体含量要比其他两种要高，而且珠光体的分布也不均匀。

经过耐磨性测试，把磨损量最大的Q355钢作为标准试样，可以知道，在相同的磨料磨损条件下，磨损量从小到大的顺序为：NM50CrVA<1045<30CrMoA

从磨料磨损形貌看，在经过磨损以后，连铸连轧态NM50CrVA钢除了表面存在少量深度较浅的犁沟以及局部细小凹坑以外，整体还是比较光滑平整的。而其余三种钢材表面则比较粗糙，有比较明显的深犁沟以及剥落坑，其中Q355钢材表面最为粗糙。

在低应力磨料磨损条件下，淬回火态NM50CrVA钢与处于热轧态的其他三种钢的耐磨性主要与材料本身的表面硬度有关，与其他的性质关联不大。因为热轧态的三种钢材的硬度要比淬回火态NM50CrVA钢要小，所以在进行磨料磨损的时候，石英砂磨粒更容易对钢材表面造成伤害，形成较深的犁沟以及剥落坑，主要的磨损机制是犁沟和显微切削。而淬回火态NM50CrVA钢由于本身硬度较高，在进行磨料磨损的时候的主要磨损机制则是疲劳剥落磨损。

通过上述对比可以知道，淬回火态NM50CrVA钢的耐磨性要比热轧态的三种钢材要强，所以这与前文得出的“连铸连轧态NM50CrVA钢比热轧态NM50CrVA钢的硬度强”的结论相吻合。

3.结论

（1）在经过淬火处理以后，传统热轧态NM50CrVA钢以及连铸连轧态NM50CrVA钢的显微组织都发生了变化，前者变成了粗大板条马氏体和片状马氏体的混合，后者为淬火马氏体、残余奥氏体与未熔铁素体的混合;而在经过回火处理以后，前者变成了回火马氏体，后者变成了回火马氏体与少量铁素体的混合。

（2）连铸连轧态和传统热轧态NM50CrVA钢在经过淬回火处理以后，硬度均有所提高，但是前者提高的幅度要比后者大，但是二者的塑性相当;经过低温回火处理的NM50CrVA钢，硬度要低于淬火态NM50CrVA钢。

（3）在磨料磨损条件相同的情况下，钢材磨损量从小到大的顺序为：NM50CrVA<1045<30CrMoA<Q355钢，而根据数值来看，NM50CrVA钢的磨损量要明显小于其他三种钢材;NM50CrVA钢的耐磨性要比其他三种钢材强，分析原因得出钢材的耐磨性与硬度相关;传统热轧态Q355、1045以及30CrMoA钢的主要磨损机制为犁沟和显微切削，连铸连轧态NM50CrVA钢的主要磨损机制为疲劳剥落磨损。

参考文献

[1]宋斌，王可亮.耐磨钢在工程机械行业的应用[J].矿业装备，2018（6）：110-112.

[2]赵洛凯，要玉宏.工程机械用30CrNi3MoV钢的热处理与组织性能[J].金属热理，2019，44（7）：125-130.

（作者单位：龙工（福建）机械有限公司）

【中图分类号】TU604

【文献标识码】B

【文章编号】1671-3362（2020）09-0122-02