包钢NM400耐磨钢板磨损性能的研究.docx

包钢NM400耐磨钢板磨损性能的讨论任丽芳I杨雄I李浩2（1.包钢钢联股份有限公司技术中心，内蒙古包头014010；2.包钢钢联股份有限公司薄板坯连铸连轧厂，内蒙古包头014010）摘要在ML-IOO磨粒磨损试验机上，对包钢生产的NM400耐磨钢板和瑞典SSAB公司生产的HD400耐磨钢板进行了磨粒磨损试验对比。结果表明，包钢的NM400钢板沿厚度方向的硬度变化及磨损率变化均比较平缓，两者表层磨损率相差不大，心部磨损率差距较大，NM400钢板的心部磨损率远低于HD400钢的心部磨损率。关键词NM400耐磨钢板；组织；硬度；磨损率引言低合金高强耐磨钢板被广泛用于工作条件恶劣，要求强度高、耐磨性好的工程、采矿、建筑、农业、水泥生产、港口、电力以及治金等机械产品上，如液压支架、推土机、装载机、挖掘机、自卸车及各种矿山机械、抓斗、堆取料机、输料弯曲结构等山。耐磨钢属于高耐磨性的钢种，一般认为材料硬度越高越耐磨,既有高的硬度又有良好的塑性是对耐磨钢的基本要求。讨论耐磨钢板的磨损性能，对于节省能源、削减材料消耗、提高机件耐磨性和延长机件寿命有重要意义。本次测试通过采纳国际通用的销-盘法两体磨粒磨损试验，比较包钢生产的NM400耐磨钢板与瑞典SSAB公司生产的HD400耐磨钢板的磨损性能。1试验方法1.1 试验条件耐磨钢试样测试部分加工成4mm的圆柱，对磨材料选用粒度为120目的SiC砂纸，在84N载荷作用下进行试验。1.2 显微组织观看耐磨钢的力学性能和耐磨性是由其组织状态打算的，而其组织状态是由其化学成分和加工工艺确定的。因此，显微组织分析是推断分析钢板的使用性能及处理工艺的有效手段。由于产品规格和加工工艺的缘由，钢板的不同部位的成分和组织并不是完全全都的，从而导致力学性能和耐磨性的差异。本次分析拟对各种耐磨钢样品分别进行了表层，1/4厚度及1/2厚度处的显微组织进行分析。1.3 硬度测试硬度测试位置为钢板轧制面（标示深度为0）,以及钢板截面上从表面对中心间隔3mm作为一个测试位置，每个测试位置打三个点，最终形成钢板沿厚度方向的硬度梯度曲线。1.4 耐磨性试验耐磨性试样为台阶状圆柱体，试样长度为25mm,夹持部分尺寸为6mm,测试部分尺寸为4mmo由于试验机对试样的特别尺寸要求，而钢板的厚度有限,为了测试钢板不同深度处的耐磨性，确定各部位的取样和测试方法如图1所示：垂直于钢板轧制面截取6mm×25mm的圆柱，轧制面一端加工成4mm圆柱作为测试部位，标记深度为0；平行于轧制面并紧贴轧制面截取6mm25mm的圆柱，将其中一端加工成4mm圆柱作为测试部位，标记深度为3；从表面对中心每隔3mm截取6mm×25mm的圆柱，将其中一端加工成4mm圆柱作为测试部位，标记深度为6,9,12.o每个测试点取3个试样进行测试。图1耐磨性试验取样位置2试验结果与分析如图2、3所示分别为包钢的NM400与SSABHD400耐磨钢板试样各部位的显微组织。可以看出，NM400钢板的表面为板条马氏体+少量针状马氏体的混合显微组织；距表面1/4厚度处的显微组织为板条马氏体为主的显微组织，局部消失少量的粒状贝氏体组织（2%）;钢板心部为马氏体为主的显微组织，粒状贝氏体的体积分数有所增加，约为10%左右。HD400钢板的表面为板条马氏体+少量针状马氏体的混合显微组织；距表面1/4厚度处的显微组织为混合马氏体+粒状贝氏体的组织，贝氏体的体积分数约15%左右；钢板心部为混合马氏体+粒状贝氏体的显微组织，粒状贝氏体的体积分数有所增加，约为40%左右。a表层b1/4厚度C中心图2NM400钢的19mm厚板各部分的显微组织对比a表层b1/4厚度c中心图3HD400的19mm板的各部分的显微组织对比对NM400与HD400钢板沿厚度方向进行硬度测试,对比结果列于表1中，硬度测试结果表明：NM400钢板的整体硬度在HRC43HRC40之间，钢板表面硬度最高，在HRC43左右，不存在表面硬度低头现象；钢板心部由于非马氏体组织的消失产生硬度下降，；由于非马氏体组织的消失使钢板的硬度值离散型由表面对心部渐渐增大，表面层为HRCI.0左右，心部为HRC2.0左右。与HD400钢板截面上显微组织的变化程度较大相呼应，HD400钢板截面上硬度沿厚度方向变化很大，由表面层的HRC45左右降低到心部的HRC35左右;表面层的硬度高于标称硬度，在HRC45左右，硬度变化范围在HRCLO左右；心部的硬度低于标称硬度在HRC35左右，硬度变化范围在HRC4.0左右。表1包钢NM400与HD400的19mm厚板的硬度测试结果钢种深度mm硬度/HRC测量值平均值包钢NM400042.142.543.142.6342.542.841.942.4641.440.742.141.4939.440.441.040.3HD400044.545.145.545.0340.440.042.541.0634.537.938.136.8933.036.035.834.9如图4所示为两种耐磨钢板截面上的硬度梯度变化曲线对比。可以看出包钢NM400钢板硬度变化比较平缓，HD400的硬度变化梯度较大，HD400钢板的硬度在表层以内很宽的厚度范围内都低于NM400钢板。图4两种耐磨钢板的硬度梯度变化曲线对NM400与HD400钢板沿厚度方向进行的耐磨性测试结果对比列于表2中，结果显示：NM400钢的磨损率从表层向心部先略微降低后上升，但总体而言，磨损率沿厚度方向变化不大，这一结果与钢板截面上硬度值比较稳定相呼应。HD400钢板表层的磨损率较低，随着深度的增加，磨损领先是缓慢增加，超过3mm以后，磨损率快速增大，之后达到一个稳定值。对比显微组织和硬度分析的结果，可以确定，表层以下肯定深度处贝氏体组织的消失导致了硬度的降低和磨损率的增加。由于贝氏体体积分数沿厚度方向变化较大，从而使硬度和磨损率的梯度增大。表2包钢NM400与HD400的19mm厚板的耐磨性测试结果对比钢种深度mm失重/mg磨损率/mg/m123均值I23均值包钢O154.3156.8152.1154.415.5815.8315.3615.59NM4003156.1141.1145.7147.615.7614.2514.7114.916132.6131.9158.7141.113.3913.3316.0314.259157.0154.1162.3157.815.8515.5616.3915.94HD400O152.3153.0148.1151.115.3815.4514.9615.263150.7156.4156.7154.615.2215.8015.8315.626177.9188.5172.4179.617.9619.0417.4218.149168.4174.3169.9170.917.0017.6117.1617.26如图5所示为两种耐磨钢板从表层向心部的磨损率梯度变化曲线对比。可以看出NM400钢板的磨损率沿厚度方向变化比较平缓;HD400钢板表层以下3mm以内磨损率快速上升。两者表层磨损率相差不大，心部磨损率差距较大，NM400钢板的心部磨损率远低于HD400钢板的心部磨损率。302826242220864208642EEm力M图5两种耐磨钢板的磨损率梯度变化曲线3结论(I)包钢NM400钢板的显微组织沿厚度方向变化不大，表层为完全的马氏体组织，心部消失少量的粒状贝氏体组织(10%);贝氏体组织的消失导致钢板的硬度在表层内3mm以下缓慢降低,从表层的HRC42左右降低到心部的HRC40左右。NM400钢的磨损率从表层向心部先略微降低后上升，但总体而言，磨损率沿厚度方向变化不大。(2)SSABHD400钢板的表面为完全的马氏体组织硬度也比较高(HRC45左右)，表层以下很快消失粒状贝氏体组织，其体积分数随着深度的增加而增加,在钢板的心部达到40%左右，其硬度也快速降低到HRC35左右。钢板表层的磨损率较低，随着深度的增加，磨损领先是缓慢增加，超过3mm以后，磨损率快速增大，之后达到一个稳定值。(3)包钢的NM400钢板硬度变化比较平缓，略高于标称硬度值；HD400的硬度变化梯度较大，表层硬度高于标称硬度HRC5.0左右,心部低于标称硬度5.0左右。HD400的硬度在表层以内很宽的厚度范围内都低于NM400钢板的硬度。NM400钢板的磨损率沿厚度方向变化比较平缓;HD400钢板表层以下3mm以内磨损率快速上升。两者表层磨损率相差不大，心部磨损率差距较大，NM400钢板的心部磨损率远低于HD400钢的心部磨损率。参考文献1张宇斌，秦洁.高强度耐磨钢板的生产现状及进展.世界钢铁.2022.6：23-24王爱琴，谢鄙视，王文淡等.表面感应淬火对45钢滚动磨损特性的影响.材料热处理学报.2007.28(1)：820-8213李红斌，姚连登，赵小婷.耐磨钢BHARDY的磨粒磨损行为.第七届中国钢铁年会论文集.2022.4:475-476