新型HB400级高强度准贝氏体耐磨钢板的组织和力学性能及耐磨性能

【摘 要】 新型HB400级高强度准贝氏体耐磨钢板在实际诸多领域都有着广泛应用，其力学及耐磨性能一直是研究的重点。首先介绍了准贝氏体组织的特点，然后展开相应的试验，最后根据试验结果对其力学性能及耐磨性能进行了分析。

【关键词】 HB400 准贝氏体耐磨钢 耐磨性

贝氏体属于一种低合金钢的相变，在获取中容易产生贝氏体组织，影响到其力学性能，如冲击韧度有所降低。随着相关研究的深入，准贝氏体的概念被提出，相应的钢材料也很快被研制成功。与典型的贝氏体钢相比，准贝氏体钢的力学性能更具优势，如刚度、耐磨性能等较强，在当前备受重视，应用也越来越广泛。HB400级耐磨钢板在水泥煤炭设备、港口机械、矿山开采、船舶制造、岩土工程等诸多领域都较为适用，前景十分广阔。未来应加强此方面的研究，以新型HB400级高强度准贝氏体耐磨钢为例，对其力学性能、耐磨性能等进行分析。

1 准贝氏体组织及其特点

常见的贝氏体多由贝氏体铁素体和贝氏体碳化物组成，因碳化物会影响到铁素体的研究，为此通常会掺加适量的铝、硅等元素，促进贝氏体发生转变。在转变初期，会形成残余的奥氏体膜，所以准贝氏体是由铁素体及残余奥氏体膜组成。准贝氏体钢的强度、冲击韧度、抗疲劳度较强，且具有良好的塑性、耐磨性、焊接性，其热影响区的力学性能损失小、缺口敏感性较低，在当前诸多方面都有着广泛应用。为进一步研究HB400级高强度准贝氏体耐磨钢板的力学性能和耐磨性能，需通过以下试验进行分析。

2 试验材料及试验方法

材料为新型HB400级高强度准贝氏体耐磨板，按厚度可分为有3种，厚度分别为20mm、25mm、30mm。合金元素包括碳、锰、硅、钼和铬等，硅含量在2%以内，钼含量在0.5%内，碳元素含量控制在0.2%。材料状态有2种：①热轧+回火；②热轧+正火+回火。关于HB400高强度准贝氏体耐磨板的生产，流程为：90吨电炉炼钢，再用LF炉精炼；然后进行VD真空处理，形成钢锭；对钢锭加热、开坯，形成钢坯后继续加热轧制；然后进行回火，经检验后切割，最终形成成品。以实体钢板作为试验材料，以Φ10mm的短钢板作为拉伸试样，冲击试样加工成10mm×10mm×55mm的标准V型缺口试样，同时选用从国外进口的Quard400耐磨钢板作对比。磨料选用180号碳化硅水砂纸，磨程为10m，载荷20N，以水平进给4.5mm/rad的速度运动。

3 试验结果及各种性能分析

3.1 规格、状态均不相同时的耐磨板力学性能

通过试验可知，所选3种厚度的钢板在不同状态中，性能均有所变化。以厚度为30mm的耐磨钢板为例，在热轧状态中，抗拉强度为1290MPa，伸长率为4.5%；经过回火，强度变化较小，而延伸率则增加到13%，因为低温回火对钢组织中的残余奥氏体发生作用，使其机械稳定性得到进一步改善。轧态低温回火与正火低温回火相比，前者的强度偏大，但差距较小。从低温韧性方面分析，除了轧态正火低温回火处理低温冲击韧性有所改善，其余力学性能轧态、低温回火更具优越性。从中可知，准贝氏体钢在轧态以及低温回火状态下的强度和韧性较好。

3.2 不同的回火温度对应的耐磨钢板的力学性能

为获得更准确的结果，以50℃为一次结果进行记录，分析了 250℃―600℃的回火温度。在温度为250℃―400℃时，钢板强度依次为1330MPa、1280MPa、1260MPa、1250MPa，强度和韧性变化较小，说明选择的耐磨钢的回火抗力较强，而且回火时对回火温度的要求较宽，在实际中颇为方便。在450℃、500℃时，强度分别为1260MPa、1280MPa，此时是回火脆性区，虽然冲击韧度不高，但强度并未降低。在550℃、600℃时，钢板强度依次为1310Pa、1340MPa，这表明回火温度在550℃以上时，会出现二次硬化现象，冲击韧性稍微降低，强度则大幅增长。可知，要想获得最好的性能，应将该准贝氏体耐磨钢板的回火温度控制在250℃―400℃。

3.3 HB400高强度准贝氏体耐磨钢的性能对比

以瑞典产Hardox400、比利时Clabecq产Quard400、日本产的EH400耐磨钢与准贝氏体耐磨钢进行比较，在磨损率上，瑞典耐磨板的磨损率为820.41mg/m，比利时耐磨板的磨损率为818.23mg/m，日本耐磨板磨损率则为892.80mg/m，准贝氏体耐磨钢的磨损率为742.65mg/m。三者的相对耐磨性依次为1.10、1.09、1.00、1.21，可见，准贝氏体钢的磨损最少，相对耐磨性最高。究其原因，与钢体组织密切相关，其中的铁素体与低碳马氏体的性能相似，硬度低，断裂抗力强；而残留奥氏体则是碳的过饱和固溶体，在受到极大荷载时，会形成高碳马氏体，硬度和耐磨性都有所增强。

3.4 温度不同时冲击韧性端口的形貌特征分析

以厚度为25mm的HB400级准贝氏体耐磨板为例，对其冲击韧性断口形貌进行分析，为典型的韧窝断口特征。在0℃时，与室温冲击相比，断口形貌表现为准解理和少量韧窝；在40℃时，断口形貌主要表现为准解理花样。可见，随着温度的不断下降，断裂机制由韧窝断裂机制逐渐向准解理断裂机制过渡。

4 结语

准贝氏体钢组织由贝氏体铁素体和分布其上的残余奥氏体膜组成，不但工艺简单易行，而且力学性能优越，具有较大的应用潜力，在今后值得推广。关于其力学性能和耐磨性能，可通过相关试验获取，其回火抗力较强，在250℃―400℃的回火温度中强度韧性最佳；室温条件下，其冲击韧性最好，呈现出韧窝端口的形貌。

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