低成本工程机械用高强度耐磨钢板开发

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目前，广泛应用的耐磨钢铁材料主要有三大类：高锰钢、耐磨铸钢（铁）和低合金耐磨钢。高锰钢是传统的耐磨材料，具有较高的韧性，但其耐磨性取决于工况条件。在冲击严重、应力较大的条件下，高锰钢不失为优越的耐磨材料。但在冲击不大，应力较小的条件下，高锰钢的优越性得不到发挥，其耐磨性并不高。耐磨铸钢（铁）即所谓第三代耐磨材料，是目前国内外公认的耐磨性能（特别是耐磨料磨损）最好的材料。特点是在马氏体（奥氏体）基体上镶嵌着维氏硬度高达1300℃~1800℃的M7C3碳化物，这种碳化物不以网状出现，其韧性比一般白口铁要好，用这类材料制成的易损件在许多工况条件下表现出很小的失重和很高的使用寿命。但是，由于含有大量铬等稀缺元素，制造工艺要求严格，以及本身固有的脆性等，限制了大量推广使用。低合金耐磨钢的出现，不但成功避免了高锰钢的应用场合的局限性和耐磨铸铁添加较多贵重合金元素的缺点，而且还具有优良的强韧性、耐磨性和耐蚀性，成本不高的优势。

目前，我国低合金耐磨钢板无论是在强度级别，还是在性能等方面，与世界先进水平相比均存在不小的差距。其具体主要体现在：
（1）在用户使用钢种级别上，国内多数产品用户主要使用NM360~NM400级别；而国外主要是使用NM450~NM550级别。
（2）在钢铁企业钢种开发级别上，国内钢种开发及生产级别主要集中在NM360~NM400级别，只有极少数企业开发至NM450级别，而国外已开发至NM600甚至NM700系列。
（3）在成份设计方面，国内产品大多都添加较多的合金元素，甚至部分稀有元素。而国外则是采取添加极少量的合金元素，主要是通过严格的冶炼及工艺控制来达到较高的耐磨性能，由于合金元素添加较多，焊接性能亦不好。
（4）在产品使用性能方面，国内产品稳定性较差，主要表现在力学性能（主要是硬度的波动性）上经常出现不稳定的情况，而国外产品则性能比较稳定。
针对上述存在的问题，课题组成员结合该类钢板的主要使用工况和国内合金元素的分布特点，并充分利用在开发淬火机设备时淬火过程及热交换过程原理的研究，成功开发出综合力学性能良好的低成本NM360~NM500低合金耐磨钢板，该类钢板主要有以下特点：
（1）稳定综合力学性能
　　钢板在淬火时由于冷却速度极快，极易造成钢板的冷却不均，从而引起板形和性能的波动。通过对淬火过程的深入分析研究，合理设计并布置淬火机喷嘴，成功的解决了冷却不均的难题，并最大限度的利用了冷却能力。此外，在该类钢的成分设计时，充分考虑各种元素对淬透性的影响，合理的添加合金元素，在自主开发的成套热处理设备下成功开发的具备稳定综合力学性能的低成本耐磨钢板。该类钢板与国内其它钢厂生产相比，性能更稳定，硬度波动性较小，
（2）良好的焊接性能和冷弯性能
　　在成分设计时，由于充分利用了淬火机的冷却能力，添加的合金元素较少，从而使得碳当量（0.40~0.60）较低，为得到良好的焊接性能提供了保障。此外，通过对化学成分及其冶炼、轧制过程的严格控制，从而保证了该类钢的良好的冷弯性能。
（3）较高的低温冲击韧性
　　低合金耐磨钢由于其使用环境及其恶劣，要求其力学性能具有极高的硬度和强度，使得其韧塑性较差，从而极大的限制了其在严寒地带的推广应用。通过轧制、轧后冷却及其淬火过程的控制，得到较小的奥氏体晶粒，从而为淬火后得到更加细小的马氏体组织提供了保障，确保了淬火后得到较高的低温冲击韧性。
（4）低成本
　　通过对该类钢的使用条件进行分析并结合我国合金的分布情况，充分利用淬火过程中水的作用，在少添加或不添加Mo、Ni等贵重合金元素的基础上，适当的添加Cr、B合金元素，从而使得生产成本极低。目前，该类品种已在首钢、南钢实现批量化生产，之后在包头钢铁公司相继得到推广，得到企业和用户的一致好评。

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在成份设计方面，国内产品大多都添加较多的合金元素，甚至部分稀有元素。而国外则是采取添加极少量的合金元素，主要是通过严格的冶炼及工艺控制来达到较高的耐磨性能，由于合金元素添加较多，焊接性能亦不好。
有一次，我们跟国外合作做一个钢种，ASTM的，别人要求CE≤0.42。成分我们弄了很久，合金加了这，改那，试验了半个月都没有搞合格。后来国外来个个工程师，给我们说，你的成分控制不合理，冶炼从开始到最后都没有很好的控制，所以很难保证。在很多时候，我们确实要做到工艺参数宽化，但某个程度上讲体现了我们的粗放。