中錳馬氏體NM500鋼奧氏體晶粒長大行為
包爽，楊庚蔚，徐耀文，韓汝洋，朱曉翔，趙剛
(武漢科技大學(xué)省部共建耐火材料與冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗室， 湖北 武漢 430081)
摘要：中錳馬氏體耐磨鋼是一種新型的低成本高性能耐磨鋼，揭示鋼中奧氏體晶粒長大行為，并建立精確的預(yù)測模型，對其組織和性能的調(diào)控至關(guān)重要。利用Gleeble-3500型熱模擬試驗機(jī)、金相顯微鏡和透射電子顯微鏡等設(shè)備，系統(tǒng)研究了中錳馬氏體NM500鋼在不同加熱溫度和保溫時間下的奧氏體晶粒長大行為，探討了微合金第二相對奧氏體晶粒長大行為的影響。研究結(jié)果表明，加熱溫度對試驗鋼中奧氏體晶粒長大的影響明顯大于保溫時間，且試驗鋼中奧氏體晶粒長大行為受基體中V(C，N)粒子析出行為的影響，其可分為兩個階段。當(dāng)加熱溫度小于950 ℃時，試驗鋼中存在大量未溶的納米級球狀和短棒狀V(C，N)粒子，能夠有效地釘扎奧氏體晶界，奧氏體晶粒長大緩慢；但當(dāng)加熱溫度不低于950 ℃時，試驗鋼中V(C，N)粒子大量溶解和粗化。其中，加熱溫度為950 ℃、保溫時間為60 min時，試驗鋼中V(C，N)粒子的體積分?jǐn)?shù)僅為0.041%，平均粒徑增大至45.78 nm。其對奧氏體晶粒的釘扎作用顯著減低，且隨著溫度升高，原子擴(kuò)散速度加快，奧氏體晶?？焖匍L大?；贐eck模型，建立了試驗鋼中奧氏體晶粒等溫長大動力學(xué)模型，計算得到低溫及高溫階段試驗鋼中奧氏體晶粒長大表觀激活能分別為66.561 kg/mol和170.416 kJ/mol，且奧氏體晶粒的理論計算值與實(shí)測結(jié)果吻合較好。
關(guān)鍵詞：中錳馬氏體NM500鋼；奧氏體晶粒；晶粒長大；V(C，N)；Beck模型
1 引言
中錳馬氏體耐磨鋼具有高強(qiáng)度、高硬度和良好的耐磨性能，可廣泛應(yīng)用于煤炭采運(yùn)、礦山設(shè)備、工程機(jī)械等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)馬氏體耐磨鋼相比，中錳馬氏體耐磨鋼以錳代替鉻、鎳等貴重金屬元素，在確保淬透性能的同時，可以極大地降低生產(chǎn)成本。同時，孫榮民等的研究進(jìn)一步表明，錳的添加使得中錳馬氏體耐磨鋼可在非常寬的冷速范圍內(nèi)獲得馬氏體組織，利于工業(yè)生產(chǎn)，且其在銷盤式磨料磨損試驗和三體沖擊磨料磨損試驗中均表現(xiàn)出良好的耐磨性能，能很好地滿足相關(guān)行業(yè)發(fā)展的需要。
眾所周知，耐磨性能的提升是耐磨鋼發(fā)展追求的目標(biāo)。馬氏體耐磨鋼的耐磨性能除與硬度和強(qiáng)度相關(guān)外，還與其韌性密切相關(guān)。對于中錳馬氏體耐磨鋼而言，細(xì)化奧氏體晶粒是一種十分有效的既能夠提高強(qiáng)度又能夠提高韌性的方式，而揭示鋼中奧氏體晶粒長大行為，并建立精確的預(yù)測模型，對其組織和性能的調(diào)控至關(guān)重要。前期，王程明和盧威等研究Cr-Mo-V鋼和25Cr2Mo1VA鋼中奧氏體晶粒長大行為時發(fā)現(xiàn)，奧氏體晶粒尺寸隨著加熱溫度升高以及保溫時間延長而增大，且加熱溫度的影響更為顯著。楊庚蔚等研究發(fā)現(xiàn)，Ti-V微合金化馬氏體鋼中奧氏體晶粒長大行為受微合金第二相析出行為的影響，且根據(jù)(Ti，V)C的析出行為可將其分為2個階段。Graux A和劉祥等的研究表明，隨著加熱溫度升高和保溫時間延長，鋼中第二相粒子數(shù)量減少、尺寸增大，其阻礙奧氏體晶粒長大的作用減弱。然而，目前有關(guān)中錳馬氏體耐磨鋼中奧氏體晶粒長大行為的研究鮮有報道?；诖耍疚囊院C中錳馬氏體NM500鋼為研究對象，系統(tǒng)研究不同熱處理工藝條件下鋼中奧氏體晶粒長大行為，分析微合金第二相對奧氏體晶粒長大行為的影響，并基于Beck模型建立試驗鋼的奧氏體晶粒等溫長大模型，為其熱處理工藝的制定及性能優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。
2 精選圖表
3 結(jié)論
(1)中錳馬氏體NM500鋼中奧氏體晶粒尺寸均隨著加熱溫度的升高和保溫時間的延長而增大，且加熱溫度對奧氏體長大的影響明顯大于保溫時間。
(2)基于V(C，N)粒子的析出行為，試驗鋼中奧氏體晶粒長大行為可分為兩個階段。當(dāng)加熱溫度小于950 ℃時，試驗鋼中存在大量納米級V(C，N)粒子，其對奧氏體晶粒長大具有明顯的抑制作用，奧氏體晶粒隨著溫度升高及保溫時間延長長大緩慢；當(dāng)加熱溫度不低于950 ℃時，試驗鋼中V(C，N)粒子大量溶解和粗化，奧氏體晶粒隨溫度升高及保溫時間延長快速長大。
(3)基于Beck模型，分段建立了中錳馬氏體NM500鋼的奧氏體晶粒等溫長大模型，即D=(溫度為850~950 ℃)和D=
(溫度為950~1 050 ℃)，模型的計算值與實(shí)測值吻合較好。
