热处理工艺对NM500耐磨钢组织和力学性能的影响.pdf_大学文库

D0L:10.13374/.issn1001-053x.2013.08.008 第35卷第8期北京科技大学学报 Vol.35 No.8 2013年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2013 热处理工艺对NM500耐磨钢组织和力学性能的影响胡日荣，蔡庆伍，武会宾四，唐获北京科技大学冶金工程研究院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:wuhb@ustb.cdu.cn 摘要通过扫描电子显微镜，电子背散射衍射、透射电子显微镜以及力学分析等方法研究了在线淬火-回火(DQ-T)和再加热淬火-回火(RQ-T)对NM5O0耐磨钢组织和性能的影响，并讨论了不同热处理工艺的强化机理.发现试样经过不同的热处理工艺后在较高的强度下均能保持良好的韧性.由于位错密度的增加和更细的马氏体板条束尺寸，DQT试样的抗拉强度和硬度明显高于RQT试样，但是强度的增加并没有造成韧性和塑性急剧的降低.再加热淬火温度对RQ-T 试样的强度影响较大，当淬火温度较低时，马氏体板条束得到细化，这种细晶强化作用有效地提高了Q-T试样的强度关键词耐磨钢：淬火：微观结构：力学性能：晶粒细化：马氏体分类号TG142.1:TG142.72 Heat treatment infuence on the microstructure and mechanical prop- erties of NM500 wear resistant steel HURi-rong,CAI Qing-u,WU Hui-bin凶，TANG Di Metallurgical Engineering Research Institute,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:wuhb@ustb.edu.cn ABSTRACT The effects of direct quenching-tempering (DQ-T)and reheat quenching-tempering(RQ-T)on the microstructure and mechanical properties of NM500 wear resistant steel were studied by scanning electron microscopy, electron back-scattered diffraction,transmission electron microscopy,and mechanical testing.The strengthening mecha- nisms of these heat treatment processes were also discussed in the paper.It is found that samples treated by DQ-T and RQ-T both have good ductility and high strength.The tensile strength and hardness of the DQ-T sample are superior to those of the RQ-T sample due to higher densities of dislocations and smaller sizes of martensite blocks,but the impact toughness and ductility of the DQ-T sample do not drop significantly.For the RQ-T sample,reheat quenching temperature has a remarkable effect on the strength,and fine blocks can be obtained when the quenching temperature is not high.This grain refinement strengthening can be an effective method to increase the strength of the RQ-T sample. KEY WORDS wear resistant steel;quenching;microstructure;mechanical properties;grain refinement;martensite 低合金耐磨钢广泛应用于采矿设备、矿物运蒂森克虏伯公司能稳定生产硬度为500HBW以下输、建筑机械以及农业等工程机械领域.研究表明，的耐磨钢板，瑞钢奥克隆德悍达系列耐磨钢板的硬材料的耐磨损性能与硬度和韧性密切相关.随着硬度甚至能达到700HBW,而国内主要生产硬度400 度的提高，材料的耐磨损性能随之增强1-②习.通常 HBW以下的钢板，超过450HBW的产品还需依赖情况下，耐磨钢主要通过合适的淬火-回火(Q-T)工进口. 艺以获得强度和韧性的良好结合周.德国迪林根和与传统的再加热淬火(RQ)相比，在线淬火收稿日期：2012-12-03 基金项目：因家高技术研究发展计划资助项目(2012AA03A508)

第 35 卷第 8 期北京科技大学学报 Vol. 35 No. 8 2013 年 8 月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug. 2013 热处理工艺对 NM500 耐磨钢组织和力学性能的影响胡日荣，蔡庆伍，武会宾，唐荻北京科技大学冶金工程研究院，北京 100083 通信作者，E-mail: wuhb@ustb.edu.cn 摘要通过扫描电子显微镜，电子背散射衍射、透射电子显微镜以及力学分析等方法研究了在线淬火–回火 (DQ-T) 和再加热淬火–回火 (RQ-T) 对 NM500 耐磨钢组织和性能的影响，并讨论了不同热处理工艺的强化机理. 发现试样经过不同的热处理工艺后在较高的强度下均能保持良好的韧性. 由于位错密度的增加和更细的马氏体板条束尺寸，DQ-T 试样的抗拉强度和硬度明显高于 RQ-T 试样，但是强度的增加并没有造成韧性和塑性急剧的降低. 再加热淬火温度对 RQ-T 试样的强度影响较大，当淬火温度较低时，马氏体板条束得到细化，这种细晶强化作用有效地提高了 RQ-T 试样的强度. 关键词耐磨钢；淬火；微观结构；力学性能；晶粒细化；马氏体分类号 TG142.1; TG142.72 Heat treatment influence on the microstructure and mechanical properties of NM500 wear resistant steel HU Ri-rong, CAI Qing-wu, WU Hui-bin , TANG Di Metallurgical Engineering Research Institute, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China Corresponding author, E-mail: wuhb@ustb.edu.cn ABSTRACT The effects of direct quenching-tempering (DQ-T) and reheat quenching-tempering (RQ-T) on the microstructure and mechanical properties of NM500 wear resistant steel were studied by scanning electron microscopy, electron back-scattered diffraction, transmission electron microscopy, and mechanical testing. The strengthening mechanisms of these heat treatment processes were also discussed in the paper. It is found that samples treated by DQ-T and RQ-T both have good ductility and high strength. The tensile strength and hardness of the DQ-T sample are superior to those of the RQ-T sample due to higher densities of dislocations and smaller sizes of martensite blocks, but the impact toughness and ductility of the DQ-T sample do not drop significantly. For the RQ-T sample, reheat quenching temperature has a remarkable effect on the strength, and fine blocks can be obtained when the quenching temperature is not high. This grain refinement strengthening can be an effective method to increase the strength of the RQ-T sample. KEY WORDS wear resistant steel; quenching; microstructure; mechanical properties; grain refinement; martensite 低合金耐磨钢广泛应用于采矿设备、矿物运输、建筑机械以及农业等工程机械领域. 研究表明，材料的耐磨损性能与硬度和韧性密切相关. 随着硬度的提高，材料的耐磨损性能随之增强[1−2] . 通常情况下，耐磨钢主要通过合适的淬火–回火 (Q-T) 工艺以获得强度和韧性的良好结合[3] . 德国迪林根和蒂森克虏伯公司能稳定生产硬度为 500 HBW 以下的耐磨钢板，瑞钢奥克隆德悍达系列耐磨钢板的硬度甚至能达到 700 HBW，而国内主要生产硬度 400 HBW 以下的钢板，超过 450 HBW 的产品还需依赖进口[4] . 与传统的再加热淬火 (RQ) 相比，在线淬火收稿日期：2012–12–03 基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目 (2012AA03A508) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2013.08.008

.1016 北京科技大学学报第35卷 (DQ)将轧制后的钢板直接淬火，钢板不需要再加至850℃时，直接水淬至室温，回火工艺为200℃ 热工序，因此能够缩短生产周期，降低成本，提高保温0.5h:对RQ工艺，按照图1(b)所示，轧制后生产效率，节约能源.此外在线淬火能够提高材料按直接空冷至室温，然后分别加热至850℃(RQ1)、的某些特性，比如强度、淬透性以及焊接性能5-刀. 900℃(RQ2)和950℃(RQ3)淬火，回火工艺同样本文研究了DQ-T和RQ-T对NM500耐磨钢的力为200℃保温0.5h. 学性能、奥氏体晶粒以及显微组织的影响，并分析了DQ-T和RQ-T的强化机制. 表1实验NM500耐磨钢化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of experimental NM500 1 实验材料和方法 wear resistant steel % 实验钢采用25kg真空感应炉冶炼，化学成分 C Si Mn Cr Mo+V+Ti+B Fe 0.30.3 0.650.9 ≤0.3 余量见表1.在1200℃下锻造成截面80mm×80mm的长方形坯料.通过DL805A热分析仪进行连续冷拉伸和冲击试样均沿轧制方向切取.拉伸试验在却相变(CCT)实验测得TAe1和TAca分别为753 CMT-4105型万能试验机上进行，依据GB/T228一和811℃.轧制及热处理工艺流程图见图1.将钢 2002,采用直径为5mm,标距为25mm的圆棒拉板加热至1200℃，保温2h后采用两阶段控轧.粗伸试样.冲击试验在JB-30B型冲击试验机上依据轧阶段开轧温度为1050℃左右，为了充分细化奥 GB/T229一2007进行，采用标准的V型缺口冲击氏体晶粒，道次形变为20%30%，粗轧终轧温度在试样，试样尺寸为10mm×10mm×55mm,试验温 1000℃左右，待温度降至950℃开始精轧阶段.在度为-20℃.采用HB-3000布氏硬度计测取钢板表精轧的前几个道次，道次形变量在20%左右，目的面布氏硬度值.使用线切割机在热处理处后钢板上是在奥氏体内部形成高密度的变形带，在相变过程取样，对轧向垂直截面进行砂纸打磨、抛光.使用中提供更多的形核点.在最后几个道次为了控制板过饱和苦味酸水溶液浸蚀原始奥氏体组织，采用配形，采用较小的道次压下量，但是在此阶段的累计置电子背散射衍射(EBSD)系统的Zeiss ultra55场形变量大于60%，最终轧制成12mm厚钢板.对发射扫描电子显微镜(FESEM)和HITACHI H8100 DQ-T工艺，按图1(a)所示，将轧制后的钢板冷却透射电子显微镜(TEM)进行微观组织观察和分析. +(a)1200℃ +D)1200℃ 重新奥氏体化水冷水冷回火空冷回火 t/h t/h 图1热处理工艺流程图.(a)DQ-T:(b)RQ-T Fig.1 Schematic diagram of different heat treatment processes:(a)DQ-T;(b)RQ-T 2实验结果和分析所有试样的布氏硬度等级均超过470HBW,满足 2.1力学性能 GB/T24186一2009中NM500级别的要求.与RQ- 热处理后试样的力学性能见表2.由表2可知， T试样相比，DQ-T试样的抗拉强度和布氏硬度明表2实验钢不同热处理工艺后的力学性能 Table 2 Mechanical properties of the steel after different heat treatment processes 热处理工艺抗拉强度/MPa 延伸率/% 布氏硬度，HBW -20℃冲击功/J DQ-T 1761 12.92 518 33.2 RQ1-T 1715 12.90 501 31.8 RQ2-T 1722 13.01 507 32.4 RQ3-T 1607 14.12 490 35.3

· 1016 · 北京科技大学学报第 35 卷 (DQ) 将轧制后的钢板直接淬火，钢板不需要再加热工序，因此能够缩短生产周期，降低成本，提高生产效率，节约能源. 此外在线淬火能够提高材料的某些特性，比如强度、淬透性以及焊接性能[5−7] . 本文研究了 DQ-T 和 RQ-T 对 NM500 耐磨钢的力学性能、奥氏体晶粒以及显微组织的影响，并分析了 DQ-T 和 RQ-T 的强化机制. 1 实验材料和方法实验钢采用 25 kg 真空感应炉冶炼，化学成分见表 1. 在 1200 ℃下锻造成截面 80 mm×80 mm 的长方形坯料. 通过 DIL805A 热分析仪进行连续冷却相变 (CCT) 实验测得 TAc1 和 TAc3 分别为 753 和 811 ℃. 轧制及热处理工艺流程图见图 1. 将钢板加热至 1200 ℃，保温 2 h 后采用两阶段控轧. 粗轧阶段开轧温度为 1050 ℃左右，为了充分细化奥氏体晶粒，道次形变为 20%∼30%，粗轧终轧温度在 1000 ℃左右，待温度降至 950 ℃开始精轧阶段. 在精轧的前几个道次，道次形变量在 20%左右，目的是在奥氏体内部形成高密度的变形带，在相变过程中提供更多的形核点. 在最后几个道次为了控制板形，采用较小的道次压下量，但是在此阶段的累计形变量大于 60%，最终轧制成 12 mm 厚钢板. 对 DQ-T 工艺，按图 1(a) 所示，将轧制后的钢板冷却至 850 ℃时，直接水淬至室温，回火工艺为 200 ℃ 保温 0.5 h；对 RQ 工艺，按照图 1(b) 所示，轧制后按直接空冷至室温，然后分别加热至 850 ℃ (RQ1)、 900 ℃ (RQ2) 和 950 ℃ (RQ3) 淬火，回火工艺同样为 200 ℃保温 0.5 h. 表 1 实验 NM500 耐磨钢化学成分 (质量分数) Table 1 Chemical composition of experimental NM500 wear resistant steel % C Si Mn Cr Mo+V+Ti+B Fe 0.3 0.3 0.65 0.9 6 0.3 余量拉伸和冲击试样均沿轧制方向切取. 拉伸试验在 CMT-4105 型万能试验机上进行，依据 GB/T228— 2002，采用直径为 5 mm，标距为 25 mm 的圆棒拉伸试样. 冲击试验在 JB-30B 型冲击试验机上依据 GB/T229—2007 进行，采用标准的 V 型缺口冲击试样，试样尺寸为 10 mm×10 mm×55 mm，试验温度为 –20 ℃. 采用 HB-3000 布氏硬度计测取钢板表面布氏硬度值. 使用线切割机在热处理处后钢板上取样，对轧向垂直截面进行砂纸打磨、抛光. 使用过饱和苦味酸水溶液浸蚀原始奥氏体组织，采用配置电子背散射衍射 (EBSD) 系统的 Zeiss ultra 55 场发射扫描电子显微镜 (FESEM) 和 HITACHI H8100 透射电子显微镜 (TEM) 进行微观组织观察和分析. 图 1 热处理工艺流程图. (a) DQ-T;(b) RQ-T Fig.1 Schematic diagram of different heat treatment processes: (a) DQ-T;(b) RQ-T 2 实验结果和分析 2.1 力学性能热处理后试样的力学性能见表 2. 由表 2 可知，所有试样的布氏硬度等级均超过 470 HBW，满足 GB/T 24186—2009 中 NM500 级别的要求. 与 RQT 试样相比，DQ-T 试样的抗拉强度和布氏硬度明表 2 实验钢不同热处理工艺后的力学性能 Table 2 Mechanical properties of the steel after different heat treatment processes 热处理工艺抗拉强度/MPa 延伸率/% 布氏硬度, HBW –20 ℃冲击功/J DQ-T 1761 12.92 518 33.2 RQ1-T 1715 12.90 501 31.8 RQ2-T 1722 13.01 507 32.4 RQ3-T 1607 14.12 490 35.3

第8期胡日荣等：热处理工艺对NM500耐磨钢组织和力学性能的影响 ·1017· 显高于RQ-T试样，分别达到1761MPa和5182.2奥氏体晶粒 HBW,而-20℃冲击功和延伸率方面，二者基本图2显示了试样经过不同热处理工艺后的奥氏相同，在30J以上.表明DQ-T试样在强度明显增体晶粒.DQ-T试样经过低温回火后，部分晶粒仍然加的情况下仍保持良好的韧性.对RQ-T而言，当保持着轧制后的压扁状态，并且晶粒大小明显不均淬火温度从850℃升高到900℃时，抗拉强度、布匀.三种RQ-T试样表现为等轴晶粒，利用Image- 氏硬度以及冲击功变化不明显：当淬火温度增加到 Proplus软件计算统计了奥氏体晶粒尺寸，统计结 950℃时，抗拉强度和布氏硬度明显下降，而冲击果见表3，DQ-T试样的平均尺寸为12.15um;RQ- 功和延伸稍有增加.因此对RQ-T而言，在900℃ T试样的奥氏体晶粒尺寸随着淬火温度的升高，尺淬火+200℃回火0.5h的综合力学性能较好. 寸由9.14m增加到18.79um. b) 50m 50 pm (d) 50μm 50μm 图2实验用钢的奥氏体品粒.(a)DQ-T:(b)RQ1-T:(c)RQ2-T:(d)RQ3-T Fig.2 Prior austenite grains in the steel:(a)DQ-T;(b)RQ1-T;(c)RQ2-T;(d)RQ3-T 表3不同热处理工艺后实验钢的奥氏体品粒尺寸知，与RQ-T试样相比，DQ-T试样中的小角度晶 Table 3 Prior austenite grain size of the steel after different 界的相对频率更高.RQ-T三组试样中的取向差分 heat treatment processes 布比较相似.通过平均截线法测量了马氏体内部板热处理工艺 DQ-T RQ1-T RQ2-T RQ3-T 条束的尺寸，统计结果见表4.DQ-T试样的马氏体晶粒尺寸/m 12.15 9.14 11.01 18.79 板条束宽度最小，为1.39um:RQ1-T和RQ2-T试 2.3显微组织样的宽度稍微有些增加，达到1.5m左右：当再加图3是试样分别经过DQ-T和RQ-T工艺处热淬火温度升高到950℃，马氏体板条束的宽度急理后的扫描电镜像.从图中可以看出，经过200℃ 剧增加到2.1m. 回火的两种淬火试样组织均为细小均匀的回火马氏 2.5透射电镜观察体，奥氏体晶界比较模糊，各马氏体内板条束之间经过DQ-T和RQ-T处理后试样的透射电镜像互相交叉分割，有着较大的位向差，在板条内部有如图6所示.由图可知，试样虽然经过不同的热处细小均匀的碳化物颗粒析出理，马氏体的板条均接近平行排列.由图6(a)可 2.4电子背散射以看出DQ-T试样中板条平直，界面明显，宽度约通过电子背散射衍射技术对四种工艺处理后 200nm,内部有大量位错缠绕.如图6(d)所示，RQ 实验钢的组织进行晶粒取向差分析如图4和图5.T试样经过了重新奥氏化，板条界面原子间互扩图中黑线表示晶体取向大于15°的大角度晶界界散、合并和重组，相界面变得模糊，亚结构稍微有些面，红线表示3°~15°的小角度晶界界面.由图可粗化

第 8 期胡日荣等：热处理工艺对 NM500 耐磨钢组织和力学性能的影响 1017 ·· 显高于 RQ-T 试样，分别达到 1761 MPa 和 518 HBW，而 –20 ℃冲击功和延伸率方面，二者基本相同，在 30 J 以上. 表明 DQ-T 试样在强度明显增加的情况下仍保持良好的韧性. 对 RQ-T 而言，当淬火温度从 850 ℃升高到 900 ℃时，抗拉强度、布氏硬度以及冲击功变化不明显；当淬火温度增加到 950 ℃时，抗拉强度和布氏硬度明显下降，而冲击功和延伸稍有增加. 因此对 RQ-T 而言，在 900 ℃ 淬火 +200 ℃回火 0.5 h 的综合力学性能较好. 2.2 奥氏体晶粒图 2 显示了试样经过不同热处理工艺后的奥氏体晶粒. DQ-T 试样经过低温回火后，部分晶粒仍然保持着轧制后的压扁状态，并且晶粒大小明显不均匀. 三种 RQ-T 试样表现为等轴晶粒，利用 ImageProplus 软件计算统计了奥氏体晶粒尺寸，统计结果见表 3，DQ-T 试样的平均尺寸为 12.15 µm；RQT 试样的奥氏体晶粒尺寸随着淬火温度的升高，尺寸由 9.14 µm 增加到 18.79 µm. 图 2 实验用钢的奥氏体晶粒. (a) DQ-T；(b) RQ1-T；(c) RQ2-T；(d) RQ3-T Fig.2 Prior austenite grains in the steel: (a) DQ-T; (b) RQ1-T; (c) RQ2-T; (d) RQ3-T 表 3 不同热处理工艺后实验钢的奥氏体晶粒尺寸 Table 3 Prior austenite grain size of the steel after different heat treatment processes 热处理工艺 DQ-T RQ1-T RQ2-T RQ3-T 晶粒尺寸/µm 12.15 9.14 11.01 18.79 2.3 显微组织图 3 是试样分别经过 DQ-T 和 RQ-T 工艺处理后的扫描电镜像. 从图中可以看出，经过 200 ℃ 回火的两种淬火试样组织均为细小均匀的回火马氏体，奥氏体晶界比较模糊，各马氏体内板条束之间互相交叉分割，有着较大的位向差，在板条内部有细小均匀的碳化物颗粒析出. 2.4 电子背散射通过电子背散射衍射技术对四种工艺处理后实验钢的组织进行晶粒取向差分析如图 4 和图 5. 图中黑线表示晶体取向大于 15◦ 的大角度晶界界面，红线表示 3 ◦∼15◦ 的小角度晶界界面. 由图可知，与 RQ-T 试样相比，DQ-T 试样中的小角度晶界的相对频率更高. RQ-T 三组试样中的取向差分布比较相似. 通过平均截线法测量了马氏体内部板条束的尺寸，统计结果见表 4. DQ-T 试样的马氏体板条束宽度最小，为 1.39 µm；RQ1-T 和 RQ2-T 试样的宽度稍微有些增加，达到 1.5 µm 左右；当再加热淬火温度升高到 950 ℃，马氏体板条束的宽度急剧增加到 2.1 µm. 2.5 透射电镜观察经过 DQ-T 和 RQ-T 处理后试样的透射电镜像如图 6 所示. 由图可知，试样虽然经过不同的热处理，马氏体的板条均接近平行排列. 由图 6(a) 可以看出 DQ-T 试样中板条平直，界面明显，宽度约 200 nm，内部有大量位错缠绕. 如图 6(d) 所示，RQT 试样经过了重新奥氏化，板条界面原子间互扩散、合并和重组，相界面变得模糊，亚结构稍微有些粗化

.1020 北京科技大学学报第35卷在这个过程中，位错通过重新组合调整、滑动而相 loy correlation.Wear,1999,225(2):1031 互对消，造成了位错密度的下降同.因此与RQ-T [3]Zhen F,Wang W,Yang H,et al.Effect of heat treatment 试样相比，位错强化是DQ-T试样强度增加的一个 on microstructure and mechanical properties of HB400 重要原因.另一方面，在典型的马氏体组织中，奥氏 grade high strength abrasion resistant steel.J Iron Steel 体晶粒被分割成若干个马氏体领域，每个马氏体领 Res Int,2011,18(Suppl 1):637 [4]Luo L J.Overview of high strength wear resistant steel 域内，在相近惯习面上，由于晶体取向不同而划分 production abroad.Wide Heavy Plate,2008,14(3):46 为不同的马氏体板条束，在板条束内部，是由若干 (罗丽军。国外高强度耐磨钢生产概述.宽厚板.2008，晶体学位相一致的板条组成0.如图6所示，热处 14(3):46) 理工艺对马氏体板条的尺寸影响并不大.但是，由 [5]Meysami A H,Ghasemzadeh R,Seyedein S H,et al.An 表4可知，DQ-T以及RQ1-T、RQ2-T试样的板条 investigation on the microstructure and mechanical prop- 束尺寸较小，强度较高，随着再加热淬火温度的提 erties of direct quenched and tempered AISI 4140 steel. 高，RQ3-T试样的板条束尺寸增加时，抗拉强度明 Mater Des,2010.31(3):1570 显下降.因为马氏体板条的宽度与性能并无直接关 [6 Dhua S K,Sen S K.Effect of direct quenching on the mi- 系，马氏体板条束的尺寸是控制马氏体组织强度的 crostructure and mechanical properties of the lean chem- istry HSLA-100 steel plates.Mater Sci Eng A,2011, 最小有效单元，而板条束的大小与奥氏体晶粒尺寸 528(21):6356 有关，细化奥氏体晶粒，从而减小板条束尺寸，能 [7]Wang L J,Wu H B,Yu W,et al.Tempering microstruc- 够达到细晶强化的作用1-13).因此细化有效晶粒 ture and mechanical properties of low carbon bainitic steel 尺寸能够提高DQ-T和RQ-T试样的强度. directly quenched.J Mater Eng,2011(3):36 (王立军，武会宾，余伟，等.直接淬火低碳贝氏体钢的回 4结论火组织与力学性能.材料工程，2011(3)：36) (1)NM500耐磨钢经过DQ-T和RQ-T不同的 [8]Wang Y M,Li M Y,Wei G.Control Rolling and Control 热处理工艺后均能满足工程机械用高强度低合金耐 Cooling of the Steel Plates.2nd Ed.Beijing:Metallurgi- 磨钢板GB/T24186一2009的要求，DQ-T工艺的力 cal Industry Press,2009 学性能要明显优于RQ-T,对RQ-T工艺，在900℃ (王有铭，李曼云，韦光.钢材的控制轧制和控制冷却2版北京：冶金工业出版社，2009) 淬火+200℃回火0.5h后获得的综合力学性能 [9]Zhao YL,Shi J,Cao W Q,et al.Effect of direct quenching 较好. on microstructure and mechanical properties of medium- (2)与RQ-T相比，DQ-T试样有着更高的位错 carbon Nb-bearing steel.J Zhejiang Univ Sci A,2010, 密度和更细的板条束宽度，因而抗拉强度和硬度较 11(10):776 高，其强化机制主要为位错强化和细晶强化.随着 [10]Morris J William Jr.Comments on the microstructure 再加热淬火温度的降低，RQ-T试样的强度增加主 and properties of ultrafine grained steel.ISIJ Int,2008, 要依靠细化板条束引起的细晶强化. 48(8):1063 [11]Luo Z J,Shen J C,Su H.et al.Effect of substructure on toughness of lath martensite/bainite mixed structure 参考文献 in low-carbon steels.J Iron Steel Res Int,2010,17(11):40 [12]Zhang CY,Wang Q F,Ren J X,et al.Effect of martensitic [1]Jha A K,Prasad B K,Modi O P,et al.Correlating morphology on mechanical properties of an as-quenched microstructural features and mechanical properties with and tempered 25CrMo48V steel.Mater Sci Eng A,2012 abrasion resistance of a high strength low alloy steel. 534:339 Wear,2003.254(1/2):120 [13]Morito S,Yoshida H,Maki T,et al.Effect of block size [2]Hawk J A,Wilson R D,Tylczak J H,et al.Laboratory on the strength of lath martensite in low carbon steels abrasive wear tests:investigation of test methods and al- Mater Sci Eng A,2006,438-440:237

· 1020 · 北京科技大学学报第 35 卷在这个过程中，位错通过重新组合调整、滑动而相互对消，造成了位错密度的下降[5] . 因此与 RQ-T 试样相比，位错强化是 DQ-T 试样强度增加的一个重要原因. 另一方面，在典型的马氏体组织中，奥氏体晶粒被分割成若干个马氏体领域，每个马氏体领域内，在相近惯习面上，由于晶体取向不同而划分为不同的马氏体板条束，在板条束内部，是由若干晶体学位相一致的板条组成[10] . 如图 6 所示，热处理工艺对马氏体板条的尺寸影响并不大. 但是，由表 4 可知，DQ-T 以及 RQ1-T、RQ2-T 试样的板条束尺寸较小，强度较高，随着再加热淬火温度的提高，RQ3-T 试样的板条束尺寸增加时，抗拉强度明显下降. 因为马氏体板条的宽度与性能并无直接关系，马氏体板条束的尺寸是控制马氏体组织强度的最小有效单元，而板条束的大小与奥氏体晶粒尺寸有关，细化奥氏体晶粒，从而减小板条束尺寸，能够达到细晶强化的作用[11−13] . 因此细化有效晶粒尺寸能够提高 DQ-T 和 RQ-T 试样的强度. 4 结论 (1) NM500 耐磨钢经过 DQ-T 和 RQ-T 不同的热处理工艺后均能满足工程机械用高强度低合金耐磨钢板 GB/T 24186—2009 的要求，DQ-T 工艺的力学性能要明显优于 RQ-T，对 RQ-T 工艺，在 900 ℃ 淬火 +200 ℃回火 0.5 h 后获得的综合力学性能较好. (2) 与 RQ-T 相比，DQ-T 试样有着更高的位错密度和更细的板条束宽度，因而抗拉强度和硬度较高，其强化机制主要为位错强化和细晶强化. 随着再加热淬火温度的降低，RQ-T 试样的强度增加主要依靠细化板条束引起的细晶强化. 参考文献 [1] Jha A K, Prasad B K, Modi O P, et al. Correlating microstructural features and mechanical properties with abrasion resistance of a high strength low alloy steel. Wear, 2003, 254(1/2): 120 [2] Hawk J A, Wilson R D, Tylczak J H, et al. Laboratory abrasive wear tests: investigation of test methods and alloy correlation. Wear, 1999, 225(2): 1031 [3] Zhen F, Wang W, Yang H, et al. Effect of heat treatment on microstructure and mechanical properties of HB400 grade high strength abrasion resistant steel. J Iron Steel Res Int, 2011, 18(Suppl 1): 637 [4] Luo L J. Overview of high strength wear resistant steel production abroad. Wide Heavy Plate, 2008,14(3):46 (罗丽军. 国外高强度耐磨钢生产概述. 宽厚板. 2008, 14(3): 46) [5] Meysami A H, Ghasemzadeh R, Seyedein S H, et al. An investigation on the microstructure and mechanical properties of direct quenched and tempered AISI 4140 steel. Mater Des, 2010, 31(3):1570 [6] Dhua S K, Sen S K. Effect of direct quenching on the microstructure and mechanical properties of the lean chemistry HSLA-100 steel plates. Mater Sci Eng A, 2011, 528(21): 6356 [7] Wang L J, Wu H B, Yu W, et al. Tempering microstructure and mechanical properties of low carbon bainitic steel directly quenched. J Mater Eng, 2011(3): 36 (王立军，武会宾，余伟，等. 直接淬火低碳贝氏体钢的回火组织与力学性能. 材料工程, 2011(3): 36) [8] Wang Y M, Li M Y, Wei G. Control Rolling and Control Cooling of the Steel Plates. 2nd Ed. Beijing: Metallurgical Industry Press, 2009 (王有铭，李曼云，韦光. 钢材的控制轧制和控制冷却.2 版. 北京：冶金工业出版社，2009) [9] Zhao Y L, Shi J, Cao W Q, et al. Effect of direct quenching on microstructure and mechanical properties of mediumcarbon Nb-bearing steel. J Zhejiang Univ Sci A, 2010, 11(10): 776 [10] Morris J William Jr. Comments on the microstructure and properties of ultrafine grained steel. ISIJ Int, 2008, 48(8): 1063 [11] Luo Z J, Shen J C, Su H, et al. Effect of substructure on toughness of lath martensite/bainite mixed structure in low-carbon steels. J Iron Steel Res Int, 2010, 17(11):40 [12] Zhang C Y, Wang Q F, Ren J X, et al. Effect of martensitic morphology on mechanical properties of an as-quenched and tempered 25CrMo48V steel. Mater Sci Eng A, 2012, 534: 339 [13] Morito S, Yoshida H, Maki T, et al. Effect of block size on the strength of lath martensite in low carbon steels. Mater Sci Eng A, 2006, 438-440: 237