·906· 工程科学学报，第37卷，第7期 式中，H为比例系数，D为临界晶粒尺寸，d为第二相 250℃.2h 粒子尺寸，∫为析出相体积分数.晶粒正常长大时，比 例系数H为0.17：均匀钉扎或者弱钉扎解钉后晶粒长 粗轧 大时，相应的比例系数H为0.44：而非均匀钉扎或者 920℃.1h 精轧 控制 强钉扎解钉后发生反常晶粒长大时，相应的比例系数 冷却 H为0.67.在之前的报道中四，比例系数一般取H= 水 200℃.05h 0.17,即晶粒正常长大.通过晶粒的钉扎可以细化相 茶温 变前的奥氏体晶粒，从而提高强度和抗疲劳性能。由 于认识到Nb在管线钢和高强钢中的优良改性，人们 已经开始在中高碳钢中加入铌元素用来提高性能.目 前，b在中、高碳低合金钢中的研究并不多，作用机理 还未清晰，但是已经引起人们广泛的关注9.本次 图1实验钢的轧制和热处理工艺 实验主要研究微合金N对中碳低合金耐磨钢组织性 Fig.I Rolling and heat treatment process of the experimental steels 能的影响，拓展和探索Nb在钢中的研究范围，明确 在中碳钢性能中的作用机理，同时设计出新型超级耐 JBDW-300D冲击试验机上测量-20℃下的冲击韧 磨钢，在具有高硬度的同时，拥有良好的韧性和优良的 性.断口经丙酮清洗处理后，在扫描电镜下观察断裂 抗磨性能，从而提高使用耐磨钢部门的经济效益和工 形貌. 作效率。 透射电镜观察：试样1用真空喷碳制备复型碳膜， 在Tecnai F30场发射高分辨透射电子显微镜上观察第 1实验材料及方法 二相粒子的组成和形貌特征.试样2用砂纸打磨至40 1.1实验材料 μm,然后用双喷仪进行减薄穿孔，双喷液采用5%高 实验钢在真空感应熔炼炉ZG0.05-100-2.5D 氯酸HCI0,的乙醇溶液，双喷电压为75V,电流为30 中治炼，具体的化学成分见表1,1钢为不含Nb的耐 mA,实验温度为-20℃，在Tecnai F30场发射高分辨 磨钢，2*钢为含Nb的耐磨钢 透射电子显微镜下观察形貌. 1"和2*实验钢锻造成80mm×80mm×80mm的锻 磨损实验依据行业标准JB/T750694,d4mm× 坯.锻坯在1250℃均热2h后，采用两阶段控制轧制 l0mm的磨损试样经过丙酮清洗后，在磨损试验机 工艺，具体的轧制和热处理工艺见图1：粗轧阶段的开 ML-100上测量磨损性能，实验材料与1000目砂纸表 轧温度为1150℃，道次压下率20%，累计压下率为 面发生滑动摩擦磨损，加载力为15N,试样给进速度为 60%:精轧开轧温度为950℃，累计压下率为60%，终 1.5mmr,试样进行50r预磨损后，用丙酮试剂清 轧温度为850℃：终轧后板厚12mm,采用控制冷却工 洗.在万分之一的电子天平上称初始质量m:然后在 艺，水冷控温度到500℃后空冷.热处理工艺采用 磨损试样机上磨损200r,天平上称重，质量为m,绝对 传统的淬火+回火工艺，淬火温度为920℃，保温时间 磨损量m=m。-m。·每种钢测量三个试样的磨损量， 1h,水淬至室温，回火温度为200℃，保温时间30min. 求取平均值作为最终磨损量 表1实验钢的化学成分（质量分数） 2 实验结果 Table 1 Chemical composition of the experimental steels 实验钢C Si Mn Cr N Nb Ti B 2.1微观组织 1÷0.300.170.980.510.004-0.00670.0006 对1和2"钢的组织进行分析，分别见图2(a)和 20.320.211.010.480.00490.0340.0140.0008 (b).由图2可以看出，组织主要为回火的板条马氏体 以及少量的残余奥氏体.图2(b)中马氏体组织比2 1.2实验方法 (a)细小，说明添加了少量的Nb,细化了耐磨钢的组 在热处理后的钢板上取试样进行分析：金相试样 织.图2中红虚线表示原始奥氏体晶界.2钢的组织 在砂纸上经过磨制和抛光，用4%硝酸乙醇侵蚀，在 细小，原始奥氏体晶粒大约10um;1钢的组织粗大，在 ZEISS ULTRA55场发射扫描电镜下观察组织形貌.原 同样放大倍数情况下，视场未包含完整的原始奥氏体 始奥氏体侵蚀液为过饱和苦味酸+少量海鸥牌洗发 晶粒.原始奥氏体晶粒主要由马氏体块构成@，马氏 膏，抛光后的试样在78℃水浴中煮5min,清洗后，在 体块的边界见图中黄色虚线.可以看出，2钢比1钢 ZEISS AX10型光学显微镜观察原始奥氏体形貌.冲 中的马氏体块尺寸小.1"钢的马氏体块尺寸大约10 击试样尺寸为10mm×10mm×55mm,缺口为V形，在 μm,2钢的马氏体块尺寸仅有5μm大小.马氏体块细工程科学学报，第 37 卷，第 7 期 式中，H 为比例系数，Dlim为临界晶粒尺寸，d 为第二相 粒子尺寸，f 为析出相体积分数． 晶粒正常长大时，比 例系数 H 为 0. 17; 均匀钉扎或者弱钉扎解钉后晶粒长 大时，相应的比例系数 H 为 0. 44; 而非均匀钉扎或者 强钉扎解钉后发生反常晶粒长大时，相应的比例系数 H 为 0. 67． 在之前的报道中［2］，比例系数一般取 H = 0. 17，即晶粒正常长大． 通过晶粒的钉扎可以细化相 变前的奥氏体晶粒，从而提高强度和抗疲劳性能． 由 于认识到 Nb 在管线钢和高强钢中的优良改性，人们 已经开始在中高碳钢中加入铌元素用来提高性能． 目 前，Nb 在中、高碳低合金钢中的研究并不多，作用机理 还未清晰，但是已经引起人们广泛的关注［8 － 9］． 本次 实验主要研究微合金 Nb 对中碳低合金耐磨钢组织性 能的影响，拓展和探索 Nb 在钢中的研究范围，明确 Nb 在中碳钢性能中的作用机理，同时设计出新型超级耐 磨钢，在具有高硬度的同时，拥有良好的韧性和优良的 抗磨性能，从而提高使用耐磨钢部门的经济效益和工 作效率． 1 实验材料及方法 1. 1 实验材料 实验钢在真空感应熔炼炉 ZGJL0. 05--100--2. 5D 中冶炼，具体的化学成分见表 1，1# 钢为不含 Nb 的耐 磨钢，2# 钢为含 Nb 的耐磨钢． 1# 和 2# 实验钢锻造成 80 mm × 80 mm × 80 mm 的锻 坯． 锻坯在 1250 ℃ 均热 2 h 后，采用两阶段控制轧制 工艺，具体的轧制和热处理工艺见图 1: 粗轧阶段的开 轧温度为 1150 ℃，道 次 压 下 率 20% ，累 计 压 下 率 为 60% ; 精轧开轧温度为 950 ℃，累计压下率为 60% ，终 轧温度为 850 ℃ ; 终轧后板厚 12 mm，采用控制冷却工 艺，水冷控制温度到 500 ℃ 后空冷． 热处理工艺采用 传统的淬火 + 回火工艺，淬火温度为 920 ℃，保温时间 1 h，水淬至室温，回火温度为 200 ℃，保温时间 30 min． 表 1 实验钢的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of the experimental steels % 实验钢 C Si Mn Cr N Nb Ti B 1# 0. 30 0. 17 0. 98 0. 51 0. 004 － 0. 0067 0. 0006 2# 0. 32 0. 21 1. 01 0. 48 0. 0049 0. 034 0. 014 0. 0008 1. 2 实验方法 在热处理后的钢板上取试样进行分析: 金相试样 在砂纸上经过磨制和抛光，用 4% 硝酸乙醇侵蚀，在 ZEISS ULTＲA 55 场发射扫描电镜下观察组织形貌． 原 始奥氏体侵蚀液为过饱和苦味酸 + 少量海鸥牌洗发 膏，抛光后的试样在 78 ℃ 水浴中煮 5 min，清洗后，在 ZEISS AX10 型光学显微镜观察原始奥氏体形貌． 冲 击试样尺寸为 10 mm × 10 mm × 55 mm，缺口为 V 形，在 图 1 实验钢的轧制和热处理工艺 Fig． 1 Ｒolling and heat treatment process of the experimental steels JBDW--300D 冲击试验机上测量 － 20 ℃ 下的 冲 击 韧 性． 断口经丙酮清洗处理后，在扫描电镜下观察断裂 形貌． 透射电镜观察: 试样 1 用真空喷碳制备复型碳膜， 在 Tecnai F30 场发射高分辨透射电子显微镜上观察第 二相粒子的组成和形貌特征． 试样 2 用砂纸打磨至 40 μm，然后用双喷仪进行减薄穿孔，双喷液采用 5% 高 氯酸 HClO4 的乙醇溶液，双喷电压为 75 V，电流为 30 mA，实验温度为 － 20 ℃，在 Tecnai F30 场发射高分辨 透射电子显微镜下观察形貌． 磨损实验依据行业标准 JB / T 7506—94，4 mm × 10 mm 的 磨 损 试 样 经 过 丙 酮 清 洗 后，在 磨 损 试 验 机 ML--100 上测量磨损性能，实验材料与 1000 目砂纸表 面发生滑动摩擦磨损，加载力为 15 N，试样给进速度为 1. 5 mm·r － 1，试样进行 50 r 预磨损后，用丙酮试剂清 洗． 在万分之一的电子天平上称初始质量 m0 ; 然后在 磨损试样机上磨损 200 r，天平上称重，质量为 mg，绝对 磨损量 m = m0 － mg ． 每种钢测量三个试样的磨损量， 求取平均值作为最终磨损量． 2 实验结果 2. 1 微观组织 对 1# 和 2# 钢的组织进行分析，分别见图 2 ( a) 和 ( b) ． 由图 2 可以看出，组织主要为回火的板条马氏体 以及少量的残余奥氏体． 图 2 ( b) 中马氏体组织比 2 ( a) 细小，说明添加了少量的 Nb，细化了耐磨钢的组 织． 图 2 中红虚线表示原始奥氏体晶界． 2# 钢的组织 细小，原始奥氏体晶粒大约 10 μm; 1# 钢的组织粗大，在 同样放大倍数情况下，视场未包含完整的原始奥氏体 晶粒． 原始奥氏体晶粒主要由马氏体块构成［10］，马氏 体块的边界见图中黄色虚线． 可以看出，2# 钢比 1# 钢 中的马氏体块尺寸小． 1# 钢的马氏体块尺寸大约 10 μm，2# 钢的马氏体块尺寸仅有 5 μm 大小． 马氏体块细 · 609 ·