耐磨板是非常重要的金屬材料,它具有高的強度、好的延展性和良好的焊接性能。傳統的耐磨板的強度主要與它的碳含量、合金元素含量有關。眾所周知,析出強化與晶粒細化也是提高金屬材料強度的重要手段,但到目前為止很少有人對其在耐磨板中的作用進行研究。合金元素Nb、V、Ti在高強度鋼中的晶粒細化和析出強化的作用使其得到廣泛應用。含Nb、V、Ti元素的合金在控軋條件下碳氮化物的析出不僅能阻止奧氏體晶粒的再結晶長大,而且能有效地阻止大形變奧氏體晶粒的長大,同時所具有的碳氮化物析出相彌散強化的功能,使耐磨板的強度和韌性都有很大的改善。之所以選擇Ti作為添加元素,是因為在相同析出量與相同析出尺寸的情況下Ti的析出相起到的析出強化效果最大。強化作用的大小通過TiC顆粒的數量、分布和大小來控制,目的就是要通過控軋控冷以及后期的熱處理手段,盡量獲得多的1~5nm的TiC析出相,一方面提供較高的析出強化效果,另一方面起到細化晶粒的作用而產生細晶強化效果,在提高強度的同時也有利于韌性的提高。基于這種設計思路,對Ti微合金化耐磨板進行組織表征,通過分析各組分對強度的貢獻,闡明了實驗鋼的主要強化機制以及微合金元素Ti的強化作用。
實驗耐磨板的化學成分為0.2C1.5Mn0.16Ti30×10-6N。實驗鋼由真空冶煉之后澆鑄到模具中,鑄錠在1250℃保溫2h后在1200~850℃鍛造成30mm×200mm×100mm的鍛坯。隨后將鍛坯在馬弗爐中于1250℃保溫2h,均熱之后在實驗室的可逆軋機上經過4道次變形最終軋制成7mm厚的板材,總壓下量為76%。最終軋制溫度為850~880℃,軋制后采用淬火冷卻方式。隨后將軋后淬火的鋼板放入550℃的爐中保溫3h來研究回火熱處理工藝對鋼中Ti析出的作用。經過回火處理后,將耐磨板再放入880℃的爐中保溫5min后淬火到室溫,使鋼獲得馬氏體組織。
Ti加入后耐磨板的強度由于形成TiC提供的析出強化作用而得到提高。回火與再加熱工藝可以促進形成1~10nm的更加細小的TiC析出相,并且細化晶粒到8μm,析出強化與晶粒細化共同作用使耐磨板的屈服強度進一步提高。再加熱后樣品中的細小的TiC析出相可提供188MPa的強度增量,大于細晶強化所提供的80MPa。