中锰马氏体NM500钢奥氏体晶粒长大行为

包爽，杨庚蔚，徐耀文，韩汝洋，朱晓翔，赵刚

(武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室， 湖北 武汉 430081)

摘要：中锰马氏体耐磨钢是一种新型的低成本高性能耐磨钢，揭示钢中奥氏体晶粒长大行为，并建立精确的预测模型，对其组织和性能的调控至关重要。利用Gleeble-3500型热模拟试验机、金相显微镜和透射电子显微镜等设备，系统研究了中锰马氏体NM500钢在不同加热温度和保温时间下的奥氏体晶粒长大行为，探讨了微合金第二相对奥氏体晶粒长大行为的影响。研究结果表明，加热温度对试验钢中奥氏体晶粒长大的影响明显大于保温时间，且试验钢中奥氏体晶粒长大行为受基体中V(C，N)粒子析出行为的影响，其可分为两个阶段。当加热温度小于950 ℃时，试验钢中存在大量未溶的纳米级球状和短棒状V(C，N)粒子，能够有效地钉扎奥氏体晶界，奥氏体晶粒长大缓慢；但当加热温度不低于950 ℃时，试验钢中V(C，N)粒子大量溶解和粗化。其中，加热温度为950 ℃、保温时间为60 min时，试验钢中V(C，N)粒子的体积分数仅为0.041%，平均粒径增大至45.78 nm。其对奥氏体晶粒的钉扎作用显著减低，且随着温度升高，原子扩散速度加快，奥氏体晶粒快速长大。基于Beck模型，建立了试验钢中奥氏体晶粒等温长大动力学模型，计算得到低温及高温阶段试验钢中奥氏体晶粒长大表观激活能分别为66.561 kg/mol和170.416 kJ/mol，且奥氏体晶粒的理论计算值与实测结果吻合较好。

关键词：中锰马氏体NM500钢；奥氏体晶粒；晶粒长大；V(C，N)；Beck模型

1 引言

中锰马氏体耐磨钢具有高强度、高硬度和良好的耐磨性能，可广泛应用于煤炭采运、矿山设备、工程机械等领域。与传统马氏体耐磨钢相比，中锰马氏体耐磨钢以锰代替铬、镍等贵重金属元素，在确保淬透性能的同时，可以极大地降低生产成本。同时，孙荣民等的研究进一步表明，锰的添加使得中锰马氏体耐磨钢可在非常宽的冷速范围内获得马氏体组织，利于工业生产，且其在销盘式磨料磨损试验和三体冲击磨料磨损试验中均表现出良好的耐磨性能，能很好地满足相关行业发展的需要。

众所周知，耐磨性能的提升是耐磨钢发展追求的目标。马氏体耐磨钢的耐磨性能除与硬度和强度相关外，还与其韧性密切相关。对于中锰马氏体耐磨钢而言，细化奥氏体晶粒是一种十分有效的既能够提高强度又能够提高韧性的方式，而揭示钢中奥氏体晶粒长大行为，并建立精确的预测模型，对其组织和性能的调控至关重要。前期，王程明和卢威等研究Cr-Mo-V钢和25Cr2Mo1VA钢中奥氏体晶粒长大行为时发现，奥氏体晶粒尺寸随着加热温度升高以及保温时间延长而增大，且加热温度的影响更为显著。杨庚蔚等研究发现，Ti-V微合金化马氏体钢中奥氏体晶粒长大行为受微合金第二相析出行为的影响，且根据(Ti，V)C的析出行为可将其分为2个阶段。Graux A和刘祥等的研究表明，随着加热温度升高和保温时间延长，钢中第二相粒子数量减少、尺寸增大，其阻碍奥氏体晶粒长大的作用减弱。然而，目前有关中锰马氏体耐磨钢中奥氏体晶粒长大行为的研究鲜有报道。基于此，本文以含钒中锰马氏体NM500钢为研究对象，系统研究不同热处理工艺条件下钢中奥氏体晶粒长大行为，分析微合金第二相对奥氏体晶粒长大行为的影响，并基于Beck模型建立试验钢的奥氏体晶粒等温长大模型，为其热处理工艺的制定及性能优化提供理论指导。

2 精选图表

3 结论

(1)中锰马氏体NM500钢中奥氏体晶粒尺寸均随着加热温度的升高和保温时间的延长而增大，且加热温度对奥氏体长大的影响明显大于保温时间。

(2)基于V(C，N)粒子的析出行为，试验钢中奥氏体晶粒长大行为可分为两个阶段。当加热温度小于950 ℃时，试验钢中存在大量纳米级V(C，N)粒子，其对奥氏体晶粒长大具有明显的抑制作用，奥氏体晶粒随着温度升高及保温时间延长长大缓慢；当加热温度不低于950 ℃时，试验钢中V(C，N)粒子大量溶解和粗化，奥氏体晶粒随温度升高及保温时间延长快速长大。

(3)基于Beck模型，分段建立了中锰马氏体NM500钢的奥氏体晶粒等温长大模型，即D=(温度为850~950 ℃)和D=(温度为950~1 050 ℃)，模型的计算值与实测值吻合较好。