揭示中锰马氏体耐磨钢在低冷却速率下的马氏体转变行为及磨损机理

《METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A-PHYSICAL METALLURGY AND MATERIALS SCIENCE》：Revealing the Martensitic Transformation Behavior and Wear Mechanism Under Low Cooling Rate in Medium Manganese Martensitic Wear-Resistant Steel

锰替代铬和镍的合金钢在宽冷却速率范围内形成完全马氏体结构，提升耐磨性且降低成本。研究显示冷却速率（CR）降低至0.05℃/s时，马氏体相变仍完全发生，马氏体变体1（V1）向变体3（V3）转变，晶界密度下降，硬度达527HBW（符合NM500标准）。不同CR下磨损体积分别为2.13×10?2、2.22×10?2和2.31×10?2mm3，CR=0.05时磨损量仅增加8%，证实其优异耐磨性。

　　

摘要

用锰（Mn）替代铬（Cr）和镍（Ni）可以提高钢的淬透性，同时降低合金成本，使得在广泛的冷却速率（CR）范围内都能形成完全的马氏体结构，从而扩大了生产耐磨马氏体钢的工艺窗口。本研究系统地探讨了冷却速率（CR）对热轧中锰马氏体钢微观结构和耐磨性的影响。实验结果表明，即使在极低的冷却速率0.05°C/s下，这些钢材也能发生马氏体转变，这归因于多种合金元素的协同作用。随着冷却速率的降低，马氏体起始转变温度（Ms）相应升高。主导的马氏体变体从马氏体变体1（V1）转变为马氏体变体3（V3）。由于马氏体多层次微观结构的粗化以及自动回火效应的增强，高角度晶界（HAGBs）和低角度晶界（LAGBs）的密度都降低了。实验钢在冷却速率为0.05°C/s时的硬度为527 HBW，符合NM500钢的标准。主要的强化机制是位错强化，而碳化钒（VC）的析出强化可以弥补位错强化的不足。在冷却速率分别为6°C/s、1°C/s和0.05°C/s时，磨损体积分别为2.13×10^-2、2.22×10^-2和2.31×10^-2 mm^3。与6°C/s相比，0.05°C/s下的磨损体积仅增加了8%，这表明该钢在极低的冷却速率下仍具有优异的耐磨性。