Mo元素对低合金耐磨钢连续冷却相变

Mo元素对低合金耐磨钢连续冷却相变行为及磨损性能的影响作 者 姓 名：指 导 教 师：单 位 名 称：专 业 名 称：Xxx 大 学20xx年6月Effect of Mo element on the continuous cooling transformation behavior and wear performance impact of low alloy wear-resistant steelby Huang LongSupervisor： Professor Wang Zhao dongNortheastern UniversityJune 2013毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：Mo元素对低合金耐磨钢连续冷却相变行为及磨损性能影响基本内容：(1) 了解国内外低合金耐磨钢的发展现状和研究方向；(2) 掌握低合金耐磨钢的热处理工艺；(3) 对试验钢做热模拟实验，绘制静态CCT曲线，观察显微组织，测量力学性能，分析Mo对低合金耐磨钢连续冷却转变行为的影响；(4) 进行热处理实验，观察显微组织，测量力学性能，进行磨损实验。分析Mo元素对试验钢组织、力学性能和磨损性能的影响。毕业设计（论文）专题部分：题目：设计或论文专题的基本内容：学生接受毕业设计（论文）题目日期第3周指导教师签字：年月日ii东北大学毕业设计（论文） 摘要ii东北大学毕业设计（论文） 摘 要Mo元素对低合金耐磨钢连续冷却相变行为及磨损性能的影响摘 要20世纪我国的耐磨钢以高锰钢为主。但高锰钢只有在具备较大冲击条件下才能发挥出最佳的耐磨性能。人们为了获得更好的耐磨材料，减少经济损失，低合金耐磨钢应运而生。目前，该类钢因具有强度高、韧性好、耐磨性能优良的特点而被广泛应用与矿山机械、工程机械等设备或零件的制造。Mo元素作为一种重要的合金元素而被广泛应用于各类钢的开发中。在钢中加入少量的Mo元素可提高其淬透性和回火稳定性等。但是Mo元素是贵重金属合金元素，我国储存量极少，从节约资源和降低成本方面来考虑，如何在少添加或不添加Mo元素的情况下得到最佳的力学性能，对于我国高强钢的开发具有极其重要的意义。本文以国内某钢厂提供的两种成分钢板为研究对象（一块含Mo一块不含Mo），进行了连续冷却转变、热处理及磨损实验。研究了Mo元素对实验钢的相变行为及组织、力学性能和磨损性能的影响。(1).连续冷却转变实验表明，无Mo钢CCT曲线有三个区域：高温F+P区、中温B区、低温M区。含Mo钢只有B和M两个区域。无Mo钢15/s冷速达到全马氏体组织，含Mo钢12/s就为全马氏体组织，Mo元素的添加使得CCT曲线向右移动。(2).热处理实验表明，在两种钢均完全淬透的情况下，含Mo钢的硬度、强度均高于无Mo钢，但延伸率略低于无Mo钢。(3).磨损实验表明，含Mo钢的相对耐磨性是无Mo钢的1.24倍、Q345的4.10倍。关键词：耐磨钢； 低合金； 热模拟； CCT曲线； 热处理； 磨损；iv东北大学毕业设计（论文） AbstractEffect of Mo element on the continuous cooling transformation behavior and wear performance impact of low alloy wear-resistant steelAbstract20th century in China, mainly wear-resistant steel was high-manganese steel. However, the high manganese steel play the best wear resistance only when it has a greater impact.People in order to get better wear-resistant materials and reduce economic losses. Wear-resisting low-alloy steel came into being. Wear-resisting low-alloy steel with high strength, good toughness, excellent wear resistance characteristics and is widely used in mining machinery, engineering machinery and other equipment or parts manufacturing.Mo element is widely used in the development of various types of steel as an important alloying element. Adding a small amount of Mo element in the steel can increase its hardenability and tempering stability. But Mo element is precious metal alloying elements, storage of Mo in china is very few, taking the conservation of resources and reduce costs into account, how to add or not add less of Mo to get the best mechanical properties, it has an extremely important significance for the development of high-strength steel.In this paper, a domestic steel mills provides the two components steel as the research object (A Mo-containing and one without Mo) ,conducted a continuous cooling transformation, heat treatment and wear test.(1).Continuous cooling transformation experiments showed that without Mo steel CCT curve has three regions: High F + P zone, the temperature in Zone B, low M area. Mo steel only has the B and M two regions. None Mo steel achieve full martensite at 15 / s cooling rate , Mo steel achieve full martensite at 12 / s cooling rate, Mo adding makes CCT curve to the right.(2). The heat treatment experiments show that in the case that the two steel are complete quenching, Mo-containing steel hardness and strength are higher than NoneMo steel, but the elongation is slightly lower than the NoneMo steelsv(3). Wear experiments show that The relative wear resistance of steel containing Mo is of None Mo steel, 4.10 times of Q345.Keywords: wear-resistant steel, low-alloy, thermal simulation, treatment, wear;vi目 录毕业设计（论文）任务书i摘 要iiAbstractiii第1章 绪 论11.1 前言11.2 低合金耐磨钢11.2.1 低合金耐磨钢应运而生11.2.2 低合金耐磨钢介绍21.2.3 国内低合金耐磨钢分类31.2.4 低合金耐磨钢的特点31.2.5 低合金耐磨钢的发展方向41.3 国内外低合金耐磨钢的发展现状51.3.1 国内外低合金耐磨钢的研究现状51.3.2 国外低合金耐磨钢的现况81.3.3 国内低合金耐磨钢的生产现状及特点111.3.4 国内外低合金高强耐磨钢所存在的差距131.4 Mo元素的研究现状及应用141.4.1 Mo元素的研究现状141.4.2 钼在钢中的作用特性151.4.3 钼在钢中的作用161.5 研究目的、意义及内容171.5.1 研究目的和意义171.5.2 研究内容18第2章 实验材料及研究方法192.1 实验材料192.2 研究方法192.2.1 连续冷却转变实验192.2.2 热处理实验222.2.3磨损实验24第3章 连续冷却转变实验结果分析263.1 CCT曲线263.2 组织分析273.3 宏观维氏硬度313.4 小结33第4章 热处理组织及性能分析354.1 金相照片354.2 宏观维氏硬度364.3 力学性能374.4 原奥氏体晶粒尺寸404.5 磨损实验414.6 小结43第5章 结论44参考文献45致 谢47viii东北大学毕业设计（论文） 第1章 绪 论第1章 绪 论1.1 前言磨损是金属材料的主要破坏形式之一。由磨损造成的经济损失是相当惊人的，我国每年因球磨机磨球磨损消耗近200wt材料，各种破碎机衬板消耗近50wt，轧辊消耗近60wt，各种工程挖掘机、装载机、输送管道、破碎机锤头和鄂板等消耗超过50wt，因此对高性能耐磨钢的研究具有重大的意义1。据统计，工业发达的国家，机械装备及其零件的磨损所造成的经济损失占国民经济总产值4%左右。在我国，20世纪耐磨钢以高锰钢为主，但高锰钢在不同冲击程度下的耐磨性能并不稳定，而且高锰钢有好的塑性，往往导致零件的更换不及时，而影响生产。为了解决高猛钢存在的问题，低合金耐磨钢应运而生。 低合金耐磨钢通常采用铬、镍、钼等元素进行合金化，然后通过淬火与低温回火获得回火马氏体组织。目前国外生产此类耐磨钢板的著名厂家有瑞典奥克隆德、德国迪林根、德国蒂森克虏伯、日本的JFE等。国内有舞钢、武钢、宝钢、南钢，鞍钢，湘钢等。Mo元素在低合金耐磨钢中的作用举足轻重，Mo可以大幅度提高钢的淬透性，细化晶粒，提高强度等。但Mo元素是贵重合金元素，从资源节约考虑，为了在低合金耐磨钢中使Mo元素以最少的添加量获得最高的效益，及研究Mo元素在低合金钢中的具体作用，使含Mo低合金耐磨钢得到广泛的发展和应用，因此，研究Mo对低合金耐磨钢连续冷却行为及磨损性能的影响具有十分重要的理论意义和实用价值。低合金耐磨钢，由于加入少量合金元素，即可得到优良的性能，性价比很高。可以大幅度降低成本。1.2 低合金耐磨钢1.2.1 低合金耐磨钢应运而生高锰钢作为传统的耐磨材料得到广泛的应用，我国20世纪50-60年代几乎把高锰钢作为万能的耐磨材料使用。随着时间的推移，实践证明，高锰钢的耐磨性是有条件的，只有在冲击大、应力高、磨料硬的情况下，高锰钢才耐磨，而且其屈服强度低、易于变形。因此，在许多领域已逐渐被其它耐磨材料所代替。在水泥、陶瓷、矿山、电力等行业的主要机械锤式破碎机中，其锤头是最主要的易磨损件，长期以来多采用高锰钢制造，当破碎物料受到的冲击并不强烈时，高锰钢具有的加工硬化性能不能充分得以发挥，因此高锰钢锤头表现出磨损快，使用寿命短的弱点。针对高锰钢应用场合的局限结合工况条件，科研人员研制出了多种耐磨合金钢。这些耐磨钢具有优良的强韧性、耐磨性和耐蚀性，且成本不高，适于制造各类耐磨铸件。根据耐磨合金钢中合金含量的不同可分为低合金耐磨钢、中合金耐磨钢和高合金耐磨钢。低合金耐磨钢由于具有较高硬度和足够韧性等综合性能，作为耐磨材料已引起人们的广泛重视。研究人员通过调整成分与热处理工艺，能在较大范围内控制低合金耐磨钢硬度和韧性的合理匹配，使其满足不同磨损工况的需要。低合金钢应运而生。1.2.2 低合金耐磨钢介绍普通低合金钢，国外称为低合金高强度钢，是含少量合金元素，具有较高强度的结构钢2。低合金耐磨钢因其含有一定量的合金元素，具有良好的淬透性，良好的耐磨性与韧性的综合性能，而且生产成本不高，适用于生产各类磨料磨损件。耐磨低合金钢按照含碳量可分为低碳(0.18-0.30%)，中碳(0.30-0.50%)和高碳(0.50-1.0%)三类3。合金总量在5%以下的合金元素主要有Cr，Mn，Si，Mo等。加入的主要目的是提高钢的淬透性，通常通过淬火处理成马氏体组织。有时一些高碳合金钢(C在0.6-1.0%)也可在珠光体态下使用，制作球磨机磨球、衬板等。国外低合金耐磨钢主要用于承受中等冲击负荷下的耐磨件4，如大型球磨机的粗磨头、仓衬板等，其使用寿命比高锰钢要长，国内生产了结合我国资源的硅锰钢系列，在拖拉机履带板上使用，有较好的效果。在农机领域中，我国大量采用65Mn低合金钢制作犁桦、锄铲、纹杆等土壤耕作零件。我国的一些耐磨钢中还加入了稀土和B等元素，提高了钢的淬透性，改善了钢的组织、机械性能和耐磨性5。1.2.3 国内低合金耐磨钢分类(1).珠光体-渗碳体钢典型的钢种是高碳铬镍铝铸钢。例如化学成分(%)为:C0.72，Mn0.88，Si0.30，Crl.56，Ni0.75，Mo0.38的钢，经970退火，890正火和530回火后，具有高的强度和硬度：s为1260MPa，b为1490MPa，HBW为415，因而具有较好的抗磨性。该钢中铬和镍是稳定珠光体的元素，能使组织形成珠光体，又使钢在工作中经受摩擦而产生高温时，其组织中的珠光体不致发生分解。铬的含量小于2%，在提高强度和硬度同时，还有提高钢的塑性的作用，因而能减小钢的脆性6。(2).马氏体抗磨钢加入几种提高钢的淬透性的合金元素，能得到马氏体组织，获得高的硬度，国外应用的一种Si-Mn-Cr-Mo-Ni马氏体抗磨铸钢，化学成分(%)：C.04-0.6，Mn1.3-1.5，Cr0.7-0.9，Mo0.25-0.75，Ni1.5。这种钢有很强的淬透性，125mm厚的铸件，空冷时能够得到马氏体。可以用于厚大抗磨件。其硬度超过珠光体抗磨钢一倍以上，具有很高的抗磨性；它还有一定的韧性，能适应冲击磨损的工况条件7。(3).奥氏体-贝氏体抗磨钢又称为等温淬火高碳硅合金铸钢。组织为贝氏体及分布于其上的奥氏体。其组织形成机理与等温淬火奥氏体-贝氏体球墨铸铁相似。与其它的耐磨铸钢相比较，低合金耐磨铸钢由于可加入的合金元素种类繁多，使得其牌号较为复杂。但一般而言，其熔炼工艺较易掌握，热处理工艺较为简单，一般为淬火+回火，处理后的组织多以马氏体或马氏体十贝氏体为主，具有较好的综合机械性能与耐磨性能，我国先后研制了ZG42CZrMnsiZMo，ZG40CrMnsiMoRe，ZG70CrMnMoBRe等耐磨合金钢，应用于球磨机衬板，其使用寿命都在高锰钢衬板的1.6倍以上。1.2.4 低合金耐磨钢的特点 低合金高强耐磨钢由于其合金含量较低，综合性能较好，生产方便灵活，价格便宜等特点，因此是一种很有发展前途的耐磨材料，总的来说，低合金高强耐磨钢一般有如下特点：(1).合金元素含量较低，一般为3%-5%，甚至更低，且所加的合金元素多为国内资源较为丰富的如Cr、Si、Mn、Re等，少含或不含贵重稀有元素（Ni、Mo等），因此，该类钢易于推广应用，且经济合算8。(2).具有良好的强韧性能等综合性能，在硬度大于50HRC的情况下冲击功Ak值可达20-40J/cm，采用多元素低合金，可较大范围的进行强韧性配合，从而使其在各类工况下获得良好的耐磨性。(3).由于该类钢一般加入两种或两种以上的提高淬透性的合金元素，因此，在保证其淬透性的同时可根据实际情况适当的调整其合金元素，从而达到降低生产成本、简化工艺的目的。(4).由于该类钢一般成分比较简单，在设计上存在于普通碳钢之间的互换性，因此，该类钢一般生产灵活易行，可根据工厂的条件进行铸造或者轧制生产；且在价格上，该类钢有价格相对低廉的优势。因此，低合金高强钢具有广阔的应用前景和重要的推广价值。1.2.5 低合金耐磨钢的发展方向低合金耐磨钢的研究方向。具有良好耐磨性的组织应能提供较高的硬度和足够的韧性，以下分析较高硬度下的组织状态的韧性和耐磨性。低合金钢中淬硬态的组织有马氏体(包括板条马氏体和片状马氏体)、贝氏体(上、下贝氏体)、残余奥氏体和未溶碳化物等。在低、中合金耐磨钢领域,国内已取得可喜的发展，研制出相当数量的钢种，今后的工作方向有以下几个方面。(1).系列化。建立从低碳到高碳；从简单成分到复杂成分；从无冲击低应力,到大冲击高应力工况应用的低、中合金耐磨钢系列9。(2).优化筛选。从资源、能源、经济、技术多方面综合考虑筛选出符合我国资源，节约能源消耗，具有经济效益,技术可靠，性能优越的低、中合金耐磨钢种10。(3).推广应用。大力推广优选成熟的、有发展前途的钢种，充分发挥低、中合金耐磨钢的作用11。1.3 国内外低合金耐磨钢的发展现状 1.3.1 国内外低合金耐磨钢的研究现状低合金耐磨钢由于含有的合金元素量较低，综合力学性能良好，且生产灵活方便，生产成本低等特点，因而该类钢一直是各国学者研究的热点。国外对低合金高强耐磨钢研究进行较早，从上个世纪30年代起部分欧美国家就对此类钢种进行了大量的研究，且取得了一系列的科研成果。我国对低合金钢领域研究起步较晚，在上个世纪80年代才开始，但发展很快。总体来说国内外对于低合金耐磨钢的研究主要集中在以下几个方面。 (1).低合金马氏体耐磨钢 低合金马氏体耐磨钢主要是通过合金元素Cr、Mo、Ni及B等的合金化作用， 通过淬火、回火热处理工艺来得到马氏体组织。由于低合金马氏体高强马氏体钢中存在高位错的板条状马氏体，因此它具有很高的硬度，且能够较好的阻止磨损时裂纹的扩展，故这类钢有较好的综合力学性能和耐磨性。低合金耐磨钢在中等冲击磨损的条件下比奥氏体高锰钢更具有优越性，且综合力学性能比高锰钢好一倍多，但是在高应力的冲击磨损条件下，耐磨性的优越不是很明显。低合金耐磨钢低合金马氏体钢对化学成分控制和热处理工艺要求较高，淬火工艺操作不当或化学成分控制不好极易引起材料的开裂；回火温度控制不好，易导致组织从回火马氏体向回火屈氏体过渡，在磨损过程中，回火屈氏体的加工硬化率较小，因而耐磨性也较低。近年来发展较快的高Co-Ni二次硬化马氏体耐磨钢，综合了低合金高强度钢和马氏体时效钢的特点，即通过韧性良好的Fe-Ni-Co马氏体和碳化物强化，获得良好的强韧性配合。比较典型的钢种有HP924-X、AerMet100、G99、 0.2C-AF1410等；它主要是通过提高碳、钴的含量，使材料的强度、韧性和耐磨 性同时提高。该研究在一定程度上反映出目前低合金马氏体抗磨钢的发展方向，即通过在马氏体基体上引入第二相强化，以此来提高材料的综合性能。不过，目前对于第二相的种类、形态、分布和大小的控制还不理想，有待进一步研究。(2).低合金高强贝氏体耐磨钢 贝氏体组织具有高的强韧性和耐磨性，是一种很好的抗磨材料组织结构。随着对贝氏体相变与贝氏体组织基础理论的深入研究，克服了以往贝氏体钢中添加Mo、Ni等贵重合金元素以及等温淬火工艺，才使贝氏体钢用作耐磨材料成为可能，先后开发出奥氏体/贝氏体双相钢、马氏体/贝氏体双相钢、共晶体增强奥氏体/贝氏体钢(ABGE钢)等新型贝氏体抗磨钢。(3).奥氏体/贝氏体双相钢 奥氏体/贝氏体钢是受高硅钢中无碳化物贝氏体的出现以及奥氏体/贝氏体球 墨铸铁的发明与工业应用的启发而开发出的，其奥氏体/贝氏体组织集中了贝氏 体的高强度与奥氏体的优异韧性与应变强化能力，具有高的屈服强度、韧性和优 异的耐磨性。该类钢可以通过利用等温淬火工艺获得，该钢一般只含有Mn、Si合金元素，具有优异综合性能和耐磨性，但由于采用等温淬火，限制其推广应用。该类钢还可以通过加入微量Re、Ti、B与V等元素获得工艺简单、节约能源的铸态奥氏体/贝氏体钢。(4).马氏体/贝氏体双相钢 马氏体/贝氏体(B/M)双相钢是一般式通过连续冷却方式获得，当钢在连续冷却过程中通过贝氏体转变温度区时，过冷奥氏体分解为贝氏体，先析出的贝氏体将奥氏体晶粒进行分割、细化，当冷却到MS温度时，在马氏体板条间隙中剩余过冷奥氏体全部转变为马氏体。B/M双相组织与直接淬火的单相马氏体组织相比，双相组织中的马氏体板条尺寸随着先析出的贝氏体量的增加而减小，孪晶马氏体减少，具有优于单一马氏体的组织结构。研究中碳B/M组织强和韧性时，发现空冷B/M组织的KIC比同强度的回火马氏体高，也高于等温B/M组织。采用Mo、Mn、B合金化，利用铸造余热进行正火，直接对铸造后的中碳硅锰钢锤头进行热处理，从而得到B/M复合组织的耐磨钢锤头，具有良好的强韧性和耐磨性。但是，由于Mo元素的价格较高，因此限制了该锤头的生产和应用。只采用Mn、B合金化为B/M组织的空冷Mn-B系贝氏体钢在较高强度下仍保持高的韧性，目前该类钢已经发展成为低碳、中低碳、中碳、中高碳等贝氏体钢系列并得到广泛应用。(5).共晶体增强奥氏体/贝氏体钢 奥氏体/贝氏体钢和马氏体/贝氏体钢仅靠单一基体来抵抗磨损，没有增强相或增强相较少，因此提高耐磨性是有限的，限制了这些材料综合性能的发挥。为此，许振明等利用元素微观偏析和变质处理控制凝固组织，在凝固过程中形成团球状共晶体；由于共晶体的析出及元素偏析，使奥氏体中C、Mn含量发生变化，同时利用C、Mn稳定奥氏体、Si在贝氏体转变中强烈抑制碳化物析出的特点，通过正火处理，获得高碳奥氏体和含碳过饱和的板条状铁素体(贝氏体)基体组织；该类共晶体增强奥氏体/贝氏体钢适合于中、低冲击功工况下工作。该钢充分发挥团球状共晶体、奥氏体/贝氏体组织的优异性能，并且具有工艺简 单、成本低廉的特点，该材料还处于实验阶段，但具有广阔的应用前景。 在共晶体增强奥氏体/贝氏体钢中,增强相(团球共晶体) 是从金属基体中原 位形核、长大的热力学稳定相，避免了与基体相容性不良的问题，因此与一般颗粒增强复合材料相比，具有更优异的性能与应用潜力。 (6).低合金珠光体-渗碳体钢该类钢一般主要是通过高温退火来获得的，其典型的钢种是高碳铬镍铝铸钢，例如化学成分(%)为：C.072，Mn0.88，Si0.30，Crl.56，Ni0.75，Mo0.38的钢，经 970退火，890正火和530回火后，具有高的强度和硬度：为1260MPa， b为1490MPa，HBW为415，因而具有较好的抗磨性。该钢中铬和钼是稳定珠 光体的元素，能使组织形成珠光体，又使钢在工作中经受摩擦而产生高温时，其组织中的珠光体不致发生分解；铬的含量小于2%，在提高强度和硬度时，还有提高钢的塑性的作用，因而能减小钢的脆性。1.3.2 国外低合金耐磨钢的现况国外由于对低合金高强耐磨钢研究较早，因此，形成批量化生产也相对来说 很早，在上个世纪50年代，部分欧美国家已经能够批量化大生产该类钢，目前欧美大部分国家相关钢厂都有自己的标准，形成了自己的特点。目前世界上生产低合金耐磨钢的著名生产厂家和产品系列主要有：瑞典奥克隆德公司生产的HARDOX系列和斯威堡生产的SB系列、德国蒂森克虏伯钢铁公司生产的XAR系列和迪林根生产的DILLIDUR系列、日本住友生产的SUMIHARD系列及JFE生产的EH系列、美国MITTA生产的相关系列等12。以下分别介绍了国外耐磨钢目前生产较好的厂家产品化学成分及其特点。(1).德国蒂森克虏伯XAR系列耐磨钢此公司，从20世纪60年代中期开始生产的具 有高耐磨性能的特殊结构钢板，经淬火或淬火加回火热处理，具有致密的马氏体 或马氏体-贝氏体显微结构。它生产的钢板厚度大可达100mm。除传统的XAR400、450、500级别外，TKS还成功地开发了三种新级别用于中低磨损环境的XAR300正火钢、更高温度使用的 XAR400W和满足更高磨损要求的超硬级XAR600。这样，可供选择的钢板硬度覆盖范围可达300-600HB，几乎对任何使用环境均都提供适当的解决方案。所有级别中，常用的是XAR400，硬度值为400HB，其使用寿命可达传统结构钢板的5倍左右。XAR耐磨钢化学成分体系见表1.1。XAR 钢具有细晶粒显微组织。钢中通过加Al，有时加Ti或Nb，吸收氮形成氮化物。XAR450 还可含有不超过0.30%的Cu，而XAR500/600允许有1.5%以下的Ni13。表 1.1XAR系列耐磨钢的化学成分（质量百分比，max%） XARCSiMnPSCrMoBCET典型值3000.210.651.500.250.0251.200.300.0050.360.444000.200.801.500.0250.0101.00650.500.0050.260.40400W0.260.801.300.0250.0251.200.600.0050.380.444500.220.801.500.0250.0121.300.500.0050.270.445000.280.801.500.0250.0101.000.500.0050.380.506000.400.801.500.0250.0101.500.500.0050.510.57（注：CET/% = C+ (Mn +Mo) /10 + (Cr +Cu) /20 +Ni/40，其大小根据板厚进行调整。）(2).瑞典奥克隆德公司生产的HARDOX系列瑞典奥克隆德公司作为全球领先的淬火和回火钢板生产厂家，通过独特的淬火加回火工艺，生产出质量良好的HARDOX及WELDOX系列钢材，其中耐磨钢HARDOX系列主要级别为HARDOX400、HARDOX450、HARDOX500、 HARDOX550、HARDOX600、HARDOXHiTuf等，其硬度涵盖了HB400-600不等；该公司通过先进的淬火和回火高端技术,生产出质量良好的厚度为3155 mm、宽度达3500mm的钢板。2007年,德国BAUMA2007展览会上,瑞钢奥隆展示了其目前世界上硬的淬火和回火钢板HARDOX悍达Extreme耐磨钢板，其硬度达到 700HB14，HARDOX达Extreme钢板可以在面临极严重磨损的耐磨结构件中起到重要的作用，如在矿山、水泥及砖模具生产行业中。瑞钢奥克隆德主要是采用低碳、低合金以及精确的化学成分控制，并且严格的控制其残留元素的含量和钢中夹杂物的数量、成分、尺寸、形态及分布来保证其良好的综合力学性能的。其各自的成分的范围特点如下表1.2所示：表1.2瑞典奥克隆德公司生产的 HARDOX 系列成分（质量百分比，max%）HARDOX CSiMn P SCr NiMoBCEV典型范围4000.180.701.600.250.0100.330.484500.230.701.600.0250.0100.410.575000.290.701.600.0250.010适量添加0.490.625500.370.501.300.0250.0100.630.726000.450.701.000.0250.0100.730.84HiTuf0.200.51.600.0250.0100.550.64从表1.2可以看出，该钢厂采用中低碳成份体系，从较低碳当量可以看出， 加入合金元素的量非常少，从而为得到良好的焊接性能提供了保障；在合金元素的添加上，选择了添加Cr、Ni、Mo及B元素，为得到良好的淬透性和韧性提供了基础。其良好的综合力学性能在成分设计上主要是通过其C、Si、Mn的配合及严格控制其S、P含量来作为前提来得到的。(3).日本JFE生产的EVERHARD系列耐磨钢板 日本JFE钢铁公司从上世纪50年代中期开始生产和销售JFE的EVERHARD系列耐磨钢板，除传统级别外，JFE钢铁公司还成功研发了超级耐磨钢EH-SP，其耐磨性能已超过布氏硬度500级的钢板，以及具有优异韧性的EH360LE和EH500LE钢板。JFE标准系列耐磨钢化学成分见表1.3。表 1.3 JFE标准系列耐磨钢化学成分（质量百分比，max%） 规格名称适用厚度/mm化学成分（%）表面布氏硬度（HB）C SiMnPSCrMoVTiBJFEEH360(650) 0.200.551.600.0300.0300.40-0.0200.040361JFEEH400(650) 0.250.551.600.0300.0300.40-0.0200.040401JFEEH500(650)0.350.551.600.0300.0300.80-0.0200.040477从该成分可以看出，该系列各级别主要侧重硬度指标，化学成分相对简单，只添加了Cr、Ti、B合金元素，且添加量相对较少，从而它保证了较低的碳当量，为确保良好的焊接性能提供了条件。(4).德国迪林根DILLIDUR系列耐磨钢板德国迪林根公司生产的DILLIDUR系列耐磨钢板根据其生产工艺和硬度值不同分为数个级别，分别满足不同的使用要求。其中，DILLIDUR400V、500V两个级别的综合性能更为突出。DILLIDUR400V耐磨钢出厂交货平均硬度达400HB，在高磨损环境中得到了成功的应用，同时它还具有优良的可加工性能，尤其焊接性能。DILLIDUR400V可应用于装载机、挖掘机、自卸车、传送设备、卡车、刀口和破断刀具、废物清理和回收设备等等。供货尺寸可达6-150mm。DILLIDUR500V耐磨钢出厂交货平均硬度达500HB。可供厚度为8-100mm。DILLIDUR生产的耐磨钢化学成分见表1.4。表 1.4 DILLIDUR 耐磨钢化学成分（质量百分比，max%）DILLIDURCSiMnPSMoNiCrVNbB400V0.200.501.800.0250.0100.500.801.500.080.050.005500V0.300.501.600.0250.0100.501.001.500.080.050.005从上表可以看出，该钢厂所生产的耐磨钢化学成分中含有较高的Cr和一定 量的V，用于提高其耐磨性，同时通过加入一定量的Ni来保证低温韧性，但是该类钢由于加入的合金元素较多，从而使得焊接性能较差，成本较高。1.3.3 国内低合金耐磨钢的生产现状及特点 国内对于低合金耐磨钢的研制起步较晚，在上个世纪五六十年代，国内还主 要将高锰钢作为耐磨材料使用在各种工况下，但在实践中逐渐发现，高锰钢的耐磨性是有条件的，只有在受到大冲击、高应力和硬磨料的情况下才能充分发挥其耐磨性；从上个世纪80年代开始，国内以武钢为首的部分钢厂开始从我国的资源特点出发，并借鉴国外相关钢种的体系特点，以Si、Mn系为基础，通过添加Cr、Mo及其他微量合金元素研制出级别较低的低合金耐磨钢系列15。目前国内能够生产出低合金高强度耐磨钢的厂家主要有：武钢、舞阳、宝钢、湘钢、鞍钢等，湖南涟源钢厂也在试制。但是总体一讲，我国耐磨钢在强度级别和性能等方面还存在不小的差距。国内多数钢厂主要生产NM360-400级别，国际上则是主要生产NM400550级别的耐磨钢。以下列举了国内部分钢厂生产的相关该类产品成分及其特点。(1).武汉钢铁生产的NM360400系列及其成分特点武汉钢铁公司作为国内较早生产低合金耐磨钢的厂家，所生产的低合金高强耐磨钢在国内一直有着较大的影响力，在上个世纪90年代，国内低合金耐磨钢的市场一直主要由武钢占有。然而近年来，武钢在产品的级别，没有太大的提升上，仍然主要是以生产NM360-400为主，其更高级别的生产，未见其报道。武钢NM360、NM400化学成分体系如表1.5所示。表1.5武钢 NM360、NM400化学成分（质量百分比，%）牌号CSiMnPSMoNiCrTiVBRBNM3600.180.280.200.501.600.0350.0250.150.50.60.691.2-0.10.006添加NM4000.240.501.600.0250.0150.200.500.200.500.400.800.025-0.005-从上表可以看出，在武钢早期产品中，虽然生产的级别较低（NM360），但加入的合金元素极多，甚至还添加了部分稀有元素，这可能与武钢早期设备水平及技术条件有关；在其后期产品（NM400）中，加入合金元素的种类和量上均有所减少；从武钢生产的NM360和NM400成分比较还可以看出，在NM400中通过加入Ti元素来代替V，从而为保证良好的焊接性能提供了条件。(2).舞阳钢铁生产的WNM360-400系列及其成分特点作为国内低合金耐磨钢生产较好的厂家，舞钢在较早就进行了低合金耐磨钢的研究开发工作，现在已经取得了不错的成果，形成了设备配套的一套成分体系，在国内占有较大的市场，有报道称舞钢已经能够生产NM500级别的耐磨钢，但其相关详细内容未见其报道。下表1.6列举了舞钢低合金高强耐磨钢系列供货技术条件下的化学成分。表1.6舞钢耐磨钢化学成分（质量百分比，max%） 钢种CSiMnPSCrMoNiWNM3600.211.902.100.0250.0100.800.50WNM400A0.210.701.600.0250.0100.700.40WNM400B0.210.701.600.0250.0100.700.400.50从表1.6可以看出，舞钢在生产WNM360时采用的是相对较高Si、Mn以及合金元素，在级别增加到WNM400时，Si、Mn元素反而有所下降，主要是因为Si元素的增加过多时对塑性有不利影响，当其超过0.5%时，对冲击韧性会有较为明显的不利影响，而Mn元素过多则容易引起MnS偏析，从而对冶炼提出了更高的要求。因此，在生产NM400时，适当的降低这两元素的含量，有利于得到更好的综合性能。在WNM400B时还加入了一定量的Ni元素，主要是因为WNM400B对冲击韧性的要求更高，加入适量的Ni有利于提高其冲击韧性。(3).宝钢生产的B-HARD360A、B-HARD400A系列及其成分特点宝钢是近几年才批量化生产低合金高强耐磨钢的16，由于近几年国内对低合金耐磨钢的需求量很大，因此宝钢在当年就得到了大量的推广，它由于进行批量化生产较晚，因此，在合金体系设计上，它吸收了国内外较为先进的成果体系，从而为它得到良好的综合力学性能提供了保障。下表1.7列举了宝钢B-HARD360A、B-HARD400A供货条件中的化学成分。表1.7B-HARD360A、B-HARD400A 化学成分（质量百分比，max%）成分牌号CSiMnPSCrMoNiBB-HARD360A0.241.001.900.0200.0101.000.600.500.004B-HARD400A0.240.501.900.0200.0101.000.600.500.004从上表可以看出，宝钢在耐磨钢供货技术条件下，B-HARD400A相对B-HARD360A来说Si元素有所降低，主要是为了在保证高的硬度的同时，确保良好的冲击韧性。1.3.4 国内外低合金高强耐磨钢所存在的差距 目前，我国低合金高强耐磨钢的生产技术、产品质量和级别上虽然在近几年取得了很大的进步，但是总体一讲，与国际先进水平相比在强度级别和性能稳定性等方面还存在不小的差距，具体主要表现在：(1).在所生产的低合金高强耐磨钢钢种级别上，国内多数钢厂主要生产 NM360-400级别17；而国外主要是生产 NM400-550级别，造成该区别的主要原因是成本以及技术水平所造成的。(2).在更高级别的批量化生产探索上，国内钢厂最高能生产至NM500级别， 而国外已开发至NM700系列18。(3).在成份设计方面，国内产品大多都添加较多的合金元素，甚至部分稀有元素；而国外则是采取添加极少量的合金元素，主要是通过严格的冶炼及工艺控制来达到较高的耐磨性能。(4).在产品使用性能方面，国内产品表现出波动性较大，另由于合金元素添加较多，使得碳当量普遍较高，从而导致焊接性能不是很好；而国外产品综合力学性能比较稳定。1.4 Mo元素的研究现状及应用1.4.1 Mo元素的研究现状低合金钢是主要的高性能钢铁材料，其生产消费了大部分的钼。随着我国经济发展，我国钢铁产量持续不断提高，2009年我国粗钢产量已达56784万吨，约占世界粗钢产量的46.6%。目前，大多数钢材消耗在应用普通钢为主的建筑领域；随着我国制造业的发展，特别是重大装备国产化工作的推进，对低合金钢的数量和品种需求将增加。低合金钢是一个国家的工业化水平的缩影。我国低合金钢的产量占总钢产量的比例、品种和质量与工业化国家相比差距较大，生产和应用水平急需发展提高。钼是生产合金钢的主要合金化元素之一，对提高我国低合金钢质量起着重要的作用19。钼钢的发展是低合金钢发展的一个缩影。除了记载的十四世纪日本刀（已经失传）中含有钼外，从十八世纪后期钼被发现以后，许多年没有得到工业应用。钼是重要的合金元素，在所有类型的低合金钢中均有应用。目前，低合金钢的生产和需求仍然影响着钼的消费市场。钼是钢中广泛应用的合金化元素。因为钼的特性，在钢中钼具有独特的、不可替代的作用20。1.4.2 钼在钢中的作用特性钼加入钢中，产生了异类原子之间的相互作用，如与铁、碳及合金元素之间的相互作用，改变了钢中各相的稳定性，并可能产生一些相对稳定的新相，从而改变了原有的组织或形成了新的组织。钼与铁、碳及合金元素之间在原子结构、原子尺寸和晶体点阵之间的差异是产生上述变化的基础21。钼与铁（室温）一样，都具有体心立方晶体结构（a=3.1468），是铁素体形成元素。钼在钢中具有一定的固溶度（室温下，在-Fe中固溶度可达4%，在-Fe中固溶度可达3%），可以与钢中的C、N、B等元素形成化合物，与其它合金元素形成金属间化合物。钼在钢中可以多种形式析出。钢中碳与钼的原子半径比值rc/rMo=0.56（0.59），形成六方点阵的MC和M2C型碳化物，起到弥散强化效果。在钨、钼钢中，可以形成复合的M6C型碳化物F3(W,Mo)3C。氮与钼的原子半径比值rc/rMo=0.52（0.59），在钢中可以形成面心立方点阵的Mo2N和六方点阵的MoN。钼与钢中的硼结合形成晶体点阵呈CuAl2型结构的复杂结构间隙化合物Mo2B22。钼与铁及其它合金元素之间产生相互作用，可以形成各种金属间化合物，如Mo-Mn、Mo-Fe、Mo-Co等系中的相，它们在低碳的高铬不锈钢、铬镍奥氏体不锈钢及耐热钢中出现，导致钢的脆化；在多元合金化的耐热钢中，出现复杂六方点AB2的Lavas相MoFe2，可以强化奥氏体耐热钢、12%Cr 型马氏体耐热钢、Cr-Mo-Co系马氏体沉淀硬化不锈钢；在多元合金化的耐热钢和耐热合金中，钼可以置换AB3有序相Ni3Al中的铝形成Ni3Mo。因为钼是各种化合物的中等程度形成元素，所以添加在不同合金钢中的钼可以形成所需要的化合物，起到弥散强化作用。固溶的钼可以影响铁碳相图，改变钢的临界点位置，包括温度和含碳量。钼使A3点温度升高，A4点温度降低，缩小奥氏体相区。钼对加热过程中的奥氏体形成、过冷奥氏体转变、回火时马氏体分解等，对钢的组织演变过程均有影响。钼强烈推迟珠光体相变，对贝氏体相变推迟较少，同时提高珠光体最大相变速度的温度，降低贝氏