低碳低合金耐磨板的组织和性能研究实验采用低碳(0．08~0．12％)设计，通过多元合金化结合高效、节能的控轧控冷(TMCP)工艺细化晶粒，改善组织，提高塑性、韧性与焊接性能，使低碳低合金耐磨钢板具有优良的综合性能。
二.试验结果及分析
1.力学性能
试验钢的力学性能检验结果见表3。可以看出，在直接淬火工艺条件下，提高Mn、Cr、Mo含量，同时添加Nb、Cu、Ni等合金元素，保证了更低碳含量下耐磨钢的抗拉强度仍可达到1200MPa左右。经三种成分对比，可见碳含量由O.12％降至0.08％，其对材料抗拉强度的影响大于对屈服强度的影响，多元合金元素的加入有利于提高材料的强度，其中2#成分具有较高的综合性能。另一方面，两阶段控制轧制细化奥氏体晶粒，增加变形奥氏体晶粒内部的滑移带，即增加有效晶界面积，为相变时铁素体形核提供更多、更分散的形核位置，从而细化组织，提高耐磨钢的综合性能。在相同成分下，轧后直接淬火获得的强度、硬度明显高于轧后控冷，这与不同冷却制度下得到的组织有关。
2.显微组织
2.1光学显微镜下观察
通过对三种钢币同冷却工艺下的显微组织观察，发现相同成分下，由于冷却速度高，轧后直接淬火得到了低碳板条马氏体为主加少量板条贝氏体组织(图1a，b，c)，而控冷条件下(冷速较低)得到粒状贝氏体为主加少量板条贝氏体组织(图ld，e)。对比1#和2#的淬火组织，可见加入Nb并采用两阶段控制轧制工艺可明显细化奥氏体晶粒尺寸，从而保证在随后的冷却过程中得到更为细小的板条组织；另一方面，随着碳含量下降，三种钢的淬火组织中贝氏体数量增加。
2.2透射电镜下观察
透射电镜下对组织的精细结构进行观察，可见1#显微组织为细长的板条马氏体，板条宽度介于90-150nm，板条内为高密度的位错，板条间存在细小的残余奥氏体(Ar)薄膜(图2a)。2#中由于Nb的加入，组织细化，其淬火组织中的马氏体板条宽度介于70-110nm，贝氏体含量增多，板条间也存在残余奥氏体薄膜(图2b)，3#铜淬火组织由下贝氏体和细长的板条马氏体组成，由于碳含量的下降，马氏体板条宽度有所增加，介于80-160nm，下贝氏体板条内有明显的杆状碳化物析出(图2c)。大量研究表明，马氏体+贝氏体复相组织的韧性优于单相马氏体，硬度高于单相的贝氏体，因而具有更高的耐磨性。另一方面，存在于马氏体或贝氏体板条问的残余奥氏体薄膜有利于改善铜的韧性，其对耐磨性的影响表现在：磨损过程中加工硬化发生在表层，亚表层仍保持较高的强韧性，在高应力冲击磨损条件下，表层产生的裂纹向亚表层扩展遇到韧性较高的奥氏体膜时，奥氏体通过塑性变形、诱发马氏体相变等方式松弛裂纹尖端应力，从而抑制其扩展，提高钢的耐磨性。当然，残余奥氏体对耐磨性的有利影响也是有条件的，其形态、分布、数量、稳定性等因素以及不同磨损工况下都有可能改变残余奥氏体所起的作用。
2#钢控冷组织由粒状贝氏体构成，贝氏体板条内有大量碳化物析出(图2d)。通常认为，铁素体的位错密度和M-A岛的数量是影响粒状见氏体组织耐磨性的主要因素，日前相关的研究较少。Ramaswamy的研究表明，在高应力滑动磨损条件下，粒状贝氏体与板条贝氏体相比虽然硬度较低，但前者塑性较高，在磨屑形成前，粒状贝氏体经历更多的变形，可有效吸收能量，耐磨性更好。这观点仍存在争议。
2.3磨损实验
在本文试验条件下，材料经受二体磨料磨损，磨粒与材料表面发生相对滑动。从表4可以看出，相同成分下经淬火得到的马氏体加奥氏体组织比经控冷得到的粒状贝氏体组织的耐磨性高。相同冷却制度下，三种钢经轧后直接淬火硬度相近，对比可见l#的耐磨性高于2#、3#钢；在控冷条件下，2#钢的耐磨性优于3#。说明材料的耐磨性不仅与硬度相关，还应考虑显微组织产生的影响，需要进一步的实验研究。
试样表面磨损形貌在扫描电镜下观察，可见大量切痕和犁沟，磨损机制主要为显微切削型，没有出现微观断裂和大量的塑性变形，说明材料的硬度和韧性配合较好。本文采用的磨料为SiC，磨粒与试样之间为硬磨料磨损。磨料颗粒作用于材料表面，颗粒上所承受的载荷分为切向分力和法向分力，在法向分力作用下，磨粒刺入材料表面，在切向分力的作用下，磨粒沿平面向前滑动，带有锐利棱角和合适攻角的磨粒对材料表面进行切削。如果磨粒棱角不锐利，或者没有台适的攻击角，材料便发生犁沟变形，磨粒一边向前推挤材料，一边将材料犁向沟槽两侧，众多磨粒反复作用下，材料多次变形硬化失去塑性，直到应力超过材料的强度极限后形成扁平状磨屑脱落。对比不同成分和冷却制度下试样的磨损形貌，可见轧后直接淬火试样表面切削痕较浅，随着碳含量降低，犁沟数量增加；控冷条件下，由于硬度鞍低，磨损形貌上可见明显的犁沟挤压，耐磨性较差。