表面镀镍对2Cr13不锈钢表面耐磨性的影响研究_卢振敏.pdf

表面镀镍对 2Cr13 不锈钢表面耐磨性的影响研究卢振敏1，孙颖2（1.宝武太钢不锈钢股份有限公司，山西太原030001；2.山西工程职业学院机械工程系，山西太原030009）摘要：对比研究了表面镀镍与淬火态 2Cr13 马氏体不锈钢钢板表面的耐磨性。耐磨性实验测试发现，无论是淬火态不锈钢薄板还是镀镍不锈钢薄板，其硬度值相差不大，而只有淬火态薄板边缘缺口附近硬度平均值偏低。对两种试样进行组织性能测试，结果表明，淬火态样品会在试样表面形成缺口，表面镀镍能显著提高 2Cr13 马氏体不锈钢表面的耐磨性。关键词：表面镀镍；淬火态；耐磨性中图分类号：TG174.4文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）05-0001-020引言随着生活水平的日益提高，人们对不锈钢种类与性能的需求与日俱增。近年来，马氏体不锈钢广泛应用于人们的生产生活中。2Cr13 马氏体不锈钢，是可以通过热处理调整其力学性能的不锈钢。通俗地说，是一类可硬化的不锈钢，通过淬火后的马氏体不锈钢，硬度较高，可满足一般用户要求。然而在一些场合，如作为纺织机的棕丝，在高频的摩擦力作用下，容易出现严重磨损，使用寿命不长。因此，需要对提高马氏体不锈钢的耐磨性进行进一步研究。大量研究资料表明，表面镀镍可以提高金属表面耐磨性1-2。本文对比研究了表面镀镍与淬火态钢板表面耐磨性影响。实验测试发现，淬火态试件会在表面形成缺口，镀镍能显著提高 2Cr13 马氏体不锈钢表面的耐磨性。1实验材料本实验所用的材料为工业用马氏体不锈钢薄板2Cr13，板材厚度为 0.3 mm，状态分别为淬火后、表面镀镍后。2实验方法2.1耐磨性测试耐磨测试方法主要有线性往复摩擦测试、旋转摩擦测试、往复摩擦测试和耐划伤测试等。2.1.1线性往复摩擦测试线性往复摩擦测试用于评估产品的耐磨性、耐刮擦性（单次或多次划痕）和颜色可转移性（通常是耐磨性或耐磨性）等。可以进行干磨和湿磨试验。常用于塑料、汽车配件、橡胶、皮革和纺织品、电镀、自由拆卸组件、油漆和印刷图案等产品。2.1.2旋转摩擦测试旋转摩擦测试用于测试扁平产品的旋转摩擦，例如：手提箱、地毯、纸板、服装、玻璃、涂料、瓷砖、油漆、装饰板、高压板、塑料、纺织品、弹性地板垫、阳极氧化处理层、电子元件、蜡、标签、皮套、牙科材料、汽车内饰、树脂和家具等。2.1.3往复摩擦测试往复摩擦进行各种物理损坏测试，如磨损，刮擦等在材料表面，这是测试扁平样品的理想选择。可以对平衡臂的实际重量进行称重，以确保测试负载的准确性。平衡臂的末端是重量支架和附件支架。往复式磨损试验机下方是一个水平来回移动的样品台。可调节诸如往复长度，速度和负载的测试参数。2.1.4耐划伤测试耐划伤测试主要检测汽车内外部件中光滑和有纹理的塑料部件的耐磨性。除了材料和产品的开发外，它还适用于相关产品的质量控制。五指刮擦/划伤测试仪专为评估塑料材料、硬质材料的耐磨性，对油漆、油墨、软金属、油地毯、附加物和其他材料进行检测而设计。适合耐磨测试的产品有很多，在实际测试过程中，如果耐磨次数能达到 2 000 次，再进行测试就没有多大意义，通过以上 4 种测试方法基本可以判断一个产品耐磨性能的优劣。当然，不同的产品也可以选择单个或多个测试方法来检测。本文把两种样品分别冲压成用户所需纺织机棕丝，在同样的环境及条件下应用到纺织机上使用，经过测试，镀镍样品使用寿命可达一年，而淬火态样品在三个月左右会在棕丝侧面（工作面）出现缺口。2.2组织测试对镀镍薄板和淬火态薄板分别进行了硬度测试实验和组织成分测试试验，从棕丝缺口附近截取试收稿日期：2022-12-26基金项目：山西省高等学校科技创新项目（项目编号：22022L703）；山西工程职业学院课题（项目编号：2KY2021-18、2KY2021-17）第一作者简介：卢振敏（1985），男，河南商丘人，硕士，工程师，主要从事钢材的塑性成形及退火研究工作。总第 208 期2023 年第 5 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 208No.5，2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.05.001试（实）验研究山西冶金E-mail:第 46 卷100 m图 4侧面（工作面）EDS 观察样，分别从正面、侧面和横截面对两种产品进行扫描电子显微镜（SEM）分析和能谱 EDS 分析，检测设备有维氏硬度计，扫描电镜采用的是蔡司场发射扫描电镜GeminiSEM460，高分辨场发射扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）3-4，可以进行分层分析、能谱分析，分析结果更加可靠。3实验结果与分析3.1不同表面处理方式对硬度的影响分别对两种产品进行维氏硬度测试试验，测试结果如表 1 所示。两种状态薄板硬度差别不大，都在正常范围内。其中，淬火态薄板边缘缺口附近硬度（HV，下同）平均值为 443.52，边缘无缺口附近硬度平均值为 494.35，中间部分硬度平均值为 491.75。可以看出，边缘无缺口附近和中间部分硬度值接近，缺口附近硬度值偏低。镀镍产品硬度值相对稳定一些，波动较小，边缘部分硬度平均值为 490.48，中间部分硬度平均值为 496.428。通过以上数据分析可知，无论是淬火态不锈钢薄板还是镀镍不锈钢薄板，其硬度值相差不大，而只有淬火态薄板边缘缺口附近硬度平均值偏低。3.2组织及成分测试3.2.1正面测试分别对淬火态薄板及镀镍不锈钢薄板进行组织及成分测试，如图 1 所示，淬火态薄板肉眼可见微小缺口，密集在棕丝中断附近，为频繁使用区域。通过SEM 观察，观察结果显示样品边缘有明显缺口，通过测量，深度约为 120 m，如图 2 所示。由图 3 描扫结果与图 4 的 EDS 结果可以看出，侧面（工作面）的 SEM 结果显示有明显缺口，并且缺口内存在空洞和疏松，碳氧化物含量较高，侧面整体组织比较疏松，不致密，尤其是中间位置更加明显，可能是使用过程频繁磨损导致5。4结论本文对比研究了表面镀镍与淬火态钢板表面耐磨性影响。经过实验测试，淬火态样品会在试样表面形成缺口，对缺口处进行维氏硬度测试，扫描电镜对不同表面进行观察和能谱分析，结果显示：1）两种样品在淬火态及表面镀镍后硬度值差别不大，都在正常范围，只有在淬火态缺口处硬度平均值偏低。2）淬火态样品缺口附近 C 元素和 O 元素含量较高，分析在缺口附近存在较多碳化物或氧化物，产品侧面（工作面）组织疏松不致密，C 含表 1两种板材维氏硬度值对比样品区域维氏硬度（HV）值 样品区域维氏硬度（HV）值淬火态不锈钢薄板边缘缺口附近483.84镀镍不锈钢薄板边缘部分485.25372.43487.06463.56463.88454.28493.11边缘无缺口附近460.24523.14489.97中间部分495.46532.84501.59中间部分451.63479.26521.55486.35502.08519.48图 1棕丝侧面缺口图 2正面 SEM 观察图 3侧面（工作面）SEM 观察淬火缺口缺口50 m100 m表面镀镍50 m20 m淬火态缺口缺口缺口500 m200 m50 m100 m缺口100 m100 m100 m100 m100 m（下转第 34 页）2山西冶金E-mail:第 46 卷量从表面到内部逐渐减少。参考文献1唐立志，武学俊，邢梅，等.钢铁表面化学镀镍的研究进展J.电镀与涂饰 2021，40（13）：1 012-1 017.2李宁，黎德育，翟淑芳，等.Ni-P/CaF2复合镀层的高温抗氧化及耐磨性能J.材料工程 2001（3）.3Henry G，Horstmann D.宏观断口学及显微断口学M.北京：机械工业出版社，1990.4崔约贤，王长利.金属断口分析M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998.5钱鑫，韩卫东，马洪波，等.电化学镀镍对 PAN 基高模量碳纤维结构及性能的影响J.中国有色金属学报，2022（6）：1 708-1 718.（编辑：郭萍茹）Effect of Different Rolling Methods on Microstructure and Properties of AZ31B MagnesiumAlloy Thin SheetsLu Zhenmin1,Sun Ying2（1.Baowutai Steel Stainless Steel Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030001;2.Shanxi Engineering VocationalCollege,Taiyuan Shanxi 030009）Abstract:The wear resistance of the surface of Ni plated and quenched 2Cr13 martensite stainless steel plate was compared.The wearresistance experiment test found that the hardness values of both quenched and nickel plated stainless steel sheets were not significantlydifferent,while the average hardness value near the edge notch of the quenched sheet was only low.The microstructure and properties of thetwo samples were tested,and the results showed that the quenched sample would form a notch on the surface of the sample,and the surfacenickel plating could significantly improve the wear resistance of the surface of 2Cr13 martensite stainless steel.Key words:nickel plating on the surface;quenched state;wear resistance过时效温度对 Rp0.2、Rm两指标均不存在显著性影响。2）随着退火温度的提升，组织逐渐由铁-马氏体双相组织向铁-马氏体-贝氏体多相组织转变，且铁素体软相大幅降低，马氏体、贝氏体含量大幅增加，对性能影响表现为材料 Rp0.2、Rm大幅提升。3）在保障 CR820/1180DP 性能的前提下，提升产品强韧性，推荐工业试制工艺参数为退火温度（RTS）810、缓冷温度（SJC）650、过时效温度（OA）280。参考文献1赵岩，蔡晓辉，刘振宇.连续退火参数对 980 MPa 级冷轧双相钢组织和性能的影响J.钢铁研究学报，2015，27（2）：55-59.2陈卓，靳斌，王诚斯，等.980 MPa 级冷轧双相钢的热处理工艺优化J.金属热处理，2020，45（7）：86-89.3郭志凯，耿志宇，杨玉厚，等.连续退火均热温度和过时效温度对DP780 钢组织性能的影响J.金属热处理，2019，44（6）：172-175.4刘靖宝，田秀刚，张杰，等.低成本 800 MPa 级镀锌超高强度双相钢的微观组织与性能J.金属热处理，2021，46（8）：73-76.5李效文.22MnB5 高强度钢电阻点焊性能探究D.大连：大连理工大学，2012.6张雨泉，杨梵，许秀飞.汽车板生产技术与管理：第 1 版M.北京：化学工业出版社，2018.7崔忠圻，覃耀春.金属学与热处理：第 2 版M.北京：机械工业出版社，2007.（编辑：武倩倩）Research on Annealing Process of CR820/1180DP Orthogonal MethodWang Hailong1,Wei Shenghui1,Xu Qiang1,Lu Zhiqiang1,Ai Bingquan1,Wang Yuhui2（1.Technical Center,Tangshan Iron and Steel Group Co.,Ltd.,Tangshan Hebei 063000;2 QualityManagement Department of Tangshan Iron and Steel Group Co.,Ltd.,Tangshan Hebei 063000）Abstract:The orthogonal annealing process of 1.2 mm CR820/1180DP was studied using a Gleeble-3800 thermal simulation experimentalmachine to analyze the relationship between mechanical properties,microstructure patterns,and annealing process elements.The orthogonalexperimental results indicate that the priority of the influence on Rp0.2and Rmis annealing temperatureslow cooling temperatureover agingtemperature.The annealing temperature has a significant impact on Rp0.2,while it has a generally significant impact on Rm;Due to theaddition of a large amount of alloying elements,the stability of undercooled austenite is improved,and there is no significant effect of slowcooling temperature and over aging temperature on Rp0.2and Rmindicators.Rp0.2and Rmof the material increased significantly with theincrease of annealing temperature,and the structure gradually changed from iron martensite dual phase structure to iron martensite bainitemulti-phase structure,and the ferrite soft phase decreased significantly,and the content of martensite and bainite increased significantly.Tomeet product performance and improve local formability,it is recommended to conduct industrial trial production under the process ofannealing temperature of 810,slow cooling temperature of 650,and overaging temperature of 280.Key words:orthogonal experiment;1180DP；annealing process;significance;microstructure;industrial trial production（上接第 2 页）34