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使用更高强度的耐磨钢板可以提高工程机械设备磨损部件的使用寿命,降低设备自重,在节约能源和材料同时也有着积极的经济意义。目前国内可稳定生产的耐磨钢板硬度级别较低,高级别的耐磨钢板产品往往存在韧性不足的问题,长期依赖进口。本文以NM600级超高强耐磨钢板的实验室开发为出发点,充分发挥多种强韧化手段的作用,从成分和工艺两方面调控实验钢的微观组织,最终获得强韧性匹配良好、耐磨性优良的实验钢板。在此过程中的具体研究内容如下：设计碳含量0.4wt.%的中碳合金耐磨钢,对分别添加0、0.030和0.062(wt.%,下同)Nb的三种实验钢进行基础物性参数研究和实验室试制,证明Nb添加可在高温时抑制本文中碳合金钢的奥氏体晶粒长大,在奥氏体区热变形时可抑制再结晶软化。实验室两阶段轧制后进行900℃再加热淬火和200～400℃低温回火(QT),力学性能测试和SEM、TEM分析表明添加0.062%Nb起到细晶强化和析出强化的作用,所得综合性能优于无Nb钢,其中200℃回火处理后的实验钢硬度达到600 HBW以上,力学性能指标达到NM600级超高强耐磨钢板要求。针对含Nb量0.062%的实验钢设计出TMCP-DP短流程钢板试制新工艺,即两阶段控制轧制和随后的水冷-过冷奥氏体水冷-直接碳配分。所得实验钢性能优良,强度2200 MPa以上时还可获得12%的延伸率,硬度620 HBW,-20℃冲击功达到28 J以上。利用OM、SEM、TEM和XRD对处于不同处理状态的实验钢进行显微组织表征发现：与传统QT工艺相比,新工艺所得钢板组织中原始奥氏体细小,马氏体板条最为细密：TMCP过程充分发挥了Nb微合金化细晶强化和析出强化的作用,确保轧后晶粒细小,相变前的水冷过程可防止轧后细化的组织再次长大,水冷后在较低温度空冷时利于位错回复,避免轧后位错过多遗传到最终组织而增加脆性,随后的直接碳配分则充分利用实验钢过冷奥氏体稳定性高的特点,为未转变奥氏体增碳稳定创造条件,从而改善室温组织的韧性。销盘磨损试验结果表明,耐磨性与硬度密切相关,TMCP-DP钢耐磨性仅次于硬度更高的轧后水淬处理的钢。在扫描透射模式下采用EDX-Mapping面扫技术观察到TMCP-DP工艺获得的超高强耐磨钢实验钢中弥散分布的析出物内均匀分布Nb、Ti和Mo元素,三种元素并未出现局部偏聚。TEM下选区衍射花斑和三维原子探针层析术(3D-APT)确认钢中析出物为(Nb,Ti,Mo)C,证明钢中有少量的Mo均匀并入到Nb、Ti的碳化物析出中。3D-APT获得残余奥氏体相的三维形貌,对其成分分析发现其碳含量明显高于与其相邻的马氏体相区,碳富集浓度约是基体平均碳浓度的5-7倍,这是其能稳定存在于室温的保证。一步法Q&P与直接碳配分(DP)的对比研究证明了DP过程碳配分的有效性,1℃/s处理后获得最高残余奥氏体含量,体积分数为9.16%,且对应奥氏体中的碳含量高于其他冷速时。对获得的残余奥氏体含量不同的试样进行冲击磨损试验表明：冲击磨损时磨损机理以磨粒嵌入引发的表面材料直接脆性剥落或疲劳脱落为主；残余奥氏体含量较高的试样磨损失重越大,说明残余奥氏体对耐磨性不利；综合考虑其对实验钢塑韧性的有益贡献,钢中还应适当保持少量的残余奥氏体相。