CN101956141A - 一种低成本屈服强度780MPa级非调质处理高强耐磨钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种低成本屈服强度780MPa级非调质处理高强耐磨钢，其化学组成按重量百分比为：C：0.08～0.13％；Si：≤0.5％；Mn：1.6～1.9％；P≤0.015％；S≤0.01％；Cr：0.6～1.0％；Ti：0.1～0.15％；Nb：0.02～0.06％；N：≤0.005％；O：≤0.002％；其余为铁Fe和不可避免杂质。该耐磨钢制造方法包括电炉或转炉冶炼，精炼，连铸，连铸坯加热，热连轧，层流冷却，卷取，开卷剪切成板，本发明高强钢带可达到如下综合性能：ReL：780～840MPa；Rm：850～930MPa，δ≥16％，满足良好的耐磨性，与Q345B相比较，耐磨性提高2倍以上。

Description

一种低成本屈服强度780MPa级非调质处理高强耐磨钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种低成本屈服强度780MPa级非调质处理高强耐磨钢板的制造方法，属于热轧高强钢生产技术领域。

背景技术

目前工程机械用钢中，高强钢的使用量占据一定比例，主要用于制造吊车悬臂，铲车前面挡板等部位，使用要求和条件非常苛刻。由于局部磨损严重而经不住长期使用的情况非常多。对于此类工程机械钢的使用要求主要是耐磨性，从而对于制造材料提出的要求是既具备高强度，又具有一定的耐磨性。

对此，众多的专利涉及到了高强耐磨钢板的制造，采用的微合金化的方法和工艺存在差别。

公开号101775545A提供了一种高韧性耐磨钢板，其化学成分和含量为：C：0.04～0.11wt％、Si：0.10～0.50wt％、Mn：0.50～1.50wt％、P：＜0.015wt％、S：＜0.010wt％、Cr：0～0.60wt％、Mo：0～0.50wt％、Ni：0～0.80wt％、Nb：0～0.050wt％、B：0.0005～0.0040wt％、Al：0.010～0.060wt％、Ti：0.005～0.060wt％，余量为Fe和不可避免的杂质；且Si、Mn、Cr的含量满足2.40wt％≥Si+Mn+Cr≥1.30wt％；Mo、Ni、Nb的含量满足1.10wt％≥Mo+Ni+Nb≥0.10wt％。该发明所涉及的高韧性耐磨钢板硬度大于350HB，纵向-40℃冲击功大于100J，微观组织为贝氏体或马氏体。该钢为轧后热处理板，工艺复杂，成本较高。

公开号10174836A提供了一种高等级别耐磨钢板，钢板成分质量百分比为：C：≤0.26％、Si：≤0.50％、Mn：≤1.60％、P：≤0.015％、S：≤0.005％、Ni：0.10％～0.30％、Cr：≤1.50％、Nb：≤0.06％、Al：0.02％～0.06％、Ti：≤0.03％、Mo：≤0.50％、V：≤0.08％、B：≤0.004％，其余为Fe和不可避免杂质，钢板的生产方法包括冶炼、浇铸、加热、轧制、矫直和抛丸、淬火、热处理、切割等工艺步骤。该钢为热处理板，工艺复杂，添加了Ni，Mo等，合金较多，制造成本较高。

公开号101451220A涉及一种高强度耐磨钢板，所述钢板成分如下：C0.12～0.16％，Si0.10～0.70％，Mn0.90～1.50％，P≤0.020％，S≤0.010％，Ni0.05～0.30％，V0.03～0.08％，Nb0.01～0.06％，Al0.020～0.08％，Cr0.20～0.70％，Mo0.1～0.50％，Ti0.010～0.060％，B0.0005～0.0030％，其余为Fe和不可避免的杂质。生产工艺主要是淬火和回火工艺的控制，制得的钢板厚度可以达到60mm，布氏硬度值为360～440，硬度分布均匀；抗拉强度不低于1220Mpa。该钢板为热处理厚板，厚度达到G0mm，在宽厚板轧机上进行生产。

公开号CN1699613A的专利本发明涉及一种特别适用于铁路道岔的高强度耐磨钢及其制造方法。其材质化学成份为(重量％)：C0.25-0.55，Si0.6-1.5，Mn0.8-1.5，Cr1-1.5，Mo0.3-0.5，V0.15-0.25，Ti0.05-0.15，P≤0.03，S≤0.025；制造工艺流程为：电弧炉冶炼→真空炉精炼→炉外钢包精炼→铸锭→初轧成坯→锻造成型→形变热处理。本发明是通过后期热处理得到的高强度，工艺复杂。

公开号CN101250673A公开一种本发明公开了一种超高强度耐磨钢及其生产方法，属于涉及低合金化钢制造领域，该钢的化学成分按重量百分比为：C0.10～0.17％，Si0.25～0.50％，Mn1.20～1.50％，P≤0.018％，S≤0.008％，Cr0.20～0.50％，Ni 0.25～0.50％，Mo0.10～0.40％，Als0.02～0.06％，B≤0.005％，Re≤150G/吨钢，余量为Fe及不可避免杂质，碳当量Ceq(％)≤0.60，Ceq(％)-C+Mn/6+(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15。该钢的具体生产方法包括：超纯净钢工艺进行冶炼——铁水脱硫——转炉顶底复合吹炼——真空处理——结晶器喂稀土(Re)丝——浇注成板坯——板坯加热——粗扎——精扎——空冷或冲中压水冷却——钢板调质处理。本专利不仅采用了高碳含量的成分设计思路，而且后期也需要进行调质处理。

目前不同企业生产的高强度级别的耐磨钢材均采用高碳成分设计以及微合金化思想，并且后期采用热处理工艺。随着社会和经济的发展，钢铁工业面临着以低碳经济、以节省资源、节约能源、保护环境为主要目标的发展趋势。

发明内容

为了解决上述问题，使得生产的钢带不仅屈服强度在780MPa以上，并且能够满足耐磨的要求，同时具有良好的成形性能，本专利提出了一种能够降低成本的非调质处理耐磨钢板的制造方法，该技术方案在热连轧机上就能够实现。

本发明提供一种低成本屈服强度780MPa级非调质处理高强耐磨钢及其制造方法，是在碳锰结构钢成分的基础上，通过添加适量的Nb，Ti，Cr等微合金元素和采用控轧控冷技术来实现。考虑到普通热连轧机的生产特点，利用高Ti成分设计，生产屈服强度在780MPa以上，抗拉强度在850MPa以上，延伸率在18％以上，具有良好耐磨性和成型性能的钢带，该钢带不仅强度高，重量轻，而且疲劳性能也大大提高，钢带厚度在16mm以下，可以在热连轧机上进行生产。

在合理成分设计的基础上，采用控轧控冷工艺，加热温度在1200～1260℃，加热时间根据铸坯的冷热程度不同适当控制在120～180分钟，这样利于合金元素充分固溶。精轧在860℃～1050℃，同时卷取温度采用550℃～650℃，以获得最佳的析出沉淀强化效果。

本发明的技术方案是：屈服强度780MPa级非调质处理高强耐磨钢组成成分，按重量百分比为：C：0.08～0.13％，Si：≤0.5％；Mn：1.6～1.9％；P≤0.015％；S≤0.01％；Cr：0.6～1.0％，Ti：0.1～0.15％；Nb：0.02～0.06％；N：≤0.005％；O：≤0.002％；其余为铁Fe和不可避免杂质。

上述屈服强度780MPa级非调质处理高强耐磨钢的制造方法，包括电炉或转炉冶炼，精炼，连铸，连铸坯加热，热连轧，层流冷却，卷取，开卷剪切成板，其特征在于：

1)轧制成型工艺：连铸坯加热温度1200～1260℃，加热时间120～180分钟；之后进行控制轧制，粗轧开轧温度为1120～1180℃，粗轧终轧温度为1020～1060℃，粗轧过程进行3～5道次轧制，粗轧后，中间坯料厚度为28～40mm，最终产品厚度为6～10mm；精轧开轧温度为1000～1050℃，精轧终轧温度为860～920℃，精轧过程进行4～6道次轧制，精轧过程每道次的压下量控制在15～40％，精轧机架间采用水冷；

2)卷取工艺及冷却工艺：将上述轧制后坯料进行层流冷却，冷却速度为10～20℃/S，卷取温度为550～660℃。

对上述连铸坯料是在奥氏体再结晶区、未再结晶区及形变诱导相变区控制轧制；通过高温区的奥氏体再结晶控制轧制，充分细化奥氏体晶粒；通过精轧阶段的道次间水冷，降低轧件温度，增加奥氏体未再结晶区的变形；精轧终轧温度控制在860～920℃，使轧制过程中产生较大的累积应变；通过轧后快速冷却及适当的卷取温度，得到超细3～5μm的多边形铁素体和贝氏体组成。

本发明与已有技术相比较，具有下列显著的优点和效果：

1)C含量在0.08～0.13％以下，C除了增加硬度和耐磨性，可以与钢中合金形成微小的碳化物粒子，利于沉淀强化和弥散强化；低碳成分设计能够很好的实现良好冷弯成型性能；

2)由于本发明采用了低成本成分设计，除了Nb以外，用较高的Ti含量代替高成本的合金元素Mo等，通过细晶强化和TiC粒子等沉淀强化作用，使得屈服强度达到了780MPa以上。因此，与其他添加了Mo，Ni等合金的比较，仅靠Cr成分设计，成本降低明显；

3)本发明钢带具有超细化的多边形铁素体组织，使材料具有较高的屈服强度良好的塑性，同时材料的韧性得到提高。适量的贝氏体可有效的提高抗拉强度，改善加工硬化能力，降低屈强比，使材料在提高强度的同时，还具有良好的冷成型性。

4)材料的低温韧性较好，韧脆转变温度低于-35℃；常温夏比冲击功可以达到80J以上。

5)本发明高强钢带卷取温度550～660℃，较其他专利的低温卷取更加易于控制。

6)本发明高强钢带可达到如下综合性能：ReL：780～840MPa；Rm：850～930MPa，δ≥16％，满足良好的耐磨性，与Q345B相比较，耐磨性提高2倍以上。

具体实施方式

以下列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。

根据本发明设定的化学成分范围，下述实施例都通过以下具体工艺流程：以化学成分C，Si，Mn，S，P和Fe为原料，进行电炉或者转炉冶炼、精炼过程对钢水进行合金化处理、连铸、铸坯直接加热或者均热、热连轧、轧后层流水冷却、卷取等流程制备而成。

例1：选配高强钢的化学成分，重量百分比是：C：0.1％，Si：0.30％，Mn：1.80％，Nb：0.05％；Ti：0.15％；Cr：0.6％；P：0.008％；S：0.006％；其余为铁Fe与不可避免杂质。将上述配制好的原料在120吨转炉上冶炼，并连铸成160mm×1230mm×11800mm的连铸坯，将连铸坯加热到1230℃，加热时间150分钟，在热连轧机上轧制，粗轧开轧温度控制为1150℃，粗轧终轧温度控制为1050℃，粗轧5道次，中间坯厚为31mm，精轧开轧温度控制为1020℃，精轧终轧温度控制为880℃，精轧6道次，精轧平均每道次的压下量控制在25％，精轧机间采用水冷；将上述轧制后坯料进行层流冷却，冷却速度为15℃/S，卷取温度为600℃，最终获取高强钢带，进行开卷剪切成钢板。产品力学性能检验结果见表1：

表1

例2：选配高强钢的化学成分，重量百分比是：C：0.12％，Si：0.2％，Mn：1.7％，Nb：0.04％；Ti：0.15％；Cr：0.8％；P：0.008％；S：0.003％；其余为铁Fe和不可避免杂质。

将上述配制好的原料在120吨转炉上冶炼，并连铸成160mm×1230mm×11800mm的连铸坯，将连铸坯加热到1230℃，加热时间145分钟，粗轧开轧温度控制为1180℃，粗轧终轧温度控制为1050℃，粗轧5道次，中间坯厚40mm，此后对中间坯进行精轧，精轧开轧温度控制为1020℃，精轧终轧温度控制为900℃，精轧5道次，精轧平均每道次的压下量控制在24％，精轧机间采用水冷；将上述轧制后坯料进行层流冷却，冷却速度为20℃/S，卷取温度为580℃，最终获取高强钢带，进行开卷剪切成钢板。产品力学性能检验结果见表2：

表2

例3：选配高强钢的化学成分，重量百分比是：C：0.10％，Si：0.3％，Mn：1.8％，Nb：0.05％；Ti：0.12％；Cr：0.9％；P：0.008％；S：0.003％；其余为铁Fe和不可避免杂质。

将上述配制好的原料在120吨转炉上冶炼，并连铸成160mm×1230mm×11800mm的连铸坯，将连铸坯加热到1220℃，加热时间150分钟，粗轧开轧温度控制为1160℃，粗轧终轧温度控制为1030℃，粗轧5道次，中间坯厚41mm，此后对中间坯进行精轧，精轧开轧温度控制为1000℃，精轧终轧温度控制为890℃，精轧5道次，精轧平均每道次的压下量控制在23％，精轧机间采用水冷；将上述轧制后坯料进行层流冷却，冷却速度为19℃/S，卷取温度为580℃，最终获取高强钢带，进行开卷剪切成钢板。产品力学性能检验结果见表2：

表3

试制钢在型号为MLD-10的动载磨料磨损试验机上进行耐磨对比试验。根据用户提出的要求，与Q345B进行了对比试验。

耐磨性能通过测量试样在实验前后的重量，计算得到相对耐磨性来评定，相对耐磨性计算公式为：

$\mathrm{\η}=\frac{M_0}{M_X}$

式中：η——相对耐磨性；

M₀——标准试样磨损量；

M_X——被测试样磨损量。

磨损量取实验结束后的磨损质量损失，即以磨损30h的磨损总量计算。

以莱钢根据国标进行生产的Q345B钢为标准试样。标准试样的磨损量M₀＝59.3mg，试样钢相对于标样的耐磨性：

试样1：η₁＝59.9/27.68＝2.17

试样2：η₂＝59.3/28.24＝2.1

试样3：η₂＝59.5/28.6＝2.08

试验结果表明本发明提高强度的同时，具备良好的耐磨性能，满足工程机械用户的要求。

Claims (4)

1.一种低成本屈服强度780MPa级非调质处理高强耐磨钢，其特征在于化学组成按重量百分比为：C：0.08～0.13％；Si：≤0.5％；Mn：1.6～1.9％；P≤0.015％；S≤0.01％；Cr：0.6～1.0％；Ti：0.1～0.15％；Nb：0.02～0.06％；N：≤0.005％；O：≤0.002％；其余为铁Fe和不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的低成本屈服强度780MPa级非调质处理高强耐磨钢，其特征在于，性能为：ReL：780～840MPa；Rm：850～930MPa，δ≥16％。

3.根据权利要求1所述的低成本屈服强度780MPa级非调质处理高强耐磨钢，其特征在于，在相同磨损条件下，该钢带的耐磨性是Q345B的2～3倍。

4.一种权利要求1所述的低成本屈服强度780MPa级非调质处理高强耐磨钢的制造方法，包括电炉或转炉冶炼，精炼，连铸，连铸坯加热，热连轧，层流冷却，卷取，开卷剪切成板，其特征在于制造步骤如下：

1)轧制成型工艺：连铸坯加热温度1200～1260℃，加热时间120～180分钟；之后进行控制轧制，粗轧开轧温度为1120～1180℃，粗轧终轧温度为1020～1060℃，粗轧过程进行3～5道次轧制，粗轧后，中间坯料厚度为28～40mm，最终产品厚度为6～10mm；精轧开轧温度为1000～1050℃，精轧终轧温度为860～920℃，精轧过程进行4～6道次轧制，精轧过程每道次的压下量控制在15～40％，精轧机架间采用水冷；

2)卷取工艺及冷却工艺：将上述轧制后坯料进行层流冷却，冷却速度为10～20℃/S，卷取温度为550～660℃。