CN102296234A - 耐磨钢板及其生产装置和生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐磨钢板，该钢板的成分组成按重量百分比包括：0.19～0.25％的C、0.70～1.10％的Si、1.50～1.80％的Mn、0.20～0.80％的Ti、≥0.0020％的B、≤0.020％的P、以及≤0.015％的S。另一方面，本发明还提供一种生产上述耐磨钢板的生产装置，包括冶炼装置、板坯连铸装置、轧制装置、以及冷却装置。再一方面，本发明还提供一种上述耐磨钢板的生产方法。本发明由于采用了适当的硼铁添加装置和添加方法，有效提高钢板的淬透性；此外，钢板经热处理后具有优良的强度、韧性、焊接性，钢质纯净，有利于提高热处理后工件的使用寿命。

Description

耐磨钢板及其生产装置和生产方法

技术领域

本发明涉及炼钢领域，特别涉及一种耐磨钢板及其生产装置和生产方法。

背景技术

工程机械用耐磨钢板广泛应用于工作条件特别恶劣的环境中，例如要求高强度，高耐磨性能的矿山机械、煤矿机械、工程机械、水泥机械、冶金机械等产品零部件上，用于制作挖掘机、装载机、推土机铲斗板、刃板、侧刃板，破碎机衬板、叶片等。随着中国的工程机械行业与国际接轨，用户对钢铁产品的性能和质量提出了更高的要求。因此，耐磨钢板不仅要具有足够的硬度和耐磨性，还需要较高的韧性、很好的加工性能、焊接性能等。由于耐磨钢板多在热处理(淬火+低温回火)后使用，必须保证钢质的纯净、较好的淬透性和内部质量。

目前我国工程机械用耐磨钢板种类较多，如NM360～400、高锰钢，甚至有的厂家使用在Q345B钢板表面堆焊耐磨材料来提高钢板的耐磨性。这些材料的使用都存在优缺点。NM360～400系列钢种性能优良，但添加合金元素如Cr、Ni、Mo等贵金属较多，其生产成本较高。例如中国专利200310103856.3中公开的铲刀刃所用材料1E921的化学成分为C0.15％-0.20％，Si 0.15％-0.35％，Mn 0.95％-1.30％，P≤0.035，S≤0.040，Cr0.40％-0.65％，Mo0.25％-0.35％，B 0.0005％-0.0030％。由于其含有Cr、Mo等昂贵的合金元素，使生产成本及制作成本较高。高锰钢在中低工况下由于得不到足够的冲击和摩擦，因此不能充分发挥其加工硬化能力，耐磨性较差；即使在高冲击应力工况下，有时由于其加工硬化峰不在最表层，而在亚表层，该处的组织脆化萌生裂纹引起磨损表面的剥落，耐磨性也较差，使用该钢具有较大的局限性。

发明内容

针对现有技术的相关技术问题，本发明的目的在于提供一种耐磨钢板、以及生产该钢板的生产装置和生产方法，以使得该钢板具有更加优良的力学性能和组织成分。

为实现上述目的，本发明提供一种耐磨钢板，该钢板的成分组成按重量百分比包括：0.19～0.25％的C、0.70～1.10％的Si、1.50～1.80％的Mn、0.20～0.80％的Ti、≥0.0020％的B、≤0.020％的P、以及≤0.015％的S。

优选地，耐磨钢板的成分组成按重量百分比包括：0.19～0.22％的C、0.70～0.95％的Si、1.50～1.65％的Mn、0.35～0.60％的Ti、0.0020～0.0035％的B、0.0～0.020％的P、0.0～0.010％的S。

优选地，耐磨钢板的成分组成按重量百分比包括：0.22％的C、0.84％的Si、1.65％的Mn、0.048％的Ti、0.0027％的B、0.016％的P以及0.002％的S。

优选地，耐磨钢板的组织包括铁素体组织和珠光体组织。

另一方面，本发明还提供一种生产上述耐磨钢板的生产装置，包括：

冶炼装置，用于冶炼钢水；

板坯连铸装置，设置在冶炼装置的下游，用于将钢水铸成板坯；

轧制装置，设置在板坯连铸装置的下游，用于将板坯轧制成型材；

冷却装置，设置在轧制装置的下游，用于冷却轧制好的钢板；

其中，冶炼装置包括钛铁添加装置和硼铁添加装置，并且，钛铁添加装置位于硼铁添加装置的上游。

优选地，板坯连铸装置包括将板坯的拉速控制在1.0±0.20m/min的范围内的板坯拉速控制装置。

优选地，板坯连铸装置还包括将中包的温度控制在1530±30℃的范围内的中包温度控制装置。

优选地，冷却装置包括将冷却温度控制在200℃以上的堆冷温度控制装置。

再一方面，本发明还提供一种上述耐磨钢板的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)利用铁水预脱硫方式将铁水脱硫后，转炉底吹全程吹氩冶炼钢水；在冶炼过程中添加钛铁和硼铁，添加钛铁并且搅拌均匀后再添加硼铁；

(2)将冶炼好的钢水进行板坯连铸，将冶炼所得钢水浇铸成板坯；

(3)加热板坯，并且对加热后的板坯进行轧制；

(4)将轧制后的钢板进行矫直后，通过冷床进行堆冷冷却。

优选地，在步骤(2)中板坯的拉速控制为1.0±0.20m/min。

优选地，在步骤(2)中，将中包的温度控制为1530±30℃。

优选地，在步骤(2)中，将钢水浇铸成厚度为220mm的板坯。

优选地，在步骤(3)中，加热板坯的加热段温度为1100℃～1200℃，均热段温度为1150℃～1200℃，加热时间≥240min，板坯上下表面温差控制在30℃以内。

优选地，在步骤(3)中，粗轧开轧温度1050℃～1150℃，粗轧终轧温度950℃～1010℃，精轧终轧温度930±20℃。

优选地，在步骤(4)中，将轧制后的钢板在800℃以上进行矫直；并且，堆冷冷却的温度控制为200℃以上。。

相比于现有技术而言，本发明的有益效果在于：

(1)由于采用了适当的硼铁添加装置和添加方法，经检测，钢板有效B含量≥0.0020％，有效提高钢板的淬透性；

(2)钢板经热处理后具有优良的强度、韧性、焊接性，其抗拉强度达到1300MPa以上，延伸率达到10％以上，钢板硬度≥HRC40，-20℃冲击≥27J，能满足工程机械的使用要求。经热处理后，表面脱碳轻微，钢板心部组织为回火马氏体+极少量残余奥氏体和铁素体，耐磨性较好；

(3)热轧状态下钢板的组织为铁素体和珠光体，铁素体晶粒度为8～10级，有利于钢板的切削加工；该钢内部无显微裂纹，夹杂物含量较少，硫化物类夹杂和氧化铝类夹杂0～0.5级，无硅酸盐类夹杂，球状氧化物类夹杂≤1级，单颗粒球状类夹杂0～0.5级，钢质纯净，有利于提高热处理后工件的使用寿命；

(4)采用本发明方法生产的工程机械用耐磨钢板，合金成分相对简单，基本没有贵重合金元素加入，有效降低了企业的生产成本；与高锰钢相比，使用范围更大，经热处理后，其耐磨性和使用寿命更佳。

附图说明

图1是本发明耐磨钢板的热轧态金相组织图；

图2是本发明耐磨钢板的夹杂物形貌图；

图3是本发明耐磨钢板的热处理后金相组织图；

图4是本发明生产装置结构示意图；

图5是本发明生产方法流程图。

具体实施方式

本发明汽车桥壳用钢板的化学成分设计是从以下方面考虑：

(1)C能够显著提高钢的强度和硬度，从而保证钢板的耐磨性。但如果钢中的碳含量高于0.25％，则容易造成钢材韧性下降，同时导致焊接性能差。如果钢中碳含量较低，则经热处理后硬度达不到要求，保证不了耐磨性。因此，为了保证其具有高硬度、较好的韧性、优良的冷成型性和焊接性能，故将碳含量限定在0.19～0.25％。

(2)Si能提高钢的硬度和强度，同时Si可使C曲线右移，提高钢的淬透性；但Si含量过高将促使铸钢中柱状晶长大，降低塑性，使铸坯容易产生断裂。此外，Si会降低钢的低温韧性和焊接性能。因此，结合该钢的特点，将其含量限定为0.70～1.10％。

(3)Mn能显著提高钢的强度、硬度，提高钢的耐磨性；Mn对改善钢的低温韧性十分有利，随着Mn含量的增加，钢的冷脆转变温度下降。但是Mn含量过高会使钢的晶粒容易粗化，也增加了钢的回火脆性敏感性。因此，添加的Mn含量控制在1.50～1.80％。

(4)加入适当的B增加钢的淬透性，特别是增加钢中酸溶B的含量，从而节约其他合金元素的用量。大量资料显示，当酸溶B含量高于0.0020％时，其所起的淬透性效果最好，结合该钢的特点，B含量≥0.0020％。

(5)Ti与氮、氧、碳具有极强的亲和力，是一种良好的脱氧剂和固定氮、氧的有效元素。同时，Ti是一种强烈的碳化物和氮化物形成元素，在钢重新加热中阻止奥氏体晶粒长大，从而起到细化晶粒的作用，。此外，钢板在焊接的过程中，钢中的TiN和TiC粒子能显著阻止热影响区晶粒长大，从而改善钢板焊接性能。

(6)P、S元素是耐磨钢中的有害元素，降低钢的韧性和工件的使用寿命，影响钢板的焊接性能，应控制在较低的范围内。

基于以上设计，本发明提供一种耐磨钢板，该钢板的成分组成按重量百分比包括：0.19～0.25％的C、0.70～1.10％的Si、1.50～1.80％的Mn、0.20～0.80％的Ti、≥0.0020％的B、≤0.020％的P、以及≤0.015％的S。

根据本发明的一个实施例，耐磨钢板的成分组成按重量百分比包括：0.19～0.22％的C、0.70～0.95％的Si、1.50～1.65％的Mn、0.35～0.60％的Ti、0.0020～0.0035％的B、0.0～0.020％的P、0.0～0.010％的S。

根据本发明的另一个实施例，耐磨钢板的成分组成按重量百分比包括：0.22％的C、0.84％的Si、1.65％的Mn、0.048％的Ti、0.0027％的B、0.016％的P以及0.002％的S。

图1至图3是本发明的工程用机械钢板的组织结构图，其中，图1是热轧态金相组织图，图2是夹杂物形貌图，图3是热处理后金相组织图。根据本发明的实施例，耐磨钢板的组织包括均匀细小的铁素体组织和珠光体组织，钢板内部不存在显微裂纹。均匀细小的组织能够保证钢板在淬火后具有细小的板条马氏体组织，从而提高钢板的韧性、耐磨性和焊接性。此外，与马氏体和贝氏体相比，铁素体和珠光体组织有较低的硬度，可以改善热轧态钢板的切削加工性能，降低用户的加工成本。以下两个表格是对本发明工程用机械钢板的性能进行检验后获得的结果。

表1热轧态钢板金相检验结果

表2本发明热处理后物理性能检验结果

另一方面，本发明还提供一种生产上述耐磨钢板的生产装置，如图4所示，包括冶炼装置1、板坯连铸装置3、轧制装置5、以及冷却装置7。冶炼装置1用于冶炼钢水，其中，铁水经预脱硫工艺后进入转炉，转炉底吹全程吹氩，并且控制出钢的P含量在0.012％以下。冶炼装置1包括LF精炼炉11。在LF精炼炉11的顶部，包括钛铁添加装置101和硼铁添加装置103，并且，钛铁添加装置101位于硼铁添加装置103的上游。

板坯连铸装置3设置在冶炼装置1的下游，用于将钢水铸成板坯。板坯连铸采用全程保护浇铸和电磁搅拌工艺，冷却制度采用强冷。板坯连铸装置3包括板坯拉速控制装置31和中包温度控制装置33。其中，板坯拉速控制装置31将板坯的拉速控制在1.0±0.20m/min的范围内，中包温度控制装置33将中包的温度控制在1530±30℃的范围内。

轧制装置5设置在板坯连铸装置3的下游，用于将板坯轧制成型材。冷却装置7则设置在轧制装置5的下游，用于冷却轧制好的钢板。冷却装置7包括将冷却温度控制在200℃以上的堆冷温度控制装置71。根据本发明的实施例，钢板矫直温度≥800℃，钢板矫直以后快速通过冷床进行堆冷至室温待用，堆冷温度为200～400℃。

再一方面，本发明还提供一种生产上述工程用机械钢板的方法，如图5所示，包括如下步骤：

步骤1，利用铁水预脱硫方式将铁水脱硫后，转炉底吹全程吹氩冶炼钢水；在冶炼过程中添加钛铁和硼铁，添加钛铁并且搅拌均匀后再添加硼铁；

钢水在冶炼装置1中冶炼，其中，铁水经预脱硫工艺后进入转炉，转炉底吹全程吹氩，并且控制出钢的P含量在0.012％以下。冶炼装置1包括LF精炼炉11。在LF精炼炉11的顶部，包括钛铁添加装置101和硼铁添加装置103，并且，钛铁添加装置101位于硼铁添加装置103的上游，即，向LF精炼炉中先添加钛铁，然后添加硼铁。冶炼过程中，钛铁、硼铁在LF精炼炉11的精炼工位造好白渣后加入，并且硼铁在钛铁加完且搅拌均匀后再加入，以提高酸溶B的含量。经检测，使用本发明的装置和方法生产的钢板，有效B含量≥0.0020％，大大提高钢的淬透性。

步骤2，将冶炼好的钢水进行板坯连铸，将冶炼所得钢水浇铸成板坯；

板坯连铸采用全程保护浇铸和电磁搅拌工艺，冷却制度采用强冷。板坯连铸装置3包括板坯拉速控制装置31和中包温度控制装置33。其中，板坯拉速控制装置31将板坯的拉速控制在1.0±0.20m/min的范围内，中包温度控制装置33将中包的温度控制在1530±30℃的范围内。在该步骤中，钢水被浇铸成厚度为220mm的板坯。

步骤3，加热板坯，并且对加热后的板坯进行轧制；

加热板坯分为预热、加热和均热，预热的温度为600℃～800℃。加热段温度为1100～1200℃，均热段温度为1150～1200℃，加热时间≥240min，板坯上下表面温差控制在30℃以内。

在轧制工艺中，粗轧开轧温度1050℃～1150℃，粗轧终轧温度950℃～1010℃，精轧终轧温度930±20℃。

步骤4，将轧制后的钢板进行矫直后，通过冷床进行堆冷冷却。

冷却装置7包括将冷却温度控制在200℃以上的堆冷温度控制装置71。根据本发明的实施例，钢板矫直温度≥800℃，钢板矫直以后快速通过冷床进行堆冷至室温待用，堆冷温度为200～400℃。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种耐磨钢板，其特征在于，所述钢板的成分组成按重量百分比包括：0.19～0.25％的C、0.70～1.10％的Si、1.50～1.80％的Mn、0.20～0.80％的Ti、≥0.0020％的B、≤0.020％的P、以及≤0.015％的S。

2.根据权利要求1所述的耐磨钢板，其特征在于，其成分组成按重量百分比包括：0.19～0.22％的C、0.70～0.95％的Si、1.50～1.65％的Mn、0.35～0.60％的Ti、0.0020～0.0035％的B、0.0～0.020％的P、0.0～0.010％的S。

3.根据权利要求1所述的耐磨钢板，其特征在于，所述钢板成分组成按重量百分比包括：0.22％的C、0.84％的Si、1.65％的Mn、0.048％的Ti、0.0027％的B、0.016％的P以及0.002％的S。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的工程机械，其特征在于，所述耐磨钢板的组织包括铁素体组织和珠光体组织。

5.一种生产权利要求1所述耐磨钢板的生产装置，其特征在于，包括：

冶炼装置(1)，用于冶炼钢水；

板坯连铸装置(3)，设置在所述冶炼装置(1)的下游，用于将所述钢水铸成板坯；

轧制装置(5)，设置在所述板坯连铸装置(3)的下游，用于将所述板坯轧制成型材；

冷却装置(7)，设置在所述轧制装置(5)的下游，用于冷却轧制好的钢板；

其中，所述冶炼装置(1)包括钛铁添加装置(101)和硼铁添加装置(103)，并且，所述钛铁添加装置(101)位于所述硼铁添加装置(103)的上游。

6.根据权利要求5所述的生产装置，其特征在于，所述板坯连铸装置(3)包括将板坯的拉速控制在1.0±0.20m/min的范围内的板坯拉速控制装置(31)。

7.根据权利要求5所述的生产装置，其特征在于，所述板坯连铸装置(3)还包括将中包的温度控制在1530±30℃的范围内的中包温度控制装置(33)。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的生产装置，其特征在于，所述冷却装置(7)包括将冷却温度控制在200℃以上的堆冷温度控制装置(71)。

9.一种生产权利要求1所述耐磨钢板的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)利用铁水预脱硫方式将铁水脱硫后，转炉底吹全程吹氩冶炼钢水；在冶炼过程中添加钛铁和硼铁，添加钛铁并且搅拌均匀后再添加硼铁；

(2)将冶炼好的钢水进行板坯连铸，将冶炼所得钢水浇铸成板坯；

(3)加热板坯，并且对加热后的板坯进行轧制；

(4)将轧制后的钢板进行矫直后，通过冷床进行堆冷冷却。

10.根据权利要求9所述的生产方法，其特征在于，在步骤(2)中板坯的拉速控制为1.0±0.20m/min。

11.根据权利要求9所述的生产方法，其特征在于，在步骤(2)中，将中包的温度控制为1530±30℃。

12.根据权利要求9所述的生产方法，其特征在于，在步骤(2)中，将钢水浇铸成厚度为220mm的板坯。

13.根据权利要求9所述的生产方法，其特征在于，在步骤(3)中，加热板坯的加热段温度为1100℃～1200℃，均热段温度为1150℃～1200℃，加热时间≥240min，板坯上下表面温差控制在30℃以内。

14.根据权利要求9所述的生产方法，其特征在于，在步骤(3)中，粗轧开轧温度1050℃～1150℃，粗轧终轧温度950℃～1010℃，精轧终轧温度930±20℃。

15.根据权利要求9所述的生产方法，其特征在于，在步骤(4)中，将轧制后的钢板在800℃以上进行矫直；并且，堆冷冷却的温度控制为200℃以上。

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