CN102618792B

CN102618792B - 工程机械用高强度耐磨钢及其制备方法

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Publication number: CN102618792B
Application number: CN201210087346.0A
Authority: CN
Inventors: 李灿明; 周平; 赵德文; 邱春林; 王建景; 兰亮云; 宋红宇; 黄少文; 高立福; 杨建勋; 崔青玲; 赵月强; 章顺虎
Original assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Northeastern University China; Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: CN102618792A

Abstract

本发明公开一种工程机械用高强度耐磨钢及其制备方法。所述钢的成份按重量计为：C：0.15～0.30％、Si：0.20～0.65％、Mn：1.20～1.60％、S≤0.010％、P≤0.020％、B：0.0010～0.0040％、Cr：0.30～1.00％、V：0.030～0.080％、Al：0.015～0.050％、[N]：80～200×10^-6、[H]≤2×10^-6、[O]≤40×10^-6，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明的钢具有不小于395HBW的表面布氏硬度、不小于1220MPa的抗拉强度、不小于13％的断后伸长率、不小于70J的-20℃冲击吸收能量且成本低，其可用于制作要求高强度、高耐磨性能的工程、采矿、建筑、农业、水泥生产、港口、电力以及冶金等行业的机械产品。例如，可用作球磨机的钢球和衬板、挖掘机的斗齿、各种破碎机的轧臼壁、齿板和锤头、拖拉机和坦克的履带板、推土机用铲刀、铲齿等。

Description

工程机械用高强度耐磨钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐磨钢生产技术领域，更具体地讲，涉及一种低成本工程机械用高强度耐磨钢及其制备方法。

背景技术

通常，机械用品在作业过程中与工件之间存在剧烈的相对运动而产生各种类型的磨损，其中磨料磨损是主要的磨损形式。随着工业现代化的发展，在工业发达的国家，机械装备及其零件的磨损所造成的经济损失占国民经济总产值的4％左右。据不完全统计，因这种磨损和机械工具的自然耗蚀，全球每年消耗的钢铁材料在2000万吨以上。因此，解决磨损和延长机械设备及其部件的使用寿命，提高耐磨钢的质量，开发新型高性能耐磨钢种，以降低由于磨损造成的经济损失，对低碳、绿色经济的发展具有重大意义。

在现有技术中，高强度耐磨钢通常需要含有Mo、Ti、Ni、Cu等合金元素中的一种或多种，从而成本高。然而如果去掉Mo、Ti、Ni、Cu等合金元素，则很难确保钢材达到高强度耐磨钢的性能要求。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的之一在于提供了一种低成本工程机械用高强度耐磨钢的制备方法。此外，本发明的另一目的在于提供一种具有不小于395HBW的表面布氏硬度、不小于1220MPa的抗拉强度、不小于13％的断后伸长率、不小于70J的-20℃冲击吸收能量(纵向)(即，KV₂)的低成本工程机械用高强度耐磨钢。

本发明的一方面提供了一种工程机械用高强度耐磨钢的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：冶炼目标钢水，所述目标钢水的成份按重量百分比计由C：0.15～0.30％、Si：0.20～0.65％、Mn：1.20～1.60％、S≤0.010％、P≤0.020％、B：0.0010～0.0040％、Cr：0.30～1.00％、V：0.030～0.080％、Al：0.015～0.050％、[N]：80～200×10^-6、[H]≤2×10^-6、[O]≤40×10^-6以及余量的Fe和不可避免的杂质组成；采用全程保护浇注进行板坯连铸；进行连续轧制，确保粗轧连续2个道次的压下率不小于20％，粗轧的开轧温度为1100～1150℃，粗轧的终轧温度不小于1020℃，精轧的开轧温度为900～1000℃，精轧的终轧温度为840～900℃，精轧的压下率为3.0～4.0；进行冷却，开冷温度控制为800～850℃，终冷温度为630～680℃，冷却速度为6～12℃/s；进行热处理，淬火温度为860～950℃，淬火处理的保温时间15～50min，回火温度为150～400℃，回火处理的保温时间为10～60min。

在本发明的工程机械用高强度耐磨钢的制备方法的一个实施例中，所述板坯连铸步骤中可以采用中碳保护渣来覆盖结晶器液面。

在本发明的工程机械用高强度耐磨钢的制备方法的一个实施例中，所述粗轧优选地包括5～7道次，并且粗轧的道次中至少有两个道次压下率不低于20％。

在本发明的工程机械用高强度耐磨钢的制备方法的一个实施例中，所述目标钢水的成份按重量百分比计由C：0.15～0.25％、Si：0.20～0.55％、Mn：1.20～1.50％、S≤0.010％、P≤0.020％、B：0.0010～0.0030％、Cr：0.30～0.8％、V：0.040～0.080％、Al：0.015～0.045％、[N]：80～200×10^-6、[H]≤2×10^-6、[O]≤40×10^-6以及余量的Fe和不可避免的杂质组成。优选地，所述目标钢水的成份按重量百分比计由C：0.20％、Si：0.30％、Mn：1.35％、S≤0.008％、P≤0.015％、B：0.0020％、Cr：0.45％、V：0.050％、Al：0.035％、[N]：150×10^-6、[H]：1.5×10^-6、[O]：28×10^-6以及余量的Fe和不可避免的杂质组成。

在本发明的工程机械用高强度耐磨钢的制备方法的一个实施例中，所述目标钢水通过高炉冶炼、铁水预处理、转炉冶炼、钢包精炼炉精炼和真空循环脱气精炼得到。具体为，所述的铁水预处理包括铁水脱硫，处理前铁水S≤0.025％，处理后铁水S≤0.005％，铁水温度1200～1300℃，脱硫完毕扒净铁水表面的渣；在所述转炉冶炼中，终渣碱度控制在3.0～5.0，终点压枪时间不小于60秒，终点控制：P≤0.015％，转炉出钢前首先在钢包底加入脱硫剂，采用铝锰钛脱氧，钢水出至四分之一时，分批加入中/高碳锰铁、硅铁、中/高碳铬铁，钢水出至四分之三时加完，所述的脱硫剂在放钢1/2时开始加入至3/4时加完；所述钢包精炼炉精炼采用铝粒和碳化钙进行调渣，采用中/高碳锰铁、硅铁、中/高碳铬铁合金进行成份微调，采用喂铝线调整铝含量，采用喂硼线的方法增硼，精炼时间不低于40min，软吹时间不低于5min，精炼后喂硅钙线进行钙化处理；所述真空循环脱气精炼中，确保真空循环脱气精炼炉净空300～500mm，处理时避免化学升温，确保纯脱气时间大于10min。

本发明的另一方面提供了一种工程机械用高强度耐磨钢，所述工程机械用高强度耐磨钢采用如上所述的制备方法得到。

与现有技术相比，本发明的工程机械用高强度耐磨钢及其制备方法的有益效果包括：不添加Nb、Mo、Cu、Ti、Ni等合金元素，降低了成本；具有不小于395HBW的表面布氏硬度、不小于1220MPa的抗拉强度、不小于13％的断后伸长率、不小于70J的-20℃冲击吸收能量(纵向)等优良性能。

具体实施方式

在下文中，将参照示例性实施例来详细说明本发明的工程机械用高强度耐磨钢及其制备方法。

根据本发明的工程机械用高强度耐磨钢的制备方法包括以下步骤：冶炼目标钢水，所述目标钢水的成份按重量百分比计由C：0.15～0.30％、Si：0.20～0.65％、Mn：1.20～1.60％、S≤0.010％、P≤0.020％、B：0.0010～0.0040％、Cr：0.30～1.00％、V：0.030～0.080％、Al：0.015～0.050％、[N]：80～200×10^-6、[H]≤2×10^-6、[O]≤40×10^-6以及余量的Fe和不可避免的杂质组成。

O元素影响钢中氧化物夹杂形态和分布，钢中氧含量过高，氧化物夹杂及宏观夹杂增加，严重影响钢的洁净度。钢中氧化物夹杂是影响钢韧性的根源之一，危害钢的各种性能；尤其是当夹杂物直径大于50μm后，严重恶化钢的各种性能。为了防止钢中出现直径大于50μm的氧化物夹杂，并减少氧化物夹杂数量，一般把铸坯中[O]控制在40ppm及以下。H是导致钢出现白点和发裂的主要原因，容易造成钢板探伤不合，因此在厚规格要求探伤的钢板生产过程中，应严格控制[H]在2ppm及以下。V除沉淀强化作用外，还有细化晶粒的作用。含钒钢中增氮提高了碳氮化钒的析出温度，随氮含量的增加，析出相中碳氮组分明显变化。低氮的情况下，析出相以碳化钒为主，随氮含量增加，逐渐转变成以氮化钒为主的析出相。当钢中氮含量增加到150～180×10^-6时，在整个析出温度范围，均是析出VN或富氮的V(C，N)。增氮促进了碳氮化钒在奥氏体-铁素体相界面的析出，有效地阻止了铁素体晶粒长大，起到细化铁素体晶粒尺寸的作用。

采用全程保护浇注进行板坯连铸；进行连续轧制，粗轧至少连续2个道次的压下率不小于20％，粗轧的开轧温度为1100～1150℃，粗轧的终轧温度不小于1020℃，精轧的开轧温度为900～1000℃，精轧的终轧温度为840～900℃，精轧的压下率为3.0～4.0；进行冷却，开冷温度控制为800～850℃，终冷温度为630～680℃，冷却速度为6～12℃/s；进行热处理，淬火温度为860～950℃，淬火处理的保温时间15～50min，回火温度为150～400℃，回火处理的保温时间为10～60min。

根据本发明的工程机械用高强度耐磨钢按重量百分比计由C：0.15～0.30％、Si：0.20～0.65％、Mn：1.20～1.60％、S≤0.010％、P≤0.020％、B：0.0010～0.0040％、Cr：0.30～1.00％、V：0.030～0.080％、Al：0.015～0.050％以及余量的Fe和不可避免的杂质组成。优选地，所述工程机械用高强度耐磨钢按重量百分比计由C：0.15～0.25％、Si：0.20～0.55％、Mn：1.20～1.50％、S≤0.010％、P≤0.020％、B：0.0010～0.0030％、Cr：0.30～0.8％、V：0.040～0.080％、Al：0.015～0.045％以及余量的Fe和不可避免的杂质组成。进一步优选地，所述工程机械用高强度耐磨钢按重量百分比计由C：0.20％、Si：0.30％、Mn：1.35％、S≤0.008％、P≤0.015％、B：0.0020％、Cr：0.45％、V：0.050％、Al：0.035％以及余量的Fe和不可避免的杂质组成。本发明的工程机械用高强度耐磨钢可以为工程机械用高强度NM400钢。

C是低碳钢中最主要的间隙固溶元素，其引起的晶格畸变非常强烈，是最经济的强化元素，但是随着其含量的增加，钢材的塑性、韧性下降，同时焊接性能也恶化，所以综合考虑其适宜的含量控制在0.15～0.30％。Si是钢中的置换固溶元素，不溶于渗碳体，只存在于铁素体中，可起到固溶强化的作用，但它会显著恶化塑性，提高韧脆转变温度，因此，将Si的含量控制在0.20～0.65％。Mn是奥氏体稳定元素，其存在可以稳定过冷的奥氏体，使Ar₃温度降低，从而使奥氏体-珠光体转变温度降低，细化组织，提高强度和硬度。同时，钢中的锰比Fe更易于同S结合，避免产生低熔点FeS，避免产生热脆，生成的MnS具有很好的高温塑性，可随轧制均匀变形。在低碳钢范围内，锰含量的增加大幅降低钢材的韧性，而且会影响碳当量，恶化焊接性能，综合考虑，将锰含量定在1.20～1.60％。P在钢中是一种易偏析元素，当磷含量大于0.020％时，磷的偏析会急剧增加，并促使偏析带硬度增加，导致钢板的性能不均匀。磷还会使钢的焊接性能恶化，降低钢的低温冲击韧性，提高钢的脆性转变温度，使钢板发生冷脆，因此P含量控制在不大于0.020％。S是钢中的有害元素之一，它严重恶化钢的韧塑性。由于硫易与锰结合生成MnS夹杂物，从而导致钢板的各向异性，在横向和厚度方向上韧性恶化，降低钢的低温冲击韧性。降低硫含量可显著提高钢板的冲击韧性。钢中硫的控制要综合考虑铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼等各个环节上的诸多因素，因此S含量不大于0.010％。V的作用主要是以V(C，N)形式存在于基体和晶界上，起到沉淀强化和抑制晶粒长大的作用。随着相变的进行，V(C，N)在奥氏体晶界的铁素体中沉淀析出，在轧制过程中能抑制奥氏体的再结晶并阻止晶粒长大，从而起到细化铁素体晶粒、提高钢的强度和韧性的作用。V在铁素体中的溶解度比在奥氏体中的溶解度小很多，通过在两相区加速冷却，可以细化晶粒，控制其碳、氮化物的析出，其沉淀物的大小和分布决定了其沉淀强化的效果。由于钒和氮有很强的亲和力，V的加入起到了固定钢中自由N的作用，从而能够避免钢的应变时效性。Cr是提高钢淬透性的元素，其淬透性因子是1+2.25Cr％，促使碳化物溶解保证提高淬透性，它在钢中仅与铁和其它碳化物作用，形成渗碳体型的碳化物，在低锰钢中增加铬含量可提高钢的耐磨性，因此Cr含量宜控制在Cr：0.30～1.00％。B是一种与碳原子半径相近的间隙原子，硼对钢的淬透性影响非常明显。硼是表面活性元素，极易偏聚到晶界，有效地抑制先共析铁素体的形核及长大，强烈抑制铁素体相变，提高材料强度，B与N的交互作用还能明显提高材料的低温韧性。但B含量过高，或轧制和热处理工艺不当，都会影响硼对材料性能的提高，若形成B的碳化物和氮化物，并聚集在原始奥氏体晶界，促使附近位错密度增高，形成应力集中区，不利于冲击韧性。硼对淬透性的影响不但与自身的添加量有关，而且与钢中的碳含量有关。综合考虑B含量应0.0010～0.0040％。

下面以高炉冶炼、铁水预处理、转炉冶炼、钢包精炼炉精炼、真空循环脱气精炼、板坯连铸、控轧控冷和热处理工艺流程为例来说明本发明的工程机械用高强度耐磨钢的制备方法。

上面所述工艺流程具体包括：

(1)铁水预处理

主要进行铁水脱硫，铁水脱硫严格执行工艺规程，处理前铁水S≤0.025％，处理后铁水S≤0.005％，铁水温度1200～1300℃，脱硫完毕扒净铁水表面的渣。例如，铁水罐扒渣裸露面积为90％，铁水包扒渣裸露面积为90％。

(2)转炉冶炼

转炉冶炼过程中，石灰等造渣料于终点前3分钟加完，终渣碱度控制在3.0～5.0，终点压枪时间不小于60秒，终点控制：P≤0.015％，转炉出钢前首先在钢包底加入脱硫剂，采用铝锰钛脱氧，钢水出至四分之一时，分批加入中/高碳锰铁、硅铁、中/高碳铬铁，钢水出至四分之三时加完，所述脱硫剂在放钢1/2时开始加入至3/4时加完。本领域的技术人员可以根据钢种要控制的元素比例来调节上述各种脱氧剂、脱硫剂或合金添加剂的加入量。例如，脱硫剂加入量可以为4.1～4.5kg/t钢；铝锰钛加入量可以为3.3～3.7kg/t钢，视钢水过氧化程度补加铝锰钛；中/高碳锰铁可以为含锰75％～95％的铁合金，其加入量可以为15～20kg/t钢；硅铁可以为含硅65％～85％的铁合金，其加入量可以为2.0～6.0kg/t钢；中/高碳铬铁可以为含铬50％～65％的铁合金，其加入量可以为3.0～7.0kg/t钢；钒氮合金可以为含钒70％～75％、含氮12％～15％的铁合金，其加入量可以为0.7～1.0kg/t钢。

(3)钢包精炼炉精炼

即LF炉精炼，采用铝粒和碳化钙进行调渣，采用中/高碳锰铁、硅铁、中/高碳铬铁合金进行成份微调，采用喂铝线调整铝含量，采用喂硼线的方法增硼，精炼时间不低于40min，软吹时间不低于5min，精炼后喂硅钙线进行钙化处理。整个冶炼过程中不得裸露钢水(进站大氩气搅拌、脱硫操作除外)，以防止钢水二次氧化。本领域技术人员可根据钢水成份需要来调节铝线、硼线、硅钙线的加入量。优选的，硅钙线喂入量为2.10～2.16米/吨钢。

(4)真空循环脱气精炼

即RH精炼，精炼时需确保真空循环脱气精炼炉净空300～500mm，处理时避免化学升温，确保纯脱气时间大于10min。

通过以上的步骤(1)至(4)，可以得到成份由C：0.15～0.30％、Si：0.20～0.65％、Mn：1.20～1.60％、S≤0.010％、P≤0.020％、B：0.0010～0.0040％、Cr：0.30～1.00％、V：0.030～0.080％、Al：0.015～0.050％以及余量的Fe和不可避免的杂质组成的目标钢水。然而，本发明不限于此，本领域普通技术人员应该理解，还可以通过其它方式得到符合上述成份范围的钢水。例如，可以通过电炉冶炼与二次精炼结合的步骤得到符合上述成份要求的钢水。

(5)板坯连铸

采用全程保护浇注进行板坯连铸。此外，优选地，可将连铸坯缓冷72h后送轧，从而进一步减少连铸坯中的探伤缺陷。连铸机二冷段可以采用中等强度冷却模式，比水量可控制为每公斤钢坯用水量0.40～0.85升。连铸的拉坯速度可以控制为：200mm断面，1.2～1.3m/min，250mm断面，1.0～1.1m/min，300mm断面，0.8～0.9m/min。

(6)控轧控冷

进行连续轧制，粗轧连续2个道次压下率不小于20％，粗轧的开轧温度为1100～1150℃，粗轧的终轧温度不小于1020℃，精轧的开轧温度为900～1000℃，精轧的终轧温度为840～900℃，精轧的压下率为3.0～4.0(即，中间坯厚度为成品厚度的3～4倍)；进行冷却，开冷温度控制为800～850℃，终冷温度为630～680℃，冷却速度为6～12℃/s。所述开冷是指开始冷却，所述终冷是指终止冷却。优选的，粗轧采用尽量少的道次，优选5～7道次，保证至少有2个道次压下率不低于20％。此外，可以在粗轧与精轧之间通过待温空冷的方式将精轧温度控制为符合上述温度要求。所述待温空冷是指粗轧后的温度高于精轧开轧温度时，钢板在粗轧与精轧之间的辊道上等待温度降低的冷却方式。粗轧和精轧均可采用四辊可逆式轧机。

(7)热处理

在热处理过程中，淬火温度为860～950℃，淬火处理的保温时间15～50min，回火温度为150～400℃，回火处理的保温时间为10～60min。

根据本示例所得到的低成本工程机械用高强度耐磨钢具有不小于395HBW的表面布氏硬度、不小于1220MPa的抗拉强度、不小于13％的断后伸长率以及不小于70J的-20℃冲击吸收能量(纵向)(即，KV₂)。

示例1

在本示例中，高强度耐磨钢的生产工艺流程为铁水预处理、顶底复吹转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、板坯连铸、控轧控冷、热处理。

具体操作步骤如下：

铁水脱硫严格执行工艺规程，铁水硫控制在0.002％，温度1280℃，脱硫完毕扒净铁水表面的渣。预处理后的铁水进入转炉冶炼，石灰等造渣料于终点前3分钟加完，终渣碱度控制在R＝4.0～5.0。终点压枪时间65秒。转炉出钢前首先在钢包底加入脱硫剂，采用铝锰钛脱氧，铝锰钛加入量为3.5kg/t钢，钢水出至四分之一时，分批加入中/高碳锰铁、硅铁、中/高碳铬铁、钒氮合金，钢水出至四分之三时加完。转炉冶炼后的钢水进入LF精炼炉，采用铝粒和碳化钙进行调渣，造白渣或黄白渣。采用硼线增硼，全程软吹5分钟，精炼时间48分钟。LF处理后，喂硅钙线进行钙化处理，喂入量2.14米/吨钢。经过LF精炼后的钢水进入RH精炼炉，RH精炼采用本处理模式。RH处理时避免化学升温，确保纯脱气时间6分钟，全程软吹时间15分钟，冶炼周期控制在50分钟，真空度为47Pa。

经过以上步骤后，得到的钢水成份按重量百分比计由C：0.20％、Si：0.30％、Mn：1.35％、S：0.008％、P：0.015％、B：0.0020％、Cr：0.45％、V：0.050％、Al：0.035％以及余量的Fe和不可避免的杂质组成。

采用全程保护浇注，保护渣采用中碳保护渣。二冷采用中冷模式，一级为Medium cooling-300，二级为AMedC。设定稳定期拉速为0.85m/min。钢坯缓冷72小时以后再送轧。

连铸坯规格为：300mm×1800mm×2800mm

成品钢规格为：25mm×2500mm×12000mm

控制轧制温度，保证在规定的温度区间进行轧制，(1)钢坯出炉温度1180～1240℃；(2)钢坯粗轧开轧温度1100～1150℃，终轧平均温度≥1020℃；(3)中间坯厚度为成品厚度的3.5倍，精轧终轧温度840～960℃，终冷温度为630～680℃，冷却速度为6～12℃/s，淬火温度900～920℃，保温时间5～15min，回火温度250～300℃，保温时间25～40min。

本示例的钢板性能列于表1中。性能测试方法采用国际通用方法。

示例2

具体操作步骤如下：

铁水脱硫严格执行工艺规程，铁水硫控制在0.001％，温度1221℃，脱硫完毕扒净铁水表面的渣。预处理后的铁水进入转炉冶炼，石灰等造渣料于终点前3分钟加完，终渣碱度控制在R＝4.0～5.0。终点压枪时间72秒。转炉出钢前首先在钢包底加入脱硫剂，采用铝锰钛脱氧，铝锰钛加入量为3.5kg/t钢，钢水出至四分之一时，分批加入中/高碳锰铁、硅铁、中/高碳铬铁、钒氮合金，钢水出至四分之三时加完。转炉冶炼后的钢水进入LF精炼炉，采用铝粒和碳化钙进行调渣，造白渣或黄白渣。采用硼线增硼，全程软吹5分钟，精炼时间40分钟。LF处理后，喂硅钙线进行钙化处理，喂入量2.14米/t钢。经过LF精炼后的钢水进入RH精炼炉，RH精炼采用本处理模式。RH处理时避免化学升温，确保纯脱气时间5分钟，全程软吹时间12分钟，冶炼周期控制在49分钟，真空度为43Pa。

经过以上步骤后，得到的钢水成份按重量百分比计由C：0.21％、Si：0.32％、Mn：1.40％、S：0.007％、P：0.012％、B：0.0021％、Cr：0.40％、V：0.055％、Al：0.040％以及余量的Fe和不可避免的杂质组成。

采用全程保护浇注，保护渣采用专用保护渣。二冷采用中冷模式，一级为Medium cooling-300，二级为AMedC。设定稳定期拉速为0.85m/min。钢坯缓冷72小时以后再送轧。

连铸坯规格为：300mm×1800mm×2800mm

成品钢规格为：40mm×2500mm×12000mm

控制轧制温度，保证在规定的温度区间进行轧制，(1)钢坯出炉温度1180～1240℃；(2)钢坯粗轧开轧温度1100～1150℃，终轧平均温度≥1020℃；(3)中间坯厚度为成品厚度的3.5倍，精轧终轧温度840～960℃，终冷温度为630～680℃，冷却速度为6～12℃/s，淬火温度890～910℃，保温时间10～20min，回火温度200～250℃，保温时间25～40min。

示例3

具体操作步骤如下：

铁水脱硫严格执行工艺规程，铁水硫控制在0.001％，温度1200℃，脱硫完毕扒净铁水表面的渣。预处理后的铁水进入转炉冶炼，石灰等造渣料于终点前3分钟加完，终渣碱度控制在R＝4.0～5.0。终点压枪时间70秒。转炉出钢前首先在钢包底加入脱硫剂，采用铝锰钛脱氧，铝锰钛加入量为3.5kg/t钢，钢水出至四分之一时，分批加入中/高碳锰铁、硅铁、中/高碳铬铁、钒氮合金，钢水出至四分之三时加完。转炉冶炼后的钢水进入LF精炼炉，采用铝粒和碳化钙进行调渣，造白渣或黄白渣。采用硼线增硼，全程软吹10分钟，精炼时间43分钟。LF处理后，喂硅钙线进行钙化处理，喂入量2.14米/吨钢。经过LF精炼后的钢水进入RH精炼炉，RH精炼采用本处理模式。RH处理时避免化学升温，确保纯脱气时间23分钟，全程软吹时间15分钟，冶炼周期控制在60分钟，真空度为43Pa。

经过以上步骤后，得到的钢水成份按重量百分比计由C：0.20％、Si：0.32％、Mn：1.40％、S：0.006％、P：0.014％、B：0.0022％、Cr：0.42％、V：0.053％、Al：0.042％以及余量的Fe和不可避免的杂质组成。

采用全程保护浇注，保护渣采用在碳保护渣。二冷采用中冷模式，一级为Medium cooling-300，二级为AMedC。设定稳定期拉速为0.85m/min。钢坯缓冷72小时以后再送轧。

连铸坯规格为：300mm×1800mm×2800mm

成品钢规格为：16mm×2500mm×12000mm

控制轧制温度，保证在规定的温度区间进行轧制，(1)钢坯出炉温度1180～1240℃；(2)钢坯粗轧开轧温度1100～1150℃，终轧平均温度≥1020℃；(3)中间坯厚度为成品厚度的4.0倍，精轧终轧温度840～960℃，终冷温度为630～680℃，冷却速度为6～12℃/s，淬火温度900～920℃，保温时间5～10min，回火温度250～300℃，保温时间20～40min。

表1示例1～3的钢板的性能

按照GB/T2970-2004厚钢板超声波检验方法，钢板均满足一级探伤要求。

综上所述，本发明的工程机械用高强度耐磨钢具有良好的布氏硬度、强度、断后伸长率、冲击韧性和探伤性能或指标(例如，其表面布氏硬度不小于395HBW、抗拉强度不小于1220MPa、断后伸长率不小于13％、-20℃冲击吸收能量(纵向)不小于70J)，而且成本低。

本发明的工程机械用高强度耐磨钢适合应用于工作条件特别恶劣，要求高强度、高耐磨性能的工程、采矿、建筑、农业、水泥生产、港口、电力以及冶金等行业的机械产品上。例如，本发明的工程机械用高强度耐磨钢可用作球磨机的钢球和衬板、挖掘机的斗齿、各种破碎机的轧臼壁、齿板和锤头、拖拉机和坦克的履带板、推土机用铲刀、铲齿等。

尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明的工程机械用高强度耐磨钢及其制备方法，但是本领普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种变形和修改。

Claims

1.一种工程机械用高强度耐磨钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

冶炼目标钢水，所述目标钢水的成份按重量百分比计由C：0.15～0.30%、Si：0.20～0.65%、Mn：1.20～1.60%、S≤0.010%、P≤0.020%、B：0.0010～0.0040%、Cr：0.30～1.00%、V：0.030～0.080%、Al：0.015～0.050%、[N]:80～200×10^-6、[H]≤2×10^-6、[O]≤40×10^-6以及余量的Fe和不可避免的杂质组成；

采用全程保护浇注进行板坯连铸；

进行连续轧制，粗轧至少连续2个道次压下率大于20%，粗轧的开轧温度为1100～1150℃，粗轧的终轧温度不小于1020℃，精轧的开轧温度为900～1000℃，精轧的终轧温度为840～900℃，精轧的压下率为3.0～4.0；

进行冷却，开冷温度控制为800～850℃，终冷温度为630～680℃，冷却速度为6～12℃/s；

进行热处理，淬火温度为860～950℃，淬火处理的保温时间15～50min，回火温度为150～400℃，回火处理的保温时间为10～60min。

2.根据权利要求1所述的工程机械用高强度耐磨钢的制备方法，其特征在于，所述板坯连铸步骤中采用中碳保护渣来覆盖结晶器液面。

3.根据权利要求1所述的工程机械用高强度耐磨钢的制备方法，其特征在于，所述粗轧包括5～7道次。

4.根据权利要求1所述的工程机械用高强度耐磨钢的制备方法，其特征在于，所述目标钢水的成份按重量百分比计由C：0.15～0.25%、Si：0.20～0.55%、Mn：1.20～1.50%、S≤0.010%、P≤0.020%、B：0.0010～0.0030%、Cr：0.30～0.8%、V：0.040～0.080%、Al：0.015～0.045%、[N]:80～200×10^-6、[H]≤2×10^-6、[O]≤40×10^-6以及余量的Fe和不可避免的杂质组成。

5.根据权利要求1所述的工程机械用高强度耐磨钢的制备方法，其特征在于，所述目标钢水的成份按重量百分比计由C：0.20%、Si：0.30%、Mn：1.35%、S≤0.008%、P≤0.015%、B：0.0020%、Cr：0.45%、V：0.050%、Al：0.035%、[N]:80～200×10^-6、[H]≤2×10^-6、[O]≤40×10^-6以及余量的Fe和不可避免的杂质组成。

6.根据权利要求1所述的工程机械用高强度耐磨钢的制备方法，其特征在于，所述目标钢水通过高炉冶炼、铁水预处理、转炉冶炼、钢包精炼炉精炼和真空循环脱气精炼得到。

7.根据权利要求6所述的工程机械用高强度耐磨钢的制备方法，其特征在于，所述的铁水预处理包括铁水脱硫，处理前铁水S≤0.025%，处理后铁水S≤0.005%，铁水温度1200～1300℃，脱硫完毕扒净铁水表面的渣；

在所述转炉冶炼中，终渣碱度控制在3.0～5.0，终点压枪时间不小于60秒，终点控制：P≤0.015%，转炉出钢前首先在钢包底加入脱硫剂，采用铝锰钛脱氧，钢水出至四分之一时，分批加入中/高碳锰铁、硅铁、中/高碳铬铁，钢水出至四分之三时加完，所述的脱硫剂在放钢1/2时开始加入至3/4时加完；

所述钢包精炼炉精炼采用铝粒和碳化钙进行调渣，采用中/高碳锰铁、硅铁、中/高碳铬铁合金进行成份微调，采用喂铝线调整铝含量，采用喂硼线的方法增硼，精炼时间不低于40min，软吹时间不低于5min，精炼后喂硅钙线进行钙化处理；

所述真空循环脱气精炼中，确保真空循环脱气精炼炉净空300～500mm，处理时避免化学升温，确保纯脱气时间大于10min。

8.一种工程机械用高强度耐磨钢，其特征在于，所述工程机械用高强度耐磨钢采用权利要求1至7中任意一项所述的制备方法得到。