CN105002430A - Hb360级复相组织耐磨钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种HB360级复相组织耐磨钢板及其生产方法，钢板的化学成分重量百分比为：C：0.14-0.22％，Si：0.55-1.20％，Mn：1.30-1.60％，P：≤0.015％，S：≤0.015％，Cr：0.30-0.60％，Mo：0.20-0.50％，Ti：0.005-0.025％，B：0.001-0.006％，Al：0.020-0.050％，其余为Fe和不可避免杂质，且碳当量≤0.60％。其生产步骤包括冶炼、铸造、加热、轧制、控冷和回火。本发明在耐磨钢板上实现了低成本、高强度、高硬度和高韧性的匹配，保证了良好的耐磨性和焊接性能，工艺简单，无需淬火处理，工序能耗低。

Description

HB360级复相组织耐磨钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金材料中的机械工程用耐磨钢制造领域，具体地指一种HB360级复相组织耐磨钢板及其生产方法。

背景技术

耐磨钢板广泛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、电力以及冶金等机械产品上，如推土机、装载机、挖掘机、自卸车及各种矿山机械、抓斗、堆取料机、输料弯曲结构等。

钢铁材料在使用性能方面，多年来一直困扰着工业界人士的一个重大问题就是磨损，尤其是接触岩石、矿料等受磨擦、撞击、冲刷的结构，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约4-10％。

通过对磨粒磨损的过程和磨损表面的观测，通常认为磨粒磨损是在外力作用下磨粒以一定角度与材料表面相接触，作用结果主要可归纳为以下三种主要类型：第一种：微观切削机制。第二种：多次塑性变形磨损机制。第三种：微观断裂机制。因此发展耐磨钢板，不仅要提高硬度和强度，提高塑性和韧性也十分必要。

目前耐磨钢主要分为：奥氏体锰钢、低合金马氏体钢、贝氏体钢，这些钢种均为较单一的组织，不利于综合提高其硬度、强度、韧性、塑性和焊接性能。因此，研究开发复相组织耐磨钢是耐磨钢的发展方向。

公开号为CN103194674A的中国发明专利申请公开了一种HB360级耐磨钢板及其制造方法。其经铸造、加热、轧制、淬火、回火等步骤，产品综合性能较好，为具备一定塑性和韧性的HB360级高强度耐磨钢板。但其涵盖的合金元素较多，成本较高，从经济实用性来看显然是不合理的；且其加工方法较为复杂，尤其是淬火+回火的热处理工艺，能耗大，不符合绿色钢种的设计要求。

公开号为CN101250673A的中国发明专利申请公开了一种超高强度耐磨钢及其生产方法。其具体生产方法为冶炼-结晶器喂稀土丝-浇铸-板坯加热-粗轧-精轧-淬火-回火，产品具备良好的综合性能。但其添加了较多贵金属元素，导致原料成本高，经济实用性较差；且在结晶器喂稀土丝工艺过程中，工艺难度较大；另外，该加工方法工艺复杂，尤其是淬火+回火的热处理工艺，能耗大，也不符合绿色钢种的设计要求。

因此，合理设计碳和合金元素的种类及含量，开发简单节能的生产工艺，研发出具有优异综合性能的耐磨钢具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，解决目前国内HB360级耐磨钢板生产中的一些技术瓶颈，提供一种制造成本低、工艺简单、综合性能优良的HB360级复相组织耐磨钢板及其生产方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种HB360级复相组织耐磨钢板，该钢板的化学成分重量百分比如下：C：0.14-0.22％，Si：0.55-1.20％，Mn：1.30-1.60％，Ti：0.005-0.025％，B：0.001-0.006％，Al：0.020-0.050％，Cr：0.30-0.60％，Mo：0.20-0.50％，P≤0.015％，S≤0.015％，其余为Fe和不可避免的微量杂质；且该钢板同时满足C+Mn/6+(V+Mo+Cr)/5+(Ni+Cu)/15≤0.60％，其金相组织为铁素体、贝氏体和残余奥氏体。

本发明的HB360级复相组织耐磨钢板中各化学成分的作用如下：

碳(C)：碳是耐磨钢中最基本、最重要的元素，可以提高刚的强度和硬度，进而提高其耐磨性，但其含量的增加对塑性和韧性不利，同时会恶化其焊接性能，因此，控制碳含量范围为：0.14-0.22％。

硅(Si)：硅是常用的脱氧剂，有固熔强化作用，能提高淬透性和抗回火性，有利于提高钢的弹性极限和改善其综合性能，增加钢在自然条件下的耐蚀性，但Si含量较高时，降低了钢的韧性、塑性及延展性，易导致冷脆不利于焊接。因此，本发明将Si的含量目标值控制在0.55-1.20％。

锰(Mn)：锰是耐磨钢中重要的固溶强化元素，能增加奥氏体的稳定性，扩大γ相区奥氏体，降低淬火时的临界冷却速度，提高钢的淬透性，淬火时的变形也比较小。但含量增加时，Mn易溶于铁素体内，形成弱碳化物其稳定性不强，加热过程中极易完全溶入奥氏休中，易产生回火脆性。因此控制该钢中Mn含量范围为：1.30-1.60％。

钛(Ti)：钛是强碳化物形成元素之一，可形成细微的TiC颗粒，达到细化晶粒的效果，提高钢的耐磨性；钛能防止产生晶间腐蚀现象，可改善焊接性能，Ti能与S作用，降低硫的热脆作用。本发明中控制钛含量为：0.005-0.025％。

硼(B)和铝(Al)：硼能提高钢的淬透性，但含量增加会向晶界偏聚增加裂纹敏感性，而且在奥氏体中B会以BN的形式析出而影响提高淬透性的效果，因此，还要通过添加Al来固定N。本发明中控制硼和铝的含量为B：0.001-0.006％、Al：0.020-0.050％。

铬(Cr)和钼(Mo)：铬和钼复合添加，能降低临界冷却速度、提高钢的淬透性，同时能细化晶粒，提高强度和韧性。Cr可以形成多种碳化物，提高其强度和硬度，Mo在钢中固溶于铁素体和奥氏体中，具有固溶强化和碳化物弥散强化作用。本发明中控制铬和钼的含量为Cr：0.30-0.60％、Mo：0.20-0.50％。

磷(P)和硫(S)：磷和硫在耐磨钢中均为有害元素，它们的含量要严格控制，S含量较多时，热轧时容易产生热脆等问题；P含量较多时，钢容易发生冷脆，此外，P还容易发生偏析。本发明的HB360级复相组织耐磨钢的磷和硫含量为P≤0.015％，S≤0.015％。

进一步地，本发明的HB360级复相组织耐磨钢通过元素种类和含量的科学设计，在添加适量合金元素的基础上实现了高强度、高硬度和高韧性的匹配；其抗拉强度≥1100MPa，延伸率≥14％，-20℃夏比V型纵向冲击功≥47J，布氏硬度≥360HBW。

本发明的HB360级复相组织耐磨钢板的生产方法包括如下步骤：冶炼、铸造、加热、轧制、控冷和回火。其中：

所述加热步骤中，板坯的加热温度为1160-1220℃；

所述轧制步骤中，分两阶段控制轧制，第一阶段开轧温度1080-1120℃，第一阶段累积压下率≥60％，第二阶段开轧温度900-1020℃，道次压下率≥12％，终轧温度≥820℃；开冷温度700-780℃；冷却速率为10-20℃/s，终冷温度控制小于200-400℃；回火温度200-300℃，回火时间为板厚mm×2.5min/mm+20min。

进一步地，所述控冷步骤中，开冷温度为700-780℃，控制冷却速率为10～20℃/s，终冷温度控制在200-400℃。

再进一步地，所述回火步骤中，回火温度为200-300℃，回火时间为板厚mm×2.5min/mm+20min。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明采用C-Mn-Cr-Mo-Ti-B复合合金化成分设计，优化生产工艺条件，获得铁素体+贝氏体+残余奥氏体复相组织耐磨钢板，在低成本前提下实现了高强度、高硬度和高韧性的匹配，保证其具有良好的耐磨性和焊接性能。

2、从生产工艺上看，本发明的耐磨钢板采用TMCP+低温回火短流程制造工艺生产，通过准确控制两阶段轧制和回火等工艺过程，得到具有形变热处理效果的贝氏体+铁素体+残余奥氏体组织；采用TMCP+低温回火短流程替代传统的耐磨钢生产工艺，简化了制造工艺，缩短了生产周期，降低了工序成本和工序能耗。

综上所述，本发明所设计的HB360级复相组织耐磨钢板与国内外同等级别耐磨钢板相比，合金成本低，制造工艺简化，性能更加优良，属于资源节约型钢种。解决了马氏体耐磨钢强度和塑性匹配的难题，提高了耐磨钢使用安全性和高效性。因此具有很强的市场竞争力和广阔的应用前景，经济效益和社会效益明显。

附图说明

图1为本发明实施例4钢板的金相组织图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但是本发明并不限于下述实施例。除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为重量百分数。

本发明实施例1-5的钢板的化学元素质量百分配比如表1所示，余量为Fe及不可避免的杂质。

表1本发明实施例1-5的化学成分质量百分比(Wt％)

	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	Ti	B	Al
											实施例1	0.14	1.15	1.45	0.013	0.012	0.60	0.20	0.005	0.0018	0.029
实施例2	0.16	1.05	1.55	0.011	0.010	0.55	0.25	0.006	0.0028	0.035
											实施例3	0.18	0.92	1.45	0.010	0.008	0.45	0.35	0.007	0.0036	0.039
实施例4	0.20	0.75	1.55	0.011	0.007	0.35	0.46	0.021	0.0049	0.049
											实施例5	0.22	0.55	1.60	0.010	0.007	0.30	0.50	0.025	0.006	0.050

本发明实施例1-5的耐磨钢板的制造按照如下步骤进行：冶炼→铸造→加热→轧制→控冷→回火，具体工艺参数如表2所示。

表2本发明实施例1-5的具体工艺参数

对本发明实施例1-5的耐磨钢板进行力学性能测试，其结果如表3所示。

表3各实施例经检测后力学性能结果列表

	规格/mm	Rm/MPa	A/％	-20℃冲击功/J	布氏硬度/HBW
						实施例1	8	1250	14.5	60	400
实施例2	20	1205	15.5	55	380
						实施例3	30	1210	14.0	65	385
实施例4	40	1280	15.0	75	410
						实施例5	60	1100	14.5	50	360

从表3中可看出，本发明钢板厚度规格范围为8-60mm，Rm≥1100MPa，延伸率≥14％，-20℃夏比V型纵向冲击功≥47J，布氏硬度≥360HBW，从实例可以看出，采用短流程加工工艺(TMCP+回火)生产的钢板性能稳定。其中，实施例4所生产的HB360级复相组织耐磨钢板的金相组织结构见图1，其组织为铁素体+贝氏体+残余奥氏体，在低成本前提下实现了高强度、高硬度和高韧性的匹配，保证其具有良好的耐磨性和焊接性能。

Claims (7)

1.一种HB360级复相组织耐磨钢板，其特征在于：该钢板的化学成分重量百分比如下：C：0.14-0.22％，Si：0.55-1.20％，Mn：1.30-1.60％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr：0.30-0.60％，Mo：0.20-0.50％，Ti：0.005-0.025％，B：0.001-0.006％，Al：0.020-0.050％，其余为Fe和不可避免的杂质；且该钢板同时满足C+Mn/6+(V+Mo+Cr)/5+(Ni+Cu)/15≤0.60％；其金相组织为铁素体+贝氏体+残余奥氏体。

2.根据权利要求1所述的HB360级复相组织耐磨钢板，其特征在于：所述钢板的力学性能为：抗拉强度≥1100MPa，延伸率≥14％，-20℃夏比V型纵向冲击功≥47J，布氏硬度≥360HBW。

3.根据权利要求2所述的HB360级复相组织耐磨钢板，其特征在于：所述钢板的力学性能为：抗拉强度：1100～1300MPa，延伸率：14～18％，-20℃夏比V型纵向冲击功:47～80J，布氏硬度：360～420HBW。

4.根据权利要求1或2或3所述HB360级复相组织耐磨钢板，其特征在于：所述钢板的化学成分重量百分比为：C：0.20％、Si：0.75％、Mn：1.55％、P：0.011％、S：0.007％、Cr：0.35％、Mo：0.46％、Ti：0.021％、B：0.0049％、Al：0.049％，其余为Fe和微量杂质元素。

5.一种权利要求1所述HB360级复相组织耐磨钢板的生产方法，包括以下步骤：冶炼、铸造、加热、轧制、控冷和回火；其特征在于：

所述加热步骤中，板坯的加热温度为1160-1220℃；

所述轧制步骤中，分两阶段控制轧制，第一阶段开轧温度为1080-1120℃，第一阶段累积压下率≥60％，第二阶段开轧温度900-1020℃，道次压下率≥12％，终轧温度≥820℃。

6.根据权利要求5所述的HB360级复相组织耐磨钢板的生产方法，其特征在于：所述控冷步骤中，开冷温度为700-780℃，控制冷却速率为10～20℃/s，终冷温度控制在200-400℃。

7.根据权利要求5或6所述的HB360级复相组织耐磨钢板的生产方法，其特征在于：所述回火步骤中，回火温度为200-300℃，回火时间为板厚mm×2.5min/mm+20min。