CN101451219A - 高强度耐磨钢板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工程机械用高强度耐磨钢板，所述钢板以重量百分比计的化学成分组成如下：C 0.14～0.21％，Si 0.15～0.50％，Mn 0.90～1.50％，P≤0.020％，S≤0.010％，Ni 0.05～0.80％，Cr 0.20～0.70％，V 0.03～0.08％，Nb 0.01～0.060％，Al 0.02～0.08％，Mo 0.01～0.50％，Ti 0.010～0.060％，B 0.0005～0.0030％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明对合金成分合理设计，加上对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235～289，硬度分布均匀；屈服强度高、焊接性能好、冷弯性能好、钢板板型良好，不平度≤3mm/m，有优良的综合性能，可广泛用于工程机械制造，应用前景广阔。

Description

高强度耐磨钢板及其制备方法

(一)技术领域

本发明涉及一种工程机械用高强度耐磨钢板及其制备方法。

(二)背景技术

随着国民经济建设的发展，市场对高强耐磨钢的需求日益增大，特别是煤矿机械、工程机械、水电、桥梁等行业。现有的高强耐磨钢多为调质钢，主要用于制造100吨以上矿车底板、挖掘机铲斗等部件。但目前的耐磨钢一般只能满足硬度上的要求，强度和韧性方面的性能则较差，在使用过程容易出现脆断等问题。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度耐磨钢板，硬度分布均匀，具有好的强韧匹配性，以及良好的焊接性能，钢板厚度的范围为8～60mm。

本发明采用的技术方案如下：

高强度耐磨钢板，钢板的化学成分组成(以重量百分比计)如下：

C 0.14～0.21％，Si 0.15～0.50％，Mn 0.90～1.50％，P≤0.020％，S≤0.010％，Ni0.05～0.80％，Cr 0.20～0.70％，V 0.03～0.08％，Nb 0.01～0.060％，Al 0.02～0.08％，Mo 0.01～0.50％，Ti 0.010～0.060％，B 0.0005～0.0030％，其余为Fe和不可避免的杂质。

较好的，所述高强度耐磨钢板的各化学成分组成如下：

C 0.14～0.16％，Si 0.20～0.40％，Mn 1.25～1.35％，P≤0.015％，S≤0.005％，Ni0.10～0.20％，Cr 0.35～0.45％，V 0.045～0.055％，Nb 0.020～0.030％，Al0.020～0.040％，Mo 0.25～0.35％，Ti 0.010～0.020％，B 0.0020～0.0030％，其余为Fe和不可避免的杂质。

所述的高强度耐磨钢板，钢板布氏硬度值为235～289，屈服强度不小于625MPa。

本发明钢板采用的化学成分设计，碳当量低(0.45～0.55％)，焊接性能好；加入的贵重金属含量少，成本低；合金成分设计合理，能在低碳、低碳当量的条件下确保钢板淬透性；钢板整体具有良好的耐磨性、强韧匹配性以及焊接性能。

其中，各化学成分及含量在本发明中的作用是：

C 0.14～0.16％：碳对钢的强度、低温冲击韧性、焊接性能产生显著影响。碳含量过低会使NbC生成量降低，影响控轧效果，也会增大冶炼控制难度；碳含量过高，又会影响钢的焊接性能以及耐大气腐蚀能力。

Si 0.20～0.40％：在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，硅和钼、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，超过0.5％时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能。

Mn 1.25～1.35％：锰成本低廉，能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；但锰量过高，会减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。

P≤0.015％，S≤0.005％：在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性。磷使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏；硫降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹；因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量。

Ni0.10～0.20％：镍能提高钢的强度，同时也增强钢的塑性和韧性，因此对于耐磨钢，应在强度和硬度间取合理平衡点。

V 0.045～0.055％：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。

Nb0.020～0.030％：铌的加入是为了促进钢轧制显微组织的晶粒细化，可同时提高强度和韧性，在钼存在条件下，铌可在控轧过程中有效的细化显微组织，并通过析出强化提高淬透性。铌可降低钢的过热敏感性及回火脆性。焊接过程中，铌、硼原子的偏聚及析出可以阻碍加热时奥氏体晶粒的粗化，并保证焊接后得到比较细小的热影响区组织，改善焊接性能。

Ti 0.010～0.020％：可形成细小的钛的碳、氮氧化物颗粒，在板坯再加热过程中可通过阻止奥氏体晶粒的粗化而得到较为细小的奥氏体显微组织。钛的氮化物颗粒的存在可抑制焊接热影响区的晶粒粗化。钛可同时提高基体金属和焊接热影响区的低温韧性，阻止了游离氮对钢的淬透性产生的不利影响。

Al 0.020～0.040％：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

Cr 0.35～0.45％：铬能显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，同时降低塑性和韧性。

Mo 0.25～0.35％：钼存在于钢的固溶体和碳化物中，有固溶强化作用，并可提高钢的淬透性。在含硼钢中，钼对淬透性的影响尤为显著。当钼与铌同时加入时，钼在控制轧制过程中可促进奥氏体显微组织的细化。但过多的钼会损害焊接时形成的热影响区的韧性，降低钢的可焊性且成本高。

B 0.0020～0.0030％：钢中加入微量的硼可改善钢的致密性和热轧性能，提高钢板淬透性，提高强度。

本发明还提供了一种具有上述化学成分组成以及布氏硬度值的高强度耐磨钢板的制备方法，包括以下步骤：

1)将含有配比化学成分的钢水进行电炉冶炼、LF炉精炼、VD真空处理，精炼时喂入铝线500～600米，真空前按照0.5-1kg/吨钢加入SiCa脱氧剂，VD真空处理在真空度不大于0.5乇的条件下保持至少15min；

2)步骤1)真空处理后的钢水在1560～1580℃进行浇铸；

3)在1200～1240℃加热8-9min/mm；

4)在950～1100℃进行轧制，道次压下量为10～25％，累计压下率不小于70％；再次轧制，开轧温度不高于930℃，终轧温度不高于840℃，累计压下率不小于30％；

5)进行淬火处理，在900～930℃加热2.0-2.5min/mm后水冷，淬火辊速为2～25m；

6)在660～670℃回火处理，加热时间为3～5min/mm，空冷。

较好的，在上述过程中，进行淬火处理前进行抛丸处理以保证钢板表面良好。

所述的步骤1)的操作可最大限度减少钢中非金属夹杂物、有害元素含量，保证钢水的纯净度，具体可在90吨UHP电炉中进行；

步骤2)中，根据钢板的不同规格，选择连铸机浇铸，本发明采用的是250 X 1800mm的连铸机；

步骤4)中是采用II型控轧工艺，第一阶段轧制目的是使奥氏体发生完全再结晶，以细化奥氏体晶粒；第二阶段为奥氏体非再结晶阶段。采用II型控轧控冷工艺，解决了轧机轧制压力不足而造成的晶粒粗大不均、冲击韧性减低现象；

步骤5)中，淬火是一种复杂的热处理工艺，是决定产品质量的关键工序之一，为防止淬火后得到细小的马氏体组织时产生严重的变形和开裂，应根据钢的成分，结合C曲线合理地确定淬火加热和冷却方法。

淬火时，加热控制的时间优选为2.3min/mm，冷却用水量与辊速的选择可参照表1进行：

淬火后钢板为全厚度马氏体，研究表明全厚度马氏体组织比混合组织的钢板强度级别要高。

表1

 

规格mm	水量t/h	辊速m
			16-25	6400	14-20
30-40	8000	8-10
			40-50	8000	3-10
50-60	8000	2

步骤6)中，回火的目的是降低淬火钢的脆性，减少或消除内应力，使组织趋于稳定并获得所需要的性能，加热时间优选4.5min/mm，回火后组织以回火索氏体为主。

本发明相对于现有技术，有以下优点：

本方法通过对合金成分的合理设计，加上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235～289，硬度分布均匀；且屈服强度高，不低于625Mpa；碳当量低，在0.45～0.55％之间，焊接性能好；冷弯性能好，材料制作时不开裂回弹，减轻了劳动强度，节约工时和提高了材料的利用率；钢板冲击韧性有相当大的富裕量；钢板板型良好，不平度≤3mm/m，有优良的综合性能。本发明的高强度耐磨钢板，可广泛用于工程机械制造，应用前景广阔。

(四)具体实施方式：

以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：

实施例1

高强度耐磨钢板，厚度60mm，其化学成分组成为：C 0.15％，Si 0.30％，Mn 1.32％，P 0.010％，S 0.003％，Ni 0.15％，V 0.054％，Nb 0.023％，Al 0.030％，Cr 0.38％，Mo 0.29％，Ti 0.017％，B 0.0027％，余量为铁和不可避免的杂质。其力学性能：屈服强度720MPa，抗拉强度：820Mpa；钢板截面硬度：265～270HB，按原回火温度保温2h，硬度没有下降；冷弯d＝3a，良好。

按照下述步骤制备：

(1)冶炼工艺：将含有上述各重量百分含量化学成份的钢水先在90吨UHP电炉中冶炼，然后送入LF精炼炉精炼，喂Al线550米，精炼过程保证精炼渣白，以保证脱氧效果；精炼完毕后吊包VD炉真空处理，真空前加入SiCa块90kg，真空度不大于0.5乇，保持15分钟；

(2)浇铸：真空破坏后，1570℃采用250 X 1800mm连铸机浇铸；

(3)加热：在1240℃加热8min/mm；

(4)轧制：采用II型控轧工艺，第一阶段轧制在950～1000℃之间进行，此阶段道次压下量为24％，累计压下率为80％；第二阶段开轧温度为930℃，终轧温度为820℃，累计压下率为35％；

(5)抛丸：轧制后的钢板进行抛丸处理保证钢板表面良好；

(6)淬火：抛丸后钢板在调质线前对钢板淬火，加热温度为920℃，加热2.3min/mm，以最大水量8000t/h冷却，淬火辊速为2m，淬火后得到全厚度马氏体钢板；

(7)回火：淬火后钢板在670℃回火，总加热时间为4.5min/mm，回火后钢板空冷。

实施例2

高强度耐磨钢板，厚度50mm，其化学成分组成为：C 0.16％，Si 0.24％，Mn 1.30％，P 0.009％，S 0.005％，Ni 0.20％，V 0.050％，Nb 0.025％，Al 0.025％，Cr 0.35％，Mo 0.27％，Ti 0.016％，B 0.0025％，余量为铁和不可避免的杂质。其力学性能：屈服强度712MPa，抗拉强度：800Mpa；钢板截面硬度：260～265HB，按原回火温度保温2h，硬度没有下降；冷弯d＝3a，良好。

按照下述步骤制备：

(1)冶炼工艺：将含有上述各重量百分含量化学成份的钢水先在90吨UHP电炉中冶炼，然后送入LF精炼炉精炼，喂Al线500米，精炼过程保证精炼渣白，以保证脱氧效果；精炼完毕后吊包VD炉真空处理，真空前加入SiCa块90kg，真空度不大于0.5乇，保持15分钟；

(2)浇铸：真空破坏后，1574℃采用250 X 1800mm连铸机浇铸；

(3)加热：在1240℃加热9min/mm；

(4)轧制：采用II型控轧工艺，第一阶段轧制在950～1000℃之间进行，此阶段道次压下量为22％，累计压下率为80％；第二阶段开轧温度为930℃，终轧温度为820℃，累计压下率为37％；

(5)抛丸：轧制后的钢板进行抛丸处理保证钢板表面良好；

(6)淬火：抛丸后钢板在调质线前对钢板淬火，加热温度为920℃，加热2.3min/mm，以最大水量8000t/h冷却，淬火辊速为3m，淬火后得到全厚度马氏体钢板；

(7)回火：淬火后钢板在660℃回火，总加热时间为4.5min/mm，回火后钢板空冷。

实施例3

高强度耐磨钢板，厚度25mm，其化学成分组成为：C 0.14％，Si 0.35％，Mn 1.26％，P 0.012％，S 0.005％，Ni 0.12％，V 0.048％，Nb 0.022％，Al 0.026％，Cr 0.38％，Mo 0.28％，Ti 0.012％，B 0.0022％，余量为铁和不可避免的杂质。其力学性能：屈服强度690MPa，抗拉强度：780Mpa；钢板截面硬度：245～250HB，按原回火温度保温2h，硬度没有下降；冷弯d＝3a，良好。

按照下述步骤制备：

(1)冶炼工艺：将含有上述各重量百分含量化学成份的钢水先在90吨UHP电炉中冶炼，然后送入LF精炼炉精炼，喂Al线520米，精炼过程保证精炼渣白，以保证脱氧效果；精炼完毕后吊包VD炉真空处理，真空前加入SiCa块75kg，真空度不大于0.5乇，保持15分钟；

(2)浇铸：真空破坏后，1579℃采用250 X 1800mm连铸机浇铸；

(3)加热：在1230℃加热9min/mm；

(4)轧制：采用II型控轧工艺，第一阶段轧制在950～1000℃之间进行，此阶段道次压下量为24％，累计压下率为75％；第二阶段开轧温度为920℃，终轧温度为820℃，累计压下率为30％；

(5)抛丸：轧制后的钢板进行抛丸处理保证钢板表面良好；

(6)淬火：抛丸后钢板在调质线前对钢板淬火，加热温度为920℃，加热2.3min/mm，以水量6400t/h冷却，淬火辊速为14m，淬火后得到全厚度马氏体钢板；

(7)回火：淬火后钢板在660℃回火，总加热时间为4.5min/mm，回火后钢板空冷。

Claims (5)

1.高强度耐磨钢板，其特征在于所述钢板以重量百分比计的化学成分组成如下：C 0.14～0.21％，Si 0.15～0.50％，Mn 0.90～1.50％，P≤0.020％，S≤0.010％，Ni 0.05～0.80％，Cr 0.20～0.70％，V 0.03～0.08％，Nb 0.01～0.060％，Al 0.02～0.08％，Mo 0.01～0.50％，Ti 0.010～0.060％，B 0.0005～0.0030％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的高强度耐磨钢板，其特征在于各化学成分组成如下：C 0.14～0.16％，Si 0.20～0.40％，Mn 1.25～1.35％，P≤0.015％，S≤0.005％，Ni 0.10～0.20％，Cr 0.35～0.45％，V 0.045～0.055％，Nb 0.020～0.030％，Al0.020～0.040％，Mo 0.25～0.35％，Ti 0.010～0.020％，B 0.0020～0.0030％，其余为Fe和不可避免的杂质。

3.如权利要求1或2所述的高强度耐磨钢板，其特征在于所述的钢板布氏硬度值为235～289，屈服强度不小于625MPa。

4.如权利要求3所述的高强度耐磨钢板的制备方法，其特征在于所述的制备方法包括以下步骤：

1)将含有配比化学成分的钢水进行电炉冶炼、LF炉精炼、VD真空处理，精炼时喂入铝线500～600米，真空前按照0.5-1kg/吨钢加入SiCa脱氧剂，VD真空处理在真空度不大于0.5乇的条件下保持至少15min；

2)步骤1)真空处理后的钢水在1560～1580℃进行浇铸；

3)在1200～1240℃加热8-9min/mm；

4)在950～1100℃进行轧制，道次压下量为10～25％，累计压下率不小于70％；再次轧制，开轧温度不高于930℃，终轧温度不高于840℃，累计压下率不小于30％；

5)进行淬火处理，在900～930℃加热2.0-2.5min/mm后水冷，淬火辊速为2～25m；

6)在660～670℃回火处理，加热时间为3～5min/mm，空冷。

5.如权利要求4所述的高强度钢板的制备方法，其特征在于进行淬火处理前进行抛丸处理。