CN101555574B - 一种高回火抗力耐磨钢 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高回火抗力耐磨钢以及该种钢钢板的制造方法。一种高回火抗力耐磨钢，其成分按重量百分比计为：C：0.10％～0.24％、Si：0.15％～1.40％、Mn：1.20％～2.00％、Cr：0.40％～1.60％、Mo：0.15％～0.50％、Ni：≤0.30％、V：≤0.12％、Ti：≤0.03％、Al：≤0.05％、P：≤0.015％、S：≤0.010％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明高回火抗力耐磨钢能够在较高温度下保持强度、硬度，显著提高使用温度，并且工艺简单，节省成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种高回火抗力耐磨钢以及这种高回火抗力耐磨钢钢板的制造方法。
背景技术
目前，推土机、挖掘机、重型装载车、破碎机、磨煤机等工程机械及矿山用传送系统等广泛使用具有相当强度和硬度的耐磨钢板，目前常用的是硬度为360HV和400HV级别的耐磨钢板，主要是中厚板产品，钢板经厚板轧机轧制后再经淬火处理以达到高强度、高硬度；或者通过合金化处理，依靠轧后空冷时发生相变强化获得高强度、高硬度。因厚板轧机和热处理条件限制，此类耐磨钢最小厚度较厚，一般均超过8mm，极少有6mm以下的钢板；通过淬火热处理方式生产耐磨钢生产流程长，工艺复杂，效率比较低；而且，淬火耐磨钢板虽然淬火或低温回火时硬度很高，当回火温度升高后硬度显著降低，此类耐磨钢通常的加工或使用温度规定不得超过250℃，这对加工制造和使用有不小限制。
日本专利JP2001049387，公开了一种高温高韧性耐磨钢，主要成分为：C：0.2％-0.3％、Si：0.5％-1.2％、Mn：0.3％-1.0％、Cr：0.5％-1.5％、Mo：0.15％-1.0％、V：0.02％-0.20％、Nb：0.005％-0.05％、Ti：0.005％-0.05％、B：0.0003％-0.0025％。热处理方法为淬火处理，厚度≥50mm，室温硬度500HB，300℃硬度400HB，最高使用温度375℃。该发明属于厚板产品，在高温也具备较高硬度，碳含量超过0.20％。
日本专利JP63190116A公开了一种中碳微合金钢耐磨钢，主要成分为：C：0.15％-0.35％、Si：0.05％-0.80％、Mn：0.80％-1.60％、Al：0.01％-0.08％、Cr：0.05％-0.20％、Mo：0.03％-0.10％、Cu：0.1％-0.3％、V：0.02％-0.08％、Nb：0.007％-0.025％、B：0.0005％-0.0025％。热轧 加热温度≥1100℃，终轧温度≥800℃，要求轧后快速冷至400℃甚至200℃以下，回火温度200℃-500℃。
日本专利JP06017188A公开了一种低碳耐磨钢，主要成分为：C：0.05％-0.20％，Si：0.5％-2.0％，Mn：0.5％-2.5％，Cr：0.05％-0.5％，Mo：0.05％-0.5％，Cu：0.05％-0.1％，Ni：0.05％-2.0％，V：0.005％-0.1％，Nb：0.005％-0.1％，Ti：0.005％-0.1％，B：0.0003％-0.002％。热处理温度Ac1-Ac3，组织为铁素体和贝氏体复相组织，残余奥氏体≥5％。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高回火抗力耐磨钢，能够在较高温度下保持强度、硬度，显著提高耐磨钢使用温度。
本发明是这样实现的：一种高回火抗力耐磨钢，其成分按重量百分比计为：
C： 0.10％～0.24％
Si： 0.15％～1.40％
Mn： 1.20％～2.00％
Cr： 0.40％1.60％
Mo： 0.15％～0.50％
Ni： ≤0.30％
V： ≤0.12％
Ti： ≤0.03％
Al： ≤0.05％
P： ≤0.015％
S： ≤0.010％
其余为Fe和不可避免的杂质。
一种制造上述成分的高回火抗力耐磨钢钢板的方法，包括如下步骤：
(1)将钢坯加热至1180-1280℃；
(2)钢坯除鳞后立即开始粗轧，粗轧终轧温度为1000-1050℃；
(3)粗轧后中间坯进行精轧，开轧温度＜1000℃，终轧温度 800-900℃；
(4)精轧后层流冷却，平均冷速大于0.5℃/s，冷至500-600℃卷取。
本发明中成份设计原因如下：
碳(C)：碳是钢中的主要强化元素，碳作为间隙原子固溶于马氏体、贝氏体能起到强烈的强化效果。本发明碳的控制范围为0.10％～0.24％，是基于钢的强韧性、耐磨性的匹配，碳过低则钢中没有足够的碳化物和固溶碳，在奥氏体转变为贝氏体过程中不能产生足够的马一奥岛组织，从而钢板的强度和硬度不足，而硬度不足将降低钢板的耐磨性；反之，碳含量过高时，则钢的塑性和韧性降低，加工成形困难，焊接性也变差。
硅(Si)：硅在钢中起固溶强化作用，是非碳化物形成元素，能促进铁素体形成，从而使碳扩散到残余奥氏体中，有利于形成马—奥岛强化组织。硅充当铁素体稳定剂的作用，在贝氏体形成期间阻碍渗碳体的析出，加速碳扩散到奥氏体相中，硅有助于增加残余奥氏体的稳定性，形成马氏体—奥氏体岛状组织。但过高的硅不利于热轧加热，并影响产品的韧性，使其变脆，给弯曲成形带来难度。所以本发明中控制硅含量在0.15％～1.40％。
锰(Mn)：锰在钢中起固溶强化作用，能提高钢板的强度和硬度。锰是稳定奥氏体的元素，能降低奥氏体的相变温度，促进碳在奥氏体中的溶解，锰也增加了碳富集的可能性。由于延迟了铁素体、珠光体的形成，从而扩大了冷却形成贝氏体组织的冷却速率的范围。过高的锰含量水平必须避免，过高的锰易于偏析，恶化钢的性能。关于硅和锰，必须调整添加的相对量以控制相的分布和体积分数。
铬(Cr)和钼(Mo)：钢中添加铬、钼主要是延迟奥氏体转变孕育时间，使铁素体、珠光体转变后移，使在较大的冷速范围均发生贝氏体转变；同时，Cr是碳化物形成元素，形成M7C3、M23C6等各种类型合金碳化物，当大量碳化物分散于贝氏体基体时显著提高耐磨性能。钼是推迟珠光体转变效果最显著的元素，而且Mo也是碳化物形成元素，添加Mo有助于形成碳化物增加耐磨性。Mo还对改善钢的高 温性能有利，含Mo钢即使在较高温度短暂加热，仍能保持硬度不降低或仅轻微降低，提高贝氏体耐磨钢高温回火硬度。当钢中加入适量铬和钼时，即使以较慢的冷速(0.5℃/s)冷却也能获得贝氏体组织，达到所需要的硬度。
钒(V)：钒广泛用作高强度低合金钢的强化剂。含钒钢通过沉淀析出和细化晶粒产生强化，钢中钒的碳氮化物析出相能显著提高强度，热机械轧制可增强钒的强化效果。钢中添加少量钒就有显著的强化效果。
钛(Ti)：钛可以与氮、碳和硫形成钛的化合物。控制钢中钛的含量，使得钛主要与氮化合形成细小弥散的氮化钛，剩余的钛与硫、碳形成化合物。因此，适量的钛不仅固定了钢中的氮，而且还固定了钢中的硫和部分碳。但钛含量过高，形成的氮化钛粗大，不利于获得良好的强韧性匹配。
铝(Al)：铝是钢中的主要脱氧元素，有利于细化晶粒，一般的钢中均含有一定量。本发明中加入的铝主要用来脱氧和细化晶粒，加入铝含量为≤0.050％。
硫(S)和磷(P)：硫和磷在钢中属于杂质元素，应尽可能降低含量。硫在钢中与锰等化合形成塑性夹杂物硫化锰，尤其对钢的横向塑性和韧性不利，因此硫含量控制在≤0.010％；磷也是钢中的有害元素，严重损害钢板的塑性和韧性，含量控制在≤0.015％。
本发明钢板制造工艺选取原因如下：
钢坯加热到1180-1280℃使奥氏体组织均匀化，使钢中铬、钼、钒的碳化物充分溶解，钛的碳氮化物由于溶解温度高只有部分溶解，以阻止原始奥氏体晶粒的长大。同时控制加热温度下限是为了考虑轧制时板坯的温降，保证在规定温度完成轧制。
第一阶段轧制即粗轧，在奥氏体可再结晶的温度范围内，采用多个道次轧制钢坯，奥氏体累计变形量大于80％，终轧温度1000-1050℃，通过奥氏体反复再结晶细化奥氏体晶粒。第一阶段轧制，即奥氏体再结晶轧制完成后中间坯可待温或直接进行精轧，待温可采用空冷或喷水冷却的方式冷却。
第二阶段轧制即精轧，在奥氏体未再结晶温度范围内，温度低于1000℃，采用多个道次连续轧制，奥氏体累计变形量大于80％，形成拉长的奥氏体晶粒，在拉长的奥氏体晶内存在大量的形变带。奥氏体未再结晶轧制控制终轧温度，要求终轧温度高于Ar3转变点，优选的终轧温度介于800～900℃。带钢终轧后用水幕加速冷却，平均冷速要求大于0.5℃/s，终冷温度介于500～600℃，随后带钢立即卷取，再缓慢冷至室温。变形奥氏体经加速冷却可避开铁素体、珠光体转变区域，终冷至500-600℃卷取，在此温度区间卷取发生贝氏体转变，形成粒状贝氏体组织，依靠相变强化使抗拉强度超过1100MPa，硬度大于325HV。
经过上述成分和生产工艺后，2.5-12mm厚度热轧带钢轧态强度超过1100MPa，硬度超过325HV，性能达到360HV级耐磨钢水平。并可在550℃以下加工、使用。
本发明具有以下有益效果：所述成分设计易于实施，通过合金化处理不仅有效起到强化作用，并且推迟奥氏体转变，便于热轧操作，对轧后冷却速度要求不高，在比较宽松的冷速范围均可实现贝氏体转变，使不同厚度的带钢均容易获得所需强度和硬度。与传统耐磨钢生产方式相比，省去了再加热淬火工序，实现缩短工序流程，降低生产成本的目的，并且贝氏体耐磨钢能经受高温回火保持强度、硬度不显著降低，突破了传统淬火耐磨钢加工、使用温度不能超过250℃的限制。
具体实施方式
本发明实施例成分如表1所示。
表1实施例成分，按重量百分比计：
| C | Si | Mn | P | S | Al | Cr | Mo | Ni | V | Ti | |
| 1 | 0.15 | 0.35 | 1.52 | 0.013 | 0.003 | 0.024 | 1.44 | 0.31 | 0.29 | 0.070 | 0.016 |
| 2 | 0.17 | 0.72 | 1.64 | 0.009 | 0.005 | 0.038 | 0.90 | 0.33 | / | / | 0.018 |
| 3 | 0.16 | 1.39 | 1.66 | 0.010 | 0.005 | 0.042 | 0.87 | 0.34 | 0.25 | / | 0.022 |
| 4 | 0.17 | 0.38 | 1.65 | 0.011 | 0.005 | 0.036 | 0.93 | 0.33 | 0.24 | 0.068 | 0.017 |
| 5 | 0.10 | 0.33 | 1.60 | 0.012 | 0.002 | 0.025 | 1.58 | 0.39 | 0.25 | 0.065 | 0.017 |
| 6 | 0.19 | 0.31 | 1.85 | 0.013 | 0.004 | 0.020 | 0.40 | 0.15 | / | 0.062 | 0.017 |
| 7 | 0.22 | 0.15 | 1.21 | 0.011 | 0.006 | 0.010 | 0.64 | 0.30 | / | 0.100 | 0.010 |
| 8 | 0.24 | 0.29 | 1.34 | 0.008 | 0.005 | 0.022 | 0.61 | 0.25 | 0.19 | 0.110 | 0.010 |
| 9 | 0.12 | 1.22 | 1.96 | 0.010 | 0.006 | 0.050 | 0.49 | 0.50 | / | 0.078 | 0.025 |
| 10 | 0.13 | 1.00 | 1.80 | 0.012 | 0.005 | 0.032 | 1.20 | 0.48 | / | / | 0.030 |
上述成分实施例热轧工艺参数及性能如表2所示。实施例带钢轧态抗拉强度均超过1100MPa，硬度大于325HV，具有较高的强度和硬度，达到通过淬火方式生产的耐磨钢的水平。
表2实施例热轧工艺参数和性能
| 成品厚度 mm | 加热温度 ℃ | 终轧温度 ℃ | 卷取温度 ℃ | 抗拉强度 MPa | 硬度 HV10 | |
| 1 | 2.5 | 1200 | 880 | 540 | 1196 | 362 |
| 2 | 3.0 | 1220 | 860 | 500 | 1103 | 345 |
| 3 | 3.0 | 1220 | 860 | 550 | 1233 | 383 |
| 4 | 3.0 | 1220 | 860 | 550 | 1137 | 333 |
| 5 | 12.0 | 1250 | 880 | 600 | 1120 | 370 |
| 6 | 4.0 | 1250 | 800 | 500 | 1110 | 350 |
| 7 | 6.0 | 1180 | 850 | 540 | 1100 | 326 |
| 8 | 6.0 | 1180 | 900 | 540 | 1167 | 340 |
| 9 | 5.0 | 1200 | 820 | 560 | 1190 | 370 |
| 10 | 5.0 | 1200 | 820 | 560 | 1210 | 375 |
上述实施例钢板经过最高达550℃回火后，抗拉强度仍超过1000MPa，硬度超过300HV，显示了优良的抗回火性能，如表3。
表3实施例回火处理后硬度
| 回火温度 ℃ | 抗拉强度 MPa | 硬度 HV10 | |
| 1 | 550 | 1080 | 354 |
| 2 | 550 | 1020 | 318 |
| 3 | 550 | 1120 | 356 |
| 4 | 550 | 1030 | 322 |
| 5 | 550 | 1050 | 337 |
| 6 | 500 | 1025 | 320 |
| 7 | 550 | 1010 | 305 |
| 8 | 550 | 1000 | 309 |
| 9 | 500 | 1045 | 332 |
| 10 | 550 | 1075 | 350 |
本发明钢用合金化的方式，通过控轧生产耐磨带钢，钢板无需淬火热处理，轧态就具有高的强度和硬度，生产过程简单可行，对热轧装备和工艺无特殊要求。与淬火耐磨钢不同的是，该耐磨钢在高达550℃回火后强度、硬度下降不明显，产品可用于制造各种耐磨衬板、固体物料输送装置的设备。
Claims (1)
1.一种高回火抗力耐磨钢，其特征在于，其成分按重量百分比计为：
C： 0.10％～0.24％
Si：0.72％～1.40％
Mn：1.20％～2.00％
Cr：0.40％～0.90％
Mo：0.15％～0.50％
Ni：≤0.30％
V： ≤0.12％
Ti：≤0.03％
Al：≤0.05％
P： ≤0.015％
S： ≤0.010％
其余为Fe和不可避免的杂质；
所述高回火抗力耐磨钢的制造方法包括如下步骤：
(1)将钢坯加热至1180-1280℃；
(2)钢坯除鳞后立即开始粗轧，粗轧终轧温度为1000-1050℃；
(3)粗轧后中间坯进行精轧，开轧温度＜1000℃，终轧温度800-900℃；
(4)精轧后层流冷却，平均冷速大于0.5℃/s，冷至500-600℃卷取，再缓慢冷至室温；
所述高回火抗力耐磨钢的抗拉强度超过1100MPa，硬度大于325HV。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |