CN101880830B - 布氏硬度为430～470的铲刀刃用钢及其生产方法 - Google Patents
布氏硬度为430～470的铲刀刃用钢及其生产方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及布氏硬度为430～470的装载机和挖掘机铲刀刃用钢及生产方法。其化学成分及重量百分比为：C 0.24～0.32％，Si≤0.50％，Mn 0.50～1.50％，P≤0.020％，S≤0.015％，Cr 0.20～0.70％，Al 0.041～0.070％，Ti 0.010～0.100％，B 0.0005～0.0050％，Cu≤0.003％，As≤0.02％；Cu+As≤0.04％。生产步骤：进行铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空处理，全流程保护浇注成连铸坯；连铸坯加热；初轧；精轧；待用。本发明成分简单，工艺稳定，力学性能优异，性价比高，焊接性能好，调质钢板可在不预热时直接焊接。
Description
技术领域
本发明属于耐磨钢领域，具体涉及到一种布氏硬度(HBW 10mm/3000KN)为430～470的装载机和挖掘机铲刀刃用钢及其生产方法。
背景技术
铲刀刃用钢主要用于装载机和挖掘机铲斗底板的制造，其性能直接决定着铲斗的寿命，是工程机械行业最重要且用量较大钢铁材料之一，必须具备以下使用特点：
(1)良好的综合机械性能：高的硬度和耐磨性，减少铲斗铲地时铲刀刃板的磨损；较高的韧性，防止钢板变形和断裂。
(2)良好的焊接性能：铲刀刃板焊接在铲斗底部，焊接部位是钢板受力区，因此钢板必须具备一定的焊接性能。
(3)良好的机械加工性能：钢板易于切割、弯曲等机械加工处理，可以有效提高工厂机械加工效率。
目前国内外用于挖掘机和装载机铲刀刃制作的钢种很多，但一般可分为三种类型：第一种是耐磨钢如NM360系列或卡特皮勒公司认可的1E0921系列，虽然耐磨性较好，但由于钢中添加合金元素较多，生产成本较高，且钢板机械加工性能较差，工厂加工效率很低；第二种是Q345、45#钢等普通钢，虽然成本低、机械加工性能好，但钢件耐磨性较差，所制得铲斗使用寿命很短；第三种是与本专利相似的一类钢种，主要以C、Si、Mn为主要强化元素，不添加或少量添加Mo、Ni等贵重合金元素保证钢板性能，以降低钢板生产成本，钢板热轧态时进行机械加工，提高工厂加工效率，再对成型铲刀刃板进行热处理。
在这三种类型钢种中，第三种由于成本较低，钢板综合性能优良，焊接性好，热轧态时易于加工，得到了较为广泛的应用。目前国内外相关钢厂对此进行了相关研究，如日本、舞钢、武钢、重钢等，获得了较多的专利，但基本都为针对生产厂的装备、技术特点来进行，且研制钢板的强度级别、适用范围都不一致。本发明采用转炉+真空处理+连铸+轧制的工艺流程进行一种铲刀刃钢的生产，钢板布氏硬度为430～470，其生产成本较低、适用范围广。
发明内容
本专利的目的是提供一种性价比高，厚度规格在10～60mm、布氏硬度(HBW 10mm/3000KN)为430～470的装载机和挖掘机铲刀刃板用钢及其生产方法。
实现上述目的技术措施：
布氏硬度为430～470的装载机和挖掘机铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为：C0.24～0.32％，Si≤0.50％，Mn 0.50～1.50％，P≤0.020％，S≤0.015％，Cr 0.20～0.70％，Al0.041～0.070％，Ti 0.010～0.100％，B 0.0005～0.0050％，Cu≤0.003％，As≤0.02％，其余为Fe及不可避免的杂质；Cu+As≤0.04％。
生产布氏硬度为430～470的装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤：
1)将化学成分及重量百分比为：C 0.24～0.32％，Si≤0.50％，Mn 0.50～1.50％，P≤0.020％，S≤0.015％，Cr 0.20～0.70％，Al 0.041～0.070％，Ti 0.010～0.100％，B 0.0005～0.0050％，Cu≤0.003％，As≤0.02％，其余为Fe及不可避免的杂质的钢水采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流程保护浇注成连铸坯；
2)将连铸坯加热并在1250℃充分奥氏体化；
3)进行初轧，其开轧温度控制在1100～＜1150℃、累计道次压下率控制在60～75％；
4)进行精轧，其开轧温度控制在940～980℃、终轧温度控制在810～890℃，最后三道次累计压下率30～45％；
5)待用。
各元素在本发明中的作用及机理：
本发明碳元素含量为0.24～0.32％：对耐磨钢而言，硬度是保证其耐磨性最好的性能指标。选用较高碳含量，并经热处理后获得马氏体组织，是提高钢板耐磨性能简而易行的方法。因此，较高的碳含量是必不可少的。但钢中碳含量太高容易造成钢材韧性下降，并导致钢材焊接性能差。实践证明，碳含量保持在0.30％左右，可使得钢保持一个较高的硬度，且可焊区较大。因此，为了保证钢板具有高的硬度、较好的韧性、优良的冷成型性和焊接性能，将碳含量限定在0.24～0.32％。
本发明硅元素含量为≤0.50％：硅能溶于铁素体和奥氏体，以固溶强化的形式来提高钢的硬度和强度，固溶强化作用很强。硅可使C曲线右移，提高钢的淬透性。同时，也是钢中的脱氧元素。但如果钢中硅含量过高，则会引起面缩率下降，特别是冲击韧性下降较为明显，同时对钢的焊接性也不利，因此钢中硅含量不应过高，本发明钢硅含量上限定为0.50％。
本发明锰元素含量为0.50～1.50％：锰能与铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度；锰同时能很好的稳定奥氏体组织，进一步增强钢的淬透性；锰还可使钢在受到冲击而产生变形时，使钢材表面层得到强化而具有高的耐磨性；锰与硫形成熔点较高的MnS，可有效防止FeS的产生所导致的热脆现象。但锰含量太高会使得钢的晶粒容易粗化，也增强了钢的回火脆性敏感性。因此，添加的锰含量控制在为0.50～1.50％。
本发明钛含量为0.010～0.100％：钛与氮、氧、碳具有极强的亲和力，是一种良好的脱氧去气剂和固定氮、氧的有效元素，在含硼钢的冶炼中是必不可少的。钛是强氮化物和强碳化物形成元素，钛的碳、氮化物能有效地钉扎奥氏体晶界，有助于控制奥氏体晶粒的长大，大大改善焊接热影响区的低温韧性。
本发明铝含量为0.041％～0.070％：其用作脱氧剂以保证钛、硼的收得率外，更主要的作用是在此范围内能使钢板获得良好的强度及韧性。
本发明硼含量为0.0005％～0.0050％：加入硼的目的主要是增加钢的淬透性，从而省去其他较稀有贵重的金属。硼是增强钢淬透性最有效的元素之一，但主要靠有效硼(即存在晶体间隙，而不与其他元素化合的硼)来实现。大量资料显示，当有效硼含量不高于0.0030％时，其所起的淬透性效果最好，过多的硼会降低淬透性。因此，本发明硼含量定为0.0005～0.0030％。
本发明铬含量为0.20～0.70％：铬能显著增加钢的淬透性并有二次硬化作用，提高钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆。铬是缩小奥氏体相区的元素，是中强碳化物形成元素，在钢中可以形成碳化物也可固溶于铁素体。铬还是提高钢淬透性的有效元素，使钢经淬火回火后具有良好的综合力学性能。但是加入Cr会提高钢的淬硬性，从而提高钢材对焊接冷裂纹的敏感性，所以Cr的含量控制在0.20～0.70％。
本发明要求P≤0.020％和S≤0.015％：磷在钢中具有容易造成偏析、恶化焊接性能、显著降低钢的低温冲击韧性、提高脆性转变温度等不利影响。硫易与锰结合生成MnS夹杂，硫还影响钢的低温冲击韧性。因此，本发明应尽量减少磷、硫元素对钢性能的不利影响，通过对铁水进行深脱硫预处理、真空处理等手段，控制磷、硫含量，从而减轻其不利影响。
本发明控制Cu：≤0.003％、As≤0.02％，且Cu+As≤0.04％，其目的就是保证钢板的成型性，易于加工，提高加工效率。当Cu及As的总量超过0.04％时，则对钢板的性能不利，故进行了限定。
本发明其优点在于：(1)成分简单，生产工艺稳定，力学性能优异，性价比高；(2)焊接性能好，调质钢板可在不预热时直接焊接，接头性能满足铲刀刃板使用要求；(3)钢板热轧态时机械加工性能良好，可保证用户加工效率。
具体实施方式
实施例1
生产10mm厚的装载机铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.25％，Si 0.35％，Mn 1.40％，Cr 0.57％，Ti 0.05％，Al 0.041％，B 0.0035％，P 0.013％，S 0.004％，As 0.02％，Cu 0.02％，其余为Fe及不可避免的杂质。
生产布氏硬度为430～470的装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤：
1)将化学成分及重量百分比为：C 0.25％，Si 0.35％，Mn 1.40％，Cr 0.57％，Ti 0.05％，Al 0.041％，B 0.0035％，P 0.013％，S 0.004％，As 0.02％，Cu 0.02％，其余为Fe及不可避免的杂质的钢水采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流程保护浇注成连铸坯；
2)将连铸坯加热并在1250℃充分奥氏体化；
3)进行初轧，其开轧温度控制在1100～1105℃、累计道次压下率控制在61％；
4)进行精轧，其开轧温度控制在940～945℃、终轧温度控制在810～815℃，最后三道次累计压下率30～31％；
5)待用。
实施例2
生产15mm厚的装载机铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.28％，Si 0.37％，Mn 1.35％，Cr 0.50％，Ti 0.08％，Al 0.046％，B 0.0005％，P 0.015％，S 0.005％，As 0.015％，Cu 0.023％，其余为Fe及不可避免的杂质。
生产布氏硬度为430～470的装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤：
1)将化学成分及重量百分比为：C 0.28％，Si 0.37％，Mn 1.35％，Cr 0.50％，Ti 0.08％，Al 0.046％，B 0.0005％，P 0.015％，S 0.005％，As 0.015％，Cu 0.023％，其余为Fe及不可避免的杂质的钢水采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流程保护浇注成连铸坯；
2)将连铸坯加热并在1250℃充分奥氏体化；
3)进行初轧，其开轧温度控制在1105～1110℃、累计道次压下率控制在64％；
4)进行精轧，其开轧温度控制在945～950℃、终轧温度控制在815～820℃，最后三道次累计压下率32～33％；
5)待用。
实施例3
生产20mm厚的装载机铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.28％，Si 0.40％，Mn 1.20％，Cr 0.54％，Ti 0.06％，Al 0.0495％，B 0.0009％，P 0.014％，S 0.006％，As 0.013％，Cu 0.025％，其余为Fe及不可避免的杂质。
生产布氏硬度为430～470的装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤：
1)将化学成分及重量百分比为：C 0.28％，Si 0.40％，Mn 1.20％，Cr 0.54％，Ti 0.06％，Al 0.0495％，B 0.0009％，P 0.014％，S 0.006％，As 0.013％，Cu 0.025％，其余为Fe及不可避免的杂质的杂质的钢水采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流程保护浇注成连铸坯；
2)将连铸坯加热并在1250℃充分奥氏体化；
3)进行初轧，其开轧温度控制在1115～1120℃、累计道次压下率控制在69％；
4)进行精轧，其开轧温度控制在955～960℃、终轧温度控制在825～830℃，最后三道次累计压下率35％；
5)待用。
实施例4
生产30mm厚的装载机铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.30％，Si 0.47％，Mn 1.40％，Cr 0.60％，Ti 0.08％，Al 0.052％，B 0.003％，P 0.012％，S 0.004％，As 0.010％，Cu 0.029％，其余为Fe及不可避免的杂质。
生产布氏硬度为430～470的装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤：
1)将化学成分及重量百分比为：生产30mm厚的装载机铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.30％，Si 0.47％，Mn 1.40％，Cr 0.60％，Ti 0.08％，Al 0.052％，B 0.003％，P 0.012％，S 0.004％，As 0.010％，Cu 0.029％，其余为Fe及不可避免的杂质的钢水采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流程保护浇注成连铸坯；
2)将连铸坯加热并在1250℃充分奥氏体化；
3)进行初轧，其开轧温度控制在1120～1125℃、累计道次压下率控制在70％；
4)进行精轧，其开轧温度控制在960～965℃、终轧温度控制在835～840℃，最后三道次累计压下率39％；
5)待用。
实施例5
生产35mm厚的装载机铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.30％，Si 0.45％，Mn 1.45％，Cr 0.60％，Ti 0.06％，Al0.055％，B 0.003％，P 0.011％，S 0.004％，As 0.011％，Cu 0.019％，其余为Fe及不可避免的杂质。
生产布氏硬度为430～470的装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤：
1)将化学成分及重量百分比为：C 0.30％，Si 0.45％，Mn 1.45％，Cr 0.60％，Ti 0.06％，Al0.055％，B 0.003％，P 0.011％，S 0.004％，As 0.011％，Cu 0.019％，其余为Fe及不可避免的杂质的钢水采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流程保护浇注成连铸坯；
2)将连铸坯加热并在1250℃充分奥氏体化；
3)进行初轧，其开轧温度控制在1130～1135℃、累计道次压下率控制在70％；
4)进行精轧，其开轧温度控制在970～975℃、终轧温度控制在840～845℃，最后三道次累计压下率37％；
5)待用。
实施例6
生产40mm厚的装载机铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.30％，Si 0.48％，Mn 1.35％，Cr 0.45％，Ti 0.08％，Al 0.059％，B 0.002％，P 0.015％，S 0.005％，As 0.009％，Cu 0.017％，其余为Fe及不可避免的杂质。
生产布氏硬度为430～470的装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤：
1)将化学成分及重量百分比为：C 0.30％，Si 0.48％，Mn 1.35％，Cr 0.45％，Ti 0.08％，Al0.059％，B 0.002％，P 0.015％，S 0.005％，As 0.009％，Cu 0.017％，其余为Fe及不可避免的杂质的钢水采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流程保护浇注成连铸坯；
2)将连铸坯加热并在1250℃充分奥氏体化；
3)进行初轧，其开轧温度控制在1130～1135℃、累计道次压下率控制在65％；
4)进行精轧，其开轧温度控制在975～980℃、终轧温度控制在875～880℃，最后三道次累计压下率37％；
5)待用。
实施例7
生产50mm厚的装载机铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.30％，Si 0.45％，Mn 1.5％，Cr 0.68％，Ti 0.09％，Al 0.065％，B 0.003％，P 0.014％，S 0.005％，As 0.0012％，Cu 0.016％，其余为Fe及不可避免的杂质。
生产布氏硬度为430～470的装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤：
1)将化学成分及重量百分比为：C 0.30％，Si 0.45％，Mn 1.5％，Cr 0.68％，Ti 0.09％，Al 0.065％，B 0.003％，P 0.014％，S 0.005％，As 0.0012％，Cu 0.016％，其余为Fe及不可避免的杂质的钢水采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流程保护浇注成连铸坯；
2)将连铸坯加热并在1250℃充分奥氏体化；
3)进行初轧，其开轧温度控制在1130～1135℃、累计道次压下率控制在66％；
4)进行精轧，其开轧温度控制在960～965℃、终轧温度控制在875～880℃，最后三道次累计压下率35％；
5)待用。
实施例8
生产60mm厚的装载机铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.32％，Si 0.5％，Mn 1.5％，Cr 0.70％，Ti 0.09％，Al 0.07％，B 0.005％，P 0.011％，S 0.004％，As 0.0010％，Cu 0.012％，其余为Fe及不可避免的杂质。
生产布氏硬度为430～470的装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤：
1)将化学成分及重量百分比为：C 0.32％，Si 0.5％，Mn 1.5％，Cr 0.70％，Ti 0.09％，Al 0.07％，B 0.005％，P 0.011％，S 0.004％，As 0.0010％，Cu 0.012％，其余为Fe及不可避免的杂质的钢水采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流程保护浇注成连铸坯；
2)将连铸坯加热并在1250℃充分奥氏体化；
3)进行初轧，其开轧温度控制在1135～1140℃、累计道次压下率控制在75％；
4)进行精轧，其开轧温度控制在960～965℃、终轧温度控制在885～890℃，最后三道次累计压下率35％；
5)待用。
在氧气顶底复吹转炉上冶炼了8炉本发明钢，经RH真空处理及全流程保护性连续浇注。将钢坯加热到1250℃充分奥氏体化后出炉轧制。随对钢板热处理：即淬火920±10℃，保温时间为2.0min/mm，以≥20℃/s的冷却速度将钢板用水冷却至Ms转变点以下；低温回火210±10℃及时间为3.0min/mm，空冷至室温。钢板性能见表1和表2。
表1本发明钢的拉力及硬度试验结果
| 编号 | 规格/mm | Rp0.2/MPa | Rm/MPa | A/％ | HBW(10mm/3000KN) |
| 1 | 10 | 1290 | 1650 | 10.0 | 468 |
| 2 | 15 | 1290 | 1570 | 10.0 | 460 |
| 3 | 20 | 1240 | 1590 | 10.0 | 462 |
| 4 | 30 | 1350 | 1570 | 11.0 | 460 |
| 5 | 35 | 1320 | 1510 | 10.0 | 455 |
| 6 | 40 | 1270 | 1560 | 9.0 | 460 |
| 7 | 50 | 1330 | 1580 | 10.5 | 461 |
| 8 | 60 | 1220 | 1540 | 9.5 | 458 |
表2本发明钢在不同温度下冲击韧性试验结果
Claims (2)
1.生产布氏硬度为430～470的装载机铲刀刃用钢的方法，其步骤：
1)将化学成分及重量百分比为：C 0.24～0.32％，Si≤0.50％，Mn 0.50～1.50％，P≤0.020％，S≤0.015％，Cr 0.20～0.70％，Al 0.041～0.070％，Ti 0.010～0.100％，B 0.0005～0.0050％，Cu≤0.003％，As≤0.02％，其余为Fe及不可避免的杂质钢水采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流程保护浇注成连铸坯；
2)将连铸坯加热并在1250℃充分奥氏体化；
3)进行初轧，其开轧温度控制在1100～＜1150℃、累计道次压下率控制在60～75％；
4)进行精轧，其开轧温度控制在940～980℃、终轧温度控制在810～890℃，最后三道次累计压下率30～45％；
5)待用。
2.生产布氏硬度为430～470的挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤：
1)将化学成分及重量百分比为：C 0.24～0.32％，Si≤0.50％，Mn 0.50～1.50％，P≤0.020％，S≤0.015％，Cr 0.20～0.70％，Al 0.041～0.070％，Ti 0.010～0.100％，B 0.0005～0.0050％，Cu≤0.003％，As≤0.02％，其余为Fe及不可避免的杂质钢水采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流程保护浇注成连铸坯；
2)将连铸坯加热并在1250℃充分奥氏体化；
3)进行初轧，其开轧温度控制在1100～＜1150℃、累计道次压下率控制在60～75％；
4)进行精轧，其开轧温度控制在940～980℃、终轧温度控制在810～890℃，最后三道次累计压下率30～45％；
5)待用。
Priority Applications (1)
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| CN2010102244233A CN101880830B (zh) | 2010-07-09 | 2010-07-09 | 布氏硬度为430～470的铲刀刃用钢及其生产方法 |
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| CN2010102244233A CN101880830B (zh) | 2010-07-09 | 2010-07-09 | 布氏硬度为430～470的铲刀刃用钢及其生产方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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