CN102002645A

CN102002645A - 一种高强度耐磨钢板及其制备方法

Info

Publication number: CN102002645A
Application number: CN 201010567789
Authority: CN
Inventors: 麻衡; 周平; 王建景; 李灿明; 刘军刚; 张长宏; 孙其家
Original assignee: Laiwu Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Jinan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2030-12-01
Also published as: CN102002645B

Abstract

本发明涉及一种高强度耐磨钢板及其制备方法。该钢的化学成分质量百分比含量为：C为0.12％-0.22％，Si为0.25％-0.50％，Mn为1.10％-1.80％，Als为0.025％-0.055％，Cr为0.30％-1.00％，Ni为0.20％-0.60％，Mo为0.10％-0.50％，Ti为0.010％-0.050％，B为0.0010％-0.0050％，P≤0.020％，S≤0.015％，其余含量为Fe及不可避免的夹杂物。本发明还提供所述钢种的制备方法。本发明耐磨钢具有化学成份设计合理，采用不添加Nb、V成分体系，轧制工艺简单，淬火工艺在线进行，生产节奏快，产品性能稳定，广泛应用于各种工况条件极其恶劣的机械设备中。

Description

一种高强度耐磨钢板及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高强度耐磨钢板及其制备方法，尤其涉及一种在线淬火工艺制备高强度耐磨钢板的方法，同时还涉及该耐磨钢的热处理方法，属于低合金高强度钢领域。

背景技术

在科学技术和现代工业高速发展的今天，机械设备的运转速度越来越高，许多工件和设备由于磨损而迅速失效，造成的材料浪费和经济损失相当惊人。据统计，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4％左右。因此，解决磨损和延长部件的使用寿命成为设计、制造和使用各种机械设备时所需要考虑的首要问题。

耐磨钢是广泛用于各种磨损工况的一类耐磨材料，诸如冶金、矿山、建材、电力、铁路和军事等各个部门中，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、破碎机颚板、破碎壁、轧臼壁、拖拉机履带板、风扇磨冲击板和铁路道岔等等。

目前已经有不少高强度耐磨钢板的制造专利，生产方式大多是采用微合金化元素提高淬透性，轧后对钢板离线重新加热后进行热处理，以获得高强度耐磨钢的性能要求，该类方法钢板在重新加热后基体晶粒明显长大，影响钢板性能，故需用更多合金元素含量来达到性能要求，同时离线的淬火工艺在工序上重复加热，存在生产成本偏高的不足。例如，2009年6月10公开的，专利申请号为200710193075.6，名称“一种调质型耐磨钢及其热处理方法”，该专利化学成分质量百分比为C 0.14-0.18％，Si 0.20-0.40％，Mn 1.20-1.40％，P≤0.015％，S≤0.005％，Ni 0.40-0.55％，Cr 0.50-0.70％，Mo 0.40-0.50％，Nb 0.02-0.03％，V 0.04-0.55％，A10.020-0.045％，Ti 0.015-0.030％，B 0.0015-0.0030％，该专利采用控轧+调质处理，强度、塑性及韧性都较低，但加入了一定量的Nb和V，同时属于离线淬火+回火处理，多加入的合金元素及多出的工序使得成本较高。2010年3月24日公开的，专利申请号为200810200029.9，名称“高强度马氏体耐磨钢及其生产工艺”，该专利采用控轧后直接淬火工艺得到耐磨钢板，强度较高，但塑性较差，这主要是由于淬火后的马氏体组织是不稳定的，系统中残留了很大的内应力，这样就导致了塑性较差，而回火主要是使淬火得到的不稳定组织转变为稳定组织，降低淬火应力以及提高耐磨钢的塑韧性，使耐磨钢淬火后具有高的硬度和耐磨性，同时该专利提到采用控制轧制方式，钢板经粗轧后需要进行待温才能精轧，这样就大大影响了轧制生产节奏。

2004年第一期发表于《中国铸造装备与技术》文献名为“生产破碎机锤头的新型抗磨铸钢”涉及到的耐磨钢成分设计具有C、Mn含量高，若用连铸工艺生产极易出现严重的偏析，从而影响耐磨钢良好的组织性能，若用模铸生产铸坯，将会大大影响生产节奏同时加大生产成本的不足之处。

专利号为ZL200380103628.4、ZL200380103647.7和ZL200380103648.1涉及的工艺及板材，存在添加Nb、V微合金元素，存在成本高的不足。专利号为ZL 2003101109034.4一种高硬度高韧性易火焰切割的耐磨钢板，其特征在于：该钢板含有铁和下述重量百分比的添加元素：0.10％～0.17％C，0.05％～0.55％Si，0.80％～1.60％Mn，0.01％～0.10％Nb，0.005％～0.03％Ti，0.0005％～0.003％B，0.05％～1.0％Cr，另外还可以含有至少一种选自下组的添加元素：0.05％～0.8％Ni，0.05％～0.60％Mo，0.01％～0.06％Al，0.05％～0.50％Cu，0.01％～0.10％V，0.00001％～0.006％Ca，0.00001％～0.02％REM，0.00001.％～0.006％Mg。采用轧后在线直接冷却淬火或者轧后离线淬火工艺，以至少10℃/秒的冷速从不低于Ar3转变点的温度淬火至至少低至Ms转变点的淬火终了温度。获得了硬度HB≥320，冲击韧性Akv-40℃≥30J，在冬季北方地区，具有易火焰切割及良好焊接性能的耐磨钢板。该专利制备的耐磨钢板与本发明相比，直接淬火后不经过回火处理，钢板组织性能尚不稳定，回火主要是使淬火得到的不稳定组织转变为稳定组织，降低淬火应力以及提高耐磨钢的塑韧性，使耐磨钢淬火后具有高的硬度和耐磨性，同时成分设计加入了微合金元素Nb，增加了产品成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的提供一种高强度耐磨钢板。本发明产品化学成份设计合理，采用不添加Nb、V的成分体系，产品组织性能稳定。

本发明的另一目的是提供一种在线淬火工艺制备高强度耐磨钢板的方法。轧制工艺简单，淬火工艺在线进行，生产节奏快效率高。

本发明的技术方案如下：

一种高强度耐磨钢板，其中钢的化学成分的质量百分比含量为：C为0.12％-0.22％，Si为0.25％-0.50％，Mn为1.10％-1.80％，Als为0.025％-0.055％，Cr为0.30％-1.00％，Ni为0.20％-0.60％，Mo为0.10％-0.50％，Ti为0.010％-0.050％，B为0.0010％-0.0050％，P≤0.020％，S≤0.015％，其余含量为Fe及不可避免的夹杂物。

钢种成分及工艺的确定：首先保证良好的淬透性获得强度和硬度的要求，在此保证良好的塑性及韧性。采用中C含量、低Mn含量和Ni、Cr、Mo、B等元素进行合金化，使钢通过在线淬火后具有较高的硬度和足够的塑性、韧性，确保材料具有良好的淬透性、淬硬性以及耐磨性能，再通过回火使基体组织更加稳定。

所述的高强度耐磨钢板，表面硬度达350-400HB，抗拉强度为1150MPa-1400MPa，-20℃纵向冲击25-50J，延伸率A50为13-17％。

一种生产所述的在线淬火工艺制备高强度耐磨钢板的方法，包括以下步骤：钢坯加热、常规轧制、在线淬火、离线回火，其特征在于采用常规轧制后，钢板组织处于全部或部分奥氏体，然后直接以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下(或Ms附近等温)进行马氏体转变，直接在线淬火及离线回火处理段的工艺控制。

所述的在线淬火工艺，是指钢板在热轧完毕后，钢板组织处于全部或部分奥氏体，然后直接以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下(或Ms附近等温)进行马氏体转变的热处理工艺。

所述的离线回火工艺，是指钢板经在线淬火处理后，冷却至室温，重新加热到在AC1以下保温一段时间后冷却下来，减少或消除内应力得到稳定回火马氏体组织，使钢板具有高硬度和高耐磨性的热处理工艺。

本发明还提供一种制备高强度耐磨钢板的方法，包括钢坯加热、常规轧制、精轧后直接在线淬火及离线回火工艺，其特征在于：

(1)所述钢坯加热工序中，在保证钢坯的奥氏体晶粒度的同时，使得微合金元素充分溶解，加热温度采用1190℃～1240℃，均热时间60～100min；

(2)所述常规轧制工序中，粗轧开轧温度1100～1250℃，粗轧终轧温度1000～1100℃，道次压下率15％～28％；粗轧结束后不进行待温精轧直接进行开轧，开轧温度980～1100℃，精轧终轧温度930～1000℃，

(3)轧后钢板直接进行在线淬火，钢板获得马氏体基体；

(4)所述离线回火工艺，回火加热温度200～350℃，在炉加热时间按3～8min/mm×钢板厚度控制，钢板最终得到稳定的回火马氏体组织。

优选的，所述在线淬火是指钢板在热轧完毕后温度在880～1000℃，组织处于全部或部分奥氏体，然后直接以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下(或Ms附近等温)进行马氏体转变的热处理工艺。

本发明的创新点在于克服了：1、在线淬火后高强度耐磨钢板的组织性能不稳定；2、因合金添加多、离线热处理工序多造成成本高；3、轧制采用常规热轧工艺，不需要进行待温，轧后直接进行在线淬火大大提高了生产节奏等技术难题。

附图说明

图1是实施例1在线淬火工艺制备的高强度耐磨钢板回火后金相组织图

图2是实施例2在线淬火工艺制备的高强度耐磨钢板回火后金相组织图

图3是实施例3在线淬火工艺制备的高强度耐磨钢板回火后金相组织图

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1

一种在线淬火工艺制备高强度耐磨钢板的方法，其中钢的化学成分质量百分比含量为：C为0.18％，Si为0.35％，Mn为1.30％，Als为0.041％，Cr为0.65％，Ni为0.20％，Mo为0.25％，Ti为0.015％，B为0.0020％，P为0.013％，S为0.080％，其余含量为Fe及不可避免的夹杂物。

(1)所述加热工序中，在保证钢坯基体一定奥氏体晶粒度的同时，使得微合金元素得以充分溶解，加热温度采用1200℃，均热时间80min；

(2)所述常规轧制工序中，粗轧开轧温度1170℃，粗轧终轧温度1050℃，道次压下率15％～28％；粗轧结束后不进行待温精轧直接进行开轧，开轧温度992℃，精轧终轧温度935℃，轧后钢板直接进行在线淬火，钢板获得马氏体基体；

(3)所述回火工艺，回火加热温度200℃，在炉加热时间按50min控制，钢板最终得到稳定的回火马氏体组织。

实施例2

一种在线淬火工艺制备高强度耐磨钢板的方法，其中钢的化学成分质量百分比含量为：C为0.17％，Si为0.41％，Mn为1.32％，Als为0.038％，Cr为0.56％，Ni为0.26％，Mo为0.30％，Ti为0.015％，B为0.0020％，P为0.013％，S为0.070％，其余含量为Fe及不可避免的夹杂物。

(1)所述加热工序中，在保证钢坯基体一定奥氏体晶粒度的同时，使得微合金元素得以充分溶解，加热温度采用1210℃，均热时间71min；

(2)所述常规轧制工序中，粗轧开轧温度1800℃，粗轧终轧温度1061℃，道次压下率15％～28％；粗轧结束后不进行待温精轧直接进行开轧，开轧温度1009℃，精轧终轧温度946℃，轧后钢板直接进行在线淬火，钢板获得马氏体基体；

(4)所述回火工艺，回火加热温度250℃，在炉加热时间按60min控制，钢板最终得到稳定的回火马氏体组织。

本发明的在线淬火工艺制备的高强度耐磨钢，从图1可以看出钢板近表面金相基体组织为细小板条回火马氏体组织，从图2可以看出钢板心部金相基体组织为细小板条回火马氏体组织，组织均匀。

实施例3

一种在线淬火工艺制备高强度耐磨钢板的方法，其中钢的化学成分质量百分比含量为：C为0.19％，Si为0.35％，Mn为1.30％，Als为0.041％，Cr为0.60％，Ni为0.20％，Mo为0.25％，Ti为0.015％，B为0.0020％，P为0.014％，S为0.060％，其余含量为Fe及不可避免的夹杂物。

(1)所述加热工序中，在保证钢坯基体一定奥氏体晶粒度的同时，使得微合金元素得以充分溶解，加热温度采用1230℃，均热时间65min；

(2)所述常规轧制工序中，粗轧开轧温度1185℃，粗轧终轧温度1080℃，道次压下率15％～28％；粗轧结束后不进行待温精轧直接进行开轧，开轧温度1060℃，精轧终轧温度958℃，轧后钢板直接进行在线淬火，钢板获得马氏体基体；

(3)所述回火工艺，回火加热温度300℃，在炉加热时间按70min控制，钢板最终得到稳定的回火马氏体组织。

实施例4：产品性能的检测

对上述实施例中制备的钢板沿头部1/2厚度处取横向试样，在实验室金相试验机上沿轧制方向面预磨、抛光，用硝酸进行侵蚀制成金相试样，在光学显微镜下观察，钢板基体组织均匀细小；沿钢板头部1/2厚度处取横向试样加工成耐磨钢标准要求φ5棒状试样，在实验室拉伸试验机上进行拉伸试验，钢板拉伸性能(见表1)稳定；在实验室试验机上，对按照要求加工成10mm×10mm×55mm的冲击试样进行试验，纵向冲击韧性值稳定(见表1)；在实验室硬度试验机上进行布氏硬度测试，硬度值稳定(见表1)完全满足耐磨钢标准要求，耐磨钢具有化学成份设计合理，采用不添加Nb、V的成分体系，轧制工艺简单，淬火工艺在线进行，生产节奏快效率高，产品组织性能稳定。

上述三种实施例所得到的性能如表1所示：

表1 力学性能

Claims

1.一种高强度耐磨钢板，其中钢的化学成分质量百分比含量为：C为0.12％-0.22％，Si为0.25％-0.50％，Mn为1.10％-1.80％，Als为0.025％-0.055％，Cr为0.30％-1.00％，Ni为0.20％-0.60％，Mo为0.10％-0.50％，Ti为0.010％-0.050％，B为0.0010％-0.0050％，P≤0.020％，S≤0.015％，其余含量为Fe及不可避免的夹杂物。

2.如权利要求1所述的高强度耐磨钢板，其性能指标为：表面硬度达350-400HB，抗拉强度为1150MPa-1400MPa，-20℃纵向冲击25-50J，延伸率A₅₀为13-17％。

3.一种制备权利要求1或2所述的高强度耐磨钢板的方法，包括：钢坯加热、常规轧制、在线淬火和离线回火步骤，其特征在于，采用常规轧制后，钢板组织处于全部或部分奥氏体，然后直接以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下或Ms附近等温进行马氏体转变，直接在线淬火及离线回火处理。

4.如权利要求3所述的制备高强度耐磨钢板的方法，包括钢坯加热、常规轧制、精轧后直接在线淬火及离线回火工艺，其特征在于：其特征在于：

(3)轧后钢板直接进行在线淬火，钢板获得马氏体基体；

5.如权利要求3或4所述的制备高强度耐磨钢板的方法，其特征在于，所述在线淬火是指钢板在热轧完毕后温度在880～1000℃，钢板组织处于全部或部分奥氏体，然后直接以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下(或Ms附近等温)进行马氏体转变的热处理工艺。