CN102021492B - 一种低碳低合金耐磨钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低碳低合金耐磨钢及其生产方法，钢的化学成分的重量百分比为：C0.13％～0.17％、Si0.35％～0.50％、Mn1.05％～1.25％、P≤0.020％、S≤0.010％、Ni0.25％～0.35％、Cr0.40％～0.50％、Mo0.30％～0.40％、Nb0.03％～0.05％、V0.04％～0.06％、Ti0.01％～0.025％、B≤0.003％、Als0.005％～0.04％，其余为Fe及不可避免的杂质。生产方法主要包括：轧前的加热温度控制在1150～1200℃，保温90～120分钟，板坯开轧温度控制在1100±50℃，终轧温度大于900℃，空冷到室温；淬火温度控制在930±10℃，保温2-2.5min/mm，回火温度300±10℃，保温4.5-5.5min/mm。本发明屈服强度波动范围为1200～1250MPa，抗拉强度波动范围为1370～1440MPa，布氏硬度HB＞400；常温冲击功大于20J，具有良好的焊接性。

Description

一种低碳低合金耐磨钢及其生产方法

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，特别涉及到一种低碳低合金耐磨用钢及其生产技术方法。

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，耐磨材料的发展已成为影响现代生产效率的重要因素。耐磨钢广泛地应用于冶金、矿山、建材、电力、铁路和军事等各个部门中，如挖掘机斗齿、球磨机衬板、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。

目前生产的耐磨钢综合性能较低，如较早的高锰耐磨钢，需要在强烈的冲击载荷或挤压载荷下受力表面被加工硬化，硬度提高才具有较好的耐磨性，其使用范围较窄；一些低合金耐磨钢因为碳当量较高而不利于焊接使用，或者贵金属合金含量较高而增加成本，而且还存在生产能耗过大等问题，如以下几个专利：

武汉钢铁集团公司申请的名为“高抗拉强度的耐冲刷磨蚀钢及其生产方法”，专利号为CN 101381847A，提供一种抗拉强度为800Mpa左右的耐磨钢，含有Cr1.0％～6.5％，Nb0.08％～0.28％，使其成本较高；而且其1200℃左右的开轧温度，导致其奥氏体晶粒过分长大且能源消耗较多。

南京钢铁股份有限公司申请的名为“一种无碳化物贝氏体耐磨钢板及其生产方法”，专利号为CN101338399，提供一种高强度高韧性的贝氏体耐磨钢，抗拉强度为1100Mpa左右，硬度HB为330左右，但其含有Cr0.60％～1.00％使其成本较高，且不含Ni，这种成分特点将降低钢的焊接性能和低温韧性。

日本NKK公司发明的“An abrasion resistant steel”欧洲专利，专利号为EP 0527276，该钢同时申请了“Abrasion-resistant steel”美国专利，专利号为US 5403410，该钢具有硬度值HB最大为503，抗拉强度约为1230MPa，因此具有优异的耐磨性能。但是该专利实施例中HB＞300级别耐磨钢的碳含量为0.19％～0.34％，典型成分为0.30％，将导致钢材的冲击韧性和焊接性降低；而且该钢含有较高的Cr0.55％～1.02％，典型成分为0.99％，增加炼钢成本，而且该钢采取淬火工艺生产，未经回火工艺将限制其韧性和实际中的使用温度。

美国Armco公司申请的名为“Galling and wear resistant steel alloy”的美国专利，专利号为US 4494988，该钢HRC达到45左右，具有较好的耐磨性。但该钢含有较高的合金含量Cr4％～6％，Ni4％～6％，必将提高炼钢成本；而且该钢含有0.07％的P，将导致钢材的韧性下降，不利于加工和焊接。

由以上对比专利可知，目前可用于机械设备等构件的耐磨钢存在如下不足：

1、碳、铬含量较高，降低钢的韧性，且不利于焊接；

2、含有较高的Cr、Mo等合金元素，生产成本较高；

3、生产工艺能耗大、成本高，生产节奏较低。

发明内容

基于上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种成分设计合理、工艺简单、具有低碳低合金元素、高耐磨性和易焊接性的耐磨钢板及其生产方法，钢板的屈服强度可达1250MPa，抗拉强度可达1440MPa，布氏硬度HB＞400。

本发明以较低的C含量和较低的合金含量、低温回火为基本特征，在本发明中，其化学成分的含量(Wt％)：C0.13％～0.17％、Si0.35％～0.50％、Mn1.05％～1.25％、P≤0.020％、S≤0.010％、Ni0.25％～0.35％、Cr0.40％～0.50％、Mo0.30％～0.40％、Nb0.03％～0.05％、V0.04％～0.06％、Ti0.01％～0.025％、B≤0.003％、Als0.005％～0.04％，其余为Fe以及不可避免的杂质。本发明所以选择以上合金元素种类及其含量是因为：C：是影响低合金耐磨钢组织性能的关键元素，其变化幅度很大，碳含量不同可获得硬度和韧性的不同匹配关系，也是提高钢材硬度最便宜最直接的元素，但是高碳合金硬度高而韧性不足，也不利于结构件的焊接，低碳合金韧性较高而硬度偏低，本发明确定最适合的碳含量0.13％～0.17％；Si：硅是炼钢脱氧的必要元素，具有一定固溶强化的作用。也能抑制第一类回火脆性，改善马氏体的回火稳定性，提高回火温度，获得较好性能，本发明硅的含量范围为0.35％～0.50％；Mn：锰是提高强度和韧性的主要元素，能显著提高钢淬透性的元素，成本十分低廉，是主要添加元素，但Mn过高会使钢的延展性降低，本发明的含量限定在1.05％～1.25％；Al：铝是脱氧元素，可以作为AlN形成元素，有效地细化晶粒，为了达到很好的脱氧效果本发明的Al含量的范围为Al0.005％～0.04％；Ni：对钢的强度贡献较小，但钢中添加适当的Ni能显著改善钢的韧性，尤其是能显著提高钢的低温韧性，但含量超过一定值后效果就不再明显，故本发明中，Ni的含量控制在0.25％～0.35％；Cr能扩大铁素体区，提高淬火硬化、耐蚀性的优点，但过高的Cr对韧性造成损害，故本发明中加入Cr含量为0.40％～0.50％；Mo有提高硬度和耐磨性的作用，同时具有不降低钢的低温冲击功的优点，但含量过高会导致钢的脆化，本发明中的Mo含量为0.30％～0.40％；Nb、V、Ti在钢中形成碳化物，能提高屈服强度、抗拉强度和硬度，但会使冲击功下降，所以一般不超过0.1％，本发明中含量分别为Nb0.03％～0.05％、V0.04％～0.06％、Ti0.01％～0.025％；B能提高钢材的淬透性，但会降低钢材的冲击功，本发明的B≤0.003％；钢中杂质元素P≤0.020％，S≤0.010％，以减少杂质元素的有害作用。

以上是添加各种元素的含量范围以及作用，本发明生产布氏硬度大于HB＞400的耐磨用钢所用的生产工艺特征如下：

生产工艺流程：铁水预处理-转炉冶炼-炉外精炼(LF)-真空处理(VD或RH)-微Ti处理-板坯连铸(电磁搅拌)-原料验收-加热-轧制-矫直-堆垛缓冷-淬火-回火-取样检验-切割-喷印标记-检查-入库。

炼钢工艺特征：采取转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，进行深脱碳，采用RH或VD真空炉处理以及LF处理，降低有害气体O、H、N等以及S的有害作用；进行微合金化，出钢前加入钒铁，其加入量为1～1.5公斤/吨钢(含钒50％)，然后采用电磁搅拌技术进行连铸。

轧制工艺特征：轧前的加热温度控制在1150～1200℃以保证细小的奥氏体晶粒，保温90～120分钟，轧后起到细化晶粒的作用。板坯开轧温度控制在1100±50℃，终轧温度大于900℃，空冷到室温。

热处理制度：淬火温度控制在930±10℃，保温时间2-2.5min/mm，回火温度：300±10℃，保温时间：4.5-5.5min/mm，最后得到回火马氏体组织。

按上述方案生产的耐磨钢具有以下有益效果：

1、具有较高的强度和硬度，屈服强度波动范围为1200～1250MPa，抗拉强度波动范围为1370～1440MPa，布氏硬度HB＞400；

2、具有良好的冲击韧性，常温冲击功大于20J，适用于大部分机械构件；

3、具有较低的碳含量(C＜0.17％)，保证其良好的焊接性；具有较低的铬、钼含量(Cr＜0.50％，Mo＜0.40％)，有效的控制了成本。

具体实施方式

本发明的化学成分及生产工艺，其钢的化学成分如表1，本发明的实际工艺参数如表2，本发明的实物性能检验结果如表3。

表1  钢的化学成分，(wt，％)

实例	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	V	Nb	Ti	ALs	B
														1	0.136	0.49	1.12	0.01	0.0031	0.50	0.32	0.31	0.046	0.033	0.013	0.033	-
2	0.163	0.38	1.20	0.013	0.004	0.44	0.30	0.30	0.044	0.041	0.021	0.028	-
														3	0.142	0.42	1.23	0.013	0.0031	0.42	0.34	0.32	0.054	0.041	0.023	0.021	0.0015
4	0.145	0.46	1.17	0.012	0.004	0.45	0.34	0.38	0.051	0.047	0.015	0.038	0.0015
														5	0.158	0.44	1.09	0.011	0.0046	0.46	0.35	0.35	0.049	0.038	0.02	0.038	0.001

表2  本发明实际工艺参数

实例	厚度mm	出炉    开轧温度℃  温度℃	终轧温度℃	淬火温度℃	保温时间min	回火温度℃	保温时间min
								1	20	1165    1080	955	930	50	300	100
2	30	1170    1100	960	930	75	300	150
								3	40	1180    1115	1010	930	100	300	200
4	40	1160    1090	995	930	100	300	200
								5	40	1185    1140	1050	930	100	300	200

表3  本发明实物检验结果

Claims (1)

1.一种低碳低合金耐磨钢的生产方法，主要包括转炉冶炼、炉外精炼、真空处理、微合金化、板坯连铸、加热、轧制、矫直、堆垛缓冷、淬火、回火，其特征在于：

采取转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，进行深脱碳；进行LF炉外精炼；采用RH或VD真空炉处理；进行微合金化中的微Ti处理；出钢前加入钒铁，其加入量为1～1.5公斤/吨钢，含钒50％，获得耐磨钢的化学成份的重量百分比为：C0.13％～0.17％、Si 0.35％～0.50％、Mn 1.05％～1.25％、P≤0.020％、S≤0.010％、Ni 0.25％～0.35％、Cr 0.40％～0.50％、Mo 0.30％～0.40％、Nb 0.03％～0.05％、V 0.04％～0.06％、Ti 0.01％～0.025％、B≤0.003％、Als 0.005％～0.04％，其余为Fe以及不可避免的杂质，然后采用电磁搅拌技术进行板坯连铸；

轧前加热温度控制在1150～1200℃，保温90～120分钟，板坯开轧温度控制在1100±50℃，终轧温度大于900℃，以堆垛缓冷的方式空冷到室温；

淬火温度控制在930±10℃，保温时间2-2.5min/mm，回火温度300±10℃，保温时间4.5-5.5min/mm。