CN102517509A - Hb500级耐磨钢板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度耐磨钢板及其制备方法。该钢板包括如下组分(wt％)：C 0.28～0.35％，Si 0.10～0.60％，Mn 0.7～1.0％，P≤0.025％，S≤0.010％，Cr 0.4～0.8％，Mo 0.10～0.60％，Nb 0.01～0.05％，V 0.01～0.08％，Ti 0.005～0.05％，B 0.001～0.003％，其余为Fe和杂质；该制备方法包括冶炼、连铸、控轧、在线淬火和低温回火等工序。本发明通过对合金成分及生产工艺进行合理设计，制得的产品布氏硬度值＞500HB，硬度分布均匀，-20℃冲击韧性≥24J，微观组织为回火马氏体，焊接、冷弯性能和钢板板型均良好，且生产工艺简单，周期短，成本低，可广泛用于工程机械制造。
Description
技术领域
本发明特别涉及一种HB500级耐磨钢板及其生产工艺，属于钢铁材料制造技术领域。
背景技术
耐磨钢是广泛用于各种磨损工况的一类耐磨材料，特别是矿山机械、煤炭采运、工程机械、农业机械、建材、电力机械、铁路运输等部门中，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、破碎机颚板、拖拉机履带板等等。一般而言，材料的耐磨性主要取决于其硬度，较高的硬度可以提供良好的耐磨性能。许多工件及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。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，市场对耐磨钢的需求日益增大，因此，开发高级别耐磨钢，提高耐磨钢的质量，以降低由于磨损造成的损失，对于国民经济建设的发展是一件具有重要意义的工作。
目前国内外已出现了多种耐磨钢板的制造工艺，从成分来看，大多是采用微合金元素提高淬透性，部分加入了贵金属如Ni等，增加了钢的生产成本；如CN101497963A采用的是加Ni高Cr成分体系，会导致生产成本增加。从耐磨钢的生产工艺特点来看，目前耐磨钢的研制和应用绝大部分都是采用控制轧制+离线重新加热后进行热处理的方法，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长大，影响钢板性能，同时离线的淬火工艺在工序上重复加热，使得生产成本偏高。例如CN101638755A，CN101775545A，CN101698900A，CN101748346A和CN102134682A等均采用控制轧制+离线淬火+回火的工艺，附加的离线淬火工序使得基体晶粒长大，影响钢板性能，同时导致其生产周期较长，成本增加。CN102127705A采用不含Ni成分体系，控制轧制+在线淬火工艺，其控制轧制中在再结晶区粗轧时开轧温度较高，粗轧后奥氏体再结晶晶粒易长大粗化，同时在线淬火后未采用回火工艺消除钢板内应力，这都会影响钢板性能，并导致钢板硬度仅为440～460HB。
发明内容
本发明的目的在于提出一种HB500级耐磨钢板及其制备方法，通过合理添加合金元素和控制轧制+在线淬火+低温回火工艺，使其钢板组织充分细化，布氏硬度值＞500HB，-20℃冲击韧性不低于24J，从而克服了现有技术中的不足。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种HB500级耐磨钢板，其化学成分按重量百分比计为：C：0.28～0.35％，Si：0.10～0.60％，Mn：0.7～1.0％，P≤0.025％，S≤0.010％，Cr：0.4～0.8％，Mo：0.10～0.60％，Nb：0.01～0.05％，V：0.01～0.08％，Ti：0.005～0.05％，B：0.001～0.003％，其余为Fe和不可避免的杂质。
作为一种优选的方案，所述钢板以重量百分比计的化学成分组成如下：C：0.28～0.32％，Si：0.20～0.50％，Mn：0.7～0.8％，P≤0.025％，S≤0.010％，Cr：0.4～0.8％，Mo：0.20～0.50％，Nb：0.01～0.04％，V：0.03～0.07％，Ti：0.01～0.03％，B：0.001～0.003％，其余为Fe和不可避免的杂质。
一种HB500级耐磨钢板的制备方法，包括以下步骤：
(1)根据前述HB500级耐磨钢的化学组成配制原料冶炼、浇铸成板坯；
(2)对上述板坯加热，加热温度为1200～1250℃，保温时间1.5～2.5h；
(3)控制轧制，粗轧开轧温度≤1000℃，粗轧终轧温度≥970℃，道次变形率为10～30％，优选的，在粗轧温度区间970～1000℃内，较高温度区间采用小道次变形率，较低温度区间采用大道次变形率，使得奥氏体再结晶来不及长大就进入未再结晶区，达到细化奥氏体晶粒的目的；
(4)精轧开轧温度870～900℃，精轧终轧温度为Ar3+(80～160)℃，道次变形率为10～30％，优选的，在精轧温度区间内，较高温度区间采用大道次变形率，较低温度区间采用小道次变形率，使得奥氏体晶粒被充分压扁，进一步细化组织，同时低温区的小道次变形率更能保证钢板板型的良好；
(5)控制轧制过程中，总压缩比≥5，终轧后采用在线水冷冷却系统，开冷温度为Ar3+(70～150)℃，冷速≥20℃/s，终冷≤100℃；
(6)回火，回火温度为150～250℃，回火后空冷。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
(1)本发明采用控制轧制+在线淬火+低温回火工艺，控制轧制中粗轧开轧温度较低，在轧制温度区间内，合理分配道次变形率，钢板组织得到充分细化，在线淬火工艺使得生产周期缩短，成本降低，同时避免了再加热过程中基体晶粒长大而导致的性能恶化，低温回火工艺消除了淬火后钢板的内应力，使钢板有高的硬度和较好的韧性；
(2)通过合理设计化学成分和生产工艺，使其钢板组织较细，布氏硬度值＞500HB，-20℃冲击韧性不低于24J；
(3)设计化学成分不含Ni，生产成本较低，生产工艺简单，制度比较宽松，易于实施，一般生产线上可稳定生产。
附图说明
图1a和图1b分别为实施例1中耐磨钢纵截面1/4和1/2处的显微组织照片；
图2a和图2b分别为实施例2中耐磨钢纵截面1/4和1/2处的显微组织照片；
图3a和图3b分别为实施例3中耐磨钢纵截面1/4和1/2处的显微组织照片。
具体实施方式
以下结合附图及若干较佳实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1该耐磨钢板由以下组分组成(wt％)：C：0.30％，Si：0.35％，Mn：0.8％，P：0.0083％，S：0.0045％，Cr：0.6％，Mo：0.35％，Nb：0.028％，V：0.06％，Ti：0.016％，B：0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。
该耐磨钢的机械性能见表1，其生产工艺包括如下步骤：
(1)根据上述耐磨钢板的化学组分配制原料冶炼、浇铸成板坯；
(2)对上述板坯加热，加热温度为1200～1250℃，保温时间2h；
(3)控制轧制，粗轧开轧温度≤1000℃，粗轧终轧温度≥970℃，道次变形率为10～30％；精轧开轧温度870～900℃，精轧终轧温度为790～860℃，道次变形率为10～30％，总压缩比≥5，成品厚20mm；
(4)终轧后采用在线水冷冷却系统，开冷温度为780～850℃，冷速≥20℃/s，终冷≤100℃；
(5)回火，回火温度为150℃，回火后空冷。
实施例2该耐磨钢板由以下组分组成(wt％)：C：0.30％，Si：0.35％，Mn：0.8％，P：0.0083％，S：0.0045％，Cr：0.6％，Mo：0.35％，Nb：0.028％，V：0.06％，Ti：0.016％，B：0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。
该耐磨钢板的机械性能见表1，其生产工艺包括如下步骤：
(1)根据上述化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯。
(2)对上述板坯加热，加热温度为1200～1250℃，保温时间2h；
(3)控制轧制，粗轧开轧温度≤1000℃，粗轧终轧温度≥970℃，道次变形率为10～30％；精轧开轧温度870～900℃，精轧终轧温度为790～860℃，道次变形率为10～30％，总压缩比≥5，成品厚20mm；
(4)终轧后采用在线水冷冷却系统，开冷温度为780～850℃，冷速≥20℃/s，终冷≤100℃；
(5)回火，回火温度为200℃，回火后空冷。
实施例3该耐磨钢板由以下组分组成(wt％)：C：0.30％，Si：0.35％，Mn：0.8％，P：0.0083％，S：0.0045％，Cr：0.6％，Mo：0.35％，Nb：0.028％，V：0.06％，Ti：0.016％，B：0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。
该耐磨钢板的机械性能见表1，其生产工艺包括如下步骤：
(1)根据上述化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯。
(2)对上述板坯加热，加热温度为1200～1250℃，保温时间2h；
(3)控制轧制，粗轧开轧温度≤1000℃，粗轧终轧温度≥970℃，道次变形率为10～30％；精轧开轧温度870～900℃，精轧终轧温度为790～860℃，道次变形率为10～30％，总压缩比≥5，成品厚30mm；
(4)终轧后采用在线水冷冷却系统，开冷温度为780～850℃，冷速≥20℃/s，终冷≤100℃；
(5)回火，回火温度为250℃，回火后空冷。
实施例4该耐磨钢板由以下组分组成(wt％)：C：0.33％，Si：0.35％，Mn：0.7％，P：0.0089％，S：0.0043％，Cr：0.4％，Mo：0.35％，Nb：0.025％，V：0.06％，Ti：0.015％，B：0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。
该耐磨钢板的机械性能见表1，其生产工艺包括如下步骤：
(1)根据上述化学成分重量百分比冶炼、浇铸成板坯。
(2)对上述板坯加热，加热温度为1200～1250℃，保温时间2h；
(3)控制轧制，粗轧开轧温度≤1000℃，粗轧终轧温度≥970℃，道次变形率为10～30％；精轧开轧温度870～900℃，精轧终轧温度为790～860℃，道次变形率为10～30％，总压缩比≥5，成品厚30mm；
(4)终轧后采用在线水冷冷却系统，开冷温度为780～850℃，冷速≥20℃/s，终冷≤100℃；
(5)回火，回火温度为150℃，回火后空冷。
表1本发明实施例1-4中HB500级耐磨钢板的力学性能
注：表1中夏比冲击试样尺寸为10×10×55mm，取样位置为板厚1/4处，试验温度为-20℃；HBW为纵截面1/4处硬度，合金钢球直径10mm，试验力3000kgf，试验力保持时间10s。
Claims (5)
1.一种HB500级耐磨钢板，其特征在于，它包含按重量百分比计算的如下组分：C 0.28～0.35％，Si 0.10～0.60％，Mn 0.7～1.0％，P≤0.025％，S≤0.010％，Cr0.4～0.8％，Mo 0.10～0.60％，Nb 0.01～0.05％，V 0.01～0.08％，Ti 0.005～0.05％，B0.001～0.003％，以及余量的Fe和杂质。
2.根据权利要求1所述的HB500级耐磨钢板，其特征在于，它包含按重量百分比计算的如下组分：C 0.28～0.32％，Si 0.20～0.50％，Mn 0.7～0.8％，P≤0.025％，S≤0.010％，Cr 0.4～0.8％，Mo 0.20～0.50％，Nb 0.01～0.04％，V 0.03～0.07％，Ti0.01～0.03％，B 0.001～0.003％，以及余量的Fe和杂质。
3.根据权利要求1或2所述的HB500级耐磨钢板，其特征在于，所述耐磨钢板的金相组织为回火马氏体，其布氏硬度值在500HB以上，-20℃冲击韧性大于或等于24J。
4.一种HB500级耐磨钢板的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)按照权利要求1或权利要求2所述HB500级耐磨钢板的化学组成配制原料冶炼、浇铸形成板坯；
(2)将板坯加热，加热温度为1200～1250℃，保温时间1.5～2.5h；
(3)对板坯进行控制轧制，其中，粗轧开轧温度≤1000℃，粗轧终轧温度≥970℃，道次变形率为10～30％，精轧开轧温度870～900℃，精轧终轧温度为Ar3+(80～160)℃，道次变形率为10～30％，且控制轧制过程中的总压缩比≥5；
(4)终轧后采用在线水冷冷却系统进行冷却，开冷温度为Ar3+(70～150)℃，冷速≥20℃/s，终冷≤100℃；
(5)回火，回火温度为150～250℃，回火后空冷。
5.根据权利要求4所述的HB500级耐磨钢板的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，在粗轧温度区间内，随温度的逐渐下降，依次选择采用小道次变形率和大道次变形率，而在精轧温度区间内，随温度的逐渐下降，依次选择采用大道次变形率和小道次变形率。
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