CN103194682A - 一种经济型耐磨钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种经济型耐磨钢板及其制造方法，其化学成分的重量百分含量为：C0.50～0.60%，Si0.10～0.50%，Mn0.50～1.50%，P≤0.015%，S≤0.010%，Cr0.20～1.00%，Al0.010～0.080%，0.0010%≤Ca≤0.0080%，N≤0.0080%，O≤0.0080%，H≤0.0004%，其余为Fe和不可避免的杂质；其布氏硬度150-300HB，显微组织为球化退火组织。该经济型耐磨钢板经冶炼、铸造、加热、轧制及热处理等步骤。本发明通过以上成分配比及工艺步骤得到的耐磨钢板组织性能均匀，耐磨性佳，布氏硬度为150-300HB，尤其具有优异的加工性能。

Description

一种经济型耐磨钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及耐磨钢，特别是涉及一种经济型耐磨钢板及其制造方法，该经济型耐磨钢板的布氏硬度为150-300HB，显微组织为球化退火组织。

背景技术

耐磨钢板一般用于要求高强、硬度，高耐磨性能的工程、采矿等行业机械产品上，如挖掘机、刮板运输机等。

传统耐磨钢为奥氏体高锰钢，其在大的冲击载荷作用下，可发生应变诱导马氏体相变，强硬度提高，进而提高耐磨性。奥氏体高锰钢受限于合金元素含量高、机械加工困难等缺点，并不能够在机械设备中广泛应用。近些年研究低碳低合金马氏体耐磨钢较多，其主要通过添加适量的碳及合金元素，通过淬火和回火或TMCP等方式进行生产。此种耐磨钢主要特点为强硬度高，并且具有一定的韧性和焊接性，能够广泛的适用于工程、煤矿等机械设备。然而对某些需要加工性能优异，同时具有一定耐磨性的设备而言，高强硬的耐磨钢并不满足要求。

中国专利CN101250673公开了一种低碳低合金耐磨钢，采用淬火+回火热处理工艺生产，强硬度很高，这必然导致机械加工性能略差，对需要精细机械加工的设备而言尤不适用。

中国专利CN102560272A公开了一种中碳低合金耐磨钢，采用TMCP工艺生产，强硬度非常高，机械加工性能必然较差，对需要精细机械加工的设备而言也不适用。

发明内容

本发明的目的在于针对需要精细加工的耐磨材料提供一种经济型耐磨钢板及其制造方法，该经济型耐磨钢板在添加微量合金元素的基础上实现了硬度和耐磨性的良好匹配，其布氏硬度为150-300HB，组织性能十分均匀，尤其具有优异的机械加工性能，十分有益于工程上的广泛应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种经济型耐磨钢板，其化学成分的重量百分比为：C：0.50～0.60％，Si：0.10～0.50％，Mn：0.50～1.50％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cr：0.20～1.00％，Al：0.010～0.080％，0.0010％≤Ca≤0.0080％，N≤0.0080％，O≤0.0080％，H≤0.0004％，其余为Fe和不可避免的杂质；上述经济型耐磨钢板的布氏硬度为150-300HB，其显微组织为球化退火组织。

本发明的经济型耐磨钢板中的各化学成分作用如下：

碳：碳是耐磨钢中最基本、最重要的元素，可以提高钢的强度和硬度，进而提高钢的耐磨性，但其对钢的韧性和焊接性能不利，因此，应合理控制钢中的碳含量为0.50-0.60wt.％，优选为0.51-0.60wt.％。

硅：硅固溶在铁素体和奥氏体中提高它们的硬度和强度，然而硅含量过高会导致钢的韧性急剧下降。同时考虑到硅与氧的亲和力比铁强，焊接时容易产生低熔点的硅酸盐，增加熔渣和熔化金属的流动性，影响焊缝质量，因此含量不易过多，本发明耐磨钢中控制硅含量为0.10-0.50wt.％，优选为0.10-0.40wt.％。

锰：锰强烈增加钢的淬透性，降低耐磨钢转变温度和钢的临界冷却速度。但锰含量较高时，有使晶粒粗化的倾向，并增加钢的回火脆敏感性，而且容易导致铸坯中出现偏析和裂纹，降低钢板的性能，本发明耐磨钢中控制锰含量为0.50-1.50wt.％，优选为0.50-1.30wt.％。

铬：铬可以降低临界冷却速度、提高钢的淬透性，提高强度和硬度。铬在回火时能阻止或减缓碳化物的析出与聚集，可以提高钢的回火稳定性，本发明耐磨钢中控制铬含量为0.20-1.00wt.％，优选为0.30-0.90wt.％。

铝：铝和钢中氮能形成细小难溶的AlN颗粒，细化钢的晶粒。铝可细化钢的晶粒，固定钢中的氮和氧，减轻钢对缺口的敏感性，减小或消除钢的时效现象，并提高钢的韧性，本发明耐磨钢中铝含量宜控制在0.010-0.080wt.％，优选为0.020-0.060wt.％。

钙：钙对铸钢中夹杂物的变质具有显著作用，铸钢中加入适量钙可将铸钢中的长条状硫化物夹杂转变为球状的CaS或(Ca，Mn)S夹杂，钙所形成的氧化物及硫化物夹杂密度小，易于上浮排除。钙还显著降低硫在晶界的偏聚，这些都有益于提高铸钢的质量，进而提高钢的性能。本发明耐磨钢中控制钙含量0.0010wt.％≤Ca≤0.0080wt.％，优选为0.0010wt.％≤Ca≤0.0050wt.％。

磷与硫：在耐磨钢中，硫与磷均为有害元素，它们的含量要严格控制，本发明所涉及钢种中控制磷含量≤0.015wt.％，优选为磷含量≤0.012wt.％；应控制硫含量≤0.010wt.％，优选为硫含量≤0.005wt.％。

氮、氧与氢：钢中过多的氧和氮对钢的性能尤其是焊接性和韧性是十分不利的，但控制过严会大幅增加生产成本，因此，本发明所涉及钢种中控制氮含量≤0.0080wt.％，优选为氮含量≤0.0050wt.％；控制氧含量≤0.0080wt.％，优选为氧含量≤0.0050wt.％；控制氢含量≤0.0004wt.％，优选为氢含量≤0.0003wt.％。

本发明通过合理设计钢中的化学成分并严格控制了碳和其他合金的含量，进而控制了合金成本。

本发明的经济型耐磨钢板，其显微组织主要为球化退火组织，其布氏硬度为150-300HB。

本发明的经济型耐磨钢板具有较高的硬度和耐磨性，且两者具有良好的匹配，易进行切割等机械加工，具有很强的适用性。

本发明的经济型耐磨钢板的制造方法，包括如下步骤：按上述化学成分配比冶炼，经铸造、加热、轧制和热处理等步骤，获得所述经济型耐磨钢板。其中加热步骤中，加热温度为1000-1250℃，保温时间为2～3小时；轧制步骤中，采用自由轧制，轧后空冷；在热处理步骤中，采取球化退火，加热温度为600-800℃，保温时间为4-10小时，之后随炉自然冷却；所获得的经济型耐磨钢板的布氏硬度为150-300HB，其显微组织为球化退火组织。

优选的，在所述加热步骤中，加热温度为1050-1250℃；更优选的，所述加热步骤中，加热温度为1080-1250℃；最优选的，所述加热步骤中，加热温度为1100-1250℃。

优选的，在所述热处理步骤中，加热温度为620-800℃；更优选的，所述热处理步骤中，加热温度为650-800℃；最优选的，所述热处理步骤中，加热温度为670-800℃。

优选的，所述轧后空冷采用轧后堆垛空冷，即轧后堆垛空冷。

本发明通过合理的设计钢中化学成分并严格控制了碳和合金元素的含量，采用中高碳低合金成分体系，不含有钼和镍等贵重元素，通过碳及合金元素的细化强化作用以及退火过程的均匀化作用，使耐磨钢板在具有较高的硬度和较好的耐磨性的同时，具有易切割等优异的机械加工性能，因此具有很强的适用性。

本发明的耐磨钢板与现有技术相比主要体现在以下几方面：

1、从化学成分上看，本发明的耐磨钢板的合金成分以中碳低合金为主，不含Mo、Ni等贵重金属，充分利用C、Cr等元素的强化、韧化作用，保证耐磨钢板具较佳的力学性能和耐磨性能等。

2、从生产工艺上看，本发明的耐磨钢板采用退火工艺生产，通过控制合适的加热温度和保温时间，最终得到组织细化、球化，硬度适中，尤其易于加工的耐磨钢板。

3、从产品性能上看，本发明的耐磨钢板具有硬度适中、韧性较佳(典型力学性能：布氏硬度为150-300HB)，尤其具有优异的机械加工性能。

4、从显微组织上看，本发明的耐磨钢板，充分利用合金元素及退火工艺相结合得到细小均匀的球化退火组织，有益于力学性能均匀性和易加工性。

总之，本发明的耐磨钢板具有较明显的优势，在具有良好的力学、耐磨性同时，尤其具有易于机械加工等特点。

附图说明

图1为本发明实施例6的耐磨钢板的球化退火组织图片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细描述，应当明确，实施例仅仅是对本发明具体实施方式的描述，并不对本发明的保护范围构成任何限制。

以下实施例1-10的经济型耐磨钢板和对比例1的耐磨钢，其化学成分的重量百分含量如表1所示；实施例1-10的经济型耐磨钢板和对比例1的耐磨钢的制造方法为：将相应配比的冶炼原料依次按照如下步骤进行：冶炼→铸造→加热→轧制→热处理；其中，加热步骤中，加热温度为1000-1250℃；轧制步骤中，采用自由轧制，轧后空冷；在热处理步骤中，采取球化退火，加热温度为600-800℃，保温时间为4-10小时，之后随炉自然冷却；其具体工艺参数如表2所示。

表1单位：重量百分比

	C	Si	Mn	P	S	Cr	Al	Ca	N	O	H	其他
													实施例1	0.50	0.35	1.30	0.010	0.003	0.85	0.035	0.0040	0.0030	0.0050	0.0002	-
实施例2	0.51	0.25	1.50	0.009	0.005	1.00	0.057	0.0030	0.0050	0.0030	0.0003	-
													实施例3	0.53	0.50	0.92	0.008	0.010	0.90	0.060	0.0030	0.0030	0.0020	0.0002	-
实施例4	0.54	0.30	0.87	0.015	0.003	0.83	0.010	0.0080	0.0040	0.0080	0.0002	-
													实施例5	0.55	0.20	0.66	0.008	0.004	0.55	0.040	0.0050	0.0080	0.0050	0.0004	-
实施例6	0.56	0.40	0.75	0.009	0.003	0.66	0.037	0.0030	0.0050	0.0020	0.0002	-
													实施例7	0.57	0.10	0.83	0.010	0.002	0.72	0.027	0.0030	0.0040	0.0030	0.0003	-
实施例8	0.58	0.25	0.50	0.010	0.003	0.20	0.080	0.0020	0.0020	0.0040	0.0003	-
													实施例9	0.59	0.20	0.62	0.008	0.003	0.57	0.020	0.0020	0.0030	0.0030	0.0002	-
实施例10	0.60	0.15	0.73	0.008	0.002	0.30	0.044	0.0020	0.0030	0.0040	0.0002	-
													对比例1	0.15	0.35	1.65	0.015	0.005	0.25	0.056	-	-	-		Mo：0.15

表2

1、力学性能试验：

对本发明实施例1-10及对比例1的耐磨钢板分别进行力学性能测试，获得的结果如表3所示。

表3

从表3中可以看出，本发明实施例1-10的耐磨钢板，其布氏硬度为150-300HB，以上说明本发明的经济型耐磨钢板具有较高的硬度，明显优于对比例1的耐磨钢板。

2、显微组织：

对实施例6的耐磨钢板进行检测获得其球化退火组织如图1所示，其为均匀的球化退火组织，这保证了钢板具有良好的的力学性能、耐磨性和优异的加工性能。

本发明的耐磨钢板通过合理设计各化学成分并严格控制了碳和合金的含量，且通过加热和退火热处理等工艺获得的耐磨钢板具有较高的硬度和耐磨性，具有易切割等机械加工性能，严格控制了合金成本，具有很强的适用性。本发明各实施例获得的耐磨钢板，其显微组织为球化退火组织，布氏硬度为150-300HB。

Claims (10)

1.一种经济型耐磨钢板，其化学成分的重量百分比为：C：0.50～0.60%，Si：0.10～0.50%，Mn：0.50～1.50%，P≤0.015%，S≤0.010%，Cr：0.20～1.00%，Al：0.010～0.080%，0.0010%≤Ca≤0.0080%，N≤0.0080%，O≤0.0080%，H≤0.0004%，其余为Fe和不可避免的杂质；其布氏硬度为150-300HB，其显微组织为球化退火组织。

2.如权利要求1所述的经济型耐磨钢板，其特征在于，C：0.51～0.60%；Si：0.10～0.40%，以重量百分比计。

3.如权利要求1所述的经济型耐磨钢板，其特征在于，Mn：0.50～1.30%；Cr：0.30～0.90%，以重量百分比计。

4.如权利要求1所述的经济型耐磨钢板，其特征在于，P≤0.012%；S≤0.005%，以重量百分比计。

5.如权利要求1所述的经济型耐磨钢板，其特征在于，Al：0.020-0.060%，以重量百分比计。

6.如权利要求1所述的经济型耐磨钢板，其特征在于，0.0010%≤Ca≤0.0050%，以重量百分比计。

7.如权利要求1所述的经济型耐磨钢板，其特征在于，N≤0.0050%；O≤0.0050%；H≤0.0003%，以重量百分比计。

8.权利要求1-7任一所述的经济型耐磨钢板的制造方法，包括如下步骤：按上述化学成分配比冶炼，经铸造、加热、轧制和热处理步骤获得所述经济型耐磨钢板；其中，所述加热步骤中，加热温度为1000-1250℃，保温时间2～3小时；所述轧制步骤中，采用自由轧制，轧后空冷；所述热处理步骤中，采用球化退火，加热温度为600-800℃，保温时间为4-10小时，之后随炉自然冷却；所获得的经济型耐磨钢板的布氏硬度为150-300HB，其显微组织为球化退火组织。

9.如权利要求8所述的经济型耐磨钢板的制造方法，其特征在于，所述加热步骤中，加热温度为1050-1250℃；更优选的，加热温度为1080-1250℃；最优选的，加热温度为1100-1250℃；在所述热处理步骤中，加热温度为620-800℃；更优选的，加热温度为650-800℃；最优选的，加热温度为670-800℃。

10.如权利要求8或9所述的经济型耐磨钢板的制造方法，其特征在于，轧后空冷采用轧后堆垛空冷。

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