CN103194686A

CN103194686A - 一种易加工耐磨钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN103194686A
Application number: CN2013101051449A
Authority: CN
Inventors: 李红斌; 姚连登; 华蔚; 刘自成; 顾友明; 鲁岩; 苗雨川; 张向葵
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2033-03-28
Also published as: CN103194686B

Abstract

本发明提供了一种易加工耐磨钢板及其制造方法，其化学成分的重量百分比为：C：0.35～0.45%，Si：0.10～0.50%，Mn：0.50～1.00%，P≤0.015%，S≤0.010%，Cr：0.50～1.50%，Mo：0.10～0.60%，Ni：0.50～1.50%，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；其显微组织为球化退火组织，布氏硬度150-250HB，室温夏比V型纵向冲击功为70-135J。通过以上化学成分配比及轧制、退火热处理等工艺得到的耐磨钢板组织均匀，加工性能优异，尤其适用需要精细加工且具有较佳耐磨性的机械设备。

Description

一种易加工耐磨钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及耐磨钢，特别是涉及一种易加工耐磨钢板及其制造方法；该易加工耐磨钢板的显微组织为球化退火组织，其布氏硬度为150-250HB，室温夏比V型纵向冲击功为70-135J。

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

本发明的目的在于提供一种易加工耐磨钢板及其制造方法，其布氏硬度为150-250HB，室温夏比V型纵向冲击功为70-135J，实现硬度和耐磨性的良好匹配，并具有优异的冲击性能，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：

本发明主要针对需要精细加工的耐磨材料设计了一种易加工耐磨钢板，采用中碳低合金成分体系，适量添加铬、钼和镍等合金元素，保证钢板在具有良好的硬度和耐磨性的同时，具有较佳的综合性能，如冲击性能等，其组织性能十分均匀，尤其机械加工性能十分优异。

具体地，本发明的一种易加工耐磨钢板，其化学成分的重量百分比为：C：0.35～0.45%，Si：0.10～0.50%，Mn：0.50～1.00%，P≤0.015%，S≤0.010%，Cr：0.50～1.50%，Mo：0.10～0.60%，Ni：0.50～1.50%，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；其显微组织为球化退火组织，布氏硬度为150-250HB，室温夏比V型纵向冲击功为70-135J。

本发明所涉及的易加工耐磨钢板的化学成分作用如下：

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，应合理控制本发明耐磨钢中的碳含量为0.35-0.45wt.%，优选为0.35-0.44wt.%。

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为0.10-0.50wt.%，优选地为0.10-0.45wt.%。

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0.50-1.00wt.%，优选为0.50-0.90wt.%。

铬：铬可以降低临界冷却速度、提高钢的淬透性。铬在钢中可以形成(Fe,Cr)₃C、(Fe,Cr)₇C₃和(Fe,Cr)₂₃C₇等多种碳化物，显著提高强度、硬度和耐磨性，铬可以提高钢在热处理过程中的稳定性。本发明耐磨钢中控制Cr含量为0.50-1.50wt.%，优选为0.50-1.20wt.%。

钼：钼可以细化晶粒，提高强度和韧性。钼在钢中存在于固溶体相和碳化物相中，因此，含钼钢同时具有固溶强化和碳化物弥散强化的作用。钼可以提高钢在热处理过程中的稳定性。因此本发明耐磨钢中控制钼含量为0.10-0.60wt.%，优选为0.10-0.50wt.%。

镍：镍能与铁以任何比例互溶，通过细化铁素体晶粒改善钢的韧性，镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性，镍具有明显降低冷脆转变温度的作用。镍可以改善钢的加工性。镍含量过多会导致成本大大增加，综合考虑，本发明耐磨钢中控制镍含量为0.50-1.50wt.%，优选为0.50-1.20wt.%。

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控制在0.010-0.080wt.%，优选为0.020-0.080wt.%。

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≤0.012wt.%；控制硫含量≤0.010wt.%，优选为≤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能是十分不利的，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≤0.0050wt.%；控制氧含量≤0.0080wt.%，优选为≤0.0050wt.%；控制氢含量≤0.0004wt.%，优选为≤0.0003wt.%。

本发明的易加工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易加工耐磨钢板；其中在加热步骤中，加热到温度为1000-1250℃，保温时间为1～3小时；在轧制步骤中，采用自由轧制，轧后空冷；在热处理步骤中，采取球化退火，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。

优选的，在加热过程中，加热温度为1050-1250℃；更优选的，在加热过程中，加热温度为1080-1250℃；最优选的，在加热过程中，加热温度为1100-1250℃。

优选的，在热处理过程中，加热温度为620-800℃；更优选的，在热处理过程中，加热温度为650-800℃；最优选的，在热处理过程中，加热温度为670-800℃。

优选的，在轧制步骤中，采用轧后堆垛空冷。

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，采用中碳低合金成分体系，适量添加铬、钼和镍等合金元素，通过合金元素的细化强化作用以及退火过程的均匀化作用，使获得的耐磨钢板同时具有较高的硬度和较好的耐磨性、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。

本发明的易加工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，本发明的易加工耐磨钢板的合金成分以中碳低合金为主，充分利用C、Cr、Mo和Ni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，本发明的易加工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，本发明的易加工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150-250HB，室温夏比V型纵向冲击功为70-135J），尤其具有优异的机械加工性能。

4、从显微组织上看，本发明的易加工耐磨钢板，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，本发明的易加工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5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作进一步阐述，应明确，这些实施例仅用于对本发明的具体实施方式的描述，并不用于对本发明的保护范围构成任何限制。

以下实施例1-10的耐磨钢板和对比例1的钢板，其化学成分的重量百分比如表1所示；实施例1-10的耐磨钢板和对比例1的钢板的制造方法为：将相应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，控制各实施例及对比例1中的钢板化学元素重量百分配比，其中在加热步骤中，加热到温度为1000-1250℃，保温时间为1～3小时；在轧制步骤中，采用自由轧制，轧后空冷；在热处理步骤中，采取球化退火，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；实施例1-10的具体工艺参数如表2所示。

表1 单位：重量百分比

	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	Ni	Al	Ca	N	O	H
														实施例1	0.35	0.50	1.00	0.012	0.010	1.50	0.40	1.00	0.027	0.0080	0.0050	0.0040	0.0004
实施例2	0.37	0.25	0.85	0.008	0.003	0.71	0.36	0.75	0.035	0.0050	0.0030	0.0080	0.0002
														实施例3	0.38	0.45	0.93	0.015	0.005	1.20	0.35	0.59	0.060	0.0030	0.0080	0.0030	0.0003
实施例4	0.39	0.33	0.85	0.009	0.004	0.83	0.22	0.92	0.036	0.0020	0.0040	0.0040	0.0002
														实施例5	0.40	0.20	0.88	0.010	0.003	0.65	0.50	0.75	0.080	0.0010	0.0050	0.0030	0.0002
实施例6	0.41	0.28	0.95	0.010	0.002	0.72	0.28	0.50	0.057	0.0020	0.0050	0.0050	0.0003
														实施例7	0.42	0.35	0.60	0.009	0.003	0.89	0.35	0.63	0.044	0.0030	0.0030	0.0020	0.0002
实施例8	0.43	0.15	0.78	0.008	0.003	0.79	0.20	1.50	0.033	0.0020	0.0030	0.0030	0.0002
														实施例9	0.44	0.22	0.67	0.009	0.002	0.50	0.10	0.65	0.010	0.0010	0.0030	0.0040	0.0002
实施例10	0.45	0.10	0.50	0.008	0.002	0.67	0.26	0.83	0.039	0.0020	0.0040	0.0050	0.0002
														对比例1	0.15	0.35	1.65	0.015	0.005	0.25	0.15	-	0.056	-	-	-	-

表2

1、力学性能试验

对本发明实施例1-10及对比例1的耐磨钢板进行力学性能测试，其结果如表3所示。

表3

从表3可以看出，实施例1-10的耐磨钢板，其布氏硬度为150-250HB，说明本发明的耐磨钢板具有较高的硬度（明显优于对比例1），其室温夏比V型纵向冲击功为70-135J，说明本发明的耐磨钢板具有较佳的冲击韧性（优于对比例1）。

2、显微组织

将实施例5的耐磨钢板进行检测获得其显微组织，如图1所示，该显微组织为细小均匀的球化退火组织，这保证了钢板具有良好的力学性能、耐磨性和优异的加工性能。

本发明通过合理设计化学成分严格控制了碳和合金含量，进而控制合金成本。本发明的易加工耐磨钢板具有较高的硬度和耐磨性，易进行切割等机械加工，具有很强的适用性。其布氏硬度：150-250HB，室温夏比V型纵向冲击功为70-135J。

Claims

1.一种易加工耐磨钢板，其化学成分的重量百分比为：C：0.35～0.45%，Si：0.10～0.50%，Mn：0.50～1.00%，P≤0.015%，S≤0.010%，Cr：0.50～1.50%，Mo：0.10～0.60%，Ni：0.50～1.50%，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；其显微组织为球化退火组织，布氏硬度为150-250HB，室温夏比V型纵向冲击功为70-135J。

2.如权利要求1所述的易加工耐磨钢板，其特征在于，C：0.35～0.44%；Si：0.10～0.45%，以重量百分比计。

3.如权利要求1所述的易加工耐磨钢板，其特征在于，Mn：0.50～0.90%；Cr：0.50～1.20%，以重量百分比计。

4.如权利要求1所述的易加工耐磨钢板，其特征在于，Mo：0.10～0.50%；Ni：0.50～1.20%，以重量百分比计。

5.如权利要求1所述的易加工耐磨钢板，其特征在于，Al：0.020-0.080%；0.0010%≤Ca≤0.0050%，以重量百分比计。

6.如权利要求1所述的易加工耐磨钢板，其特征在于，N≤0.0050%；O≤0.0050%；H≤0.0003%；P≤0.012%；S≤0.005%，以重量百分比计。

7.如权利要求1-6任一所述的易加工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、轧制和热处理获得所述易加工耐磨钢板；其中，在加热步骤中，板坯加热温度为1000-1250℃，保温时间为1～3小时；在轧制步骤中，采用自由轧制，轧后空冷；在热处理步骤中，采用球化退火，退火加热温度为600-800℃，保温时间为4-10小时，随炉自然冷却；所获得的易加工耐磨钢板的显微组织为球化退火组织，其布氏硬度为150-250HB，室温夏比V型纵向冲击功为70-135J。

8.如权利要求7所述的易加工耐磨钢板的制造方法，其特征在于，在加热步骤中，板坯加热温度为1050-1250℃；更优选的，在加热步骤中，加热温度为1080-1250℃；最优选的，在加热步骤中，加热温度为1100-1250℃。

9.如权利要求7所述的易加工耐磨钢板的制造方法，其特征在于，在热处理步骤中，退火加热温度为620-800℃；更优选的，在热处理步骤中，退火加热温度为650-800℃；最优选的，在热处理步骤中，退火加热温度为670-800℃。

10.如权利要求7所述的易加工耐磨钢板的制造方法，其特征在于，在轧制步骤中，采用轧后堆垛空冷。