CN103789655A - 一种在线淬火生产Nb合金化高强度耐磨钢板的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于耐磨钢板生产技术领域，特别涉及了一种在线淬火生产Nb合金化NM500高强度耐磨钢板的方法，通过冶炼、浇铸、轧制、在线淬火和回火的步骤制造，所述的耐磨钢板含有下列质量百分比的化学成分：C：0.25-0.45%，Si：0.2-1.0%，Mn：1-2%，P：≤0.03%，S：≤0.03%，Cr：0.5-1.0%，Ti：0.01-0.03%，B：0.0005-0.002%，Nb：0.02-0.04%，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明的低合金耐磨钢成本低、强度高、流程短、能耗少，可以应用于工程机械、采矿设备以及运输机械装置等。

Description

一种在线淬火生产Nb合金化高强度耐磨钢板的方法

技术领域

本发明属于耐磨钢生产技术领域，特别涉及一种通过在线淬火生产Nb合金化NM500耐磨钢板的方法。

背景技术

耐磨钢是广泛应用于各类磨损工况的一类钢铁材料，如冶金、矿山、建材、电力、铁路和军事等各个领域中，重点部件包括挖掘机斗齿、球磨机衬板、破碎机颚板、轧臼壁和拖拉机履带板等等。随着机械设备向着大功率、高速度方向发展，以及机械设备在苛刻工矿下的应用，使得机械零件的磨损越来越严重，不仅维修费用增大，而且甚至是整个机械设备丧失功能，发展高级别耐磨钢是一个重要发展趋势。

通过增加碳含量及钼、镍等贵重合金元素的含量，虽然提高了耐磨钢的硬度级别，但是对耐磨钢的焊接性能和低温韧性容易造成不利的影响，并且提高了生产成本。研究表明，加入少量Nb元素，在细晶强化和析出强化的综合作用下，能够同时提高低碳钢的强度和韧性，同时Nb元素能够有效地提高淬透性，Nb元素的这些特性对提高耐磨钢的性能有重要意义。

现有技术中关于耐磨钢的生产方式介绍，如CN102943213A、CN103114252A、CN103243277A、CN103266269A、公开的成分中主要使用Mo或者Ni元素，而未添加Nb元素。CN102230135A中虽然未使用Mo、Ni元素，但也未加Nb元素。CN102676922A中则采用Mo、Ni、Nb复合添加的成分设计。单独添加Nb元素的方法比较少见。

综上，现有耐磨钢技术并未采用Nb合金化的思路去提高耐磨钢的性能，而主要添加Mo、Ni等贵重元素，因此生产成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供含Nb耐磨钢的生产方法，通过合理的成分设计以及轧制和热处理工艺，获得低成本、高性能、能耗少的耐磨钢。

本发明的工艺步骤如下：

一种在线淬火方式生产低成本高强度含Nb耐磨钢，通过冶炼、浇铸、轧制、在线淬火和回火的步骤制造，具体制备步骤如下：

1、冶炼和浇铸：以下化学成分按质量百分比进行熔炼并浇铸成铸锭：C：0.25-0.45%，Si：0.2-1.0%，Mn：1-2%，P：≤0.03%，S：≤0.03%，Cr：0.5-1.0%，Ti：0.01-0.03%，B：0.0005-0.002%，Nb：0.02-0.04%，其余为Fe和不可避免的杂质。

2、轧制：对铸坯进行轧前加热，加热温度为1100-1300℃，加热时间为1-3小时。采用两阶段控轧，粗轧开轧温度在1000-1100℃，粗轧累计压下率不小于40%，精轧开轧温度为950-1050℃，终轧温度在800-900℃，其中精轧累计压下率至少50%。

3、在线淬火：将轧制后的钢板直接淬火，开冷温度为800-900℃，终冷温度低于150℃，冷却速率不低于20℃/s，然后空冷至室温。

4、回火：将在线淬火后的钢析加热到100-300℃，保温0.5-2h，然后空冷至室温，得到Nb合金化NM500耐磨钢板。

所述耐磨钢板的力学性能范围为：抗拉强度1700-2200MPa，断后伸长率不小于10%，-20℃冲击功不低于30J，表层布氏硬度不小于HBW520。

所述耐磨钢使用状态的组织为：具有细小弥散碳氮化铌钛粒子和过渡碳化物分布的回火马氏体。

精轧后的钢板厚度为10-20mm。

本发明中，耐磨钢的化学成分含量及主要作用如下：

碳(C):碳是影响耐磨钢各项性能的主导元素，也是提高强度最廉价的元素。增加碳含量，能够显著提高钢的强度、硬度以及淬透性，但是碳含量的增加会影响钢的韧性和焊接性能。因此综合考虑，本研究中碳含量设定在0.25%-0.45%。

硅(Si):硅对提高钢的强度、冷加工硬化程度以及抑制碳化物的形成有一定的影响，但是过量的硅使钢变脆，并且使焊接性能恶化。因此本发明中硅含量在0.2-1.0%之间。

锰(Mn):锰的固溶强化作用对耐磨钢的强度和硬度很重要的作用，一定量的锰能够与硫结合，改善钢的热加工性能，锰含量过高会引起偏析，因此本发明中，锰含量控制在1-2%之间。

铬(Cr):铬能够显著提高钢的淬透性和耐磨性，一定量的铬元素提高钢的耐蚀性能，本发明中，铬含量在Cr：0.5-1.0%之间。

钛(Ti):钛元素主要起“固氮护硼”作用，通过钛元素与氮元素优先形成氮化钛，保护硼元素。除此之外，铌钛复合的细小析出物，有利于提高钢的强度，本发明中，钛元素的含量在小于0.03%。

硼(B):微量的硼元素在低、中结构钢中对提高产品的淬透性有显著作用，但是一般情况下硼含量的质量分数小于0.004％。当硼含量大于0.004％时会强烈的降低钢的韧性。因此本发明中B含量小于0.002％。

铌(Nb):铌是本发明中非常重要的元素。铌能够明显提高钢的淬透性，有利于获得马氏体组织。同时铌在晶界处偏聚抑制了加热过程中奥氏体晶粒的长大，获得了较小的原始奥氏体晶粒，另一方面在轧制过程中由于形变诱导作用，析出弥散分布的细小含铌析出物，在细晶强化和析出强化的综合作用下，能够同时提高耐磨钢的强度和韧性。

本发明具有如下优点：

（1）本发明钢的化学成分设计不含Mo、Ni等贵重元素，通过加入少量Nb元素，在提高淬透性的同时，通过细晶强化和析出强化作用提高了耐磨钢的强度和韧性，实现具有低成本、高性能的耐磨钢。

（2）本发明中采用直接淬火工艺，避免了传统淬火工艺中的再加热过程中，缩短了生产流程，节约了能源，提高了生产效率，另一方面，采用在线淬火工艺，保留了轧制钢中的位错和缺陷，进一步提高了耐磨钢的强度和硬度。

附图说明

图1是本发明第一实施例的低成本高强度含Nb耐磨钢板的扫描组织图。

图2是本发明第二实施例的低成本高强度含Nb耐磨钢板的扫描组织图。

图3是本发明第一实施例的低成本高强度含Nb耐磨钢板回火后的析出粒子。

具体实施方式

实施例1

Nb合金化NM500高强度耐磨钢板，厚度12mm:

本实施例的Nb合金化NM500高强度耐磨钢板的化学成分按质量百分比为：C：0.32%，Si：0.33%，Mn：1.5%，P：0.027%，S：0.004%，Cr：0.5%，Ti:0.015%，B：0.001%，Nb：0.021%，其余为Fe和不可避免的杂质。

以上化学成分按质量百分比进行熔炼并浇铸成铸锭，对铸坯进行轧前加热，加热温度为1200℃，加热时间为1.5小时。采用两阶段控轧，粗轧开轧温度在1050℃，粗轧累计压下率为47.5%，精轧开轧温度为950℃，终轧温度在850℃，精轧累计压下率61.2%，精轧后的板厚为12mm，将轧制后的钢板直接淬火，淬火温度为850℃，终冷温度100℃，然后空冷至室温。将淬火后的钢板加热到200℃，保温0.5h，然后空冷至室温，得到所述Nb合金化NM500高强度耐磨钢板。

本实施例耐磨钢板的力学性能范围为：抗拉强度1818MPa，断后伸长率为12.1%，-20℃冲击功30J，表层布氏硬度为HBW550。

实施例2

Nb合金化NM500高强度耐磨钢板，厚度12mm:

本实施例的Nb合金化NM500高强度耐磨钢板的化学成分按质量百分比为：C：0.32%，Si：0.33%，Mn：1.5%，P：0.027%，S：0.004%，Cr：0.5%，Ti:0.015%，B：0.001%，Nb：0.021%，其余为Fe和不可避免的杂质。

以上化学成分按质量百分比进行熔炼并浇铸成铸锭，对铸坯进行轧前加热，加热温度为1200℃，加热时间为1.5小时。采用两阶段控轧，粗轧开轧温度在1050℃，粗轧累计压下率为47.5%，精轧开轧温度为950℃，终轧温度在900℃，精轧累计压下率61.2%，精轧后的板厚为12mm，将轧制后的钢板直接淬火，淬火温度为900℃，终冷温度100℃，然后空冷至室温。将淬火后的钢析加热到200℃，保温0.5h，然后空冷至室温，得到所述Nb合金化NM500高强度耐磨钢板。

本实施例耐磨钢板的力学性能范围为：抗拉强度1786MPa，断后伸长率13.4%，-20℃冲击功约43J，表层布氏硬度为HBW525。

Claims (4)

1.一种在线淬火生产Nb合金化高强度耐磨钢板的方法，通过冶炼、浇铸、轧制、在线淬火和回火的步骤制造，其特征在于：具体制备步骤如下：

（1）冶炼和浇铸：以下化学成分按质量百分比进行熔炼并浇铸成铸锭：C：0.25-0.45%，Si：0.2-1.0%，Mn：1-2%，P：≤0.03%，S：≤0.03%，Cr：0.5-1.0%，Ti：0.01-0.03%，B：0.0005-0.002%，Nb：0.02-0.04%，其余为Fe和不可避免的杂质；

（2）轧制：对铸坯进行轧前加热，加热温度为1100-1300℃，加热时间为1-3小时；采用两阶段控轧，粗轧开轧温度在1000-1100℃，精轧开轧温度为950-1050℃，终轧温度在800-900℃，其中精轧累计压下率至少50%；

（3）在线淬火：将轧制后的钢板直接淬火，淬火开冷温度在800-900℃之间，终冷温度低于150℃，冷却速率不低于20℃/s，然后空冷至室温；

（4）回火：将在线淬火后的钢板加热到100-300℃，保温0.5-2h，然后空冷至室温，得到Nb合金化NM500高强度耐磨钢板。

2.如权利要求书1所述的在线淬火生产Nb合金化高强度耐磨钢板的方法，其特征在于：所述耐磨钢板的力学性能范围为：抗拉强度1700-2200MPa，断后伸长率不小于10%，-20℃冲击功不低于30J，表层布氏硬度不小于HBW520。

3.如权利要求书1所述的在线淬火生产Nb合金化高强度耐磨钢板的方法，其特征在于：耐磨钢板使用状态的组织为：具有细小弥散碳氮化铌钛粒子和过渡碳化物分布的回火马氏体。

4.如权利要求1所述的在线淬火生产Nb合金化高强度耐磨钢板的方法，其特征在于：精轧后的钢板厚度为10-20mm。

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