CN104451436A

CN104451436A - 贝氏体-马氏体-奥氏体复相耐磨钢板及制造方法

Info

Publication number: CN104451436A
Application number: CN201410743570.XA
Authority: CN
Inventors: 梁小凯; 孙新军; 李昭东; 雍岐龙
Original assignee: ADVANCED STEEL TECHNOLOGY Co Ltd; Central Iron and Steel Research Institute
Current assignee: ADVANCED STEEL TECHNOLOGY Co Ltd; Central Iron and Steel Research Institute
Priority date: 2014-12-08
Filing date: 2014-12-08
Publication date: 2015-03-25

Abstract

一种贝氏体-马氏体-奥氏体复相耐磨钢板及制造方法，属于合金钢技术领域。该钢板的化学组成按重量百分含量为：C：0.20-0.40；Mn：0.30-1.50；Si：0.80-1.20；Cr：0.60-1.00；Ni：0.20-0.60；Mo：0.20-0.40；Cu：0.20-0.50；B：0.0005-0.003；S≤0.010，P≤0.015，余量为Fe和不可避免的杂质元素。其制造方法是：转炉或电炉冶炼、炉外精炼、铸造、加热、轧制、冷却、热处理。根据上述成分及工艺，轧材可得到贝氏体-马氏体-残余奥氏体复相组织，残余奥氏体体积分数5-15％，材料的屈服强度大于1000MPa，抗拉强度大于1300MPa，延伸率大于15％，硬度HB420-500，机加工性能及焊接性能满足设备制造要求；磨粒磨损耐磨性达到Hardox450的1.3倍以上，弱酸性环境工况下达到Hardox450的1.5倍以上。

Description

贝氏体-马氏体-奥氏体复相耐磨钢板及制造方法

技术领域

本发明属于合金钢技术领域，特别是提供了一种贝氏体-马氏体-奥氏体复相组织耐磨钢板及制造方法。

背景技术

耐磨钢广泛应用于工作条件特别恶劣，要求高强度、高耐磨性能的工程、采矿、建筑、农业、水泥生产、港口、电力以及冶金等机械产品上，如刮板运输机、转载机、挖掘机、自卸车及各种矿山机械等。传统低合金耐磨钢的组织通常选择单相马氏体，提高其耐磨性的主要方法是提高碳含量和马氏体的硬度，据此开发出布氏硬度HB360～600不同级别耐磨钢。然而，随着硬度的增加，钢的加工性和焊接性将严重恶化，难以满足装备制造相关要求。因此，如何在不提高硬度的前提下大幅改善钢的耐磨性，成为当前冶金和耐磨行业亟待解决的关键技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种贝氏体-马氏体-奥氏体复相耐磨钢板及制造方法，解决了现有高硬度耐磨钢加工性能差、难以满足设备制造要求的难题。

本发明复相组织提高耐磨性的原理是：一方面，具有极高硬度的富碳马氏体(局部碳含量可达1％)弥散分布于贝氏体铁素体基体中，起到支撑和保护基体作用，大大减轻了磨料对基体的磨损；另一方面，残余奥氏体在摩擦形变过程中转变为马氏体，提高了表面硬度，进一步改善耐磨性。该复相组织耐磨钢的耐磨性可达相同硬度传统马氏体耐磨钢的1.3倍，而在弱酸性环境工况下中可达1.5倍。

该复相组织耐磨钢的化学组成按重量百分含量(wt.％)为C：0.20-0.40；Mn：0.30-1.50；Si：0.80-1.50；Cr：0.60-1.00；Ni：0.20-0.60；Mo：0.20-0.40；Cu：0.20-0.50；B：0.0005-0.003；S≤0.010，P≤0.015，余量为Fe和不可避免的杂质元素。

本发明各元素的作用及配比依据如下：

碳：提高贝氏体和马氏体的强度和硬度；提高未转变奥氏体的稳定性，增加残余奥氏体和马氏体比例。本发明钢控制碳含量为0.20-0.40％，碳含量低于0.20wt.％，复相组织中马氏体和残余奥氏体体积分数较低，耐磨性改善不明显；碳含量高于0.40wt.％，则钢的加工性和焊接性恶化。

硅：抑制贝氏体相变过程中渗碳体的形成，促进碳在未转变奥氏体中富集，提高残余奥氏体及马氏体比例。当硅含量低于0.80wt.％，上述作用效果不明显，当硅含量高于1.50wt.％时，明显降低钢的韧性及焊接性能。综合上述考虑，本发明钢硅含量范围为0.80-1.50wt.％。

锰：抑制高温铁素体相变，促进贝氏体形成；提高未转变奥氏体稳定性，增加残余奥氏体和马氏体比例。但锰含量较高时，其在铸坯中的偏析倾向增加，钢的回火脆性敏感性增大，另外对焊接性能不利。本发明钢锰含量范围为:0.30-1.50wt.％。

钼：强烈抑制高温相变，促进贝氏体形成；降低回火脆性，提高钢的耐延迟断裂性能。钼含量低于0.10wt.％时，上述作用不明显，超过0.40wt.％时，作用效果达到饱和，且成本较高。本发明控制钼含量范围为0.10-0.40wt.％。

铬：提高钢的淬透性和耐腐蚀性能，但过高的铬降低加工性和焊接性，本发明控制含铬量为0.60-1.00wt.％。

镍：明显改善钢的低温韧性，提高钢的耐蚀性能。本发明控制镍含量范围为0.20-0.60wt.％。

铜：提高钢耐腐蚀性能。本发明钢控制铜含量范围为0.20-0.50wt.％。

硼：强烈偏聚于奥氏体晶界及其它晶体缺陷处，加入微量硼即可显著提高淬透性，但硼含量超过0.003wt.％后上述作用饱和，而且还可能形成各种对热加工性能和韧性不利的含硼析出相，因此硼含量应控制在0.0005-0.003wt.％范围内。

磷、硫作为杂质元素严重损害钢的韧塑性，含量分别控制在S≤0.005wt.％，P≤0.015wt.％。

该耐磨钢的制造方法，工艺依次包括：转炉或电炉冶炼、炉外精炼、板坯连铸(模铸)、加热、控制轧制、控制冷却、热处理；在工艺中控制的技术参数如下：

连铸坯或铸锭开坯后在加热炉中加热，加热温度为1100-1250℃，时间为1-5小时。

采用中厚板轧机轧制或热连轧：

中厚板轧机轧制工艺为：粗轧轧制3-8道次，精轧轧制5-14道次，终轧温度为800-950℃，轧后空冷或加速冷却，终冷温度为300-700℃。冷却后对钢板进行矫直。

热连轧工艺为：粗轧轧制3-8道次，将铸坯轧制成20-60mm厚度的中间坯，然后经6或7机架热连轧，终轧温度为800-950℃，轧后经层流冷却后卷取成钢卷，卷取温度为300-700℃。将钢卷开平后剪切成钢板，并在矫直机上进行矫直。

钢板热处理，包括淬火和回火。

淬火加热温度为860～940℃，加热时间为5-60分钟，采用40号机油淬火至300℃以下。过高的加热温度使奥氏体晶粒粗化，降低钢的韧塑性；过低的加热温度则明显降低钢的淬透性和厚规格钢板的心部硬度，不利于耐磨性。

回火温度为100-250℃，保温时间10-120分钟，保温后空冷。

通过上述工艺，该耐磨钢轧材可得到贝氏体-马氏体-残余奥氏体复相组织(如图1所示)，残余奥氏体体积分数5-15％(如图2所示)，材料的屈服强度大于1000MPa，抗拉强度大于1300MPa，延伸率大于10％，室温冲击功大于40J，钢板硬度HB420-500，机加工及焊接性能优良，能够满足设备机加工要求。材料耐磨粒磨损性能达到Hardox450的1.3倍以上，在弱酸性环境工况下可达Hardox450的1.5倍以上。

本发明的优点在于：

采用贝氏体-马氏体-奥氏体复相组织，在相同硬度条件下其耐磨性比传统马氏体钢明显改善，解决了传统马氏体钢耐磨性与加工性的突出矛盾，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明复相组织耐磨钢的扫描电镜微观组织，图中白色相为马氏体或残余奥氏体。

图2为本发明复相组织耐磨钢XRD谱。

具体实施方式：

实施例1：本发明的化学组成按重量百分含量(wt.％)为C：0.32；Si：1.12；Mn：0.53；Cr：090；Ni：0.45；Mo：0.31，Cu：0.32，S：0.005；P：0.005，余量为Fe及不可避免的杂质。制造工艺：转炉冶炼，LF精炼，板坯连铸，加热炉加热温度1220℃，开轧温度1100℃，终轧温度860℃，轧后空冷。热处理工艺：奥氏体化温度900℃，保温时间0.5小时，采用40号机油淬火至室温，然后200℃回火2小时空冷至室温。

实施例2：本发明的化学组成按重量百分含量(wt.％)为C：0.21；Si：1.13；Mn：1.47；Cr：0.51；Ni：0.51；Mo：0.32，Cu：0.35；S：0.005，P：0.015，余量为Fe及不可避免的杂质。制造工艺：转炉冶炼，LF精炼，板坯连铸，加热炉加热温度1250℃，开轧温度1100℃，终轧温度860℃，轧后空冷。热处理工艺：奥氏体化温度900℃，保温时间0.5小时，采用40号机油淬火至室温，然后200℃回火2小时空冷至室温。

实施例3：本发明的化学组成按重量百分含量(wt.％)为C：0.38；Si：0.95；Mn：0.95；Cr：0.82；Ni：0.58；Mo：0.38，Cu：0.45；S：0.005，P：0.015，余量为Fe及不可避免的杂质。制造工艺：转炉冶炼，LF精炼，板坯连铸，加热炉加热温度1220℃，开轧温度1100℃，终轧温度860℃，轧后空冷。热处理工艺：奥氏体化温度890℃，保温时间0.5小时，采用40号机油淬火至室温，然后200℃回火2小时空冷至室温。

本发明实施例和Hardox450耐磨钢力学性能与耐磨性能检测结果如表1所示。

表1本发明实施例和Hardox450耐磨钢力学性能与耐磨性能检测结果

Claims

1.一种贝氏体-马氏体-奥氏体复相耐磨钢板，其特征在于：该钢板的化学组成按重量百分含量为：C：0.20-0.40；Mn：0.30-1.50；Si：0.80-1.20；Cr：0.60-1.00；Ni：0.20-0.60；Mo：0.20-0.40；Cu：0.20-0.50；B：0.0005-0.003；S≤0.010，P≤0.015，余量为Fe和不可避免的杂质元素。

2.一种权利要求1所述的复相耐磨钢板的制备方法，工艺依次包括：转炉或电炉冶炼、炉外精炼、板坯连铸、加热、控制轧制、控制冷却、热处理；其特征在于：在工艺中控制的技术参数如下：其特征在于：

(1)连铸坯或铸锭开坯后在加热炉中加热，加热温度为1050-1220℃，时间为1-5小时；

(2)采用中厚板轧机轧制或热连轧：

中厚板轧机轧制工艺为：粗轧轧制3-8道次，精轧轧制5-14道次，终轧温度为800-950℃，轧后空冷或加速冷却，终冷温度为300-700℃，冷却后对钢板进行矫直；

热连轧工艺为：粗轧轧制3-8道次，将铸坯轧制成20-60mm厚度的中间坯，然后经6或7机架热连轧，终轧温度为800-950℃，轧后经层流冷却后卷取成钢卷，卷取温度为300-700℃；将钢卷开平后剪切成钢板，并在矫直机上进行矫直；

(3)淬火和回火工艺：

淬火加热温度为860～940℃，加热时间为5-60分钟，钢板加热后采用40号机油淬火至300℃以下；

回火温度为100-250℃，保温时间10-120分钟，保温后空冷。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：轧后钢板得到贝氏体-马氏体-残余奥氏体复相组织，残余奥氏体体积分数5-15％，材料的屈服强度大于1000MPa，抗拉强度大于1300MPa，延伸率大于15％，布氏硬度HB420-500，机加工性能及焊接性能满足设备制造要求。