CN104818435B - 一种具有耐蚀性的nm400级耐磨钢板的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有耐蚀性的NM400级耐磨钢的制备方法，属于金属材料领域，该耐磨钢化学成分及其重量百分含量：C0.10～0.30％，Si0.20～0.60％，Mn1.0～1.60％，Cr0.20～0.80％，Mo0.15～0.40％，Ni0.10～0.60％，Cu0.20～0.50％，Ti0.01～0.045％，P0.01～0.02％，S0.001～0.002％，B 0.0008～003％，Al0.02～0.03％，Zr0.005～0.02％，余量为Fe。本发明添加适量微量元素，提高了耐磨钢的耐腐蚀性能，扩大了钢板的使用范围，延长使用寿命。可广泛应用于具有腐蚀环境的矿山机械上。

Description

一种具有耐蚀性的NM400级耐磨钢板的制备方法

技术领域：

本发明属于金属材料领域，涉及一种具有耐蚀性的NM400级耐磨钢板的制备方法。

背景技术：

耐磨钢是在工程上应用比较广泛的一种特殊材料，由于其具有的良好耐磨损性能，多用于与矿石、岩石、土砂等存在磨损的场合。常制成工程机械、矿山机械、煤矿机械、破碎机等机械零件。

低合金耐磨钢因其较为低廉的成本和优异的力学性能，是一种常用的耐磨材料。其合金元素总量小于5％，根据不同需求，添加适量的Mn、Si、Cr、Cu、Ni、Zr等一种或多种元素。同时，搭配多种热处理工艺，可以进一步提高其力学性能和焊接性能。

在煤矿、铁矿等矿山环境中，往往含有、、Cl^-等具有腐蚀性的液体或浆体，这使得矿山机械中与矿料接触的部分不仅承受了常规的磨损破坏，更要受到腐蚀的损害。然而现有的矿山机械用钢都是普通的耐磨钢，不具有耐腐蚀性能，因此，需要研发一种能够在矿山环境中承受腐蚀和磨损交叉作用的耐磨耐蚀合金钢。

部分合金元素对耐磨耐蚀合金钢的影响：Si：能够显著提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉，还有利于提高耐均匀腐蚀性，但过高的Si会降低氧化皮的剥落性，增加相应的缺陷。Mn：锰钢相比于一般的钢，具有足够的韧性、较高的强度和硬度。但超过2％的Mn会使焊接性能变差，晶界脆化敏感度变高。Cr：能显著提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性。Cu：能够提高钢的强度和韧性，特别是耐大气腐蚀的能力。Zr：锆是一个强碳、氮化物形成元素，也是一个强氧化物形成元素，钢中添加微量的Zr，能形成大量含锆复合氧化物夹杂，可以显著改善含Ti氧化物的形态，提高焊接性能。

发明内容：

本发明目的是针对上述技术需求，提供一种具有耐蚀性的NM400级耐磨钢板。

本发明目的是通过以下技术方案实现的：

一种具有耐蚀性的NM400级耐磨钢的制备方法，该合金钢化学成分及其重量百分含量：C0.10～0.30％，Si0.20～0.60％，Mn1.0～1.60％，Cr0.20～0.80％，Mo0.15～0.40％，Ni0.10～0.60％，Cu0.20～0.50％，Ti0.01～0.045％，P0.01～0.02％，0.001～0.002％，B0.0008～003％，Al0.02～0.03％，Zr0.005～0.02％，余量为Fe。包括冶炼、锻造、加热、轧制、在线淬火及在线回火步骤；

所述的耐磨钢板布氏硬度HBW≥370，抗拉强度≥1200MPa，-20℃纵向V型冲击功≥25J。

具体制备步骤如下：

(1)将备好的原材料，按成分配比放入真空冶炼炉中冶炼，炼好的铸坯切去冒口，锻成坯料，锻造方案为：铸坯加热到1100-1300℃，保温60-120分钟后出炉即锻，终锻温度≥1000℃，锻成所需坯料。

(2)板坯加热：加热温度为1180～1250℃，加热参考时间按8-10min/cm计算，以保证钢坯烧匀烧透，均热时间不少于60min，加热后进行轧制。

(3)轧制工艺：利用宽厚板轧机完成两阶段轧制。粗轧阶段进行≥1000℃的完全再结晶轧制，粗轧轧制3-9道次，保证钢坯展宽完毕最后三个道次压下率≥15％。精轧阶段开轧温度控制在900-1000℃，精轧轧制5-11道次，终轧温度控制在≥800℃，保证该阶段累计压下率≥50％。

(4)热处理工艺：轧后进行在线淬火+在线回火，将轧后的钢直接进行水冷，终冷温度控制在100-150℃之间，然后迅速加热至200-300℃，保温0.5-2h，空冷至室温，得到所述钢板。

本发明的优点在于：

适当添加Cu、Ni、Mn、Cr、Mo、Nb、Zr和B元素，钢板在表面布氏硬度HBW≥370，抗拉强度≥1200MPa，保证普通NM400的耐磨性和力学性能的基础上兼具有耐腐蚀性能。

说明书附图

图1：腐蚀实验装置示意图，

图2：干砂/橡胶轮磨损实验工作原理图，

图3：本发明钢最终组织图片。

具体实施方式：

腐蚀实验：

腐蚀实验采用溶液悬挂浸泡的方式进行，用尼龙绳将试样悬挂浸泡在溶液中，水浴箱温度保持35℃，烧杯中放置浓度为mol/L的Na₂SO₄溶液，用NaOH调节pH至8.5，用保鲜膜密封烧杯口，浸泡时间为72小时，每隔24小时更换一次溶液。

腐蚀试样加工成6mm25mm55mm的长方体，试样上部中间用钻头钻直径为Φ2.5mm的小孔，用于悬挂。用砂纸将试样六个面逐级打磨至600#，在用丙酮和无水乙醇清洗并吹干后，称取试样的质量作为初始质量，并测量试样的长宽高尺寸，计算试样的表面积。

腐蚀实验采用失重法测定试样的平均腐蚀速度。实验结束后用清洗液清除表面残留的腐蚀液及腐蚀产物，称量腐蚀后的试样重量，计算腐蚀速率：

$C.R.(\mathrm{mm}/y)=\frac{365\left(d\right)\×24\left(h\right)\×W\×10}{S\×72\left(h\right)\×D}$ 式(1.1)

W：重量减少(g)；S：表面积(cm²)；D：密度(g/cm³)

磨损实验：

磨损实验采用干砂/橡胶轮磨损测试。

将腐蚀后的试样进行磨损试验，试样经超声波丙酮清洗后称重并记录磨损前重量。干砂/橡胶轮磨损试验的具体参数设定为施加载荷130N，橡胶轮的转速为200r/min，石英砂的大小为40-70目，转数为6000r。每次磨损后的试样分别用丙酮超声波清洗，并用电子天平精确称重，记录磨损失重数据。

为实现本发明提供一种具有耐蚀性能的NM400级耐磨钢,本发明按表1所示化学成分进行转炉冶炼并浇注成连铸坯，将连铸坯加热后在宽厚板生产线轧机轧制，轧后对钢板进行淬火和回火处理。铸坯加热温度、终轧温度、在线淬火加热温度、在线回火温度等主要工艺参数见表2。表3是腐蚀和磨损试验数据。

表1本发明实施例1-3一种具有耐蚀性能的NM400级耐磨钢的化学成分(wt.％)

表2本发明实施例1-3一种具有耐蚀性能的NM400级耐磨钢主要生产工艺参数

实施例

钢板厚度

出炉温度

中间坯厚度

精轧终轧温

在线淬火温

在线回火

	/mm	/℃	/mm	度/℃	度/℃	温度/℃
							1	16	1225	56	925	918	205
2	25	1220	75	913	910	210
							3	30	1218	84	918	912	230

表3本发明实施例1-3一种具有耐蚀性能的NM400级耐磨钢实验数据

实施例	钢板厚度/mm	腐蚀速率mm/年	磨损失重/g	布氏硬度/HBW
					1	16	0.241	0.822	380
2	25	0.219	0.803	418
					3	30	0.234	0.789	402

Claims (1)

1.一种具有耐蚀性的NM400级耐磨钢板的制备方法，其特征在于化学成分及其重量百分含量C0.10～0.30％，Si0.20～0.60％，Mn1.0～1.60％，Cr0.20～0.80％，Mo0.15～0.40％，Ni0.10～0.60％，Cu0.20～0.50％，Ti0.01～0.045％，P0.01～0.02％，S0.001～0.002％，B0.0008～003％，Al0.02～0.03％，Zr0.005～0.02％，余量为Fe；包括冶炼、锻造、加热、轧制、在线淬火及在线回火步骤；所述的耐磨钢板布氏硬度HBW≥370，抗拉强度≥1200MPa，-20℃纵向V型冲击功≥25J；

其中所述冶炼、锻造步骤包括：

将备好的原材料，按成分配比放入真空冶炼炉中冶炼，炼好的铸坯切去冒口，锻成坯料，锻造方案为：铸坯加热到1100-1300℃，保温60-120分钟后出炉即锻，终锻温度≥1000℃，锻成所需坯料；

所述加热、轧制和在线淬火及在线回火步骤包括：

1)加热工艺：板坯加热温度为1180-1250℃，加热时间按8-10min/cm计算，以保证钢坯烧匀烧透，均热时间不少于60min，加热后进行轧制；

2)轧制工艺：利用实验室轧机完成两阶段轧制；粗轧阶段进行≥1000℃的完全再结晶轧制，粗轧轧制3-9道次，保证钢坯展宽完毕最后三个道次压下率≥15％；精轧阶段开轧温度控制在900-1000℃，精轧轧制5-11道次，终轧温度控制在≥800℃，保证该阶段累计压下率≥50％；

3)热处理工艺：轧后进行在线淬火+在线回火，将轧后的钢直接进行水冷，终冷温度控制在100-150℃之间，然后迅速加热至200-300℃，保温0.5-2h，空冷至室温，得到所述钢板。