CN105063305A - 一种高碳耐磨钢板的快冷方法 - Google Patents

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Abstract

一种高碳耐磨钢板的快冷方法，其包括如下步骤：将轧制后的高碳耐磨钢板送入快冷区域，对高碳耐磨钢板上下表面进行在线喷水冷却，冷却速率≥20℃/s，其中，高碳耐磨钢板进入快冷区域的开冷温度≥800℃，输出快冷区域的终冷温度≤100℃；所述冷却过程依次包括第一中压段冷却、第二中压段冷却、低压段冷却。本发明处理后高碳耐磨钢板的抗拉强度Rm为650～800MPa，屈服强度Rp0.2为400～480MPa，延伸率＞15％，冲击功AKV＞80J，硬度HB＞50HBW，其中韧性指标明显提高。本发明的快冷工艺已经投入工业运行，成本大幅下降，产品质量稳定可靠。

Description

一种高碳耐磨钢板的快冷方法
技术领域
本发明涉及高碳耐磨钢技术领域，具体涉及一种高碳耐磨钢板的快冷方法。
背景技术
耐磨钢可分为高碳耐磨钢、低合金耐磨钢、铬钼硅锰钢、耐气蚀钢、耐磨蚀钢以及特殊耐磨钢等。耐磨钢广泛应用于矿山机械、煤炭采运、工程机械、农业机械、建材、电力机械、铁路运输等领域，例如，球磨机的钢球、衬板，挖掘机的斗齿、铲斗，各种破碎机的轧臼壁、齿板、锤头，拖拉机和坦克的履带板、风扇磨机的打击板，铁路辙叉，煤矿刮板输送机用的中部槽中板、槽帮、圆环链，推土机用铲刀、铲齿，大型电动轮车斗用衬板，石油和露天铁矿穿孔用牙轮钻头等等。
高碳耐磨钢出厂前要做水韧处理，水韧处理实际为一种固溶处理。由于高碳耐磨钢的铸态组织为奥氏体、碳化物及少量的相变产物珠光体所组成，沿奥氏体晶界析出的碳化物降低钢的韧性。为消除铸态组织中的碳化物，需要轧制后的钢板进行离线固溶热处理，即对将轧制后冷却至室温的钢重新加热至奥氏体区温度并保温一段时间，使铸态组织中的碳化物基本上都固溶到奥氏体中，然后快速冷却，从而得到单一的过冷奥氏体组织。这就要求钢厂在实际生产线上安装专用水韧处理设备，如辊底式热处理炉或其他形式的热处理炉，将钢板从室温加热到奥氏体区温度，保温一段时间后喷淋冷却至室温，得到单一奥氏体组织。但这一技术的缺点是水韧处理要消耗比较高的能源，能源消耗平均为750～800元/吨钢，而且碳排放多，不符合节能环保要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高碳耐磨钢板的快冷方法，替代高碳耐磨钢板出厂前传统的离线水韧处理工艺，该快冷方法更加节能环保，加工后高碳耐磨钢板的抗拉强度Rm为650～800MPa，屈服强度Rp0.2为400～480MPa，延伸率＞15％，冲击功AKV＞80J，硬度HB＞50HBW，使用性能稳定可靠。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种高碳耐磨钢板的快冷方法，其包括如下步骤：将轧制后的高碳耐磨钢板送入快冷区域，对高碳耐磨钢板上下表面进行在线喷水冷却，冷却速率≥20℃/s，其中，高碳耐磨钢板进入快冷区域的开冷温度≥800℃，输出快冷区域的终冷温度≤100℃，再空冷至室温。
所述冷却过程依次包括第一中压段冷却、第二中压段冷却、低压段冷却；其中，所述第一中压段冷却中喷水压力为1.8～2.0MPa，所用总水量为7～10m3/h；所述第二中压段冷却中喷水压力为0.8～1.0MPa，所用总水量为693～990m3/h；所述低压段冷却中喷水压力为0.4～0.6MPa，所用总水量为2352～3360m3/h。
所述高碳耐磨钢板的化学成分质量百分比为：C：0.90～1.20％，Si≤0.40％，Mn：6.00～9.00％，P≤0.03％，S≤0.02％，Cr：0.30～3.00％，Mo：0.10～2.00％，V：0.10～2.00％，其余为Fe和以及不可避免的杂质。
进一步，本发明得到的高碳耐磨钢板的抗拉强度Rm为650～800MPa，屈服强度Rp0.2为400～480MPa，延伸率＞15％，冲击功AKV＞80J，硬度HB＞50HBW。
经过本发明快冷处理之后的钢板由辊道送往钢板冷床或直接由行车吊运下线，进行后续分段定尺等工序处理。
本发明所述的快冷方法中：
(1)所述冷却过程中控制冷却速度≥20℃/s，高碳耐磨钢板在冷却过程中碳化物在450～850℃会快速析出，但快速冷却可以使得碳化物来不及析出，因此，冷却速度对产品的性能有很大的影响。
当冷却速度＞20℃/s时，晶界处非常干净，未见碳化物的聚集，不存在碳化物析出的动力学条件，来不及析出；但当冷却速度＜20℃/s时，晶界处出现明显的网状碳化物分布，碳化物有充足的析出时间，导致冲击功大幅下降，产品性能不合格。
(2)本发明控制钢板开冷温度≥800℃，开冷温度的高低直接影响高碳耐磨钢板在冷却过程中碳化物的析出行为。开冷温度高时，碳化物来不及析出，但开冷温度＜800℃时，碳化物有充足的析出时间，晶界上不可避免会出现大量网状碳化物，导致碳化物快速析出，影响冲击韧性。所以需要将开冷温度控制在≥800℃，才能保证产品性能合格。
(3)本发明控制终冷温度≤100℃，终冷温度也强烈影响碳化物的析出。当终冷温度＞100℃时，冷却强度不够，碳化物不稳定，容易重新析出，导致冲击功能急剧下降，性能不合格。
(4)所述第一中压段冷却中喷水压力为1.8～2.0MPa，所用总水量为7-10m3/h。轧制矫直后钢板表面温度保持在850～950℃，如果不喷水冷却，其冷却速度非常缓慢。要达到冷却速度≥20℃/s的要求，钢板进入第一中压段后，必须要求设计相对高的水压(1.8～2.0MPa)和较小的总水量(7～10m3/h)，钢板经过第一中压段的冷却后，表面温度急剧降至20℃以下，但钢板芯部仍然达到500～700℃，所以还需要进一步冷却。
第二中压段冷却中喷水压力为0.8～1.0MPa，所用总水量为693～990m3/h：为了进一步通过热交换将钢板芯部的热量带走，钢板进入第二中压段继续冷却，适当的降低水压至0.8～1.0MPa，大幅提高总水量至693～990m3/h。钢板芯部温度在30秒内急剧降至200℃以下，避免碳化物的析出；进一步降低钢板表面芯部的温差，避免钢板发生翘曲变形。
低压段冷却中喷水压力为0.4～0.6MPa，所用总水量为2352～3360m3/h：钢板进入低压段冷却，进一步降低水压至0.4～0.6MPa，但大幅度提高总水量至2352～3360m3/h，可以快速降低钢板表面与芯部的温度差，确保钢板各个部位组织稳定，碳化物仍然固溶在奥氏体基体中不析出，保证性能均匀稳定。
本发明将经过轧制后的高碳耐磨钢板在到达开冷温度时由辊道送入本发明的快速冷却区域，进行在线喷水来控制水韧处理，替代高碳耐磨钢板出厂前传统的离线水韧处理。应用本发明的快冷方法，只需在轧钢厂热矫直后添置一台水冷设备，通过向带有较高余温的钢板喷淋冷却水，将其迅速冷却到≤100℃，再空冷至室温，即可达到水韧处理的材料性能要求，确保产品在出厂前不需要再做水韧处理。
本发明利用钢板轧制后的余温，只需用水路向钢板上下表面喷淋冷却水即可，不需要额外加热，即可完成在线水韧处理，所以省略了传统离线水韧处理中重新加热所需的大量能源，将能源消耗降至平均为250～300元/吨钢，符合节能环保的要求。
本发明的有益效果：
1)本发明设计的快冷工艺合理，高碳耐磨钢板经过快冷后性能指标完全达到产品技术要求，性能优良，具体如下：抗拉强度Rm为650～800MPa，屈服强度Rp0.2为400～480MPa，延伸率＞15％，冲击功AKV＞80J，硬度HB为＞50HBW。其中，韧性指标明显提高，具体是处理前的高碳耐磨钢板的平均冲击功为58J，经过本发明快冷处理后钢板的平均冲击功为128J，提高120％以上。
2)本发明利用钢板轧制余温实现在线水韧处理，减少了离线水韧处理重新加热的能源消耗，使平均吨钢成本下降500元。目前本发明已投入运行，运行质量良好，累计生产钢板5000吨，一年可节约成本250万元。
附图说明
图1为本发明实施例1钢的金相组织照片。
图2为对比例1钢的金相组织照片。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的进一步说明。
本发明实施例中涉及的钢种是BTW1，系高碳高锰耐磨钢。表1为本发明实施例钢板的快冷工艺参数，表2为本发明实施例钢板的性能。
从实施例1和对比例1的钢板上取样，进行金相组织观察分析，实施例1、对比例1的金相组织照片如图1、图2所示。由图1可知，本发明钢的金相组织中无碳化物析出，由图2可知，对比例1钢的金相组织中有大量网状碳化物析出。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (2)

1.一种高碳耐磨钢板的快冷方法，其包括如下步骤：
将轧制后的高碳耐磨钢板送入快冷区域，对高碳耐磨钢板上下表面进行在线喷水冷却，冷却速率≥20℃/s，其中，高碳耐磨钢板进入快冷区域的开冷温度≥800℃，输出快冷区域的终冷温度≤100℃，再空冷至室温；
所述冷却过程依次包括第一中压段冷却、第二中压段冷却、低压段冷却；所述第一中压段冷却中喷水压力为1.8～2.0MPa，所用总水量为7～10m3/h；所述第二中压段冷却中喷水压力为0.8～1.0MPa，所用总水量为693～990m3/h；所述低压段冷却中喷水压力为0.4～0.6MPa，所用总水量为2352～3360m3/h；
所述高碳耐磨钢板的化学成分质量百分比为：C：0.90～1.20％，Si≤0.40％，Mn：6.00～9.00％，P≤0.03％，S≤0.02％，Cr：0.30～3.00％，Mo：0.10～2.00％，V：0.10～2.00％，其余为Fe和以及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高碳耐磨钢板的快冷方法，其特征在于，所得到的高碳耐磨钢板的抗拉强度Rm为650～800MPa，屈服强度Rp0.2为400～480MPa，延伸率＞15％，冲击功AKV＞80J，硬度HB＞50HBW。
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