CN105063497B

CN105063497B - 一种高耐磨性能易加工低合金耐磨钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN105063497B
Application number: CN201510594851.8A
Authority: CN
Inventors: 邓想涛; 王昭东; 王国栋
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2015-09-17
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2017-10-17
Anticipated expiration: 2035-09-17
Also published as: CN105063497A

Abstract

本发明提供了一种低合金耐磨钢板，所述耐磨钢板的成分按重量百分比计为：C 0.12～0.35％，Si 0.20～0.60％，Mn 0.80～1.60％，P≤0.015％，S≤0.004％，Mo 0.00～0.60％，V 0.000～0.040％，Cr0.00～1.20％，Ti 0.08～0.30％，Als 0.02～0.06％，B 0.0008～0.004％，N≤0.0045％，余量为Fe及不可避免的杂质。所述钢板力学性能优秀，其耐磨性能是同等级硬度条件下的1.3～3.0倍。本发明还提供了一种低合金耐磨钢板的制造方法，所述制造方法稳定可靠并且容易实施。

Description

一种高耐磨性能易加工低合金耐磨钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼领域，具体而言，涉及一种高耐磨性能易加工低合金耐磨钢板及其制造方法。

背景技术

低合金高强度耐磨钢板因合金含量低、综合性能良好、生产灵活方便、价格便宜等特点而被广泛应用于矿山机械、工程机械、水泥化工机械等设备或零件的制造，如刮板运输机，推土机，装载机，挖掘机，搅拌机，自卸式车厢及球磨机等，该类设备的工作条件恶劣，对钢板的性能要求极高，不但要求较高的力学性能，而且要求良好的耐磨性能。目前，生产低合金耐磨钢板的方法主要是靠TMCP或热处理的方法来得到具有较高硬度的基体，如马氏体、贝氏体以及马氏体/贝氏体组织基体等，从而来达到提高硬度和增强耐耐磨性能的目的。

然而，上述方法制造钢板的耐磨性均有一定的局限性，其耐磨性的提高主要是通过较相变强化得到高硬度的马氏体或贝氏体组织来实现。硬度的提高不可避免的会损失塑、韧性能、焊接性能和机加工性能，从而使得一些要求冷弯、焊接成型和严寒等地带要求高韧塑性的零部件无法使用；此外，硬度的提高使得部分制造业在使用该类钢板时，必须使用机加工性能极高的设备，才能加工该类钢板使之成为相应的零件，从而大大提高了制造业的制造成本。

如何在不增加或尽量少增加材料硬度的同时，提高钢铁材料的耐磨性，是本发明专利需要解决的关键技术问题。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术存在的缺陷不足，采用高钛(质量百分比含量在0.080％～0.30％)低合金的成分设计思路，并辅以TMCP和控制热处理相结合的方法，得到一种易加工高耐磨性能的低合金耐磨钢板及其制造方法，其耐磨性能的提高主要通过一定的相变强化和大量的碳化钛(TiC)或碳化钛钼((Ti,Mo)xC)析出粒子来实现的，该类耐磨钢板的耐磨性能是同等工况条件下相同硬度级别的普通低合金耐磨钢板的1.3～3.0倍。同时由于一定量的微合金元素Ti的加入，使得制造钢板的晶粒尺寸得到大大细化，有利于材料低温韧性的提高，从而为该类钢板在极寒等特许地带的使用提供了条件。此外，该类耐磨钢板在合金设计时还适当的添加一定量的Cr和Mo合金元素，提高了其耐蚀性能，也为得到高的耐磨、耐蚀性能提供保障。

本发明的第一目的在于提供一种高耐磨性能易加工低合金耐磨钢板，所述钢板相对于相同规格的钢板，在不增加或少量增加硬度的同时，具有高耐磨性以及耐腐蚀性。

本发明的第二目的在于提供一种所述的高耐磨性能易加工低合金耐磨钢板的制备方法，所述方法稳定可靠并且容易实施。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明的一个方面涉及一种低合金耐磨钢板，所述耐磨钢板的成分按重量百分比计为：C 0.12～0.35％，Si 0.20～0.60％，Mn 0.80～1.60％，P≤0.015％，S≤0.004％，Mo0.00～0.60％，V 0.000～0.040％，Cr 0.00～1.20％，Ti 0.08～0.30％，Als 0.02～0.06％，B 0.0008～0.004％，N≤0.0045％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明的钢板，其成分中的Ti含量较高，以此利用碳化钛(TiC)或碳化钛钼((Ti,Mo)C)析出粒子的超高硬度(～3200HV)阻止磨损过程中裂纹的发生和扩展，从而实现高的耐磨性的。

从节约成本的角度考虑，本发明中，优选的，所述述耐磨钢板的组分中不含Ni元素。

所述耐磨钢板的成分按重量百分比计为：C 0.12～0.18％，Si 0.20～0.55％，Mn1.00～1.60％，P≤0.015％，S≤0.004％，Mo 0.00～0.60％，V 0.00～0.040％，Cr 0.20～1.00％，Ti 0.08～0.30％，Als 0.02～0.04％，B 0.0008～0.004％，N≤0.0040％，余量为Fe及不可避免的杂质。

所述耐磨钢板的成分按重量百分比计为：C 0.19～0.26％，Si 0.20～0.55％，Mn1.00～1.60％，P≤0.015％，S≤0.004％，Mo 0.00～0.60％，V 0.00～0.040％，Cr 0.20～1.00％，Ti 0.08～0.30％，Als 0.02～0.04％，B 0.0008～0.004％，N≤0.0040％，余量为Fe及不可避免的杂质。

所述耐磨钢板的成分按重量百分比计为：C 0.27～0.35％，Si 0.20～0.55％，Mn0.80～1.40％，P≤0.015％，S≤0.004％，Mo 0.00～0.60％，V 0.00～0.040％，Cr 0.20～1.20％，Ti 0.08～0.30％，Als 0.02～0.04％，B 0.0008～0.004％，N≤0.0040％，余量为Fe及不可避免的杂质。

以上三种钢板的成分配比分别依次对应NM400、NM450和NM500的耐磨钢，本发明通过调整C和Mn在组分中的含量来改变耐磨钢板的硬度，以适应各种应用需求。

本发明的另一个方面涉及所述低合金耐磨钢板的制造方法，所述方法依次包括冶炼、连铸、轧制、冷却和热处理，其中，所述轧制包括加热、保温和控轧，并且所述控轧包括粗轧和精轧。

所述加热的温度为1180-1280℃之间；所述保温时间为2-4小时；所述粗轧的开轧温度为1000-1200℃之间，优选1100℃，终轧温度为≥900℃，优选≥980℃；所述的精轧的开轧温度为≤1000℃，优选≤950℃，终轧温度为790-910℃，优选810-905℃。

本发明的轧制过程，通过控制特定的加热、保温、粗轧和精轧的温度，细化了钢材的晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材组织密实，力学性能得到极大地改善，尤其是提高了钢板的耐磨性能和机械加工性能。

所述冷却选自以下冷却方法中的一种：空冷、层流冷却和超快速冷却，其中，所述层流冷却和超快速冷却的终冷温度为580-700℃，终冷后进行随炉冷却或堆垛缓冷至室温；所述空冷，在温度降低至室温后进行550-700℃回火处理。

所述回火时间t，与钢板厚度h的关系满足t＝xh，其中2≤x≤4，并且t的单位是分钟，h的单位是毫米。

所述热处理是离线热处理，其具体步骤依次包括淬火、淬火保温、回火和回火保温。

所述淬火的温度为840-920℃，优选860-900℃；所述淬火保温的时间为10-15分钟；所述回火的温度为0-350℃，优选200-250℃；所述回火保温的时间t钢板厚度h的关系满足t＝xh，其中2≤x≤4，并且t的单位是分钟，h的单位是毫米。

本发明采用的热处理方式，使得钢材的金相组织细而均匀，并最终提升了钢材的理化性能，特别是耐磨性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明钢板耐磨性的提高是通过添加较高的Ti元素含量(质量百分比含量在0.08％～0.30％)，以此利用碳化钛(TiC)或碳化钛钼((Ti,Mo)C)析出粒子的超高硬度(～3200HV)阻止磨损过程中裂纹的发生和扩展，从而实现高的耐磨性的。

(2)本发明得到的钢板冷弯性能、焊接性能良好，尤其是具有更高的耐磨性能机加工性能。

(3)本发明在成分设计时采用无Ni成分体系，从一定程度上节约了成本。

(4)本发明在成分设计时采用添加0.2％以上的Mo和Cr元素加入，从而为该类钢板在较为潮湿的易腐蚀环境下的使用提供了耐蚀性能保障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为示意图，显示实施例中的钢板中典型组织。

图2为示意图，显示组织中典型的碳化钛(TiC)或碳化钛钼((Ti,Mo)C)析出粒子分布情况。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

制造NM400级别钢板A1、A2、A3、A4

选取钢坯，其化学成分按质量百分比是：C 0.12～0.18％，Si 0.20～0.55％，Mn1.00～1.60％，P≤0.015％，S≤0.004％，Mo 0.00～0.60％，V 0.00～0.040％，Cr 0.20～1.00％，Ti 0.08～0.30％，Als 0.02～0.04％， B 0.0008～0.004％，N≤0.0040％，余量为Fe及不可避免的杂质。其中，A1、A2、A3、A4的具体化学成分含量，参见表1。

加热并将温度控制在1180℃，保温2小时，进行轧制，轧制时采用的具体参数参见表2。

轧制完成后，进行冷却处理，其中A3使用层流冷却，A4使用超快速冷却，A1和A2使用空冷处理。A1、A2的回火时间为24分钟，其回火温度以及A3、A4的终冷温度参见表2。

冷却处理完成后进行热处理，淬火保温时间均为10分钟，A1、A2的回火保温时间为24分钟，A3、A4的回火保温时间为50分钟。具体的淬火温度及回火温度参见表2。

实施例2

制造NM450级别钢板B1、B2、B3、B4

选取钢坯，其化学成分按质量百分比是：C 0.19～0.26％，Si 0.20～0.55％，Mn1.00～1.60％，P≤0.015％，S≤0.004％，Mo 0.00～0.60％，V 0.00～0.040％，Cr 0.20～1.00％，Ti 0.08～0.30％，Als 0.02～0.04％，B 0.0008～0.004％，N≤0.0040％，余量为Fe及不可避免的杂质。其中，B1、B2、B3、B4的具体化学成分含量，参见表1。

加热并将温度控制在1230℃，保温3小时，进行轧制，轧制时采用的具体参数参见表2。

轧制完成后，进行冷却处理，其中B3使用层流冷却，B4使用超快速冷却，B1和B2使用空冷处理。B1、B2的回火时间为24分钟，其回火温度以及B3、B4的终冷温度参见表2。

冷却处理完成后进行热处理，淬火保温时间均为30分钟，B1、B2的回火保温时间为42分钟，B3的回火保温时间为60分钟,B4的回火保温时间为90分钟。具体的淬火温度及回火温度参见表2。

实施例3

制造NM500级别钢板C1、C2、C3、C4

选取钢坯，其化学成分按质量百分比是：C 0.27～0.35％，Si 0.20～0.55％，Mn0.80～1.40％，P≤0.015％，S≤0.004％，Mo 0.00～0.60％，V 0.00～0.040％，Cr 0.20～1.20％，Ti 0.08～0.30％，Als 0.02～0.04％，B 0.0008～0.004％，N≤0.0040％，余量为Fe及不可避免的杂质。

加热并将温度控制在1280℃，保温4小时，进行轧制，轧制时采用的具体参数参见表2。

轧制完成后，进行冷却处理，其中C3使用层流冷却，C4使用超快速冷却，C1和C2使用空冷处理。C1的回火时间为44分钟、 C2的回火时间为64分钟，其回火温度以及C3、C4的终冷温度参见表2。

冷却处理完成后进行热处理，淬火保温时间均为50分钟，C1的回火保温时间为44分钟，C2的回火保温时间为64分钟，C3的回火保温时间为80分钟,C4的回火保温时间为100分钟。具体的淬火温度及回火温度参见表2。

表1高耐磨性能易加工低合金耐磨钢板的化学成分

注：碳当量CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15

表2高耐磨性能易加工低合金耐磨钢板TMCP及热处理工艺

实施例4

力学性能评价及对比

对以上三个实施例中制备的NM400、NM450和NM500规格的钢板进行一系列力学性能测试，测试标准选用业内通用标准。具体内容及参数见表3。

为了研究本发明的耐磨钢板相对于同级别钢板的硬度及耐磨性能，分别为对应NM400、NM450和NM500规格的钢板制作了一件对照品钢板。

其中，NM400规格的对照钢板依照钢板A1的成分配比制作，将钛用量降低至质量百分比计0.08％以下；NM450规格的对照钢板依照钢板B1的成分配比制作，将钛用量降低至质量百分比计0.08％以下；NM500规格的对照钢板依照钢板C1的成分配比制作，将钛用量降低至质量百分比计0.08％以下，使用相同标准测定其硬度。

使用以下条件测定各规格钢板及对照钢板的耐磨性：在同等工况条件下三体冲击磨损，冲击功为2J，磨料为8-10目石英砂，磨料流速为70Kg/h，磨损时间为120分钟。相对耐磨性按公式：ε＝W_A/W_B计算得出，其中ε为相对耐磨性，W_A为参考样磨损失重，W_B为实施例样品磨损失重，磨损失重的单位为克。

以上结果参照表3。

表3高耐磨性能易加工低合金耐磨钢板的力学性能结果

由以上实施例可以看出，本发明专利得到的钢板力学性能优秀，具有高的强度、硬度和良好的韧性和冷弯成型性能，尤其是具有更高的耐磨性能。本发明专利得到的各级别的钢板的耐磨性能是同等级硬度条件下的1.3～3.0倍。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims

1.一种低合金耐磨钢板的制造方法，其特征在于，所述耐磨钢板的成分按重量百分比计主要为：C 0.12～0.35％，Si 0.20～0.60％，Mn 0.80～1.60％，P≤0.015％，S≤0.004％，Mo 0.00～0.60％，V 0.000～0.040％，Cr 0.00～0.18％，Ti 0.08～0.30％，Als0.02～0.06％，B 0.0008～0.004％，N≤0.0045％，余量为Fe和不可避免的杂质；

所述方法依次包括冶炼、连铸、轧制、冷却和热处理，其中，所述轧制包括加热、保温和控轧，并且所述控轧包括粗轧和精轧；

所述加热的温度为1180-1280℃之间；所述保温时间为2-4小时；所述粗轧的开轧温度为1100℃，终轧温度为≥980℃；所述的精轧的开轧温度为≤950℃，终轧温度为810-905℃；

所述冷却为空冷；

所述空冷，在温度降低至室温后进行550-700℃第一回火处理；

所述第一回火时间t，与钢板厚度h的关系满足t＝xh，其中2≤x≤4，并且t的单位是分钟，h的单位是毫米；

所述热处理是离线热处理，其具体步骤依次包括淬火、淬火保温、第二回火和第二回火保温；

所述淬火的温度为860-900℃；所述淬火保温的时间为10-15分钟；所述第二回火的温度为200-250℃；所述第二回火保温的时间t钢板厚度h的关系满足t＝xh，其中2≤x≤4，并且t的单位是分钟，h的单位是毫米。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耐磨钢板的成分按重量百分比计主要为：C 0.27～0.35％，Si 0.20～0.55％，Mn 0.80～1.40％，P≤0.015％，S≤0.004％，Mo0.00～0.60％，V 0.00～0.040％，Cr 0.20～1.20％，Ti 0.08～0.30％，Als 0.02～0.04％，B 0.0008～0.004％，N≤0.0040％，余量为Fe和不可避免的杂质。