CN105239015A

CN105239015A - 一种高碳中锰耐磨钢及热轧板制造方法

Info

Publication number: CN105239015A
Application number: CN201510711213.XA
Authority: CN
Inventors: 王军祥; 岳宏霖; 范桂霞; 高继萍
Original assignee: Tianjin Weierlang Technology Co Ltd
Current assignee: Tianjin Weierlang Technology Co Ltd
Priority date: 2015-10-27
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2016-01-13

Abstract

本发明创造提供一种高碳中锰耐磨钢及热轧板制造方法。该耐磨钢的化学组分重量百分比分别为：C：1.0～1.2％，Si≤0.3％，Mn：5.0～7.0％，P<0.02％，S<0.02％，Cr：1.5～2.5％，Mo：0.2～0.8％，V：0.1～0.3％，Ti≤0.1％，Al：0.03～0.08％，其余为Fe和不可避免的杂质。所述耐磨钢热轧板的制造步骤包括炼钢、连铸、加热炉加热、热轧和热处理。采用本发明创造的组分配比和制造工艺生产的钢板强度和韧性优异，其抗拉强度大于700MPa，常温冲击吸收功为60～70J。轧后热处理工艺简单，合金元素含量少，降低了生产成本，提高了生产效率，便于工业化生产。

Description

一种高碳中锰耐磨钢及热轧板制造方法

技术领域

本发明创造属于热轧耐磨钢技术领域，尤其是涉及一种高碳中锰耐磨钢及热轧板制造方法。

背景技术

1882年哈德菲尔德发现了高锰钢，其基本成分为：Mn11％～14％，C1.0％～1.4％，其耐磨性和耐冲击性能较好。由于锰含量较高，其过冷奥氏体稳定性较高，水韧处理后形成单相奥氏体，具有高韧性，硬度为HB180～200。高锰钢铸件在受到强烈冲击载荷时，金属表面发生塑性变形，变形层内表现出明显的加工硬化现象，达到HB500以上。在中、低冲击磨损条件下，高锰钢表面加工硬化程度低，硬化层深度浅，不能充分发挥加工硬化性能使得耐磨性不足。对于大断面工件，心部常常出现碳化物而降低使用性能；寒冷条件下常出现脆断现象；湿磨条件下，腐蚀磨损较严重。这些问题的存在限制了高锰钢的使用，促使人们在高锰钢的基础上寻求新的解决办法。中锰钢是在高锰钢的基础上研制出的一种新型抗磨材料，通过降低锰含量所获得的中锰钢，水韧处理后是单相不稳定的奥氏体组织，实现在中、低冲击载荷下，材料表面产生塑性变形而导致诱发形成α-马氏体，从而快速硬化。

中国专利《一种颗粒弥散强化中锰钢及其制备方法》(公开号101787494A)中公开一种中锰钢材料及制备方法，但该方法中主要依靠钛元素和碳元素的配比实现高强度和高耐磨性，但钛元素价格不菲，高含量的钛元素必然增加了材料的生产成本。中国专利《一种中锰钢破碎机锤头及其制备方法》(公开号103993224A)中给出了一种破碎机锤头用中锰钢及制备方法，其碳锰元素配比虽然较为合理，但微量元素中缺乏铬元素导致稳定性较差，且其采用传统的铸造工艺，在钢液中加入变质剂，成型后再进行水淬加回火的热处理方法，工艺过程比较复杂，生产时间较长；中国专利《中锰钢及其制备方法》(公开号102534406A)涉及一种中锰钢的制备方法，其碳锰元素配比较为合理，但由于缺乏铝元素，因此脱氧性较差，同时刚度和颗粒细化性也较差，另外其工艺中采用砂型铸造，热处理保温时间为6小时，中锰钢的耐磨性得到保证，但是其生产周期较长，铸件表面较粗糙，增加了后续加工的成本。

以上专利中采用的都是铸造生产，热处理工艺复杂且耗时较长，国内对连铸连轧生产耐磨钢的工艺研究较少。

发明内容

本发明创造要解决的问题是，提供一种高碳中锰耐磨钢及热轧板的制造方法，通过优化碳锰配比和合理的微量元素选择与含量优化，解决现有技术中存在的高碳中锰耐磨钢强度及稳定性的问题，同时采用连铸连轧的生产方式，工艺简单，生产耗时短。

为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：

一种高碳中锰耐磨钢，化学组分重量百分比为：C：1.0～1.2％，Si≤0.3％，Mn：5.0～7.0％，P<0.02％，S<0.02％，Cr：1.5～2.5％，Mo：0.2～0.8％，V：0.1～0.3％，Ti≤0.1％，Al：0.03～0.08％，其余为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，所述C的重量百分比为1.05～1.15％；所述Si的重量百分比为0.12～0.28％；所述Mn的重量百分比为5.06～6.92％；所述Cr的重量百分比为1.55～2.47％；所述Mo的重量百分比为0.29～0.75％；所述V的重量百分比为0.12～0.29％；所述Ti的重量百分比为0.05～0.09％；所述Al的重量百分比为0.04～0.07％。

一种高碳中锰耐磨钢热轧板的制造方法，包括：炼钢-连铸-加热-热轧-热处理，在所述连铸过程中，连铸浇铸温度为1420～1440℃，得到坯锭；

在所述加热过程中，板坯加热温度为1180～1220℃；

在所述热轧过程中，板坯轧制温度区间为980～1150℃；

在所述热处理过程中，热轧板水韧温度为950～1050℃，水韧终止温度在200℃以下。

进一步的，所述耐磨钢热轧板的抗拉强度≥700MPa，屈服强度≥400Mpa，开V型缺口冲击吸收功：25℃冲击功Akv为60～70J，-40℃冲击功Akv为20～30J；布氏硬度为250～270HB。

进一步的，所述耐磨钢热轧板在200N载荷滑动磨损条件下，其磨损率≤25×10^-6mm³/N·m。

所述炼钢按如下成分组成的重量百分比配料：C：1.0～1.2％，Si≤0.3％，Mn：5.0～7.0％，P<0.02％，S<0.02％，Cr：1.5～2.5％，Mo：0.2～0.8％，V：0.1～0.3％，Ti≤0.1％，Al：0.03～0.08％，其余为Fe和不可避免的杂质。

采用本发明创造的组分配比和制造工艺生产的钢板强度和韧性优异，可焊接性好，轧后热处理工艺简单，合金元素含量少，降低了生产成本，提高了生产效率，便于工业化生产。

具体实施方式

本发明主要的化学成分选择理由如下：

碳：碳是锰钢主要添加的元素之一。碳有利于奥氏体相的稳定，碳含量增加使得固溶强化作用增强，提高了钢的硬度、强度和耐磨性。但是当碳含量＞1.5％时，铸态组织中碳化物增多，若经水韧处理，奥氏体中残存的碳化物依然较多，这些碳化物会沿晶界析出而降低钢的性能，并且碳元素含量增加不利于得到不稳定的奥氏体组织。

锰：锰是另一种主要添加的元素。锰可以稳定奥氏体，使奥氏体相区扩大，当锰含量增加时，高锰钢的强度和冲击韧性有所提高，但过高的锰含量会使钢的导热性下降，影响钢的机械性能。

硅：硅能提高钢的纯净度，也可作为脱氧剂。同时能起到固溶强化作用。当硅含量增加，则钢的强度和硬度增加，且奥氏体的稳定性提高，当其含量大于0.6％时，会导致碳在奥氏体中的溶解度下降和组织晶粒粗大，进而促使碳化物在晶界析出，降低了钢的韧性和耐磨性，增加了热裂倾向。

铬：铬在奥氏体中溶解度很大，可以稳定奥氏体，同时也加快了碳化物在冷却时的析出。铬可以与碳形成碳化物，提高钢的强度和硬度，但铸态时铬含量过高会使碳化物析出加快，在境界上析出形成网状碳化物，降低了钢的韧性和耐磨性。

硫和磷：硫和磷都是钢中不可避免的杂质元素，对钢的塑性和韧性不利，因此硫和磷的含量应越少越好。

钼、钛、钒：Mo、Ti、V和Cr都是强碳化物形成元素，与Fe原子置换而增加渗碳体的稳定性。同时Mo、Ti、V和Cr形成的碳化物固溶处理后可增强钢的强度、硬度和耐磨性，并且有细化晶粒的作用，但加入量过多会导致塑韧性下降。

铝：铝是强脱氧元素，脱氧后多余的铝元素和钢中氮元素能形成AlN，提高钢的强度，细化奥氏体晶粒。

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容：

1、选取6组实施例，实施例1～6组分重量百分比(％)参见表1。

表1实施例的重量百分比(％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	V	Ti	Al
											1	1.05	0.25	6.92	0.018	0.012	1.55	0.29	0.12	0.07	0.048
2	1.07	0.17	6.32	0.016	0.011	2.47	0.75	0.29	0.06	0.063
											3	1.10	0.28	6.07	0.017	0.012	1.77	0.37	0.19	0.08	0.047
4	1.12	0.23	5.66	0.013	0.009	2.25	0.66	0.27	0.05	0.070
											5	1.13	0.12	5.43	0.015	0.012	1.58	0.55	0.23	0.05	0.058
6	1.15	0.21	5.06	0.018	0.011	2.48	0.48	0.15	0.09	0.040

2、实施例1～6为原料制作热轧板的工艺流程：电炉炼钢→连铸→加热炉加热→热轧→热处理，具体参数控制如表2所示：

表2实施例的工艺流程参数

3、实施例形成的热轧板的性能参数如表3所示：

表3实施例的热轧工艺参数

从表3中可以看出，6组实施例的抗拉强度≥700MPa，屈服强度为≥400MPa，开V型缺口冲击吸收功：25℃冲击功Akv为60～70J，-40℃冲击功Akv为20～30J，布氏硬度为250～270HB，其中第4组实施例的综合性能较高，抗拉强度为745MPa，屈服强度为435MPa，25℃冲击功Akv为69.5J，-40℃冲击功Akv为30J，布氏硬度为267HB。

4、摩擦磨损性能采用M2000摩擦磨损试验机进行试验，试验条件为：载荷200N，转数200转/分钟，磨损试验时间2h，实验样品尺寸10×10×20mm，摩擦副为GCr15钢环，直径40mm。磨损率计算采用体积磨损率，计算公式如下：KV＝Δm/ρ·P·L。

其中KV为体积磨损率，单位为mm³/Nm；Δm为磨损失重，单位mg；ρ为实验材料密度，取7.89g/cm³；P为加载压力，单位为N；L为磨损行程，单位为m。

6组实施例与HARDOX450和Mn13的磨损率对比结果如表4所示：

表4实施例与HARDOX450和Mn13的磨损率对比

从表4中可以看出，6组实施例的磨损率相当，比HARDOX450和Mn13的耐磨性分别提高到1.62倍和1.81倍以上。

以上对本发明创造的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明创造的专利涵盖范围之内。

Claims

1.一种高碳中锰耐磨钢，其特征在于：化学组分重量百分比为：C：1.0～1.2％，Si≤0.3％，Mn：5.0～7.0％，P<0.02％，S<0.02％，Cr：1.5～2.5％，Mo：0.2～0.8％，V：0.1～0.3％，Ti≤0.1％，Al：0.03～0.08％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的高碳中锰耐磨钢，其特征在于：所述C的重量百分比为1.05～1.15％；所述Si的重量百分比为0.12～0.28％；所述Mn的重量百分比为5.06～6.92％；所述Cr的重量百分比为1.55～2.47％；所述Mo的重量百分比为0.29～0.75％；所述V的重量百分比为0.12～0.29％；所述Ti的重量百分比为0.05～0.09％；所述Al的重量百分比为0.04～0.07％。

3.一种如权利要求1所述的高碳中锰耐磨钢热轧板的制造方法，包括：炼钢-连铸-加热-热轧-热处理，其特征在于：

在所述连铸过程中，连铸浇铸温度为1420～1440℃，得到坯锭；

在所述加热过程中，板坯加热温度为1180～1220℃；

在所述热轧过程中，板坯轧制温度区间为980～1150℃；

4.根据权利要求3所述的制作方法制作而成的高碳中锰耐磨钢热轧板，其特征在于：所述耐磨钢热轧板的抗拉强度≥700MPa，屈服强度≥400Mpa；所述耐磨钢热轧板开V型缺口冲击吸收功：25℃冲击功Akv为60～70J，-40℃冲击功Akv为20～30J；所述耐磨钢热轧板布氏硬度为250～270HB。

5.根据权利要求3所述的制作方法制作而成的高碳中锰耐磨钢热轧板，其特征在于：所述耐磨钢热轧板在200N载荷滑动磨损条件下，其磨损率≤25×10^-6mm³/N·m。