CN105779885A

CN105779885A - 一种具有良好加工性能的耐磨热轧薄钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN105779885A
Application number: CN201410807637.1A
Authority: CN
Inventors: 裴新华; 凌爱兵; 段争涛
Original assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2034-12-23
Also published as: CN105779885B

Abstract

本发明涉及一种具有良好加工性能的耐磨热轧薄钢板及其制造方法，解决现有的热轧耐磨钢板存在的折弯性能差、焊接性能不良、不能同时满足湿介质和干介质工况条件下耐磨性要求的技术问题。本发明提供的一种具有良好加工性能的耐磨热轧薄钢板，其化学成分重量百分比为：C:0.17%～0.23%，Si：0.05%～0.40%，Mn:1.20%～1.80%，P≤0.015%，S≤0.015%，Al:0.015%～0.050%，Ti:0.10%～0.45%，Cu：0.15%～0.28%，余量为铁和不可避免夹杂。可用于工程机械、自卸车、浆体运输管道等行业。

Description

一种具有良好加工性能的耐磨热轧薄钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种耐磨热轧钢板，特别涉及一种具有良好加工性能的耐磨热轧薄钢板及其制造方法，属于铁基合金技术领域。

背景技术

耐磨钢板广泛应用于工程机械、重型运输自卸车、物料运输管道等行业，能够发挥减少钢板磨损，降低材料损耗，减少车体自重的作用。随着环境保护和可持续发展的需要，耐磨钢板的开发和应用越来越受到重视，近年来，采用热连轧机组生产的耐磨热轧薄钢板不断地被开发和生产出来。随着车辆和装备设计技术的发展以及耐磨钢板使用工况条件越发复杂的状况，对耐磨热轧薄钢板的要求越来越高，一方面要求耐磨热轧薄钢板具有良好的加工性能，能够满足复杂结构的成型和焊接工艺要求；另一方面要求耐磨热轧钢板能够同时满足在干、湿两种介质工况条件下使用的要求，在两种介质条件下均具有良好的耐磨性能。

现有技术生产耐磨钢技术主要依靠添加大量的合金元素，如Mo、Cr、B和高的C含量，在钢板显微组织中得到马氏体、贝氏体等硬质相，提高材料的耐磨性。在制造方法上，钢板热轧后还要经过淬火和回火处理以得到耐磨的显微组织。

公开号为CN101186960A的专利申请公开了“利用炉卷轧机生产耐磨钢板的方法及其制得的钢板”，添加了Cr、Mo、V等合金元素，并且需要经过离线回火工艺。添加的合金元素一方面增加了成本，另一方面增加了焊接碳当量。

公开号为CN101429589A的专利申请公开的“一种不经热处理可焊接高强度耐磨钢板及其制备方法”，同样添加了Mo、B等合金元素，钢板强度高，屈服强度≥900MPa，抗拉强度≥1000MPa，如此高的强度要实现折弯一方面需要能力非常大的专用设备，另外由于材料的伸长率有限，当折弯程度大时，钢板极易开裂。

公开号为CN101555574A的专利申请公开的“一种高回火抗力耐磨钢及其制造方法”，在高温回火后强度、硬度下降不明显，能够用于制造耐磨衬板和固体物料输送装置设备，但是由于其耐磨性是依靠贝氏体基体上分布有合金碳化物，在干介质情况下具有耐磨性能，但是当介质为浆体或含有液体加固体混合物时，耐磨性能不佳。

因此，现有技术中公开有关热轧耐磨钢及其制造方法的技术方案存在以下问题：加入过多合金元素，增加合金成本和资源消耗，提高焊接碳当量的技术缺陷；由于强度过高，加工成型性不良，不能在普通的折弯装备上进行折弯成型，不能同时在干、湿介质条件下均具有良好的耐磨性能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，需要提供一种具有良好加工性能的耐磨热轧薄钢板及其制造方法，本发明通过采用合适的成分设计和热轧工艺设计，钢板具有良好的折弯成形性能和焊接工艺性能，并且在干、湿两种介质条件下均具有良好的耐磨性能。

本发明的目的是提供一种具有良好加工性能的耐磨热轧薄钢板及其制造方法，解决现有的热轧耐磨钢板存在的折弯性能差、焊接性能不良、不能同时满足湿介质和干介质工况条件下耐磨性要求的技术问题。

本发明采用的技术方案是：

一种具有良好加工性能的耐磨热轧薄钢板，其化学成分的质量百分比为：C:0.17%～0.23%，Si：0.05%～0.40%，Mn:1.20%～1.80%，P≤0.015%，S≤0.015%，Al:0.015%～0.050%，Ti:0.10%～0.45%，Cu：0.15%～0.28%，余量为铁和不可避免夹杂。

本发明所述的耐磨热轧薄钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：

碳：碳在本发明中提高耐磨性的重要元素，一部分碳形成碳化物，能够显著提高钢板的耐磨性能，特别是提高在干介质条件下的耐磨粒磨损性能；另外，固溶在基体中的碳有利于得到耐磨性和耐蚀性俱佳的粒状贝氏体组织，对于提高干、湿两种介质下的耐磨性能非常有利。但是过高的碳含量过高会在钢板中心严重的偏析带，对耐磨薄钢板的折弯成型性不利。同时过高的碳含量增加焊接碳当量，不利于焊接加工，本发明设定的C含量为0.17%～0.23%。

硅：硅固溶在钢板基体中有明显的强化效果，但是硅含量过高对钢板塑性和韧性不利，同时硅含量过高会在热轧板表面形成严重的难以去除的Fe₂O₃，影响产品外观及后续表面处理。本发明的Si还有提高奥氏体中活度的作用，富碳的奥氏体在轧制后的冷却过程中形成一定比例的粒状贝氏体，能够提高基体硬度。本发明限定Si含量为0.05%～0.40%。

锰：锰在本发明中一方面可以起到固溶强化的作用，同时能扩大γ区，降低γ→α转变温度，扩大轧制工艺范围，有利于得到针状铁素体和贝氏体组织组织。但Mn含量高，会相应增加钢的成本，也会增加碳当量，不利于焊接。本发明限定Mn含量范围为1.20%～1.80%。

硫和磷：硫在钢中形成硫化物夹杂，使其延展性和韧性降低。钢轧制时，由于MnS夹杂随着轧制方向延伸，使钢的各向异性加重，严重时导致钢板分层。同时含硫量高对钢的焊接性不利。磷高增加钢的冷脆性，使钢的脆性转变温度上升，使钢的冲击韧性显著下降。但考虑到实际工艺控制能力，本发明限定S≤0.015%，P≤0.015%。

铝：铝在本发明中的作用是起到脱氧的作用，铝是强氧化性形成元素，和钢中氧形成Al₂O₃在炼钢时去除。铝过高会形成过多的Al₂O₃夹杂，并且连铸浇注是容易堵塞浇注水口。本发明限定Al含量为0.015%～0.050%。

钛：钛在本发明是重要的合金元素，钛在高温轧制时形成TiN析出相有效细化奥氏体晶粒，在低温时形成TiC析出相，能够有效提高耐磨性和并能够细化晶粒。Ti还能够有效阻碍焊接时的晶粒长大，有利于条焊接性能。Ti过高会造成钢板的韧性下降。本发明限定Ti含量为0.10%～0.45%。

铜：铜在本发明中是重要的合金元素。Cu在钢中一方面起到强化的作用，另一更为重要的作用是提高钢板的耐蚀性，能够在湿介质下具有良好的耐蚀性。Cu能够提高钢板基体的电极电位，扩大钝化范围，同时促进在钢板表面形成致密非晶质尖晶石型氧化铁(Fe₃O₄)，阻止基体的进一步腐蚀；Cu含量过低，起不到耐蚀作用，Cu含量过高，增加成本，同时容易发生热轧表面缺陷。本发明限定的Cu含量为Cu：0.15%～0.28%。

一种具有良好加工性能的耐磨热轧薄钢板的制造方法，该方法包括：

钢水经真空脱气处理后进行连铸得到连铸板坯，其中所述钢水成分的质量百分比为：C:0.17%～0.23%，Si：0.05%～0.40%，Mn:1.20%～1.80%，P≤0.015%，S≤0.015%，Al:0.015%～0.050%，Ti:0.10%～0.45%，Cu：0.15%～0.28%，余量为铁和不可避免夹杂。

连铸板坯于1220℃～1260℃，加热200～280min后进行热轧，其中连铸板坯在1100℃-1200℃温度区间的升温速度为130-150℃/h；所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1020～1070℃；精轧为7道次连轧，在奥氏体非再结晶温度区轧制，精轧结束温度为820℃～860℃，精轧压下率大于75%，卷取温度为500℃～600℃。

本发明采取的热轧工艺制度的理由如下：

1、连铸板坯加热温度和加热时间的设定

本发明加入了Cu元素，连铸板坯加热温度和时间的设定在于防止热轧时铜脆缺陷的发生。在1100℃～1200℃之间，Cu元素在钢中扩散速度急剧增加，会在钢的基体和氧化层之间富集，形成低熔点的富铜液相，在轧制时向奥氏体晶界渗透，形成热轧铜脆缺陷。因此需要采取超过1200℃的板坯加热温度，但是如加热温度过高，则会形成过烧缺陷，造成晶界氧化。本发明设定加热温度为1220～1260℃。由于同样的技术原因，本发明要求在加热过程中1100℃～1200℃之间的升温速度快，但是如果过短则存在板坯加热不透，导致后续轧制时带状组织严重。本发明设定的板坯加热温度为：1100℃～1200℃之间升温速度为130℃/小时至150℃/小时。板坯总的加热时间不超过280分钟，但是为了保证板坯温度均匀性，加热时间不得少于200分钟。

2、粗轧结束温度设定

粗轧轧制过程控制在奥氏体再结晶温度以上轧制，确保奥氏体经过反复变形和再结晶，得到均匀细小的奥氏体晶粒。因此本发明设定粗轧结束温度为1020℃～1070℃。

3、精轧结束温度设定

本发明的精轧温度设定有两方面的作用，一方面通过奥氏体未再结晶区轧制，得到内部有变形带的扁平状奥氏体晶粒，在随后的层流冷却过程中转变成细小的铁素体晶粒，发挥细晶强化的作用。本发明晶粒细化很重要，一发明晶粒细化可以提高基体硬度，提高耐磨性，另一方面晶粒细化可以提高加工成型性。如精轧结束温度过高，则晶粒细化作用不足，导致基体耐磨性不好，如精轧温度过低，两相区轧制，会形成粗大的铁素体晶粒也会降低钢板强度，降低耐磨性和冷弯加工性。在本发明的成分范围内，精轧结束温度设定为820℃～860℃。

4、热轧卷取温度的设定

热轧卷取温度过高则热轧后的奥氏体相变形核的铁素体晶粒会急剧长大，降低材料性能，卷取温度过低，容易在基体中形成马氏体，不利于钢板的加工成形性。本发明设定热轧卷取温度为500℃～600℃。

本发明得到的一种具有良好加工性能的耐磨热轧薄钢板，其组织为细晶粒块状铁素体+粒状贝氏体+少量珠光体，所述组织晶粒度为10～12级。其2～8mm厚热轧钢板屈服强度≥450MPa，抗拉强度≥550MPa，断后伸长率≥24%，180°弯曲试验，d=1a合格，硬度HBW180-200，0℃冲击功≥80J；在湿介质条件下的本发明耐磨热轧薄钢板的耐磨性能是普通Q345热轧钢板的1.6～2.0倍，是高强度热轧结构钢S700钢板的1.4～1.8倍；在干介质条件下的本发明耐磨热轧薄钢板的耐磨性能是普通Q345热轧钢板的1.5～1.8倍，是高强度热轧结构钢S700钢板的1.3～1.6倍。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：

1、本发明通过合适的成分设计和热轧工艺设计，得到了一种具有良好加工性能的耐磨热轧薄钢板，在具有良好耐磨性的前提下具有良好的加工成性性能，其断后伸长率≥24%，冷弯性能d=1a合格，硬度HBW180-200，0℃冲击功≥80J。

2、本发明能够满足在干、湿介质等不同工况条件下的使用要求，在干介质和湿介质下均有良好的耐磨性能，耐磨性能较普通Q345热轧钢板和高强度热轧结构钢S700钢板均有明显提高。

附图说明

附图为本发明实施例1热轧钢板的显微组织金相照片。

具体实施方式

下面结合实施例1～4对本发明做进一步说明。

表1本发明化学成分（重量百分比%），余量为Fe及不可避免杂质。

按照本发明材料成分设计的要求，采用铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼，吹Ar站(或LF炉)保证底吹Ar搅拌时间大于5分钟，RH炉进行成分微调、真空循环脱气处理，保证RH纯脱气时间大于15分钟，同时喂适量的铁-钙线，全程吹Ar保护浇铸，浇铸成连铸板坯。

连铸板坯经加热炉再加热后，在连续热连轧轧机上轧制，工艺控制参数见表2，通过粗轧轧机和精轧连轧机组控制轧制后，进行控制快速冷却，然后进行卷取。

表2本发明热轧工艺控制参数

利用上述方法得到的一种具有良好加工性能的耐磨热轧薄钢板，其组织为细晶粒块状铁素体+粒状贝氏体+少量珠光体，所述组织晶粒度为10～12级。其2～8mm厚热轧钢板屈服强度≥450MPa，抗拉强度≥550MPa，断后伸长率≥24%，180°弯曲试验，d=1a合格，硬度HBW180-200，0℃冲击功≥80J；在湿介质条件下的相同尺寸的本发明耐磨热轧薄钢板的耐磨性能是普通Q345热轧钢板的1.6-2.0倍，是高强度热轧结构钢BS700钢板的1.4-1.8倍；在干介质条件下的相同尺寸的本发明耐磨热轧薄钢板的耐磨性能是普通Q345热轧钢板的1.5-1.8倍，是高强度热轧结构钢BS700钢板的1.3-1.6倍。

本发明采用的耐磨比对试验方法为：选用两种比对材料，比对料1为普通Q345热轧钢板，比对料2为高强度热轧结构钢BS700钢板，制作同尺寸大小的本发明耐磨热轧薄钢板及比对材料1、2的试验样品；试样转速为235转/分钟，试样线速度为2.46m/s，磨损12小时；以样品磨损前后的质量差作为磨损率；干介质磨损介质为20～40目的破碎石英砂；湿磨损介质为20～40目的破碎石英砂+水构成的砂浆，水与砂的比例为1:3.5。

本发明热轧钢板的力学性能见表3。

表3本发明热轧钢板的力学性能

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种具有良好加工性能的耐磨热轧薄钢板，其化学成分的质量百分比为：C:0.17%～0.23%，Si：0.05%～0.40%，Mn:1.20%～1.80%，P≤0.015%，S≤0.015%，Al:0.015%～0.050%，Ti:0.10%～0.45%，Cu：0.15%～0.28%，余量为铁和不可避免夹杂。

2.如权利要求1所述的耐磨热轧薄钢板，其组织为细晶粒块状铁素体+粒状贝氏体+少量珠光体，所述组织晶粒度为10～12级。

3.如权利要求1所述的耐磨热轧薄钢板，其2～8mm厚热轧钢板屈服强度≥450MPa，抗拉强度≥550MPa，断后伸长率≥24%，180°弯曲试验，d=1a合格，硬度HBW180-200，0℃冲击功≥80J。

4.如权利要求1所述的耐磨热轧薄钢板，其特征是，在湿介质条件下的所述的耐磨热轧薄钢板的耐磨性能是普通Q345热轧钢板的1.6～2.0倍，是高强度热轧结构钢S700钢板的1.4～1.8倍；在干介质条件下的所述的耐磨热轧薄钢板的耐磨性能是普通Q345热轧钢板的1.5～1.8倍，是高强度热轧结构钢S700钢板的1.3～1.6倍。

5.如权利要求1—4任一所述的耐磨热轧薄钢板的制造方法，包括：

钢水经真空脱气处理后进行连铸得到连铸板坯；

连铸板坯于1220℃～1260℃，加热200～280min后进行热轧，其中连铸板坯在1100℃-1200℃温度区间的升温速度为130-150℃/h；所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1020～1070℃；精轧为7道次连轧，在奥氏体非再结晶温度区轧制，精轧结束温度为820℃～860℃，精轧压下率大于75%，卷取温度为500℃～600℃卷取得到成品。

6.如权利要求5所述的耐磨热轧薄钢板的制造方法，其特征在于，精轧后，控制钢板成品厚度为2～8mm。