CN105937007B - 一种硬度≥400hbw的超级耐磨钢及生产方法 - Google Patents

一种硬度≥400hbw的超级耐磨钢及生产方法 Download PDF

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Abstract

一种硬度≥400HBW的超级耐磨钢，其组分及wt%为：C：0.10%~1.00%，Si：1.5%~3.5%，Mn：0.2%~0.8%，Ti：0.20%~0.35%，Cr：3.0%~8.0%；生产步骤：经常规冶炼并浇注成坯后，对铸坯加热；进行双道次高压除鳞至表面干净；热轧，并采用单张轧制；采用两段式冷却；坑冷至室温。本发明通过获得回火马氏体加铁素体的金相组织，使布氏硬度大于400HBW，且在海水浸泡下腐蚀速率不超过0.04mm/a。

Description

一种硬度≥400HBW的超级耐磨钢及生产方法
技术领域
本发明涉及一种耐磨钢及其生产方法，具体地属于一种硬度≥400HBW的超级耐磨钢及生产方法。
背景技术
目前在非路面矿山机械、建筑机械中的一些结构件由于长期工作环境恶劣，要求钢板具有优良的耐磨性，因此研究一种硬度≥400HBW的超级耐磨材料势在必行。
国内现阶段使用的耐磨材料除低合金外主要有高锰钢、低合金铸铁两类，这两类别的材料一般抗腐蚀性能不理想。高锰钢的铸态组织通常由奥氏体、碳化物和珠光体组成，且析出物粗大，水韧处理亦不能完全消除，不利于材料腐蚀性的提高；低合金铸铁多通过碳化物来增强硬度，即通过高硬度来增强耐磨性，但碳化物的析出造成腐蚀性的降低。
随着工业发展的进步，耐磨材料尤其是耐磨钢的生产已经有很大的突破，期间产生了很多比较优秀的发明，从而促进了耐磨钢向更高级别和更优性能的研究与发展。如：
中国专利公开号为CN103014521A的文献，其公开了一种“高硬度高韧性耐磨钢及其生产方法”。其虽抗磨损性能好，但未提及钢板抗腐蚀性能未予重视。
中国专利公开号为CN102605272A的文献，其公开了“一种低合金超高强度耐磨钢及其生产方法”，其不仅在钢中加入了稀土元素，且延伸率较低，即最大值只有11%。
中国专利公开号为CN103255341A的文献，其公开了“一种高强度高韧性热轧耐磨钢及其制造方法”制备的耐磨钢的延伸率和冲击韧性较低，且制造中采用相变诱导效应来增强耐磨钢的硬度和耐磨性。而只有在带有载荷冲击条件下，相变诱导效应效果才较好，无载荷冲击工况下和高锰钢类似，抗磨损性能不高，抗腐蚀性能不突出，并且其中添加的Ni元素含量高，生产成本较高，经济效益不明显。
发明内容
本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种通过获得回火马氏体加铁素体的金相组织，使布氏硬度大于400HBW，且在海水浸泡下腐蚀速率不超过0.04mm/a的超级耐磨钢及生产方法。
实现上述目的的措施：
一种硬度≥400HBW的超级耐磨钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.10%~1.00%，Si：1.5%~3.5%，Mn：0.2%~0.8%，Ti：0.20%~0.35%，Cr：3.0%~8.0%，其余为Fe及不可避免的杂质；并控制C/Si比值在0.07~0.55，Cr/Si比值在1.0～4.0；金相组织为：回火马氏体加铁素体。
其在于：所述C的重量百分含量为0.12%~0.75%。
其在于：所述Si的重量百分含量为1.6%~2.50%。
其在于：所述Mn的量百分含量为0.4%~0.7%。
其在于：所述Cr的量百分含量为3.0%~7.0%。
生产一种硬度≥400HBW的超级耐磨钢的方法，其步骤：
1）经常规冶炼并浇注成坯后，对铸坯进行加热，其加热温度控制在1320℃~1380℃；
2）进行双道次高压除鳞至表面干净；
3）进行热轧，并采用单张轧制；其中：
在进行粗轧时，控制粗轧开轧温度在1050℃~1100℃，前两道次压下量在30～40%，且保证余下各道次压下率在10~18%，累计压下量在75%~85%；
控制精轧入口温度在900℃~950℃，累积压下率在65～80%，终轧温度在650℃~820℃；
4）采用两段式进行冷却，其中：冷却:首段在冷却速度为50～70℃/s下冷却至450~550℃；在放置3~10s后进行缓冷，并在冷却速度为15～45℃/s下冷却至50~150℃；
5）进行坑冷，在不超过15分钟内将钢板放入缓冷坑进行冷却，并缓冷至室温。
本发明中各元素及主要工艺的作用及机理
C：碳是廉价而有效的强化元素，在本发明钢中，碳依然是获得高硬度高耐磨性的主要元素。实验证实为获得400HBW以上的硬度，碳含量一般不小于0.10% ，但过高的碳量将使贝氏体转变区显著石移，并且与高Si作用会使材料脆性增加，出现开裂现象。在本发明钢设计中，碳量控制在0.10%~1.00%范围内，C/Si比控制在0.07～0.55。
Mn：Mn为扩大奥氏体区元素，固溶于铁素体（或奥氏体）中强化基体，还能增加碳化物的弥散度和稳定性，提高钢的淬透性和冲击韧性。但含量过高会引起晶粒粗化和回火脆性，因此本发明将Mn控制在0.2%~0.8%，C/Si比值控制在0.10~0.55范围。
Si：Si固溶于钢中，起固溶强化作用，Si在钢中能降低碳在奥氏体中的溶解度。Si元素在贝氏体转变过程中强烈抑制碳化物沿晶界析出的特点，提高奥氏体一贝氏体组织比例，增加晶界结合力，提高韧性，并与Mn协调作用可明显提高钢的淬透性。当硅含量过高时会导致材料的塑韧性显著下降，还会降低钢的可焊性，所以Si含量控制在1.5%~3.5%范围。
考虑到Cr在钢中容易与C结合生成M23C6型化合物沿晶界析出，弱化晶界，对提高腐蚀性不利，而Si元素的加入不但有效细化了晶粒，而且具有强烈抑制M23C6化合物沿晶界洗出的作用，从而提高材料的抗腐蚀性。所以合理控制Cr/Si比，以得到较细的晶粒度和合理的析出物分布，从而使钢具有较好的耐磨性和抗腐蚀性。本发明将Cr/Si控制在1.0～4.0%。
Ti：Ti是强碳化物形成元素，Ti与C形成的碳化物结合力极强、很稳定，析出的碳化物富集在钢的晶界处抑制晶粒长大，并且析出的硬质颗粒提高钢的强度和耐磨性。一定含量的Ti具有阻止变形奥氏体再结晶的作用，能细化晶粒，能提高钢的抗蠕变性能和改善钢的热强性，但过高会导致强度和韧性急剧下降。本发明加入的Ti含量为0.25% ~0.35%。
Cr：Cr元素的加入对提高材料的抗腐蚀性非常重要，试验研究表明Cr 元素含量大于3.0%时钢板的耐点蚀效果会大幅提高，但在钢中随着Cr元素的增加它与C结合成M23C6化合物的趋势也增强，故将Cr元素控制在3.0~8.0%。
本发明之所以采用在粗轧时，控制粗轧开轧温度在1050℃~1100℃，保证晶钢坯在高温轧制段充分形变，精轧温度控制在900℃~950℃，防止发生回复再结晶，产生混晶现象。
本发明之所以采用两段式进行冷却，其中：冷却:首段在冷却速度为50～70℃/s下冷却至450~550℃；在放置3~10s后进行缓冷，并在冷却速度为15～45℃/s下冷却至50~150℃，是由于
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
通过控制C/Si的比值，能有效控制碳化物沿晶界析出的数量，减弱C和Si总量的增加对脆性的影响，提高钢的韧性。
通过控制Cr/Si比值，以增强钢的抗腐蚀性和耐磨性。因为增添Si的含量对抑制Cr的碳化物沿晶界析出有强烈作用，但Si含量过高会对冲击韧性不利；而Cr元素会增加材料的抗腐蚀性，尤其是有效提高抗晶间腐蚀性能，Si在小于1.5%时则抑制碳化物沿晶界析出作用不明显，所以合理控制Cr/Si比，使钢具有良好的抗腐蚀性和强韧性。
在加入Ti的钢中，会大量弥散析出TiC颗粒，在高温段能有效阻止晶粒长大粗化，减少粗大柱状组织和带状组织形成。Ti也能溶于γ和α相中，形成固溶体使钢强化。但Ti/C比较大时，钢的强韧性均会急剧下降，所以要严格控制Ti含量。并且在含Ti量较高的高强度钛钢中，其冷成型性好，各成形方向的性能均一。所以本发明加入的Ti含量为0.20%~0.35%。
本发明采用合适化学元素配比和热处理工艺，使其析出碳化物颗粒增强钢的耐磨性，同时利用细化晶粒和控制脆性相的产生增强钢的韧性。在生产过程中，使用廉价合金元素并通过适当的元素配比，以优化生产工艺，降低生产成本。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；
表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；
表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。
本发明各实施例按照以下生产工艺生产：
1）经常规冶炼并浇注成坯后，对铸坯进行加热，其加热温度控制在1320℃~1380℃；
2）进行双道次高压除鳞至表面干净；
3）进行热轧，并采用单张轧制；其中：
在进行粗轧时，控制粗轧开轧温度在1050℃~1100℃，前两道次压下量在30～40%，且保证余下各道次压下率在10~18%，累计压下量在75%~85%；
控制精轧入口温度在900℃~950℃，累积压下率在65～80%，终轧温度在650℃~820℃；
4）采用两段式进行冷却，其中：冷却:首段在冷却速度为50～70℃/s下冷却至450~550℃；在放置3~10s后进行缓冷，并在冷却速度为15～45℃/s下冷却至50~150℃；
5）进行坑冷，在不超过15分钟内将钢板放入缓冷坑进行冷却，并缓冷至室温。
表1 本发明各实施例和对比例的成分取值列表（wt%）
表2 本发明各实施例和对比例的控轧控冷工艺
说明：表1与表2中的数据并非一一对应关系。
表3 本发明各实施例和对比例横向主要性能检测统计表
从表3可以看出，本发明产品与对比钢种强度指标均在一个级别，但是延伸率指标普遍高于对比钢种3~4个百分点，冲击韧性为对比钢种的2~3倍，不难看出本发明产品具有更优的强韧性匹配。
本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims (1)

1.一种硬度≥400HBW的超级耐磨钢的生产方法，其步骤：
1）经常规冶炼并浇注成坯后，对铸坯进行加热，其加热温度控制在1320℃~1380℃；
2）进行双道次高压除鳞至表面干净；
3）进行热轧，并采用单张轧制；其中：
在进行粗轧时，控制粗轧开轧温度在1050℃~1100℃，前两道次压下率在30～40%，且保证余下各道次压下率在10~18%，累计压下率在75%~85%；
控制精轧入口温度在900℃~950℃，累积压下率在65～80%，终轧温度在778℃~820℃；
4）采用两段式进行冷却，其中：冷却首段在冷却速度为50～70℃/s下冷却至450~550℃；在放置3~10s后进行缓冷，并在冷却速度为15～45℃/s下冷却至50~150℃；
5）进行坑冷，在不超过15分钟内将钢板放入缓冷坑进行冷却，并缓冷至室温；
所述一种硬度≥400HBW的超级耐磨钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.10%~0.33%，Si：1.5%~3.5%，Mn：0.2%~0.8%，Ti：0.20%~0.35%，Cr：3.0%~8.0%，其余为Fe及不可避免的杂质；并控制C/Si比值在0.07~0.55，Cr/Si比值在1.0～4.0；金相组织为：回火马氏体加铁素体。
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