CN106244920A - 布氏硬度450级耐磨钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种布氏硬度450级耐磨钢,其钢的化学成分按重量百分比为:C 0.17~0.22%,Si 0.40~0.60%,Mn 1.2~1.45%,P≤0.01%,S≤0.005%,Cr 0.6~0.85%,Ni≤0.1%,Mo≤0.1%,Als 0.02~0.05%,Ti ≤0.015%,V≤0.02%,B≤0.004%,其余为铁和不可避免的杂质。本发明还提供一种布氏硬度450 级耐磨钢的制造方法。该制造方法使耐磨钢在拥有优良耐磨性和较高韧性的同时,在其表面具有均匀压应力,进一步增强其耐磨性能和抗疲劳性能;本耐磨钢的残余应力均匀性好,在使用过程中不发生开裂和变形,耐磨,使用寿命长。
Description
技术领域
本发明属于钢铁制造领域,具体涉及一种布氏硬度450级耐磨钢及其制造方法。
背景技术
耐磨钢是广泛应用于各种磨损工况下的一类钢铁材料,其目的在于减缓机械部件的磨损消耗,提高产品的寿命,延长机械产品因磨损而发生失效行为的时间,要求具有较高的硬度值以保证恶劣工况下的耐摩擦磨损性能。
残余应力是影响耐磨钢使用的关键参数,与钢板的开裂以及表面的耐磨性有直接关系。而通常的耐磨钢硬度值高,其内残余应力大,均匀性不好,很容易在使用过程中发生钢板开裂的问题;另外,表面的残余应力还与耐磨性有一定关系,钢板表面如果是压应力,则对提高钢板的耐磨性能和疲劳性能有提升作用。
现有的布氏硬度450级耐磨钢的残余应力为拉应力或应力值较小,均匀性不好,在使用过程中易发生钢板开裂和变形,焊接性能差的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种布氏硬度450级耐磨钢及其制造方法,该制造方法通过对残余应力有较大影响的重要化学成分C、Si、Mn、Cr、B等元素的控制,并采用合理的淬火、回火热处理等工艺,使耐磨钢在拥有优良耐磨性和较高韧性的同时,在其表面具有均匀压应力,进一步增强其耐磨性能和抗疲劳性能;本耐磨钢的残余应力均匀性好,在使用过程中不发生开裂和变形,耐磨,使用寿命长。
本发明所采用的技术方案是:
一种布氏硬度450级耐磨钢,其特征在于钢的化学成分按重量百分比为:C 0.17~0.22%,Si 0.40~0.60%,Mn 1.2~1.45%,P≤0.01%,S≤0.005%,Cr 0.6~0.85%,Ni≤0.1%,Mo≤0.1%,Als 0.02~0.05%,Ti≤0.015%,V≤0.02%,B≤0.004%,其余为铁和不可避免的杂质。该耐磨钢钢板的布氏硬度值达到450左右,抗拉强度约1400Mpa。
本发明还提供一种布氏硬度450级耐磨钢的制造方法,包括如下步骤:超纯净钢工艺进行冶炼→铁水脱硫→转炉顶底复合吹炼→真空处理→连铸成板坯→板坯加热→轧制→冷却→淬火→低温回火→钢板成品;
所述耐磨钢的化学成分按重量百分比为:C 0.17~0.22%,Si 0.40~0.60%,Mn1.2~1.45%,P≤0.01%,S≤0.005%,Cr 0.6~0.85%,Ni≤0.1%,Mo≤0.1%,Als 0.02~0.05%,Ti≤0.015%,V≤0.02%,B≤0.004%,其余为铁和不可避免的杂质;
在板坯加热阶段中,均热温度为1190℃~1250℃,加热速率为9~11min/cm,以保证微合金元素充分溶解以及一定的奥氏体晶粒度,减小残余应力分布不均可能性;
在轧制步骤中,轧制步骤的开轧温度≥1050℃,终轧温度≥980℃,单道次压下率大于20%,低度打压可以细化钢板心部晶粒,使得板材厚度上组织及残余应力分布趋于均匀;
在淬火步骤中,淬火温度为865℃-880℃,保温时间10-30min;
在低温回火步骤中,回火温度为220℃-255℃,保温时间3.5~5.0min/mm*板厚,低温回火保留了板材表面的压向应力,充分的回火时间对于板材内残余应力分布的均匀化起到重要作用,回火后得到回火马氏体组织。
本发明的有益效果在于:
本发明在优化残余应力的同时,保证了耐磨钢表面硬度值在450左右,抗拉强度约1400Mpa,因此具有较高的表面硬度,保证了其耐磨性能,同时具有较高的抗拉强度以及较好的韧性;
本发明成分设计中含有C 0.17~0.22,碳含量过高,则钢的硬度高而韧性低,热处理过程中容易开裂,碳含量过低,钢的淬硬性不足,硬度过低,耐磨性不足;成分中含有适量的Mn、Cr、Ni、B元素可以在控制成本的情况下,提高钢的淬透性,从而减小产品在厚度方向的残余应力梯度,抑制开裂;成分中适量的Ti、Al、V起到细化晶粒作用,使钢中残余应力分布更均匀;
本发明在轧制后采用865℃-880℃淬火,220℃-255℃低温回火处理,保留了板材表面的压向应力,对提高钢板的耐磨性能和疲劳性能有明显提升作用;
充分的回火时间使得板材内残余应力更加均匀,有利于减少板材的开裂倾向;
本发明能实现耐磨钢的残余应力优化;
本发明通过控制钢的成分,以及制造工艺,能使耐磨钢的残余应力均匀性好、耐磨性好,使耐磨钢在使用过程中不发生开裂和变形,从而提高了耐磨钢的使用寿命。
附图说明
图1是实施例1的金相组织图;
图2是实施例1的电镜图(2500倍);
图3是实施例1的残余应力测点布置示意图;
图4是实施例2的金相组织图;
图5是实施例2的电镜图(2500倍)。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的实施例。
实施例1
一种厚度为30mm的布氏硬度450级耐磨钢,其化学成分按重量百分比为:C0.20%,Si 0.51%,Mn 1.43%,P 0.007%,S 0.002%,Cr 0.70%,Ni 0.05%,Mo0.026%,Als 0.031%,Ti 0.011%,V 0.008%,B 0.002%,其余为铁和不可避免的杂质。
按配比化学成分依次进行如下步骤:超纯净钢工艺进行冶炼→铁水脱硫→转炉顶底复合吹炼→真空处理→连铸成板坯→板坯加热→轧制→冷却→淬火→低温回火→钢板成品,
在板坯加热阶段中,均热温度为1250℃,加热速率为11min/cm,加热300min;
在轧制步骤中,采用1060℃的开轧温度进行轧制,终轧温度1080℃,单道次压下率大于30%对板坯进行轧制;
在淬火步骤中,将冷却后的板材进行880℃高温淬火,保温时间20min;
在低温回火步骤中,将淬火后的板材进行225℃低温回火,保温120min,完成耐磨钢的制作。
表1和表2分别为采用上述方法制得的厚度为30mm的布氏硬度450级耐磨钢的力学性能表和表面残余应力分析表。图1、图2是采用上述方法制得的厚度为30mm的布氏硬度450级耐磨钢的金相组织图、电镜图(2500倍)。
表1力学性能
表2表面残余应力
残余应力测点布置位置如图3所示。
实施例2
一种厚度为40mm的布氏硬度450级耐磨钢,其化学成分按重量百分比为:C0.19%,Si 0.44%,Mn 1.25%,P 0.01%,S 0.001%,Cr 0.68%,Ni 0.06%,Mo 0.08%,Als 0.025%,Ti 0.001%,V 0.015%,B 0.002%,其余为铁和不可避免的杂质。
按配比化学成分依次进行如下步骤:超纯净钢工艺进行冶炼→铁水脱硫→转炉顶底复合吹炼→真空处理→连铸成板坯→板坯加热→轧制→冷却→淬火→低温回火→钢板成品,
在板坯加热阶段中,均热温度为1230℃,加热速率为10.5min/cm,加热400min;
在轧制步骤中,采用1300℃的开轧温度进行轧制,终轧温度1010℃,单道次压下率大于40%对板坯进行轧制;
在淬火步骤中,将冷却后的板材进行865℃高温淬火,保温时间25min;
在低温回火步骤中,将淬火后的板材进行245℃低温回火,保温150min,完成耐磨钢的制作。
表3和表4分别为采用上述方法制得的厚度为40mm的布氏硬度450级耐磨钢的力学性能表和表面残余应力分析表。图4、图5是采用上述方法制得的厚度为40mm的布氏硬度450级耐磨钢的金相组织图、电镜图(2500倍)。
表3力学性能
表4表面残余应力
实施例3
一种厚度为20mm的布氏硬度450级耐磨钢,其化学成分按重量百分比为:C0.17%,Si 0.58%,Mn 1.45%,P 0.003%,S 0.004%,Cr 0.85%,Ni 0.09%,Mo0.046%,Als 0.043%,Ti 0.0 1%,V 0.018%,B 0.003%,其余为铁和不可避免的杂质。
按配比化学成分依次进行如下步骤:超纯净钢工艺进行冶炼→铁水脱硫→转炉顶底复合吹炼→真空处理→连铸成板坯→板坯加热→轧制→冷却→淬火→低温回火→钢板成品,
板坯加热阶段:均热温度采用1190℃,加热速率为10.1min/cm,加热时间为220min;
轧制阶段开轧温度1550℃,终轧温度1100℃,单道次压下率大于22%;
淬火温度875℃,保温时间27min;回火温度245℃,保温时间90min。
表5和表6分别为采用上述方法制得的厚度为20mm的布氏硬度450级耐磨钢的力学性能表和表面残余应力分析表。
表5力学性能
表6表面残余应力
实施例4
一种厚度为35mm的布氏硬度450级耐磨钢,其化学成分按重量百分比为:C0.22%,Si 0.45%,Mn 1.41%,P 0.007%,S 0.003%,Cr 0.81%,Ni 0.098%,Mo0.073%,Als 0.023%,Ti 0.0 05%,V 0.014%,B 0.004%,其余为铁和不可避免的杂质。
按配比化学成分依次进行如下步骤:超纯净钢工艺进行冶炼→铁水脱硫→转炉顶底复合吹炼→真空处理→连铸成板坯→板坯加热→轧制→冷却→淬火→低温回火→钢板成品,
板坯加热阶段:均热温度采用1210℃,加热速率为10.7min/cm,加热时间为240min;
轧制阶段开轧温度1360℃,终轧温度1000℃,单道次压下率大于25%;
钢板热处理,淬火温度879℃,保温时间17min;回火温度230℃,保温时间175min。
表7和表8分别为采用上述方法制得的厚度为35mm的布氏硬度450级耐磨钢的力学性能表和表面残余应力分析表。
表7力学性能
表8表面残余应力
实施例5
一种厚度为28mm的布氏硬度450级耐磨钢,其化学成分按重量百分比为:C0.22%,Si 0.60%,Mn 1.42%,P 0.006%,S 0.001%,Cr 0.81%,Ni 0.081%,Mo0.045%,Als 0.039%,Ti 0.009%,V 0.007%,B 0.001%,其余为铁和不可避免的杂质。
按配比化学成分依次进行如下步骤:超纯净钢工艺进行冶炼→铁水脱硫→转炉顶底复合吹炼→真空处理→连铸成板坯→板坯加热→轧制→冷却→淬火→低温回火→钢板成品,
在板坯加热阶段中,均热温度为1240℃,加热速率为10.8min/cm,加热340min;
在轧制步骤中,采用1470℃的开轧温度进行轧制,终轧温度1050℃,单道次压下率大于29%对板坯进行轧制;
在淬火步骤中,将冷却后的板材进行879℃高温淬火,保温时间29min;
在低温回火步骤中,将淬火后的板材进行245℃低温回火,保温112min,完成耐磨钢的制作。
表9和表10分别为采用上述方法制得的厚度为28mm的布氏硬度450级耐磨钢的力学性能表和表面残余应力分析表。
表9力学性能
表10表面残余应力
从表1至表10可以看出,采用本方法在优化残余应力的同时,保证了耐磨钢表面硬度值在450左右,抗拉强度约1400Mpa,-20℃冲击功超过40J,因此具有较高的表面硬度保证了其耐磨性能,同时具有较高的抗拉强度以及较好的韧性。从图1至图5看出,其微观组织为回火马氏体,且分布较为均匀。
Claims (2)
1.一种布氏硬度450级耐磨钢,其特征在于钢的化学成分按重量百分比为:C 0.17~0.22%, Si 0.40~0.60%, Mn 1.2~1.45%,P≤0.01%,S≤0.005%,Cr 0.6~0.85%,Ni≤0.1%,Mo≤0.1%, Als 0.02~0.05%, Ti ≤0.015%,V≤0.02%, B≤0.004%,其余为铁和不可避免的杂质。
2.一种布氏硬度450 级耐磨钢的制造方法,包括如下步骤:超纯净钢工艺进行冶炼→铁水脱硫→转炉顶底复合吹炼→真空处理→连铸成板坯→板坯加热→轧制→冷却→淬火→低温回火→钢板成品,其特征在于:
所述耐磨钢的化学成分按重量百分比为:C 0.17~0.22%, Si 0.40~0.60%, Mn 1.2~1.45%,P≤0.01%,S≤0.005%,Cr 0.6~0.85%,Ni≤0.1%,Mo≤0.1%, Als 0.02~0.05%, Ti≤0.015%,V≤0.02%, B≤0.004%,其余为铁和不可避免的杂质;
在板坯加热阶段中,均热温度为1190℃~1250℃,加热速率为9~11min/cm;
在轧制步骤中,轧制步骤的开轧温度≥1050℃,终轧温度≥980℃,单道次压下率大于20%;
在淬火步骤中,淬火温度为865℃-880℃,保温时间10-30min;
在低温回火步骤中,回火温度为220℃-255℃,保温时间3.5~5.0min/mm*板厚。
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