CN106498295A - 高强度耐磨钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度耐磨钢及其制造方法，该高强度耐磨钢含有以重量百分比计的以下化学成分：C 0.22‑0.25％，Si 0.21‑0.26％，Mn 1.11‑1.14％，B 0.0014‑0.0018％，Ni 0.008‑0.011％，Cr 0.16‑0.19％，Cu 0.018‑0.032％，Mo 0.002‑0.006％，Nb 0.018‑0.022％，P≤0.014％，S≤0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明提供的高强度耐磨钢综合性能优良，力学性能稳定，具有良好的强度、韧性以及耐磨性，硬度稳定均匀，加工性能好，易于焊接。

Description

高强度耐磨钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及合金钢领域，更具体地，涉及一种高强度耐磨钢及其制造方法。
背景技术
磨损是材料的破坏形式之一，尽管磨损很少引起金属工件灾难性的危害，但其造成的经济损失相当惊人。在冶金矿山、农机、煤等磨损严重的行业部门均使用大量耐磨材料，其中大部分材料因磨损而失效。据统计，工业发达国家机械装备及零件的磨损所造成的经济损失占国民经济总产值的4％左右，其中磨料磨损占金属磨损总量的50％。我国每年因磨料磨损所消耗的钢材达百万吨以上。因此，加强高强度耐磨钢的开发应用，对国民经济有重要意义。
目前现有的高强耐磨钢多为高锰钢或高锰调质钢，该类高强耐磨钢一般只能满足硬度上的要求，强度、韧性、抗磨损性能及加工性能方面的匹配性均不理想，使用过程中，容易断裂，发生形变后无法还原，并且焊接性能不好。因此有必要开发一种强度、韧性及耐磨性等综合性能较好的高强度耐磨钢。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度耐磨钢，其具有较好的强度、韧性及耐磨性等综合性能。
为了实现上述目的，本发明提供一种高强度耐磨钢，该高强度耐磨钢含有以重量百分比计的以下化学成分：C 0.22-0.25％，Si 0.21-0.26％，Mn 1.11-1.14％，B 0.0014-0.0018％，Ni 0.008-0.011％，Cr 0.16-0.19％，Cu 0.018-0.032％，Mo 0.002-0.006％，Nb0.018-0.022％，P≤0.014％，S≤0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
优选地，所述高强度耐磨钢还含有以重量百分比计的：Ti 0.018-0.025％。
优选地，所述高强度耐磨钢的布氏硬度为480-520。
优选地，所述高强度耐磨钢的抗拉强度≥1600Mpa。
根据本发明另一方面，本发明提供一种高强度耐磨钢的制造方法，该制造方法的制造工艺流程如下：
(1)冶炼、连铸工艺流程：铁水脱硫预处理→转炉冶炼→LF+RH炉精炼→连铸→堆冷→板坯修磨；
(2)轧制工艺流程：板坯加热→高压水粗除磷→粗轧→切头、尾→高压水精除磷→精轧→超快冷+层冷→卷取；
(3)横切、热处理工艺流程：钢卷横切→热处理。
优选地，所述连铸的工艺条件为液相线温度1500-1520℃，过热度控制13-25℃；所述板坯加热的工艺条件为板坯出炉温度1180℃-1230℃，在炉时间165-255min；所述粗轧的工艺条件为粗轧终轧温度1005-1085℃，粗轧轧制道4-8次，中间坯厚度40-58mm；所述精轧的工艺条件为精轧开轧温度985-1055℃，精轧终轧温度830-900℃，所述卷取的温度为550-600℃。
优选地，所述热处理的工艺流程为：抛丸→淬火→回火→矫直。
优选地，所述淬火的工艺条件为：淬火温度为880-920℃，淬火时间为板厚的毫米数×(1-2)+15分钟。
优选地，所述回火的工艺条件为：回火温度为195-245℃，回火时间为板厚的毫米数×(3-5)分钟。
通过上述技术方案，本发明提供的高强度耐磨钢综合性能优良，力学性能稳定，具有良好的强度、韧性以及耐磨性，硬度稳定均匀，加工性能好，易于焊接。在同样的工况条件下，使用本发明的高强度耐磨钢，可以使用的时间相当于现有的高强度耐磨钢的工作周期的两倍或以上。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明提供了一种高强度耐磨钢，该高强度耐磨钢含有以重量百分比计的以下化学成分：C 0.22-0.25％，Si 0.21-0.26％，Mn 1.11-1.14％，B 0.0014-0.0018％，Ni0.008-0.011％，Cr 0.16-0.19％，Cu 0.018-0.032％，Mo 0.002-0.006％，Nb 0.018-0.022％，P≤0.014％，S≤0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明提供的高强度耐磨钢综合性能优良，力学性能稳定，具有良好的强度、韧性以及耐磨性，硬度稳定均匀，加工性能好，易于焊接。在同样的工况条件下，使用本发明的高强度耐磨钢，可以使用的时间相当于现有的高强度耐磨钢的工作周期的两倍或以上。
在一个示例中，所述高强度耐磨钢还含有以重量百分比计的：Ti 0.018-0.025％。含有以上含量Ti使得所述高强度耐磨钢具有更好的耐磨性。
在一个示例中，所述高强度耐磨钢的布氏硬度为480-520。本发明的高强度耐磨钢的硬度高且分布均匀，钢板表面硬度和心部硬度相差不大，板厚为1-30mm的钢板的表面布氏硬度和心部布氏硬度基本一至，板厚为40-50mm的钢板的表面布氏硬度和心部布氏硬度相差20以内，板厚为60-80mm的钢板的表面布氏硬度和心部布氏硬度相差20-50，板厚为90-120mm的钢板的表面布氏硬度和心部布氏硬度相差60-150，其中，心部硬度为钢板二分之一厚度处的硬度。
在一个示例中，所述高强度耐磨钢的抗拉强度≥1600Mpa。
根据本发明的另一方面提供了一种高强度耐磨钢的制造方法，该制造方法的制造工艺流程如下：
(1)冶炼、连铸工艺流程：铁水脱硫预处理→转炉冶炼→LF+RH炉精炼→连铸→堆冷→板坯修磨；
(2)轧制工艺流程：板坯加热→高压水粗除磷→粗轧→切头、尾→高压水精除磷→精轧→超快冷+层冷→卷取；
(3)横切、热处理工艺流程：钢卷横切→热处理。
在一个示例中，所述连铸的工艺条件为液相线温度1500-1520℃，过热度控制13-25℃；所述板坯加热的工艺条件为板坯出炉温度1180℃-1230℃，在炉时间165-255min；所述粗轧的工艺条件为粗轧终轧温度1005-1085℃，粗轧轧制道4-8次，中间坯厚度40-58mm；所述精轧的工艺条件为精轧开轧温度985-1055℃，精轧终轧温度830-900℃，所述卷取的温度为550-600℃。
在一个示例中，所述热处理的工艺流程为：抛丸→淬火→回火→矫直。
在一个示例中，所述淬火的工艺条件为：淬火温度为880-920℃，淬火时间为板厚的毫米数×(1-2)+15分钟。
在一个示例中，所述回火的工艺条件为：回火温度为195-245℃，回火时间为板厚的毫米数×(3-5)分钟。
通过以下实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
一种高强度耐磨钢，所述高强度耐磨钢含有以重量百分比计的以下化学成分：C0.24％，Si 0.25％，Mn 1.13％，B 0.0016％，Ni 0.01％，Cr 0.17％，Cu 0.03％，Mo0.005％，Nb 0.02％，Ti 0.02％，P 0.014％，S 0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
实施例2
一种高强度耐磨钢，所述高强度耐磨钢含有以重量百分比计的以下化学成分：C0.25％，Si 0.26％，Mn 1.14％，B 0.0018％，Ni 0.011％，Cr 0.19％，Cu 0.032％，Mo0.006％，Nb 0.022％，Ti 0.025％，P 0.014％，S 0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
实施例3
一种高强度耐磨钢，所述高强度耐磨钢含有以重量百分比计的以下化学成分：C0.23％，Si 0.22％，Mn 1.12％，B 0.0015％，Ni 0.009％，Cr 0.17％，Cu 0.02％，Mo0.003％，Nb 0.018％，Ti 0.018％，P 0.012％，S 0.0005％，其余为Fe和不可避免的杂质。
实施例4
一种高强度耐磨钢，所述高强度耐磨钢含有以重量百分比计的以下化学成分：C0.24％，Si 0.25％，Mn 1.13％，B 0.0016％，Ni 0.01％，Cr 0.17％，Cu 0.03％，Mo0.005％，Nb 0.02％，P 0.014％，S 0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
对比例1
一种高强度耐磨钢，所述高强度耐磨钢含有以重量百分比计的以下化学成分：C0.24％，Si 0.25％，Mn 1.13％，B 0.0016％，Ni 0.01％，Cr 0.17％，Cu 0.03％，Mo0.001％，Nb 0.02％，Ti 0.02％，P 0.014％，S 0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
对比例2
一种高强度耐磨钢，所述高强度耐磨钢含有以重量百分比计的以下化学成分：C0.24％，Si 0.25％，Mn 1.13％，B 0.0016％，Ni 0.01％，Cr 0.17％，Cu 0.03％，Mo0.005％，Nb 0.015％，Ti 0.02％，P 0.014％，S 0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
对比例3
一种高强度耐磨钢，所述高强度耐磨钢含有以重量百分比计的以下化学成分：C0.24％，Si 0.25％，Mn 1.13％，B 0.0016％，Ni 0.01％，Cr 0.17％，Cu 0.03％，Mo0.005％，Nb 0.03％，Ti 0.02％，P 0.014％，S 0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
测试例1
对实施例1-4和对比例1-3的高强度耐磨钢进行磨粒磨损试验，结果如表1所示。
磨粒磨损试验：设备，MLD-10型动载磨粒磨损试验机；试样，试样尺寸5mm×10mm×40mm，磨损面为10mm×40mm；试验条件，磨料为石英砂，尺寸为8-10目，砂流量为30Kg/h，测试时间36h。
表1
如表1所示，对比例1-3的磨损率在相同工况条件下要高于实施例1-4，可见本发明的高强度耐磨钢具有更好的耐磨性。
由实施例1-4和对比例1-3的数据可以看出，当材料中的Mo的含量低于0.002％时，材料的强度会下降，当材料中的Nb的含量低于0.018％或者高于0.03％时，材料的强度会下降。
实施例1-3的磨损率在相同工况条件下要低于实施例4，可见Ti的存在使得所述高强度耐磨钢具有更好的耐磨性。
测试例2
对实施例1-4和对比例1-3的高强度耐磨钢进行力学性能测试，结果如表2所示。
拉伸试验：设备，万能材料试验机，试样，试样采用矩形截面试样，满足的条件为其中，l0为试样的初始计算长度，A0为试样的初始截面面积。
硬度试验：采用布氏硬度检测方法，设备，布氏硬度计，试样尺寸为50*50mm，试验条件，试验力为3000KN，球压头直径为10mm，压痕直径为0.24D≤d≤0.6D，d为压痕直径，D为球压头直径。
表2
如表2所示，对比例1-3的拉伸性能在相同条件下要低于实施例1-4，可见本发明的高强度耐磨钢具有更好的强度和韧性。
由实施例1-4和对比例1-3的数据可以看出，当材料中的Mo的含量低于0.002％时，材料的强度和韧性会下降，进而使得拉伸性能下降，当材料中的Nb的含量低于0.018％或者高于0.03％时，材料的强度和韧性会下降，进而使得拉伸性能下降。
实施例1-3的拉伸性能在相同条件下要好于实施例4，可见Ti的存在使得所述高强度耐磨钢具有更好的强度和韧性。
如表2所示，对比例1-3的布氏硬度在相同条件下要低于实施例1-4，可见本发明的高强度耐磨钢具有更好的硬度。
测试例3
对本发明的实施例1-实施例4的高强度耐磨钢进行硬度均一性试验。
硬度均一性试验：采用布氏硬度检测方法，设备，布氏硬度计，试样尺寸为50*50mm，试验条件，试验力为3000KN，球压头直径为10mm，压痕直径为0.24D≤d≤0.6D，d为压痕直径，D为球压头直径。
实施例1-20、实施例2-20、实施例3-20和实施例4-20，分别为采用实施例1至实施例4的材质，板厚为20mm的钢板；实施例1-50、实施例2-50、实施例3-50和实施例4-50，分别为采用实施例1至实施例4的材质，板厚为50mm的钢板；实施例1-80、实施例2-80、实施例3-80和实施例4-80，分别为采用实施例1至实施例4的材质，板厚为80mm的钢板；实施例1-120、实施例2-120、实施例3-120和实施例4-120，分别为采用实施例1至实施例4的材质，板厚为120mm的钢板。
表3
试样 表面布氏硬度 心部布氏硬度
实施例1-20 520 519
实施例2-20 518 517
实施例3-20 518 517
实施例4-20 515 514
实施例1-50 520 515
实施例2-50 518 513
实施例3-50 518 513
实施例4-50 515 510
实施例1-80 520 490
实施例2-80 518 488
实施例3-80 518 488
实施例4-80 515 485
实施例1-120 520 420
实施例2-120 518 418
实施例3-120 518 418
实施例4-120 515 415
由表3可知，板厚为20mm的钢板的表面布氏硬度和心部布氏硬度基本一至，板厚为50mm的钢板的表面布氏硬度和心部布氏硬度相差5，在20以内，板厚为80mm的钢板的表面布氏硬度和心部布氏硬度相差30，在20-50以内，板厚为120mm的钢板的表面布氏硬度和心部布氏硬度相差100，在60-150以内，因此，本发明的高强度耐磨钢的硬度分布均匀，钢板表面硬度和心部硬度相差不大。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (9)

1.一种高强度耐磨钢，其特征在于，该高强度耐磨钢含有以重量百分比计的以下化学成分：C 0.22-0.25％，Si 0.21-0.26％，Mn 1.11-1.14％，B 0.0014-0.0018％，Ni 0.008-0.011％，Cr 0.16-0.19％，Cu 0.018-0.032％，Mo 0.002-0.006％，Nb 0.018-0.022％，P≤0.014％，S≤0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高强度耐磨钢，其中，所述高强度耐磨钢还含有以重量百分比计的：Ti 0.018-0.025％。
3.根据权利要求1或2所述的高强度耐磨钢，其中，所述高强度耐磨钢的布氏硬度为480-520。
4.根据权利要求1或2所述的高强度耐磨钢，其中，所述高强度耐磨钢的抗拉强度≥1600MPa。
5.一种根据权利要求1-4中任意一项所述的高强度耐磨钢的制造方法，其特征在于，该制造方法的制造工艺流程如下：
(1)冶炼、连铸工艺流程：铁水脱硫预处理→转炉冶炼→LF+RH炉精炼→连铸→堆冷→板坯修磨；
(2)轧制工艺流程：板坯加热→高压水粗除磷→粗轧→切头、尾→高压水精除磷→精轧→超快冷+层冷→卷取；
(3)横切、热处理工艺流程：钢卷横切→热处理。
6.根据权利要求5所述的高强度耐磨钢的制造方法，其中，所述连铸的工艺条件为液相线温度1500-1520℃，过热度控制13-25℃；所述板坯加热的工艺条件为板坯出炉温度1180℃-1230℃，在炉时间165-255min；所述粗轧的工艺条件为粗轧终轧温度1005-1085℃，粗轧轧制道4-8次，中间坯厚度40-58mm；所述精轧的工艺条件为精轧开轧温度985-1055℃，精轧终轧温度830-900℃，所述卷取的温度为550-600℃。
7.根据权利要求5所述的高强度耐磨钢的制造方法，其中，所述热处理的工艺流程为：抛丸→淬火→回火→矫直。
8.根据权利要求7所述的高强度耐磨钢的制造方法，其中，所述淬火的工艺条件为：淬火温度为880-920℃，淬火时间为板厚的毫米数×(1-2)+15分钟。
9.根据权利要求7所述的高强度耐磨钢的制造方法，其中，所述回火的工艺条件为：回火温度为195-245℃，回火时间为板厚的毫米数×(3-5)分钟。
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