CN106521338B

CN106521338B - 一种高强度高硬度钢板及柔性化生产方法

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Publication number: CN106521338B
Application number: CN201611023109.2A
Authority: CN
Inventors: 习天辉; 徐进桥; 黄成红; 任池锦; 胡唐国; 冯佳; 宋畅; 陶文哲; 黄大伟; 陈吉清
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2018-06-12
Anticipated expiration: 2036-11-21
Also published as: CN106521338A

Abstract

一种高强度高硬度钢板，其组分及wt%：C：0.10~0.35%，Si：0.25~0.65%，Mn：1.00~1.60%，P≤0.020%，S≤0.010%，Als：0.020~0.070%，Cr：0.10~0.70%，Ti：0.008~0.035%，Nb：0.010~0.080%，B：0.0010~0.0060%。生产方法：按照化学组分冶炼，并浇铸成坯后热轧；淬火处理；回火热处理；自然冷却至室温并待用。本发明通过对一种成分的钢采取相同的淬火热处理后，再分别进行不同温度的回火热处理，得到不同强度、硬度级别的钢板，从而满足用户的要求，且工艺简化，生产稳定性好。

Description

一种高强度高硬度钢板及柔性化生产方法

技术领域

本发明涉及一种高强度高硬度钢板及其生产方法，具体属于一种高强度高硬度钢板及采用柔性化的生产方法。

背景技术

磨损是材料破坏的主要形式之一。据统计，在工业发达国家，机械装备及零件的磨损造成的经济损失占国民经济总产值的4%左右。我国每年因磨损消耗的钢材达百万吨以上。因此，高强度高硬度钢的开发应用对国民经济又好又快的发展有着重要的推动作用。

在本发明以前，关于高强度高硬度钢板及其制造方法，国内外虽有大量的文献与专利报道，但设计思路及具体实施手段都与本发明存在明显差别。其思路均为一个成分范围对应相应的淬火及回火工艺，不能满足用户对同一种成分下采用不同的强度及硬度要求的需要，如经检索的：

中国专利公开号为CN104451409A的文献，其公开了一种Cr-Nb-Ti-B-Al系低成本HB400级耐磨钢及其生产方法，其对热轧钢板采用亚温淬火，开冷温度为665~780℃，冷却速度控制在23~30℃/s，终冷温度为70~120℃，所得钢板的Rm≥1300MPa，-20℃KV₂≥47J，表面硬度值HB≥400，相当于HRC≥43。

中国专利公开号为CN102676922的文献，其公开了一种低合金耐磨钢及其制造方法，其化学成分中，V含量0.125~0.40%，Mo含量0.05~0.30%，利用复合添加的V和Mo协同作用，提高钢的淬透性。轧制钢板的厚度范围为6~30mm，通过对不同成分的样品进行Ac3+30~80℃的不同温度淬火、然后再进行同一温度200℃回火热处理（权利要求书中的限定温度为100~350℃），得到的钢板硬度涵盖HB360~600级别，相当于39 HRC ~60HRC，钢板硬度的涵盖范围很广。

中国专利公开号为CN103205627A的文献，其公开了一种低合金高性能耐磨钢板，除对化学成分进行了限定之外，各元素之间还须满足限定公式：0.20%≤Cr/5+Mn/6+50B≤0.55%、0.02%≤Mo/3+Ni/5+2Nb≤0.45%、0.01%≤Al+Ti≤0.13%，必然导致冶炼工艺的控制难度增加。还采取了TMCP+ 回火的工艺，精轧后水冷却至400℃以下再空冷，水冷速度要求≥20℃/s，回火的加热温度范围是100~400℃(实施例中给定的一个回火温度为335℃)，保温30~120min。该专利涉及钢板的硬度范围HB470 ~560，相当于49HRC ~58HRC。

中国专利公开号为CN102618792A的文献，其公开了一种工程机械用高强度耐磨钢及其制造方法，其权利中除了对化学成分、冶炼工艺和轧钢工艺的重要过程参数提出保护外，对热处理工艺的限定要求为：淬火温度860~950℃，淬火保温时间15~50min，回火温度为150~400℃，回火保温时间10~60min。实施例中的回火温度为200~300℃，所得钢板的Rm≥1200MPa，-20℃KV₂≥70J，表面硬度值HB400，相当于43HRC。

从以上文献可以看出，其均采用的是不同成分设计，通过后续不同的淬火、回火工艺生产耐磨钢。其成分及后续热处理工序均为对应关系，其存在强度及硬度级别满足了客户要求，然而成分则不是用户所需要的或者反之的问题。

而本发明采用同一个成分，通过相同的淬火热处理工艺后，再根据用户对不同的强度及硬度的要求，分别采用不同的回火工艺，得到用户满意的产品。

发明内容

本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种通过对一种成分的钢采取相同的淬火热处理后，再分别进行温度范围较广的不同的回火热处理，得到不同强度、硬度级别的钢板，从而满足用户的要求，且工艺简化的高强度高硬度钢板及柔性化生产方法。

实现上述目的的措施：

一种高强度高硬度钢板，其化学组分及重量百分比含量为：C ：0.10~0.35%，Si：0.25~0.65%，Mn：1.00~1.60%，P≤0.020%，S≤0.010%，Als：0.020~0.070%，Cr：0.10~0.70%，Ti：0.008~0.035%，Nb：0.010~0.080%，B：0.0010~0.0060%，其余为Fe及不可避免的杂质。

一种高强度高硬度钢板的柔性化生产方法，其步骤：

1）按照化学组分及重量百分比含量为：C ：0.10~0.35%，Si：0.25~0.65%，Mn：1.00~1.60%，P≤0.020%，S≤0.010%，Als：0.020~0.070%，Cr：0.10~0.70%，Ti：0.008~0.035%，Nb：0.010~0.080%，B：0.0010~0.0060%，其余为Fe及不可避免的杂质进行冶炼，并浇铸成坯后热轧成厚度为8~50mm的钢板；

2）对热轧钢板采用淬火处理，其淬火处理温度为Ac3+30~80℃，保温时间为30~80min；

3）进行回火热处理，其回火处理温度根据不同的抗拉强度及硬度要求按照以下温度进行：当要求：抗拉强度Rm不低于1400MPa，-20℃KV₂不低于47J，表面硬度值在45~50HRC时，则回火温度按照150~230℃、保温时间按照40~150min进行；

当要求：抗拉强度Rm不低于1300MPa，-20℃KV₂不低于47J，表面硬度值在41~44.5HRC时，则回火温度按照240~320℃、保温时间按照40~150min进行；

当要求：抗拉强度Rm不低于1100MPa，-20℃KV₂不低于47J，表面硬度值在36~40.5HRC时，则回火温度按照390~430℃、保温时间按照40~150min进行；

当要求：抗拉强度Rm不低于1000MPa，-20℃KV₂不低于47J，表面硬度值在30~35.5HRC时，则回火温度按照430~500℃、保温时间按照40~150min进行；

4）自然冷却至室温并待用。

本发明中各元素及主要工艺的作用及机理：

本发明的C含量选择在0.10~0.35%。C是钢中不可缺少的提高强度的元素之一，随着碳含量的增加，淬硬性也增加，钢的屈服强度和抗拉强度会提高，钢材的延伸率和冲击韧性下降，尤其是低温韧性下降的幅度更大。而且，随着碳含量的升高，马氏体转变温度Ms将显著降低，在淬火过程中转变为板条马氏体的趋势降低，转变为裂纹敏感性强的片状马氏体的趋势升高，从而降低了钢板的抗裂纹敏感性。此外，焊接C含量较高的钢材时，在焊接热影响区还会出现淬硬现象，这将加剧焊接时产生冷裂的倾向。钢中C含量在不大于0.35%的范围内时，既可提高钢的强度又适合生产操作，提高其在大生产中的适用性和可行性。

本发明的Si含量选择在0.25~0.65%。Si的脱氧能力较强，是常用的脱氧元素。适量的Si能降低钢中碳的石墨化倾向，并以固溶强化形式提高钢的强度。同时，Si能降低本发明钢的临界冷却速度，使淬火产物形成细化的马氏体组织。但Si会加剧杂质元素在晶界的偏聚，故其含量不宜高，以免降低钢的韧性和焊接性。

本发明的Mn含量选择在1.00~1.60%。Mn是很强的固溶强化元素，能扩大奥氏体相区，稳定奥氏体组织，降低淬火时的临界冷却速度，显著提高钢的淬透性，同时减小淬火变形。但Mn有促进晶粒长大的作用，对过热较敏感，增加回火脆性，故应适当控制钢中的Mn含量。

本发明的P≤0.020%、S≤0.010%。磷在钢中容易形成偏析，增加回火脆性，造成“冷脆”，显著降低钢的塑性和韧性。硫与Mn结合，形成夹杂物，降低钢的的塑性和韧性。因此，钢中的P、S含量必须控制在较低的含量范围，冶炼纯净钢，才能保证本发明钢的性能。

Al是钢中经济有效的脱氧元素。一定含量的A1还可与N形成细小的AlN颗粒，能细化钢的晶粒，提高钢材的强度和韧性。且Al与N的结合可减少BN析出物的生成，防止B提高淬透性的效果减弱。但Al含量过高易导致钢中夹杂物增多，降低钢材的低温韧性，降低钢材的表面质量，因此，Als含量的限定范围为0.020~0.070%。

Cr可提高钢的淬透性，固溶强化机体，提高钢的强度、硬度、耐磨性和抗氧化性。出于钢的性能和成本的综合考虑，将Cr含量确定为0.10~0.70%。

Nb在钢中可形成细小的碳化物和氮化物，抑制奥氏体晶粒的长大，在轧制过程中可提高再结晶温度，抑制奥氏体的再结晶，保持形变效果以细化铁素体晶粒，提高钢的强度和韧性。此外，Nb可在焊接过程中阻止热影响区晶粒的粗化。本发明钢将其控制在0.010~0.080%。

B在钢中晶界处偏析，抑制铁素体相变，提高钢的淬透性，可以减少其它贵重金属元素的加入量。B提高淬透性最佳含量范围是0.0010~0.0060%。

本发明之所以在采取同一淬火工艺后，再按照不同强度及硬度要求，采取不同的回火制度，在于本发明属于低合金钢，淬火后得到马氏体组织，这种组织强度高、硬度高，但韧性和塑性低，而且内应力大，钢板在后续加工和服役过程中易发生裂纹，甚至产生断裂，因此必须进行回火处理，得到回火马氏体组织，从而提高韧性和塑性，并降低钢板的内应力，得到综合性能优良的钢板，满足用户需要。马氏体回火时的转变包括四个过程：马氏体中碳的偏聚、马氏体的分解、残留奥氏体的分解、碳化物的形成、聚集及长大。经低温回火后形成的回火马氏体，其马氏体板条特征依旧保存；较高温度回火时，促进了残留奥氏体分解，甚至碳化物形成；也就是说，回火温度越高，越能促使马氏体转变，使钢的强度有所降低，但塑性和韧性得到提高。不同的回火温度与不同的性能相对应。

本发明与现有技术相比，通过对一种成分的钢采取相同的淬火热处理后，再分别进行不同温度的回火热处理，得到不同强度、硬度级别的钢板，从而满足用户的要求，且工艺简化，生产稳定性好。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

实施例1~4所实施的组分及重量百分比含量见表1：

表1 本发明钢的化学成分/wt%

C	Si	Mn	P	S	Als	Cr	Ti	Nb	B
										0.32	0.26	1.57	0.012	0.004	0.047	0.41	0.011	0.057	0.0013

实施例1~4所实施的淬火工艺参数：

1）按照表1所列化学组分及重量百分比含量进行冶炼，并浇铸成坯后热轧成厚度为50mm的钢板；

2）对热轧钢板采用淬火处理，其淬火处理温度为910℃，保温时间为80min。

实施例1~4所实施的回火工艺分别为：

实施例1：

将上述淬火后的钢板在230℃的温度下回火，回火保温时间为150min。

经回火，所得钢板的抗拉强度Rm为1420MPa，断后伸长率A_50mm为9%，-20℃KV₂达51J，表面硬度值为48HRC。

实施例2：

将上述淬火后的钢板在320℃的温度下回火，回火保温时间为150min。

经回火，所得钢板的抗拉强度Rm为1310MPa，断后伸长率A_50mm为11%，-20℃KV₂达57J，表面硬度值为44HRC。

实施例3：

将上述淬火后的钢板在430℃的温度下回火，回火保温时间为120min。

经回火，所得钢板的抗拉强度Rm为1220MPa，断后伸长率A_50mm为14%，-20℃KV₂达69J，表面硬度值为39HRC。

实施例4：

将上述淬火后的钢板在500℃的温度下回火，回火保温时间为120min。

经回火，所得钢板的抗拉强度Rm为1090MPa，断后伸长率A_50mm为15%，-20℃KV₂达124J，表面硬度值为35HRC。

实施例5~8所实施的组分及重量百分比含量见表2：

表2 本发明钢的化学成分/wt%

C	Si	Mn	P	S	Als	Cr	Ti	Nb	B
										0.13	0.61	1.07	0.011	0.003	0.024	0.62	0.031	0.012	0.0056

实施例5~8所实施的淬火工艺参数：

1）按照表1所列化学组分及重量百分比含量进行冶炼，并浇铸成坯后热轧成厚度为8mm的钢板；

2）对热轧钢板采用淬火处理，其淬火处理温度为930℃，保温时间为35min。

实施例5~8所实施的回火工艺分别为：

实施例5：

将上述淬火后的钢板在150℃的温度下回火，回火保温时间为40min。

经回火，所得钢板的抗拉强度Rm为1510MPa，断后伸长率A_50mm为8%，-20℃KV₂达49J，表面硬度值为45HRC。

实施例6：

将上述淬火后的钢板在240℃的温度下回火，回火保温时间为40min。

经回火，所得钢板的抗拉强度Rm为1370MPa，断后伸长率A_50mm为10%，-20℃KV₂达52J，表面硬度值为42HRC。

实施例7：

将上述淬火后的钢板在395℃的温度下回火，回火保温时间为45min。

经回火，所得钢板的抗拉强度Rm为1190MPa，断后伸长率A_50mm为13%，-20℃KV₂达61J，表面硬度值为37HRC。

实施例8：

将上述淬火后的钢板在440℃的温度下回火，回火保温时间为40min。

经回火，所得钢板的抗拉强度Rm为1120MPa，断后伸长率A_50mm为16%，-20℃KV₂达87J，表面硬度值为31HRC。

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

1.一种高强度高硬度钢板的柔性化生产方法，其步骤：

1）按照化学组分及重量百分比含量为：C ：0.10~0.13%，Si：0.25~0.26%或Si：0.61~0.65%，Mn：1.00~1.07%，P≤0.020%，S≤0.010%，Als：0.020~0.070%，Cr：0.62~0.70%，Ti：0.008~0.011%，Nb：0.057~0.080%，B：0.0010~0.0013%或B：0.0056~0.0060%，其余为Fe及不可避免的杂质进行冶炼，并浇铸成坯后热轧成厚度为8~50mm的钢板；

3）进行回火热处理，其回火处理温度根据不同的抗拉强度及硬度要求按照以下温度进行：当要求：抗拉强度Rm不低于1400MPa，-20℃KV₂不低于47J，表面硬度值在45~50HRC时，则回火温度按照150~230℃、保温时间按照120~150min进行；

当要求：抗拉强度Rm不低于1000MPa，-20℃KV₂不低于47J，表面硬度值在30~35.5HRC时，则回火温度按照 430~500℃、保温时间按照40~150min进行；

4）自然冷却至室温并待用。