CN107299279A - 一种100mm厚410HB级耐磨钢板及其制备方法 - Google Patents

一种100mm厚410HB级耐磨钢板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种100mm厚410HB级耐磨钢板及其制备方法，该耐磨钢化学成分及其重量百分含量：C 0.13～0.20％，Si 0.40～0.65％，Mn 0.5～1.00％，Cr 0.65～0.90％，Mo 0.18～0.48％，Ni 0.20～0.40％，Ti 0.015～0.040％，P≤0.012％，S≤0.003％，B 0.0010～0.0025％，Al 0.01～0.040％，H≤0.00015％，N≤0.0030％，其中Cr、B的含量满足3.053C+0.106Mn≤Cr+B≤3.279C+0.385Mn，且满足CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.58％，余量为Fe和不可避免的杂质。该410HB级耐磨钢成本低、碳当量低、厚度规格大、低温冲击韧性优异、制备方法简单，可广泛应用于煤矿机械、工程机械等领域的各种复杂工况设备耐磨部件。

Description

一种100mm厚410HB级耐磨钢板及其制备方法
技术领域：
本发明属于钢材制备技术领域，具体地，本发明涉及一种100mm厚规格耐磨钢板及其制备方法。
背景技术：
耐磨钢是广泛用于各种磨损工况的耐磨材料，随着生产工艺技术的进步，新的耐磨钢钢种层出不穷，其冶炼、铸造、热处理和机加工工艺不断改进，耐磨钢的综合力学性能、耐磨性能和使用寿命都在逐步提高，其应用领域日渐扩大。常制成工程机械、矿山机械、煤矿机械、破碎机等机械零部件。
目前国内外耐磨钢板产品，尤其是厚度在100mm表面布氏硬度410HB级耐磨钢板，由于产品厚度规格大，一般都存在碳当量高、开裂风险大、合金成本高、压缩比小生产难度大等技术瓶颈。
在本发明之前，中国专利公开号CN 103014543 A南阳汉冶特钢有限公司申请的“一种耐磨钢NM400E中厚板的生产工艺”该钢中添加化学成分0.04～0.06％的V和0.17～0.03％的Nb。且该钢只能生产30～40mm厚度规格，无法满足100mm厚度规格的生产要求。
中国专利公开号CN 101451220 A舞阳钢铁有限责任公司申请的“一种高强度耐磨钢板及其制备方法”，该钢种成分添加V 0.03～0.08％、Nb0.01～0.06％，成本明显高于本发明，且该专利最大厚度仅到60mm，远低于100mm厚度规格。
中国专利公开号CN 101775543 A宝山钢铁股份有限公司申请的“HB400级耐磨钢板及其制造方法”，该钢中添加化学成分0.20～1.0％的Cu和0.01～0.08％的Nb。该钢可生产厚度最大仅为30mm，远低于100mm厚度规格。
中国专利公开号CN 102943213 A钢铁研究总院申请的“一种低合金超高强度工程机械用耐磨钢及其制备方法”，该钢中添加化学成分C为0.20～0.40％，该钢中添加的Cr为1.00％～2.50％，含量较高，这样就直接导致钢的焊接性能差。且该钢可生产钢板的厚度为12～20mm，远低于100mm厚度规格。
中国专利公开号CN 102876969 A宝山钢铁股份有限公司申请的“一种超高强度高韧性耐磨钢板及其制造方法”该钢中化学成分C含量为0.22-0.35％，含量较高，这样就直接导致钢的焊接性能差。该钢中Nb含量为0.010-0.040％，这样就直接导致该钢成本高于本发明。且该钢可生产钢板的厚度为12～31mm，远低于100mm厚度规格。
发明内容：
针对现有技术的上述不足，本发明的一个目的在于提供一种特厚规格耐磨钢板，满足用户对厚度在100mm、表面布氏硬度410HB、抗拉强度≥1200MPa，-30℃冲击功≥30J，组织形态为回火马氏体的综合组织性能指标需要。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案所提供的一种100mm厚410HB级耐磨钢板，其化学成分及其重量百分含量为：C 0.13～0.20％，Si 0.40～0.65％，Mn 0.5～1.00％，Cr 0.65～0.90％，Mo 0.18～0.48％，Ni 0.20～0.40％，Ti 0.015～0.040％，P ≤0.012％，S≤0.003％，B 0.0010～0.0025％，Al 0.01～0.040％，H≤0.00015％，N≤0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质；其中Cr、B的含量满足3.053C+0.106Mn≤Cr+B≤3.279C+0.385Mn，且满足CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.58％。
本发明中，所述耐磨钢板的布氏硬度410HB级，抗拉强度≥1200MPa，-30℃冲击功≥30。
其中，本发明中，
C：是对钢板强度、硬度、韧性及其淬透性影响较大，较高的C含量会增加钢的强度、硬度和淬透性，但对韧性产生恶化作用。因此，本发明中，C含量控制在0.13～0.20％的范围内。
Si：对钢板的强度，耐磨性以及焊接性能也具有影响。硅在钢中起固溶强化的作用，固溶于铁素体和奥氏体中，可提高它们强度和硬度，在常见的固溶元素中，Si的固溶强化作用强于Mn、Ni、Cr、W、Mo以及V等。另外，硅可以减少摩擦发热时的氧化作用，提到钢的冷变形硬化率和耐磨性，换言之，钢的耐磨性能会随硅含量的增加而提高。但是硅含量过高会导致钢的韧性下降，同时，硅与氧的亲和力比铁强，焊接时容易产生低熔点的硅酸盐，会增加熔渣和熔化金属的流动性，影响焊接性能。因此，优选地，Si含量控制在0.40～0.65％的范围内。
Mn：能够增加钢的韧性，强度，硬度，以及提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；但是锰具有较高的偏析倾向，因此锰含量不易过高，同时锰含量过高也会减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。因此，优选地，Mn含量控制在0.5～1.00％的范围内。
P和S：是钢中的有害元素，可影响钢的脆性。硫在钢中可与锰形成塑性夹杂物硫化锰，对钢板的横向塑性和韧性具有较大影响；同时磷也严重影响钢板的塑性和韧性。换言之，对于本发明而言，磷和硫的含量越低越好，但是在实际生产过程中，磷和硫均不可避免，因此，优选地，P≤0.012％，S≤0.003％。
Ti：可与碳、氮形成细小的含钛化物，可阻碍连铸坯再加热过程中奥氏体晶粒的粗化进而细化晶粒，可提高钢板的焊接性能，同时Ti也是铁素体强化元素，可固溶于铁素体中提高铁素体的强度，其强化作用高于Al、Mn、Ni、以及Mo等。因此，优选地，Ti含量控制在0.015～0.040％的范围内。
Ni能够提高钢的韧性，尤其能提高钢的低温韧性。因此，优选地，Ni含量控制在0.20～0.40％内。
Cr：可提高钢板的强度，硬度和耐磨性，改善钢板的抗腐蚀能力。由于铬在奥氏体中的溶解度较大，淬火后在马氏体中大量固溶，并在随后的回火过程中会析出含铬碳化物，可提高钢的强度和硬度。同时又由于固溶强化基体，细化组织，可显著提高钢的抗氧化能力，增加其抗腐蚀能力。因此，Cr含量优选控制在0.65～0.90％的范围内。
Mo：能减少钢的回火脆性，同时回火时还能析出细小的碳化物，能够提高钢的强度，但是Mo含量过多会损害焊接时形成的热影响区的韧性，降低钢的可焊接性，因此，本发明中，优选地，Mo含量控制在0.18～0.48％的范围内。
B：可以改善钢板的致密性和热轧性能，提高钢板淬透性，提高强度。本发明中，B含量控制在0.0010～0.0025％的范围内。
Al：的主要作用是脱氧，在钢中可以细化晶粒，提高钢板的冲击韧性。但是铝含量过高会导致铝的氧化物夹杂增加，降低钢的纯净度，同时还影响钢的热加工性能，焊接性能。因此，本发明的Al含量控制在0.01～0.040％的范围内。
H：由氢引起的氢脆和白点是中厚板材的常见缺陷，容易造成钢的强度，特别是钢的塑性和韧性显著下降，使钢变脆易于开裂，氢也是钢中白点产生的根本原因。因此，本发明要求氢含量≤0.00015％。
N：氮是钢中非常重要的强化元素，固溶于钢中基体相可以阻碍结晶和再结晶晶粒的长大，起到细晶强化的作用；还可以与钢中的其它合金元素或微合金元素形成氮化物，提高钢的强度和耐磨性。钢中过多的氮对钢的性能尤其是焊接性能是十分不利的，但控制过严会大幅增加生产成本，因此，本发明要求氮含量在≤0.0030％。
本发明的另一个目的在于提供一种上述耐磨钢板的制备方法。
一种100mm厚410HB级耐磨钢板的制备方法，所述方法包括以下步骤：
1)冶炼：将钢水经脱硫、转炉冶炼、精炼、真空脱气炉真空处理；
2)浇铸：将步骤1)处理后的钢水送连铸机，连铸采用全程氩气保护浇铸；
3)板坯加热：加热后进行轧制；
4)轧制：利用4300mm宽厚板轧机完成粗轧和精轧两阶段轧制，轧后钢板进行切割定尺；
5)热处理：淬火温度为905～925℃，在炉时间120～160min，回火温度为200～240℃，在炉时间280～350min，保温后空冷；
6)切割：热处理后钢板立即下线进行火焰切割取样、定尺，最终得到410HB级耐磨钢板。
优选地，所述步骤1)中，转炉冶炼底吹模式采用全程吹氮。
优选地，所述步骤2)中，板坯连铸完毕需进行缓冷，缓冷时间不低于24小时。
优选地，所述步骤3)中，板坯装炉温度为310～450℃。
优选地，所述步骤4)中，粗轧完毕后的中间坯厚度为150～170mm，轧后待温；精轧开轧温度为880～920℃，终轧温度为850～900℃，轧后空冷；所述的轧后钢板切割定尺温度为60℃～120℃，切割速度为130～200mm/min。
优选地，所述步骤5)中，淬火机辊道速度为2～6m/min。
优选地，所述步骤6)中，淬火+回火热处理后钢板取样、定尺切割温度为90℃～150℃，切割速度为100～130mm/min。
下面结合优选实施例对本发明的一种特厚规格耐磨钢板及其制备方法进行详细描述。
本发明的制备方法包括以下步骤：
(1)冶炼：将钢水经脱硫，转炉冶炼底吹模式采用全程吹氮，精炼、真空脱气炉真空处理；
(2)浇铸：将步骤1)处理后的钢水送连铸机，连铸采用全程氩气保护浇铸；板坯连铸完毕需进行缓冷，缓冷时间不低于24小时。
(3)板坯加热：板坯装炉温度为310～450℃，加热后进行轧制。
(4)轧制：利用4300mm宽厚板轧机完成粗轧和精轧两阶段轧制，粗轧完毕后的中间坯厚度为150～170mm，轧后待温。精轧开轧温度为880～920℃，终轧温度为850～900℃，轧后空冷。轧后钢板利用火焰切割设备进行切割定尺，钢板切割定尺温度为60℃～120℃，切割速度为130～200mm/min。
(5)热处理：淬火温度为905～925℃，在炉时间120～160min，，淬火机辊道速度为2～6m/min。回火温度为200～240℃，在炉时间280～350min，保温后空冷。
(6)精整：热处理后后钢板立即下线进行火焰切割取样、定尺，钢板切割温度为90℃～150℃，切割速度为100～130mm/min。
由于本发明中科学合理的设计了碳及合金元素含量，通过微合金元素的细化强化作用及控制轧制控制冷却过程的细化强化效果，使得钢板具有优异的力学性能(强度高、硬度高、冲击性能优异等)和焊接性能。
本发明与现有技术的相比，其优点主要体现在以下几方面：
从化学成分上看，本发明涉及的耐磨钢的化学成分除C、Si、Mn等元素外，不添加价格昂贵的Nb、V等微合金元素，具有成本低廉等特点；
从生产规格上看，本发明涉及的耐磨钢板厚度规格在100mm，满足了用户要求，填补了现有生产技术空白，解决了厚规格耐磨钢开裂质量问题；
从生产工艺上来看，操作简单，大幅度降低了人工成本同时提高了产品质量，尤其是板坯入炉、火焰切割机淬火工艺具有创造及创新性。
从产品性能上看，本发明涉及的耐磨钢板具有高强度、高硬度、高韧性。
本发明涉及的特厚规格耐磨钢板具有较明显的优势。控制碳和合金元素含量，研发低成本、力学性能佳、工艺简单的耐磨钢是社会经济和钢铁工业发展的必然趋势。
具体实施方式：
以下实施例对本发明的内容做进一步的详细说明，本发明的保护范围包含但不限于下述实施例。
实施例1
1、一种100mm厚410HB级耐磨钢板及其制备方法，其中钢的化学成分质量百分比含量为：C 0.16％，Si 0.60％，Mn 0.80％，P 0.012％，S 0.002％，Ti 0.016％，Ni 0.31％，Cr0.80％，Mo 0.20％，B 0.0018％，Al 0.018％，N 0.0025％，H 0.0001％，CEV 0.51％，其余含量为Fe和不可避免的夹杂物。
2、上述100mm厚410HB级耐磨钢板及其制备方法，依次包括冶炼、浇铸、板坯加热、粗轧、精轧、热处理工序：
(1)冶炼工序：入转炉前铁水需要脱硫处理，转炉冶炼模式采用全程吹氮，合金添加完毕再送入LF精炼炉精炼，精炼完毕送入真空炉进行真空脱气处理。
(2)浇铸工序：采用连铸机进行连铸，采用全程氩气保护浇铸，采用轻压下技术确保铸坯内部质量。板坯浇铸完毕需进行缓冷，缓冷时间为28小时。
(3)板坯加热工序：板坯入炉前温度控制在425℃。
(4)轧制工序：利用4300mm宽厚板轧机完成两阶段轧制，粗轧完毕后中间坯厚度为155mm，轧后待温。精轧开轧温度为890℃，终轧温度871℃，轧后空冷。轧后钢板利用火焰切割设备进行定尺，切割时钢板温度为85℃，切割速度为135mm/min。
(5)热处理工序：淬火温度910℃，在炉时间129min，淬火机辊道速度为2.5m/min；回火温度为210℃，在炉时间290min，钢板出炉后空冷。
(6)精整工序：热处理后钢板利用火焰切割机进行取样、定尺，切割时钢板温度为100℃，切割速度为110mm/min。
3、经上述工序，得到100mm厚度耐磨钢板，该耐磨钢板的表面布氏硬度为411HB，抗拉强度为1230MPa，-30℃低温冲击功为46J。
实施例2
1、一种100mm厚410HB级耐磨钢板及其制备方法，其中钢的化学成分质量百分比含量为：C 0.17％，Si 0.45％，Mn 0.91％，P 0.010％，S 0.001％，Ti 0.020％，Ni 0.22％，Cr0.72％，Mo 0.27％，B 0.0022％，Al 0.020％，N 0.0020％，H 0.00015％，CEV 0.53％，其余含量为Fe和不可避免的夹杂物。
2、上述100mm厚410HB级耐磨钢板及其制备方法，依次包括冶炼、浇铸、板坯加热、粗轧、精轧、热处理工序：
(1)冶炼工序：入转炉前铁水需要脱硫处理，转炉冶炼模式采用全程吹氮，合金添加完毕再送入LF精炼炉精炼，精炼完毕送入真空炉进行真空脱气处理。
(2)浇铸工序：采用连铸机进行连铸，采用全程氩气保护浇铸，采用轻压下技术确保铸坯内部质量。板坯浇铸完毕需进行缓冷，缓冷时间为36小时。
(3)板坯加热工序：板坯入炉前温度控制在380℃。
(4)轧制工序：利用4300mm宽厚板轧机完成两阶段轧制，粗轧完毕后中间坯厚度为160mm，轧后待温。精轧开轧温度为860℃，终轧温度850℃，轧后空冷。轧后钢板利用火焰切割设备进行定尺，切割时钢板温度为100℃，切割速度为150mm/min。
(5)热处理工序：淬火温度920℃，在炉时间140min，淬火机辊道速度为3m/min；回火温度为225℃，在炉时间310min，钢板出炉后空冷。
(6)精整工序：热处理后钢板利用火焰切割机进行取样、定尺，切割时钢板温度为120℃，切割速度为120mm/min。
3、经上述工序，得到100mm厚度耐磨钢板，该耐磨钢板的表面布氏硬度为420HB，抗拉强度为1280MPa，-30℃低温冲击功为49J。
实施例3
1、一种100mm厚410HB级耐磨钢板及其制备方法，其中钢的化学成分质量百分比含量为：C 0.19％，Si 0.50％，Mn 0.72％，P 0.008％，S 0.002％，Ti 0.030％，Ni 0.36％，Cr0.68％，Mo 0.31％，B 0.0023％，Al 0.025％，N 0.0022％，H 0.0001％，CEV 0.53％，其余含量为Fe和不可避免的夹杂物。
2、上述100mm厚410HB级耐磨钢板及其制备方法，依次包括冶炼、浇铸、板坯加热、粗轧、精轧、热处理工序：
(1)冶炼工序：入转炉前铁水需要脱硫处理，转炉冶炼模式采用全程吹氮，合金添加完毕再送入LF精炼炉精炼，精炼完毕送入真空炉进行真空脱气处理。
(2)浇铸工序：采用连铸机进行连铸，采用全程氩气保护浇铸，采用轻压下技术确保铸坯内部质量。板坯浇铸完毕需进行缓冷，缓冷时间为50小时。
(3)板坯加热工序：板坯入炉前温度控制在320℃。
(4)轧制工序：利用4300mm宽厚板轧机完成两阶段轧制，粗轧完毕后中间坯厚度为170mm，轧后待温。精轧开轧温度为910℃，终轧温度890℃，轧后空冷。轧后钢板利用火焰切割设备进行定尺，切割时钢板温度为115℃，切割速度为175mm/min。
(5)热处理工序：淬火温度925℃，在炉时间155min，淬火机辊道速度为4.2m/min；回火温度为235℃，在炉时间330min，钢板出炉后空冷。
(6)精整工序：热处理后钢板利用火焰切割机进行取样、定尺，切割时钢板温度为140℃，切割速度为126mm/min。
3、经上述工序，得到100mm厚度耐磨钢板，该耐磨钢板的表面布氏硬度为425HB，抗拉强度为1270MPa，-30℃低温冲击功为38J。
通过实施例1-3及相应检测结果可以看出，按照本发明成分设计、轧制工艺及热处理工艺要求所生产的耐磨钢板，硬度410HB级，钢板具有优异的强度、-30℃低温冲击韧性和优异的焊接性能，实现了100mm厚耐磨钢板的制造，更好的满足用户使用期望，采用本发明的生产技术所制造的产品填补了国内空白，因此，本发明的耐磨钢板具有较明显的优势。
本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种100mm厚410HB级耐磨钢板，其特征在于，所述耐磨钢板的化学成分及重量百分含量为：C 0.13～0.20％，Si 0.40～0.65％，Mn 0.5～1.00％，Cr 0.65～0.90％，Mo 0.18～0.48％，Ni 0.20～0.40％，Ti 0.015～0.040％，P≤0.012％，S≤0.003％，B 0.0010～0.0025％，Al 0.01～0.040％，H≤0.00015％，N≤0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质；
其中Cr、B的含量满足3.053C+0.106Mn≤Cr+B≤3.279C+0.385Mn，且满足CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.58％。
2.如权利要求1所述的100mm厚410HB级耐磨钢板，其特征在于，所述耐磨钢板的布氏硬度410HB级，抗拉强度≥1200MPa，-30℃冲击功≥30。
3.权利要求1或2所述100mm厚410HB级耐磨钢板的制备方法，所述方法包括以下步骤：
1)冶炼：将钢水经脱硫、转炉冶炼、精炼、真空脱气炉真空处理；
2)浇铸：将步骤1)处理后的钢水送连铸机，连铸采用全程氩气保护浇铸；
3)板坯加热：加热后进行轧制；
4)轧制：利用4300mm宽厚板轧机完成粗轧和精轧两阶段轧制，轧后钢板进行切割定尺；
5)热处理：淬火温度为905～925℃，在炉时间120～160min，回火温度为200～240℃，在炉时间280～350min，保温后空冷；
6)切割：热处理后钢板立即下线进行火焰切割取样、定尺，最终得到410HB级耐磨钢板。
4.如权利要求3所述100mm厚410HB级耐磨钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，转炉冶炼底吹模式采用全程吹氮。
5.如权利要求3所述100mm厚410HB级耐磨钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，板坯连铸完毕需进行缓冷，缓冷时间不低于24小时。
6.如权利要求3所述100mm厚410HB级耐磨钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，板坯装炉温度为310～450℃。
7.如权利要求3所述100mm厚410HB级耐磨钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中，粗轧完毕后的中间坯厚度为150～170mm，轧后待温；精轧开轧温度为880～920℃，终轧温度为850～900℃，轧后空冷；所述的轧后钢板切割定尺温度为60℃～120℃，切割速度为130～200mm/min。
8.如权利要求3所述100mm厚410HB级耐磨钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中，淬火机辊道速度为2～6m/min。
9.如权利要求3所述100mm厚410HB级耐磨钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤6)中，淬火+回火热处理后钢板取样、定尺切割温度为90℃～150℃，切割速度为100～130mm/min。
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