CN108004469B - 一种低合金高韧性q-p-t耐磨钢板及其制备方法 - Google Patents
一种低合金高韧性q-p-t耐磨钢板及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及材料热处理领域,公开了一种低合金高韧性Q‑P‑T耐磨钢板及制备方法,按质量百分比包括C:0.2~0.4、Si:0.1~0.5、Mn:0.5~1.5、Cr:0.5~1.2、Mo:0.1~0.3、Ni:0.02~0.08、Cu:0.04~0.1、V:0.001~0.008、Ti:0.01~0.04、Nb:0.01~0.05、B:0.001~0.003、P<0.015、S<0.005、N<0.006,余量为Fe及不可避免杂质;本发明采用Q‑P‑T热处理工艺制备高韧性耐磨钢,组织为马氏体、贝氏体和残余奥氏体,微合金元素V、Ti、Nb起细晶强化和析出强化作用;使耐磨钢具有优良耐磨性和较高韧性。
Description
技术领域
本发明涉及材料热处理技术领域,特别涉及一种低合金高韧性Q-P-T耐磨钢板及其制备方法。
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。许多机械装备的磨损部件在实际工况中,往往要受到冲击载荷的作用,因此对于耐磨材料除了硬度要求之外,对于材料的韧性也提出了更高的要求。磨损是机械零件主要失效方式之一,矿山、冶金、建材、电力等工业设备服役过程几乎都涉及磨损。磨损造成了大量的材料和能源的浪费。据不完全统计,机械装备及其零件的磨损占国民经济总产值的6%。目前耐磨钢在生产中通常冲击韧性较低且不稳定,从而导致复杂多样的冲击条件下钢板耐磨性差,易断裂失效的问题。
与传统的淬火-回火(Q-T)工艺相比,淬火-配分-回火(Q-P-T)工艺是将完全奥氏体化的钢,淬火到马氏体相变开始温度(Ms)和马氏体相变结束温度(Mf)之间,此时马氏体部分相变,组织中有一部分未转变的奥氏体;随后,在淬火终止温度,或高于淬火终止温度进行保温配分,碳原子从过饱和的马氏体中向未转变的奥氏体中扩散,使得奥氏体足够稳定,能够稳定的保留到室温,而不发生相变,同时由于碳化物形成元素的存在,在回火配分过程中弥散析出物进一步提高耐磨钢的强度。通过Q-P-T工艺,可以实现高的强度和塑性的结合,并且在不需要添加合金元素的前提下获得优异的强韧性的结合。
现有技术中低合金耐磨钢的生产主要通过淬火来提高钢板硬度,而淬火后钢板往往得到了较高的硬度,却得不到较好的冲击韧性。回火后,低温回火对韧性改善不明显,中温回火又会产生回火脆性,高温回火后冲击韧性会有明显提高但硬度又得不到保证。
目前,有关淬火-配分-回火工艺如中国专利CN201110271109.5公开介绍了一种多循环淬火-分配-回火工艺,相比于Q-P-T工艺,耗能,效率低,工艺流程复杂。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足,提供了一种低合金高韧性Q-P-T耐磨钢板及制备方法,在加入V、Ti、Nb之后,通过使用淬火-配分-回火工艺,控制碳化物析出和残余奥氏体稳定性,获得的低合金高韧性Q-P-T耐磨钢板的微观组织为马氏体+贝氏体+残余奥氏体,使耐磨钢强度不降低,而塑性显著提升。
本发明一种低合金高韧性Q-P-T耐磨钢板,按质量百分比包括C:0.2%~0.4%、Si:0.1%~0.5%、Mn:0.5%~1.5%、Cr:0.5%~1.2%、Mo:0.1%~0.3%、Ni:0.02~0.08%、Cu:0.04~0.1%、V:0.001~0.008%、Ti:0.01~0.04%、Nb:0.01~0.05%、B:0.001%~0.003%、P<0.015%、S<0.005%、N<0.006%,余量为Fe及不可避免杂质。
进一步的,按质量百分比计,所述的N含量<0.004%。
进一步的,所述的耐磨钢板厚度规格范围为5~12mm,屈服强度为800~1200MPa,抗拉强度为1500~1850MPa,断后延伸率为10~18%,表面布氏硬度为450~550HBW,低温冲击功(Akv/-40℃)为10~60J。
进一步的,所述的耐磨钢板的微观组织为马氏体、贝氏体和残余奥氏体组织,室温条件下,残余奥氏体的体积分数8~16%。
本发明还提供了一种上述的低合金高韧性Q-P-T耐磨钢板的制备方法,包括如下步骤:
步骤一、冶炼浇铸:按照设计成分分别称取各种原料,混合均匀,进行熔炼浇铸,得到板坯;
步骤二、热轧:将步骤一制备的板坯从室温加热到1100~1250℃,保温1~2小时;开轧温度为1000~1080℃开轧,热轧终轧温度为800~850℃,热轧板厚度5~12mm;
步骤三、Q-P-T热处理:在冷却线上将热轧后的板坯水冷至200~400℃,冷速控制在40~80℃/s,使热轧板的组织为马氏体+贝氏体+残余奥氏体;接着将冷却后的板坯快速送入200~400℃的恒温炉中配分回火0.5~2小时,后冷却至室温,即得低合金高韧性Q-P-T耐磨钢板。
进一步的,步骤二中,热轧板的累积压下率≥50%。
本发明的有益效果为:
(1)本发明制造出来的低合金高韧性Q-P-T耐磨钢板组织类型为马氏体、贝氏体和残余奥氏体组织,以及含有V、Ti、Nb的析出物,起到细晶强化和析出强化的作用,相比于淬火回火(QT)工艺,其生产出的钢板强度高,并具有一定的塑性,满足冲击载荷磨损工况的使用条件;
(2)本发明所得到耐磨钢板组织中的残余奥氏体,经过了配分,碳含量更高,更加稳定,在磨损过程中通过残余奥氏体可以有效降低裂纹的形成和扩展,提高产品寿命,同时在磨损过程中由于应力的存在,导致残余奥氏体发生TRIP效应,发生马氏体转变,进一步提高耐磨性;
(3)本发明高强韧耐磨钢板的耐磨性能大幅提高,用户使用成本降低。因此,在一些使用厚板耐磨钢的领域,比如大型矿山用自卸车内衬板可以用更薄规格的高强韧耐磨钢板,减轻重量,降低成本,提高运输效率,节约能源。
附图说明
图1所示为本发明实施例一种低合金高韧性Q-P-T耐磨钢板的制备方法示意图。
图2所示为实施例1中耐磨钢板微观组织的SEM照片。
图3所示为实施例1中耐磨钢板微观组织的TEM照片。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是,下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的,它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中,各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件,可应用于不同实施例中。
本发明实施例一种低合金高韧性Q-P-T耐磨钢板,按质量百分比包括C:0.2%~0.4%、Si:0.1%~0.5%、Mn:0.5%~1.5%、Cr:0.5%~1.2%、Mo:0.1%~0.3%、Ni:0.02~0.08%、Cu:0.04~0.1%、V:0.001~0.008%、Ti:0.01~0.04%、Nb:0.01~0.05%、B:0.001%~0.003%、P<0.015%、S<0.005%、N<0.006%,余量为Fe及不可避免杂质;所述的耐磨钢板的微观组织为马氏体、贝氏体和残余奥氏体组织,室温条件下,残余奥氏体的体积分数8~16%。优选的,按质量百分比计,所述的N含量<0.004%。所述的耐磨钢板厚度规格范围为5~12mm,屈服强度为800~1200MPa,抗拉强度为1500~1850MPa,断后延伸率为10~18%,表面布氏硬度为450~550HBW,低温冲击功(Akv/-40℃)为10~60J。
实施例1
一种低合金高韧性Q-P-T耐磨钢板,其化学成分质量百分比如表1所示。
表1实施例耐磨钢化学成分(wt.%)
该耐磨钢板的具体制备工艺如下:
(1)冶炼浇铸:按照设计成分分别称取各个原料,混合均匀,进行熔炼浇铸,得到板坯;
(2)热轧工艺:将步骤1制备的板坯从室温加热到1150℃,保温1小时。开轧温度为1050℃开轧,热轧终轧温度为820℃,热轧板厚度10mm。
(3)Q-P-T热处理工艺:在冷却线上将热轧后的板坯水冷至220℃,冷速控制在40~60℃/s。接着将冷却后的板坯快速送入300℃的恒温炉中配分回火1小时,后冷却至室温。
图2为上述实施例显微组织SEM,组织主要为马氏体,少量贝氏体,以及少量残余奥氏体。
图3为上述实施例显微组织TEM照片,组织中马氏体板条结构清晰,马氏体板条之间分布着薄膜状残余奥氏体。
表2为上述实施例经检测后的力学性能情况列表。
表2实施例力学性能
实施例2
一种低合金高韧性Q-P-T耐磨钢板,其化学成分质量百分比如表1所示。
该耐磨钢板的具体制备工艺如下:
(1)冶炼浇铸:按照设计成分分别称取各个原料,混合均匀,进行熔炼浇铸,得到板坯;
(2)热轧工艺:将步骤1制备的板坯从室温加热到1150℃,保温1小时。开轧温度为1050℃开轧,热轧终轧温度为820℃,热轧板厚度10mm。
(3)Q-P-T热处理工艺:在冷却线上将热轧后的板坯水冷至220℃,冷速控制在40~60℃/s。接着将冷却后的板坯快速送入350℃的恒温炉中配分回火1小时,后冷却至室温。
表3为上述实施例经检测后的力学性能情况列表。
表3实施例力学性能
实施例3
一种低合金高韧性Q-P-T耐磨钢板,其化学成分质量百分比如表1所示。
该耐磨钢板的具体制备工艺如下:
(1)冶炼浇铸:按照设计成分分别称取各个原料,混合均匀,进行熔炼浇铸,得到板坯;
(2)热轧工艺:将步骤1制备的板坯从室温加热到1150℃,保温1小时。开轧温度为1050℃开轧,热轧终轧温度为820℃,热轧板厚度10mm。
(3)Q-P-T热处理工艺:在冷却线上将热轧后的板坯水冷至220℃,冷速控制在40~60℃/s。接着将冷却后的板坯快速送入400℃的恒温炉中配分回火1小时,后冷却至室温。
表4为上述实施例经检测后的力学性能情况列表。
表4实施例力学性能
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例,但是本领域的技术人员应当理解,在不脱离本发明精神的情况下,可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的,不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。
Claims (5)
1.一种低合金高韧性Q-P-T耐磨钢板,其特征在于,按质量百分比包括C:0.2%~0.4%、Si:0.1%~0.5%、Mn:0.5%~1.5%、Cr:0.5%~1.2%、Mo:0.1%~0.3%、Ni:0.02~0.08%、Cu:0.04~0.1%、V:0.001~0.008%、Ti:0.01~0.04%、Nb:0.01~0.05%、B:0.001%~0.003%、P<0.015%、S<0.005%、N<0.006%,余量为Fe及不可避免杂质;所述的耐磨钢板厚度规格范围为5~12mm,低温冲击功为10~60J;所述的耐磨钢板的微观组织为马氏体、贝氏体和残余奥氏体组织,室温条件下,残余奥氏体的体积分数8~16%。
2.如权利要求1所述的低合金高韧性Q-P-T耐磨钢板,其特征在于,按质量百分比计,所述的N含量<0.004%。
3.如权利要求1所述的低合金高韧性Q-P-T耐磨钢板,其特征在于,所述的耐磨钢板屈服强度为800~1200MPa,抗拉强度为1500~1850MPa,断后延伸率为10~18%,表面布氏硬度为450~550HBW。
4.如权利要求1-3任一项所述的低合金高韧性Q-P-T耐磨钢板的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一、冶炼浇铸:按照设计成分分别称取各种原料,混合均匀,进行熔炼浇铸,得到板坯;
步骤二、热轧:将步骤一中制备的板坯从室温加热到1100~1250℃,保温1~2小时;开轧温度为1000~1080℃开轧,热轧终轧温度为800~850℃,热轧板厚度5~12mm;
步骤三、Q-P-T热处理:在冷却线上将热轧后的板坯水冷至200~400℃,冷速控制在40~80℃/s,使热轧板的组织为马氏体+贝氏体+残余奥氏体;接着将冷却后的板坯快速送入200~400℃的恒温炉中配分回火0.5~2小时,后冷却至室温,即得低合金高韧性Q-P-T耐磨钢板。
5.如权利要求4所述的低合金高韧性Q-P-T耐磨钢板的制备方法,其特征在于,步骤二中,热轧板的累积压下率≥50%。
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