CN108018492A - 一种布氏硬度大于550hb的高级别低合金耐磨钢板及制造方法 - Google Patents

一种布氏硬度大于550hb的高级别低合金耐磨钢板及制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板，按重量百分比计包括以下组分：C0.33‑0.41%、Si0.50‑0.60%、Mn0.30‑0.80%、P≤0.012%、S≤0.003%、Cr0.30‑1.00%、Mo0.20‑0.60%、Ni0.80‑1.20%、Ti0.008‑0.030%、Nb0.015‑0.050%、V0.080‑0.150%、B0.0008‑0.0025%、N≤0.0040%、O≤0.0025%，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明采用中高碳和合金化的成分设计，并通过碳、锰、铬、镍、钼和铜等合金元素以及铌、钛、钒等微合金元素的相互配合作用，并辅控制轧制和离线热处理的方法，使获得的钢板具有布氏硬度大于550HB的高级别，‑20℃低温冲击韧性≥20J。

Description

一种布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板及制造 方法
技术领域
本发明涉及耐磨钢制造领域，具体涉及一种布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板及其制造方法。
背景技术
低合金耐磨钢板相对于传统的耐磨铸钢，具有合金含量低，低温冲击韧性高，可折弯成型等良好的综合性能，以及生产灵活方便、生产成本低等优点，被广泛应用于工作条件恶劣，要求高的强度和硬度、耐磨性好的工程、采矿、建筑、农业、水泥、港口、电力以及冶金等机械装备制造，如推土机，装载机，挖掘机，自卸车，球磨机及各种矿山机械、抓斗、堆取料机、输料弯曲结构等。该类部件一般都在干湿交加的环境极其恶劣的条件下工作，更换困难，要求钢板具有高的强度、硬度及优异的耐磨和耐蚀性能，以及良好的焊接性能等，以此来保证装备有更高的使用寿命。
目前，已经有不少关于低合金耐磨钢的专利报导，但是其级别均较低，且硬度韧塑性和成型性均不理想，焊接性能较差，不同时具备优异的耐磨和耐蚀性能，难以满足装备制造大型化、轻量化和长寿命化制造的需求，尤其是对于布氏硬度大于550HB的低合金耐磨钢板，现有技术没有相关公开。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提出一种布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板及制造方法，采用中高碳和合金化的成分设计，并通过碳、锰、铬、镍、钼和铜等合金元素以及铌、钛、钒等微合金元素的相互配合作用，并辅控制轧制和离线热处理的方法，使获得的钢板具有布氏硬度大于550HB的高级别，-20℃低温冲击韧性≥20J，在保证极高耐磨性能的同时，还具有良好的耐蚀性能。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板，钢板按重量百分比计包括以下组分：C：0.33-0.41％、Si：0.50-0.60％、Mn：0.30-0.80％、P≤0.012％、S≤0.003％、Cr：0.30-1.00％、Mo：0.20-0.60％、Ni：0.80-1.20％、Ti：0.008-0.030％、Nb：0.015-0.050％、V：0.080-0.150％、B：0.0008-0.0025％、N≤0.0040％、O≤0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明的布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板的制造方法，包括以下流程：铁水脱硫预处理-转炉冶炼-LF+RH精炼-连铸或模铸-铸坯热装-铸坯加热-除磷-轧制-控冷或空冷-探伤-抛丸-淬火-回火-矫直-切割-取样-喷印标识-检验-入库；铸坯或钢坯于1180-1220℃加热后在奥氏体再结晶区和未再结晶区分别进行轧制；所述再结晶区轧制要求道次压下率≥12％，终轧温度终轧温度≥980℃；所述未再结晶区轧制要求累积压下率≥50％，开轧温度终轧温度≤950℃，终轧温度≥800℃；轧后控冷或空冷至室温，然后进行离线热处理，其中淬火温度为：820-930℃，回火温度为100-250℃。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述的布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板，钢板中，马氏体在组织中的含量大于95％。本发明明得到的组织主要为马氏体组织，主要通过马氏体的高硬度和良好的韧性来提高耐磨性能。
前述的布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板，钢板的抗拉强度大于1900MPa，硬度大于570HBW，-20℃低温冲击韧性≥20J。
前述的布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板的制造方法，连铸的铸坯厚度为150-300mm。
本发明由于铬、镍和钼等多种合金元素的复合添加，获得的钢板在保证极高耐磨性能的同时，还具有良好的耐蚀性能，各元素的作用如下:
碳：碳元素是耐磨钢板获得高的强度和硬度的最关键元素。对于要获得组织为95％及以上马氏体组织以及布氏硬度在570-630HB的钢板而言，碳元素是最重要的元素，且碳元素可以显著提高钢板的淬透性。但由于碳元素的增加，会降低钢板的韧塑性和焊接性能。所以如果钢板既要获得高硬度，又要具备一定的韧塑性和焊接性能，综合考虑，本发明的碳元素含量为0.33-0.41％。
硅：硅元素在钢中起固溶强化作用，其在奥氏体中的溶解度较大，提高硅含量有利于提高钢的强度和硬度，且能提高奥氏体的稳定性。但硅元素含量过高会导致钢的韧性下降，且高硅含量的钢板加热时的氧化皮粘度较大，出炉后除鳞困难，导致轧后钢板表面红色氧化皮严重、表面质量较差。此外，高硅还不利于钢板的焊接性能。综合考虑硅元素各方面的影响，本发明硅元素的含量为0.50-0.60％。
锰：锰元素能够扩到奥氏体区，稳定奥氏体组织，其能力仅次于合金元素镍，是廉价的稳定奥氏体和强化合金元素，同时锰元素能够增加钢的淬透性，降低马氏体形成的临界冷速。但锰元素含量过高时，会使钢板有使晶粒粗化的倾向，并增加钢的回火脆敏感性，且容易导致铸坯中出现偏析和裂纹，降低钢板的性能。本发明结合其碳元素和硫元素的控制，锰元素的含量控制在0.30-0.80％。
硫和磷：硫元素在钢中易与锰元素等结合形成硫化夹杂物，尤其对钢的横向塑性和韧性不利，因此硫的含量应尽可能地低。磷也是钢中的有害元素，严重损害钢板的塑性和韧性。对于本发明而言，硫和磷均是不可避免的杂质元素，应该越低越好，考虑到钢厂实际的炼钢水平，本发明要求P≤0.012％、S≤0.003％。
铬：铬元素可以降低临界冷却速度、提高钢的淬透性。铬在钢中可以形成(Fe，Cr)3C、(Fe，Cr)7C3和(Fe，Cr)23C7等多种碳化物，提高强度和硬度。铬在回火时能阻止或减缓碳化物的析出与聚集，可以提高钢的回火稳定性。在本发明中，铬元素的含量应控制为0.30-1.00％。
钼：钼元素能显著地细化晶粒，提高强度和韧性。钼元素能减少钢的回火脆性，同时回火时还能析出非常细小的碳化物，显著强化钢的基体。由于钼元素是非常昂贵的战略合金元素，所以本发明中可添加不超过0.60％的钼。本发明中，钼元素含量为0.20-0.60％。
镍：镍元素是稳定奥氏体的元素，在调质钢中加镍元素，可以大幅提高钢的韧性尤其是低温韧性。在本发明中，为了保证得到极高的强度和硬度，在合金设计时添加了较高的碳元素，从而会使得钢板的韧塑性非常差。为了保证钢板既具有高的强度和硬度，而且还具有一定的韧塑性，同时还考虑到镍元素属于贵重合金元素，所以本发明中镍的含量为0.80-1.20％。
钛：钛元素是强碳化物形成元素，钢中加入微量的钛元素有利于固定钢中的氮，形成的TiN，能使钢坯加热时奥氏体晶粒出现异常的长大，细化原始奥氏体晶粒度。本发明钛含量控制在0.008-0.030％。
铌：铌元素在钢中可以阻止再结晶和阻碍再结晶晶粒长大，提高强度。同时，铌元素在钢中可强烈地形成铌的碳化物和氮化物，从而影响钢的性能，且铌元素能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性。在本发明中，铌元素的含量控制为0.015-0.050％。
硼：淬透性元素，对提高钢板淬透性尤其是厚规格钢板的淬透性有着重要作用。钢中添加少量的硼元素即可起到较大的增加钢板的淬透性，且硼元素资源富有，价格便宜，添加少量的硼可以显著的节省锰、镍、铬、钼等贵重的合金元素添加。但过多的硼元素会增加晶界的偏聚，从而降低钢铁材料的韧塑性。在本发明中，硼元素的含量为：0.0008-0.0025％。
转炉吹炼和真空处理的目的是确保钢液的基本成分要求，去除钢中的氧、氢等有害气体，并加入锰、钛等必要的合金元素，进行合金元素的调整。
本发明的有益效果是：1.本发明获得的钢板具有极高的硬度，满足布氏硬度大于570HB。2.本发明热轧和离线热处理的方式生产，生产工艺简单。3.本发明得到的组织主要为马氏体组织，主要通过马氏体的高硬度和良好的韧性来提高耐磨性能。4.本发明得到的耐磨钢板的低温冲击韧性和冷弯成型性能良好，满足-20℃低温冲击韧性≥20J。5.本发明获得的钢板除了具有极佳的耐磨性能外，还具有良好的耐蚀性能。
具体实施方式
实施例1
本实施例是一种布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板，钢板按重量百分比计包括以下组分：C：0.41％、Si：0.50％、Mn：0.56％、P≤0.012％、S≤0.003％、Cr：0.65％、Mo：0.36％、Ni：1.20％、Ti：0.008-0.030％、Nb：0.015-0.050％、V：0.080-0.150％、B：0.0008-0.0025％、N≤0.0040％、O≤0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本实施例布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板的制造方法，将上述配比冶炼完成的钢水经真空脱气处理后进行连铸，连铸坯厚度150mm，将钢坯加热至1180℃的炉温，保温180min后出炉进行奥氏体再结晶区轧制和未再结晶区轧制，其中再结晶区终轧温度为1025℃，未再结晶区终轧温度为910℃，钢板的最终轧制厚度为12mm，轧后空冷至室温，然后进行淬火和回火处理，淬火温度为880℃，回火温度为170℃。
实施例2
本实施例是一种布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板，钢板按重量百分比计包括以下组分：C：0.33％、Si：0.52％、Mn：0.80％、P≤0.012％、S≤0.003％、Cr：0.68％、Mo：0.60％、Ni：0.95％、Ti：0.008-0.030％、Nb：0.015-0.050％、V：0.080-0.150％、B：0.0008-0.0025％、N≤0.0040％、O≤0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本实施例布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板的制造方法，将上述配比冶炼完成的钢水经真空脱气处理后进行连铸，连铸坯厚度220mm，将钢坯加热至1200℃的炉温，保温200min后出炉进行奥氏体再结晶区轧制和未再结晶区轧制，其中再结晶区终轧温度为1030℃，未再结晶区终轧温度为850℃，钢板的最终轧制厚度为40mm，轧后空冷至室温，然后进行淬火和回火处理，淬火温度为920℃，回火温度为250℃。
实施例3
本实施例是一种布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板，钢板按重量百分比计包括以下组分：C：0.40％、Si：0.51％、Mn：0.64％、P≤0.012％、S≤0.003％、Cr：1.00％、Mo：0.42％、Ni：0.80％、Ti：0.008-0.030％、Nb：0.015-0.050％、V：0.080-0.150％、B：0.0008-0.0025％、N≤0.0040％、O≤0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本实施例布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板的制造方法，将上述配比冶炼完成的钢水经真空脱气处理后进行连铸，连铸坯厚度260mm，将钢坯加热至1220℃的炉温，保温220min后出炉进行奥氏体再结晶区轧制和未再结晶区轧制，其中再结晶区终轧温度为1040℃，未再结晶区终轧温度为890℃，钢板的最终轧制厚度为25mm，轧后空冷至室温，然后进行淬火和回火处理，淬火温度为930℃，回火温度为180℃。
实施例4
本实施例是一种布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板，钢板按重量百分比计包括以下组分：C：0.38％、Si：0.60％、Mn：0.30％、P≤0.012％、S≤0.003％、Cr：0.30％、Mo：0.20％、Ni：0.50％、Ti：0.008-0.030％、Nb：0.015-0.050％、V：0.080-0.150％、B：0.0008-0.0025％、N≤0.0040％、O≤0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本实施例布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板的制造方法，将上述配比冶炼完成的钢水经真空脱气处理后进行连铸，连铸坯厚度260mm，将钢坯加热至1180℃的炉温，保温180min后出炉进行奥氏体再结晶区轧制和未再结晶区轧制，其中再结晶区终轧温度为980℃，未再结晶区终轧温度为830℃，钢板的最终轧制厚度为25mm，轧后空冷至室温，然后进行离线淬火和回火处理，淬火温度为820℃，回火温度为100℃。
对实施例中的钢板的力学性能进行测试，其中强度按照GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法进行，低温冲击韧性按GB/T 229-2007金属夏比V型缺口冲击试验方法测定，硬度按照GB/T231.1-2009方法测定，得到的结果见表2所示。
表2本发明钢板的力学性能
实施例 抗拉强度/MPa -20℃冲击功KV2/J 延伸率A50/％ 硬度/HB
1 1910 25 9.4 612
2 1750 35 10.6 558
3 2040 25 9.8 593
4 1880 28 9.1 588
由表2可以看出，本发明的耐磨钢的布氏硬度大于550HB之间，抗拉强度大于1800MPa，延伸率大于8％，-20℃冲击功大于27J，可见本发明涉及的耐磨钢具有良好的抗变形和耐磨性能，同时也具有较好的低温冲击韧性。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板，其特征在于：所述钢板按重量百分比计包括以下组分：C：0.33-0.41%、Si：0.50-0.60%、Mn：0.30-0.80%、P≤0.012%、S≤0.003%、Cr：0.30-1.00%、Mo：0.20-0.60%、Ni：0.80-1.20%、Ti：0.008-0.030%、Nb：0.015-0.050%、V：0.080-0.150%、B：0.0008-0.0025%、N≤0.0040%、O≤0.0025%，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板，其特征在于：所述钢板中，马氏体在组织中的含量大于95%。
3.如权利要求1所述的布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板，其特征在于：所述钢板的抗拉强度大于1900MPa，硬度大于570HBW，-20℃低温冲击韧性≥20J。
4.如权利要求1所述的布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板，其特征在于：所述钢板按重量百分比计包括以下组分：C：0.41%、Si：0.50%、Mn：0.56%、P≤0.012%、S≤0.003%、Cr：0.65%、Mo：0.36%、Ni：1.20%、Ti：0.008-0.030%、Nb：0.015-0.050%、V：0.080-0.150%、B：0.0008-0.0025%、N≤0.0040%、O≤0.0025%，其余为Fe和不可避免的杂质。
5.如权利要求1所述的布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板，其特征在于：所棕钢板按重量百分比计包括以下组分：C：0.33%、Si：0.52%、Mn：0.80%、P≤0.012%、S≤0.003%、Cr：0.68%、Mo：0.60%、Ni：0.95%、Ti：0.008-0.030%、Nb：0.015-0.050%、V：0.080-0.150%、B：0.0008-0.0025%、N≤0.0040%、O≤0.0025%，其余为Fe和不可避免的杂质。
6.如权利要求1所述的布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板，其特征在于：所述钢板按重量百分比计包括以下组分：C：0.40%、Si：0.51%、Mn：0.64%、P≤0.012%、S≤0.003%、Cr：1.00%、Mo：0.42%、Ni：0.80%、Ti：0.008-0.030%、Nb：0.015-0.050%、V：0.080-0.150%、B：0.0008-0.0025%、N≤0.0040%、O≤0.0025%，其余为Fe和不可避免的杂质。
7.如权利要求1所述的布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板，其特征在于：所述钢板按重量百分比计包括以下组分：C：0.38%、Si：0.60%、Mn：0.30%、P≤0.012%、S≤0.003%、Cr：0.30%、Mo：0.20%、Ni：0.50%、Ti：0.008-0.030%、Nb：0.015-0.050%、V：0.080-0.150%、B：0.0008-0.0025%、N≤0.0040%、O≤0.0025%，其余为Fe和不可避免的杂质。
8.如权利要求1-7中任一权利要求所述的布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板的制造方法，所述方法包括以下流程：铁水脱硫预处理-转炉冶炼-LF+RH精炼-连铸或模铸-铸坯热装-铸坯加热-除磷-轧制-控冷或空冷-探伤-抛丸-淬火-回火-矫直-切割-取样-喷印标识-检验-入库；其特征在于：铸坯或钢坯于1180-1220℃加热后在奥氏体再结晶区和未再结晶区分别进行轧制；所述再结晶区轧制要求道次压下率≥12%，终轧温度终轧温度≥980℃；所述未再结晶区轧制要求累积压下率≥50%，开轧温度终轧温度≤950℃，终轧温度≥800℃；轧后控冷或空冷至室温，然后进行离线热处理，其中淬火温度为：820-930℃，回火温度为100-250℃。
9.如权利要求8所述的布氏硬度大于550HB的高级别低合金耐磨钢板的制造方法，其特征在于：所述连铸的铸坯厚度为150-300mm。
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