CN108034890A - 低合金中锰耐磨钢热轧板及制备方法 - Google Patents

低合金中锰耐磨钢热轧板及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低合金中锰耐磨钢热轧板，成份质量百分比为：C0.6～0.8％，Si 0.1～0.2％，Mn 4.5～4.9％，P≤0.02％，S≤0.02％，Cr 3.0‑3.5％，Cu0.4‑1.0％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明获得热轧板抗拉强度不低于700MPa，屈服强度不低于400Mpa；室温冲击韧性AKv≥60J，‑20℃冲击韧性AKv≥30J，表面布氏硬度为180‑240HB。本发明通过化学成分优化设计及制备方法的改进，使得到的低合金中锰耐磨钢具有优良的耐磨性能、抗腐蚀性能和力学性能等，具有较强工业化推广潜力。

Description

低合金中锰耐磨钢热轧板及制备方法
技术领域
本发明涉及耐磨热轧板技术领域，特别是涉及一种低合金中锰耐磨钢热轧板及制备方法。
背景技术
在疏浚、采矿、港口和电站等工程机械领域中，磨损是影响设备正常运行的主要原因之一，为国家和社会带来巨大的经济损失，耐磨材料及相关技术发展对我国节能节材和环境保护具有重要的意义。
目前，在耐磨钢应用中以C、Mn、Cr等为主要合金元素，尤其是锰钢系列中先后开发出中、高锰多系列耐磨钢产品。高锰钢已经广泛应用于球磨机、破碎机等工程技术领域，如Mn13钢在强烈冲击工况条件下，通过奥氏体向马氏体转变和加工硬化等作用机理，表面硬度大幅提高，进而耐磨性能得到优化。但是应用中发现高锰钢在冲击能量较小的工况条件下硬化系数较低，表面发生马氏体转变量较小，难以达到硬化和耐磨的效果，因此，适合中低冲击工况条件的中锰耐磨钢领域的研究热度正逐年增加。申请号2015107079409的专利“一种多元合金化高强高耐磨钢及热轧板的制造方法”公开了一种Mn含量8-10％的中锰耐磨钢热轧板工艺，主要通过Ti、V、Vb等微合金元素细化晶粒，形成合金碳化物等第二相粒子后弥散分布在晶粒内，从而提高钢的强度、硬度和耐磨性等综合性能。
尽管现有中锰耐磨钢的技术逐渐成熟，但是主要是通过添加各种贵重合金元素等方法，耐磨性能的优化难以突破瓶颈，生产和使用成本较高，性价比有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种低合金中锰耐磨钢热轧板。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种低合金中锰耐磨钢热轧板，成份质量百分比为：C 0.6～0.8％，Si0.1～0.2％，Mn 4.5～4.9％，P≤0.02％，S≤0.02％，Cr 3.0-3.5％，Cu 0.4-1.0％，其余为Fe和不可避免的杂质。
，所述的C的质量百分比为0.65～0.75％；所述的Si的质量百分比为0.12～0.19％；所述的Mn的质量百分比为4.6～4.8％，所述的Cr的质量百分比为3.1-3.4％，所述的Cu的质量百分比为0.6-0.8％。
所述的C的质量百分比为0.7％；所述的Si的质量百分比为0.14～0.16％；所述的Mn的质量百分比为4.7％，所述的Cr的质量百分比为3.2-3.3％；所述的Cu的质量百分比为0.5-0.7％。
一种所述的低合金中锰耐磨钢热轧板的制备方法，包括以下步骤，
1)熔炼、精炼和浇铸钢坯：按照上述成分熔炼钢水，钢水经过炉外精炼处理后进行连铸制成钢坯，连铸浇注温度1450-1500℃，板厚度为成品厚度的3-5倍；
2)热轧钢坯：钢坯于1100-1200℃加热后进行多道次轧制，总压下率至少为65％，道次变形率为10-20％，终轧温度不低于1000℃；
3)固溶处理：固溶温度不低于1050℃，钢板淬火完成温度不低于300℃。
抗拉强度不低于700MPa，屈服强度不低于400Mpa，室温冲击韧性AKv≥60J，-20℃冲击韧性AKv≥30J，表面布氏硬度为180-240HB。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明获得热轧板抗拉强度不低于700MPa，屈服强度不低于400Mpa；室温冲击韧性AKv≥60J，-20℃冲击韧性AKv≥30J，表面布氏硬度为180-240HB。本发明通过化学成分优化设计及制备方法的改进，使得到的低合金中锰耐磨钢具有优良的耐磨性能、抗腐蚀性能和力学性能等，具有较强工业化推广潜力。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的一种低合金中锰耐磨钢热轧板，成份质量百分比为：C 0.6～0.8％，Si0.1～0.2％，Mn 4.5～4.9％，P≤0.02％，S≤0.02％，Cr 3.0-3.5％，Cu 0.4-1.0％，其余为Fe和不可避免的杂质。优选地，所述的C的质量百分比为0.65～0.75％，所述的Si的质量百分比为0.12～0.18％，所述的Mn的质量百分比为4.6～4.8％，所述的Cr的质量百分比为3.1-3.4％，所述的Cu的质量百分比为0.6-0.8％。
本发明中的C质量百分含量0.6-0.8％。C在奥氏体中溶解度较高，是使奥氏体稳定的主要元素之一，同时C影响耐磨钢的力学性能、耐磨性能等。随着C含量增加，材料硬度增加，耐磨性能提高，冲击韧性下降。但是C含量过高，会导致钢中析出C化物过多，形成片状马氏体等脆性相，韧性显著降低，生产或使用过程中容易开裂。因此，本发明将C含量控制在0.6-0.8％的合理区间，达到兼顾其耐磨性和韧性的效果。
本发明中的Si质量百分含量0.1-0.2％。Si作为炼钢中的还原剂和脱氧剂，常形成铁素体或奥氏体中的非C化物，因此可以强化铁素体，提高钢的强度和硬度，还具有降低钢的临界冷却速度的作用。Si含量过高会出现块状铁素体组织，使钢的韧性显著下降，同时残余奥氏体显著增加，钢的硬度降低。本发明者选择将Si含量控制在降低水平。
本发明中Mn是主要合金元素之一，也是形成本发明有益效果的主要添加成分。Mn元素有利于形成稳定的奥氏体，同时降低马氏体的临界冷却速度，促进马氏体的形成，提高钢硬度。但Mn是过热敏感性元素，在凝固时容易产生晶界偏析，淬火过程中也容易使晶粒粗大，不利于钢的韧性等性能。
本发明意在提供一种室温下即可获得马氏体相变的中锰耐磨钢，本发明材料体系中当Mn含量低于4.5％时，马氏体转变温度低于室温，不易产生奥氏体向马氏体转变。因此，将Mn含量控制在不低于4.5％的合理区间。
本发明的P、S含量低于0.02％。S是一种热脆性元素，P在钢的凝固过程中容易偏析发生钢的冷脆。考虑到目前的炼钢水平和生产成本，本发明中将P、S含量控制在低于0.02％。
本发明中Cr元素含量在3.0-3.5％。Cr是奥氏体稳定性元素，Cr和C形成C化物固溶在奥氏体中，益于钢的强度、硬度和耐磨性等综合力学性能，同时能够提高钢的耐腐蚀性。Cr还能够提高钢的淬透性，尤其与Mn、Si合理搭配提高钢的淬透性效果明显，但也会增加钢的回火脆性倾向。
本发明中Cu含量控制在0.4-1.0％。铜能提高强度和韧性，特别是与P同时作用可提高大气腐蚀性能。
本发明获得热轧板抗拉强度不低于700MPa，屈服强度不低于400Mpa；室温冲击韧性AKv≥60J，-20℃冲击韧性AKv≥30J，表面布氏硬度为180-240HB。本发明通过化学成分优化设计及制备方法的改进，使得到的低合金中锰耐磨钢具有优良的耐磨性能、抗腐蚀性能和力学性能等，具有较强工业化推广潜力。
实施例1：
按照成分C 0.65％，Si 0.14％，Mn 4.6％,P≤0.02％，S≤0.02％，Cr 3.1％,Cu0.5％,其余为Fe和不可避免的杂质，进行成分配比熔炼钢水，连铸浇铸轧制成钢坯，并进行炉外精炼，其中，连铸浇注温度1450℃；
将熔炼好的钢坯于1200℃加热后多道次轧制，总压下率为70％，道次变形率为10％，终轧温度为1050℃。
将轧制好的板材于1100℃下进行固溶处理，控制钢板淬火表面出水温度低于300℃。
实施例2：
按照成分C 0.7％，Si 0.19％，Mn 4.7％,P≤0.02％，S≤0.02％，Cr 3.3％,Cu0.7％,其余为Fe和不可避免的杂质，进行成分配比熔炼钢水，连续浇铸轧制成钢坯，并进行炉外精炼。其中，连铸浇注温度1500℃
将熔炼好的钢坯于1200℃加热后多道次轧制，总压下率为70％，道次变形率为10％，终轧温度为1100℃。
将轧制好的板材于1100℃下进行固溶处理，控制钢板淬火表面出水温度低于300℃。
实施例3：
按照成分C 0.8％，Si 0.16％，Mn 4.9％,P≤0.02％，S≤0.02％，Cr 3.5％,Cu0.8％,其余为Fe和不可避免的杂质，进行成分配比熔炼钢水，浇铸轧制成钢坯，并进行炉外精炼。其中，连铸浇注温度1475℃
将熔炼好的钢坯于1200℃加热后多道次轧制，总压下率为70％，道次变形率为10％，终轧温度为1050℃。
将轧制好的板材于1100℃下进行固溶处理，控制钢板淬火表面出水温度低于300℃。
实施例4：
按照成分C 0.6％，Si 0.2％，Mn 4.5％,P≤0.02％，S≤0.02％，Cr 3.0％,Cu0.4％,其余为Fe和不可避免的杂质，进行成分配比熔炼钢水，浇铸轧制成钢坯，并进行炉外精炼。连铸浇注温度1480℃
将熔炼好的钢坯于1130℃加热后多道次轧制，总压下率为72％，道次变形率为20％，终轧温度为1050℃。
将轧制好的板材于1100℃下进行固溶处理，控制钢板淬火表面出水温度低于310℃。
实施例5：
按照成分C 0.8％，Si 0.0.12％，Mn 4.8％,P≤0.02％，S≤0.02％，Cr 3.4％,Cu0.6％,其余为Fe和不可避免的杂质，进行成分配比熔炼钢水，浇铸轧制成钢坯，并进行炉外精炼。连铸浇注温度1460℃
将熔炼好的钢坯于1200℃加热后多道次轧制，总压下率为68％，道次变形率为18％，终轧温度为1050℃。
将轧制好的板材于1100℃下进行固溶处理，控制钢板淬火表面出水温度低于350℃。
实施例6：
按照成分C 0.75％，Si 0.1％，Mn 4.8％,P≤0.02％，S≤0.02％，Cr 3.5％,Cu1％,其余为Fe和不可避免的杂质，进行成分配比熔炼钢水，浇铸轧制成钢坯，并进行炉外精炼。连铸浇注温度1490℃
将熔炼好的钢坯于1150℃加热后多道次轧制，总压下率为65％，道次变形率为18％，终轧温度为1050℃。
将轧制好的板材于1100℃下进行固溶处理，控制钢板淬火表面出水温度低于320℃。
实施例中6组材料的工艺性能和冲蚀磨损性能见下表1。
表1材料的力学性能和摩擦磨损性能对比
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种低合金中锰耐磨钢热轧板，其特征在于，成份质量百分比为：C 0.6～0.8％，Si0.1～0.2％，Mn 4.5～4.9％，P≤0.02％，S≤0.02％，Cr 3.0-3.5％，Cu 0.4-1.0％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的耐磨钢热轧板，其特征在于，所述的C的质量百分比为0.65～0.75％；所述的Si的质量百分比为0.12～0.19％；所述的Mn的质量百分比为4.6～4.8％，所述的Cr的质量百分比为3.1-3.4％，所述的Cu的质量百分比为0.6-0.8％。
3.如权利要求1所述的耐磨钢热轧板，其特征在于，所述的C的质量百分比为0.7％；所述的Si的质量百分比为0.14～0.16％；所述的Mn的质量百分比为4.7％，所述的Cr的质量百分比为3.2-3.3％；所述的Cu的质量百分比为0.5-0.7％。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的低合金中锰耐磨钢热轧板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
1)熔炼、精炼和浇铸钢坯：按照上述成分熔炼钢水，钢水经过炉外精炼处理后进行连铸制成钢坯，连铸浇注温度1450-1500℃，板厚度为成品厚度的3-5倍；
2)热轧钢坯：钢坯于1100-1200℃加热后进行多道次轧制，总压下率至少为65％，道次变形率为10-20％，终轧温度不低于1000℃；
3)固溶处理：固溶温度不低于1050℃，钢板淬火完成温度不低于300℃。
5.如权利要求4所述的低合金中锰耐磨钢热轧板的制备方法，其特征在于，所述的低合金中锰耐磨钢热轧板的抗拉强度不低于700MPa，屈服强度不低于400Mpa，室温冲击韧性AKv≥60J，-20℃冲击韧性AKv≥30J，表面布氏硬度为180-240HB。
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