CN108179350B - 一种耐磨钢低成本短生产周期制备方法 - Google Patents

一种耐磨钢低成本短生产周期制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明耐磨钢低成本短生产周期制备方法，耐磨钢成分质量百分比为：C：0.10‑0.20%，Si：0.20‑0.30%，Mn：1.10‑1.50%，Cr：0.15‑0.25%，Mo：0.10‑0.30%，Nb：0.01‑0.02%，Ti：0.01‑0.03%，B：0.0015‑0.0020%，S：≤0.0012%，P：≤0.015%，O：≤0.01%，N：≤0.005%,余量为Fe。铸坯热轧后将钢板在920℃淬火后直接矫直，不需要回火热处理，即得到较低残余应力值的NM400钢板，与采用淬火+回火+矫直工艺后钢板的残余应力值相当。本发明实现了淬火+直接矫直工艺生产耐磨钢NM400钢板，且不需要中间回火处理，减少了工序，降低了成本，缩短生产周期。

Description

一种耐磨钢低成本短生产周期制备方法
技术领域
本发明属于钢铁技术领域，涉及一种耐磨钢的制造方法，具体的说是一种采用淬火+矫直工艺制备耐磨钢NM400的方法。
背景技术
耐磨钢是在工程上应用比较广泛的一种特殊材料，由于其具有的良好耐磨损性能，多用于与矿石、岩石、土砂等存在磨损的场合。常制成工程机械、矿山机械、煤矿机械、破碎机等机械零件。传统的耐磨钢NM400在热轧后进行淬火+回火+矫直工艺，才能充分消除残余应力，工序较多，成本较高，生产周期长。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种耐磨钢低成本短生产周期制备方法，实现了淬火+直接矫直工艺生产耐磨钢NM400钢板，且不需要中间回火处理，减少了工序，降低了成本，缩短生产周期。得到较低残余应力值的NM400钢板，与采用淬火+回火+矫直工艺后钢板的残余应力值相当。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种耐磨钢低成本短生产周期制备方法，包括以下步骤：
㈠冶炼并浇铸成铸坯，所述耐磨钢的成分质量百分比为：C：0.10-0.20％，Si：0.20-0.30％，Mn：1.10-1.50％，Cr：0.15-0.25％，Mo：0.10-0.30％，Nb：0.01-0.02％，Ti：0.01-0.03％，B：0.0015-0.0020％，S≤0.0012％，P≤0.015％，O≤0.01％，N≤0.005％,余量为Fe；
㈡铸坯送入加热炉加热，温度为1150-1200℃，分三阶段加热，预热段500±20℃、加热段1200±20℃、均热段1180±20℃，保温时间为3-6小时，出炉后在中厚板轧机上进行多道次轧制成成品厚度；
㈢轧制后的钢板送入淬火机中在920℃淬火，淬火后的钢板不进行回火直接送入矫直机中进行矫直，以消除残余应力。
本发明成分设计基于以下原理：
C能影响钢的强度、硬度、淬透性，碳含量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，碳含量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，降低钢的耐磨性能，所以耐磨耐磨性能的钢中碳设定为低碳。
Mn提高钢韧性、强度、硬度和耐磨性、耐磨性。提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能。锰能强化铁素体，有固溶强化的作用，特别是在低合金普通结构钢中效果较好。锰降低相变驱动力，使C曲线右移，所以提高钢的淬透性。但Mn是过热敏感性元素，淬火时加热温度过高，会引起晶粒粗大；Mn在凝固时偏析系数较大，很容易在晶界偏聚，对性能产生不利影响，并会导致钢淬火组织中残余奥氏体量增加，所以低合金耐磨钢中锰含量控制在1.0-2.0％之间。
Si是铁素体形成元素，有较强的固溶强化效果，从而提高钢的强度。硅阻止碳化物形核长大，使C曲线右移，提高钢的淬透性。硅抑制ε-K形核长大及转变，能提高钢的低温回火稳定性。但硅含量过高将显著地降低钢的塑性、韧性和延展性。
Cr降低相变驱动力，并且也降低了相变时碳化物的形核长大，所以提高钢的淬透性。铬是碳化物性能元素，回火时组织M3C型长大，提高回火稳定性。铬的碳化物较稳定，不易长大，能细化晶粒，改善碳化物均匀性。铬是不锈钢的主要元素。铬是铁素体形成元素，提高A1点，提高淬火温度，从而提高热疲劳性。
Ni能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐磨能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。
Ti在钢中主要以碳化物TiN和TiC的形态存在。Ti的主要作用：(1)细化钢的组织和晶粒，提高晶粒粗化温度；(2)当在高温溶入奥氏体时，增加钢的淬透性，相反，如以碳化物形态存在时，却将降低钢的淬透性；(3)增加淬火钢的回火稳定性，并产生二次硬化效果。
Mo有效地抑制钢中有害元素的偏聚，是消除或减轻钢高温回火脆性的有效元素。钼是较强碳化物形成元素，降低钢中碳活度，且其碳化物稳定不易长大，所以能细化晶粒，提高钢的回火稳定性。钼能形成含Mo氧化物MoO3，致密而稳定，提高钢在非氧化性酸中的耐蚀性，有效防止点蚀。
Nb可以细化晶粒、提高晶粒粗化温度、降低钢的过热敏感性和回火脆性，在一定的存在状态下，提高钢的强度和韧性及对蠕变的抗力等；
B微量可吸附在奥氏体晶界上，降低了晶界的能量，提高钢的淬透性，可在Mn的配合下获得空冷贝氏体钢。稀土不仅可有效细化铸态组织，净化晶界，改善碳化物和夹杂物的形态及分布，使低合金耐磨钢保持足够的韧性元素(RE)可脱氧、去硫、清除有害杂质、细化晶粒，减少枝晶偏析，改善韧性，提高钢材质量。
本发明的有益效果是：本发明耐磨钢的制备方法实现了淬火+直接矫直工艺生产耐磨钢NM400钢板，且不需要中间回火处理，减少了工序，降低了成本，缩短生产周期；本发明淬火+直接矫直工艺可以得到较低残余应力值的NM400钢板，与采用淬火+回火+矫直工艺后钢板的残余应力值相当。
附图说明
图1是本发明的工艺线路图。
具体实施方式
实施例1
本实施例是一种耐磨钢低成本短生产周期制备方法，工艺线路如图1所示，本实施例的耐磨钢按重量百分比计的设计成分为：C：0.15％，Si：0.25％，Mn：1.37％，Cr：0.19％，Mo：0.20％，Nb：0.015％，Ti：0.02％，B：0.0013％，S：0.0011％，P：0.012％，O：0.008％，N：0.005％,余量为Fe。
按以上成分采用转炉炼钢，连铸成铸坯，加热炉温度为1200℃，分阶段加热，分三阶段加热，预热段500±20℃、加热段1220±20℃、均热段1200±20℃，保温时间为5小时，炉后在中厚板轧机上进行粗轧和精轧两阶段多道次轧制成成品厚度6mm。轧制后送入淬火机中进行淬火，淬火温度920℃。淬火后钢板不需要中间回火处理，直接进行矫直。最后采用磁滞无损检测评估仪进行残余应力的测量，并与淬火+回火+矫直工艺生产的耐磨钢进行对比。其屈服强度为1215MPa，抗拉强度为1240MPa，A50延伸率为22％，表面布什硬度为420HBW，-20℃条件下夏比冲击功分别为38,36,39J，其性能满足国标GB/T24186-2009技术条件。
表1为回火矫直与直接矫直工艺下残余应力对比，可知直接矫直工艺残余应力值与回火矫直工艺相当。
表1回火矫直与直接矫直工艺下残余应力对比
序号 处理工艺 残余应力值σ/MPa
1 回火矫直 37.6
2 直接矫直 38.9
实施例2
本实施例是一种耐磨钢低成本短生产周期制备方法，工艺线路如图1所示，本实施例的耐磨钢按重量百分比计的设计成分为：C：0.14％，Si：0.26％，Mn：1.24％，Cr：0.22％，Mo：0.14％，Nb：0.012％，Ti：0.018％，B：0.0017％，S：0.0007％，P：0.010％，O：0.007％，N：0.005％,余量为Fe。
按以上成分采用转炉炼钢，连铸成铸坯，加热炉温度为1180℃，分阶段加热，分三阶段加热，预热段500±20℃、加热段1220±20℃、均热段1200±20℃，保温时间为5小时，炉后在中厚板轧机上进行粗轧和精轧两阶段多道次轧制成成品厚度16mm。轧制后送入淬火机中进行淬火，淬火温度920℃。淬火后钢板不需要中间回火处理，直接进行矫直。最后采用磁滞无损检测评估仪进行残余应力的测量，并与淬火+回火+矫直工艺生产的耐磨钢进行对比。其屈服强度为1210MPa，抗拉强度为1235MPa，A50延伸率为20％，表面布什硬度为418HBW，-20℃条件下夏比冲击功分别为35,40,38J，其性能满足国标GB/T24186-2009技术条件。
表2为回火矫直与直接矫直工艺下残余应力对比，可知直接矫直工艺残余应力值与回火矫直工艺相当。
表2回火矫直与直接矫直工艺下残余应力对比
序号 处理工艺 残余应力值σ/MPa
1 回火矫直 36.8
2 直接矫直 37.4
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 (5)

1.一种耐磨钢低成本短生产周期制备方法，包括以下步骤： ㈠冶炼并浇铸成铸坯，所述耐磨钢的成分质量百分比为：C：0.10-0.20%，Si：0.20-0.30%，Mn：1.10-1.50%，Cr：0.15-0.25%，Mo：0.10-0.30%，Nb：0.01-0.02%，Ti：0.01-0.03%，B：0.0015-0.0020%，S≤0.0012%，P≤0.015%，O≤0.01%，N≤0.005%,余量为Fe； ㈡铸坯送入加热炉加热，温度为1150-1200℃，分三阶段加热，预热段500±20℃、加热段1200±20℃、均热段1180±20℃，保温时间为3-6小时，出炉后在中厚板轧机上进行多道次轧制成成品厚度； 其特征在于： ㈢轧制后的钢板送入淬火机中在920℃淬火，淬火后的钢板不进行回火直接送入矫直机中进行矫直，以消除残余应力。
2.如权利要求1所述的耐磨钢低成本短生产周期制备方法，其特征在于：所述耐磨钢的成分质量百分比为：C：0.15%，Si：0.25%，Mn：1.37%，Cr：0.19%，Mo：0.20%，Nb：0.015%，Ti：0.02%，B：0.0013%，S：0.0011%，P：0.012%，O：0.008%，N：0.005%,余量为Fe。
3.如权利要求1所述的耐磨钢低成本短生产周期制备方法，其特征在于：所述耐磨钢的成分质量百分比为：C：0.14%，Si：0.26%，Mn：1.24%，Cr：0.22%，Mo：0.14%，Nb：0.012%，Ti：0.018%，B：0.0017%，S：0.0007%，P：0.010%，O：0.007%，N：0.005%,余量为Fe。
4.如权利要求2所述的耐磨钢低成本短生产周期制备方法，其特征在于：包括以下步骤： ㈠按所述成分冶炼并浇铸成铸坯； ㈡铸坯送入加热炉加热，温度为1200℃，分三阶段加热，预热段500±20℃、加热段1220±20℃、均热段1200±20℃，保温时间为5小时，出炉后在中厚板轧机上进行粗轧和精轧两阶段多道次轧制成成品厚度6mm； ㈢轧制后的钢板送入淬火机中在920℃淬火，淬火后的钢板不进行回火直接送入矫直机中进行矫直，以消除残余应力。
5.如权利要求3所述的耐磨钢低成本短生产周期制备方法，其特征在于：包括以下步骤： ㈠按所述成分冶炼并浇铸成铸坯； ㈡铸坯送入加热炉加热，温度为1180℃，分三阶段加热，预热段500±20℃、加热段1200±20℃、均热段1180±20℃，保温时间为5小时，出炉后在中厚板轧机上进行粗轧和精轧两阶段多道次轧制成成品厚度16mm； ㈢轧制后的钢板送入淬火机中在920℃淬火，淬火后的钢板不进行回火直接送入矫直机中进行矫直，以消除残余应力。
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