CN108300943B - 一种热轧耐磨钢板及其制造方法 - Google Patents

一种热轧耐磨钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热轧耐磨钢板及其制造方法，该钢板的化学成分以重量百分比计包含有：0.14～0.22％的C、5.3～6.5％的Mn、0.1～0.5％的Si、0.01～0.04％的Ti，以及余量的Fe和不可避免的杂质元素。通过以Mn元素代替价格昂贵的Cr、Ni、Mo等元素，大大降低了合金成本，使得该热轧耐磨钢板在具备高硬度的同时还具备低成本的显著特点。其制造方法利用钢种淬透性高的特点，在一定厚度范围内采用空冷代替在线淬火，降低了能耗；在马氏体相变温度区间采取空冷方式也有利于钢板板形的控制，降低了对矫直工艺的要求，从而进一步降低成本。此外，制造时不需要热处理，因而缩短了工艺流程并降低了成本。

Description

一种热轧耐磨钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种耐磨钢技术，具体涉及一种热轧耐磨钢板及其制造方法。
背景技术
耐磨钢广泛应用于冶金、矿山、电力、农业等存在磨损工况的行业中，如制造自卸车、刮板运输机、推土机，装载机，挖掘机、盾构机、掘进机、收割机及水泥球磨机等装置。耐磨钢最主要的力学性能指标为硬度，例如，标准GB/T24186中牌号为NM400的耐磨钢的表面布氏硬度HBW为370～430。高硬度保证了耐磨钢在服役条件下有更长的使用寿命。
耐磨钢中应用较多材料之一是高锰耐磨钢，由英国人哈德菲尔德在1883年发明。这种耐磨钢的Mn含量通常高于10％，具有奥氏体组织，在高冲击载荷下通过形变诱发相变或孪晶的机制获得高硬度，但在低冲击载荷下加工硬化效果不足。同时，过高的Mn含量及C含量也使得高锰耐磨钢制备成本高。中低合金耐磨钢也是常用的一类耐磨钢。这类耐磨钢的Mn含量通常在2％以内，而为了得到高淬透性，添加了大量Cr、Ni、Mo等价格高昂的合金元素，因而合金成本较高。此外，在制备工艺方面，高锰耐磨钢和中低合金耐磨钢通常需要经过水韧处理、回火处理等热处理工序，因而工艺成本较高。
公开号为CN 104884655 A，名为《焊接性优异的高锰耐磨钢》的专利申请，公开了一种焊接性优异的高锰耐磨钢，包含5～15％的Mn、16≤33.5C+Mn≤30的C，Mn含量及C含量都偏高，显然也会使得其高锰耐磨钢的制备成本过高。
公开号为CN 105239014 A，名为《一种低成本高碳中锰耐磨钢及其热轧板制造方法》的专利申请，公开了一种高碳中锰耐磨钢及其热轧板制造方法。其中C含量为0.7～0.9％，Mn含量为7.0～9.0％。同样其Mn含量及C含量也都偏高，此外该钢板还添加了2.0～3.0％的Cr，增加了合金成本。且其制备方法中需要固溶处理，工艺流程较为复杂。
授权公告号为CN 105039861 B，名为《一种中锰含硼低合金耐磨钢板及其制备方法》的专利，公开的中锰含硼低合金耐磨钢板的Mn含量为3.0～3.9％，其通过添加B元素提高淬透性，增加了合金成本，此外其制备方法中也需要经过热处理，工艺流程较长。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种低成本的热轧耐磨钢板，保证钢板具有高硬度的同时，降低了合金成本和工艺成本。
本发明的另一目的是提供一种热轧耐磨钢板的制造方法，该方法缩短了工艺流程，降低了制造成本。
技术方案：本发明所述的一种热轧耐磨钢板，其化学成分以重量百分比计包含有：0.14～0.22％的C、5.3～6.5％的Mn、0.1～0.5％的Si、0.01～0.04％的Ti，以及余量的Fe和不可避免的杂质元素。
其中，所述热轧耐磨钢板的微观组织结构为马氏体。
本发明中化学成分的限定理由如下：
C和Mn是本发明最重要的合金元素。C元素作为奥氏体稳定化元素能够显著提高钢的淬透性，C原子作为间隙原子还具有显著的固溶强化作用。Mn元素作为奥氏体稳定化元素同样能够显著提高钢的淬透性，同时Mn原子作为置换原子发挥固溶强化作用。此外，C和Mn能够形成碳化物，从而进一步提高组织硬度。而Mn、C含量过低时，钢的淬透性降低，不利于得到马氏体组织，且马氏体的硬度也偏低；Mn、C含量过高时，残余奥氏体增多，马氏体比例相应减少。所以本发明控制C含量为0.14～0.22％、Mn含量为5.3～6.5％，使钢板能够获得最佳的淬透性并获得高硬度的马氏体组织。
Si在炼钢过程中为脱氧元素，还能够产生固溶强化作用，但含量过高时会降低韧性等性能。因此，本发明将Si含量控制为0.1～0.5％。
Ti在钢中形成TiN析出，能够抑制高温下奥氏体晶粒粗化，从而有利于细化马氏体组织，提高马氏体的强度及硬度。微量添加就能够发挥作用，过量添加将导致夹杂物粗大。所以，本发明将Ti含量控制为0.01～0.04％。
而本发明的热轧耐磨钢板的制造方法，包括下述步骤：
(1)将板坯在1030～1120℃的温度条件下加热，加热时间与板坯厚度的比值为0.9～1.3min/mm；
(2)然后对加热后的板坯进行轧制，终轧温度为820～870℃，轧制后得到钢板的厚度≤16mm；
(3)将轧制后的钢板空冷至室温。
进一步的，轧制的总变形量≥80％，以能够保证轧制过程中奥氏体晶粒具有足够的再结晶细化效果。
其中，总变形量＝(板坯的厚度-钢板的厚度)×100％/板坯的厚度。
为了控制步骤(3)中，钢板空冷的冷却速度不至于过大，以有利于马氏体组织中碳化物的析出，进一步提高组织硬度，步骤(2)中榨汁后得到的钢板厚度进一步限定为4～16mm。
有益效果：本发明在合金方面，通过采用Mn元素代替价格昂贵的Cr、Ni、Mo等元素，合金成分简单，大大降低了合金成本；且通过对作为主要合金元素的锰和碳的含量进行精密控制，能够获得最佳的淬透性，并且获得高硬度的马氏体组织，从而使得本发明的热轧耐磨钢板在具备高硬度的同时还具备低成本的显著特点，所述热轧耐磨钢板的表面布氏硬度可以达到370～430HBW。而在工艺方面，利用钢种淬透性高的特点，在一定厚度规格范围内采用空冷代替在线淬火，降低了能耗；在马氏体相变温度区间采取空冷方式也有利于钢板板形的控制，降低了对矫直工艺的要求，从而进一步降低了成本。此外，工艺方面不需要热处理，因而大大缩短了工艺流程并降低了成本。
附图说明
图1是实施例1的热轧耐磨钢板的光学金相组织照片；
图2是实施例2的热轧耐磨钢板的光学金相组织照片；
图3是实施例3的热轧耐磨钢板的光学金相组织照片。
具体实施方式
发明人为了解决现有耐磨钢存在的问题而进行深入研究，发现了通过对作为主要合金元素的锰和碳的含量进行精密控制，能够获得最佳的淬透性，并且获得高硬度的马氏体组织。通过对合金元素硅和钛的精密控制，能够细化并强化马氏体，进一步提高马氏体的硬度。进而提出了本发明。
本发明的热轧耐磨钢板，其化学成分以重量百分比计包含有：0.14～0.22％的C、5.3～6.5％的Mn、0.1～0.5％的Si、0.01～0.04％的Ti，以及余量的Fe和不可避免的杂质元素。
其化学成分的限定理由是：C和Mn是本发明最重要的合金元素。C元素作为奥氏体稳定化元素能够显著提高钢的淬透性，C原子作为间隙原子还具有显著的固溶强化作用。Mn元素作为奥氏体稳定化元素同样能够显著提高钢的淬透性，同时Mn原子作为置换原子发挥固溶强化作用。此外，C和Mn能够形成碳化物，从而进一步提高组织硬度。而Mn、C含量过低时，钢的淬透性降低，不利于得到马氏体组织，且马氏体的硬度也偏低；Mn、C含量过高时，残余奥氏体增多，马氏体比例相应减少。所以本发明控制C含量为0.14～0.22％、Mn含量为5.3～6.5％，使钢板能够获得最佳的淬透性并获得高硬度的马氏体组织。
Si在炼钢过程中为脱氧元素，还能够产生固溶强化作用，但含量过高时会降低韧性等性能。因此，本发明将Si含量控制为0.1～0.5％。
Ti在钢中形成TiN析出，能够抑制高温下奥氏体晶粒粗化，从而有利于细化马氏体组织，提高马氏体的强度及硬度。微量添加就能够发挥作用，过量添加将导致夹杂物粗大。所以，本发明将Ti含量控制为0.01～0.04％。
而实施例中为了制造本发明的热轧耐磨钢板，采用的方法包括下述步骤：
将板坯在1030～1120℃的温度条件下加热，加热时间与板坯厚度的比值为0.9～1.3min/mm；然后对加热后的板坯进行轧制，终轧温度为820～870℃，轧制的总变形量≥80％，轧制后得到钢板的厚度为4～16mm；以及将轧制后的钢板空冷至室温。
其中，总变形量＝(板坯的厚度-钢板的厚度)×100％/板坯的厚度。
该制造方法的机理是：坯料加热时得到高温奥氏体组织，同时合金元素通过扩散方式均匀化。加热温度过高或保温时间过长将导致高温奥氏体晶粒过于粗大，而加热温度过低或保温时间过短不利于合金元素均匀化，因此本发明将加热温度控制在1030～1120℃，加热时间与板坯厚度之比控制在0.9～1.3min/mm。加热后坯料进行轧制，终轧温度不低于830℃，能够使变形温度处于奥氏体相区内，而终轧温度不高于870℃，能够避免再结晶奥氏体过度粗化。轧制过程中奥氏体晶粒通过再结晶得以细化，总变形量≥80％能够保证足够的再结晶细化效果。由于钢种淬透性高，16mm及以下厚度钢板的空冷冷速达到该合金成分下马氏体相变需要的冷速(≥0.1℃/s)。因此，在轧制后的空冷过程中，奥氏体能够转变为马氏体。而钢板厚度在4mm以上时，冷却速率不至于过大，有利于马氏体组织中碳化物的析出，进一步提高组织硬度。冷却至室温后，钢板得到具有足够硬度的马氏体组织，钢板表面布氏硬度HBW达到370～430。
为了对本发明做进一步详细说明，发明人提供了如下实施例。
实施例1：将厚度为100mm，化学成分以质量百分比计，包含0.17％C、5.7％Mn、0.22％Si、0.019％Ti，以及余量Fe和杂质元素的板坯，在1080℃的温度条件下加热110min。对加热后的坯料进行轧制，轧制规程如表1所示：
表1实施例1轧制规程
Figure BDA0001572234450000051
其总变形量为89.3％，终轧温度为846℃。轧制后空冷至室温。
得到厚度为10.7mm的热轧耐磨钢板，化学成分以质量百分比计，包含0.17％C、5.9％Mn、0.22％Si、0.019％Ti，以及余量的Fe和杂质元素。微观组织如图1所示全为马氏体组织，检测钢板的表面布氏硬度达到409HBW。
实施例2：将厚度为80mm，化学成分以质量百分比计，包含0.14％C、6.5％Mn、0.1％Si、0.04％Ti，以及余量Fe和杂质元素的板坯，在1120℃的温度条件下加热72min。对加热后的坯料进行轧制，轧制规程如表2所示：
表2实施例2轧制规程
Figure BDA0001572234450000052
其总变形量80％，终轧温度为870℃。轧制后空冷至室温。
得到厚度为16mm的热轧耐磨钢板，化学成分以质量百分比计，包含0.14％C、6.5％Mn、0.1％Si、0.04％Ti，以及余量Fe和杂质元素。显微组织如图2所示均为马氏体组织，测得钢板的表面布氏硬度达到370HBW。
实施例3：将厚度为60mm，化学成分以质量百分比计，包含0.22％C、5.3％Mn、0.5％Si、0.01％Ti，以及余量Fe和杂质元素的板坯，在1030℃的温度条件下加热78min。对加热后的坯料进行轧制，轧制规程如表3所示：
表3实施例3轧制规程
Figure BDA0001572234450000061
其总变形量93.3％，终轧温度为820℃。轧制后空冷至室温。
得到厚度为4mm的低成本热轧耐磨钢板，化学成分以质量百分比计，包含0.22％C、5.3％Mn、0.5％Si、0.01％Ti，以及余量Fe和杂质元素，显微组织如图3所示均为马氏体组织，检测钢板的表面布氏硬度达到430HBW。

Claims (1)

1.一种热轧耐磨钢板的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将厚度60-100mm板坯在1030～1120℃的温度条件下加热，加热时间与板坯厚度的比值为0.9～1.3min/mm；
(2)对加热后的板坯进行轧制，终轧温度为820～870℃，轧制的总变形量≥80％，轧制后得到钢板的厚度为4-10.7mm；
(3)将轧制后的钢板空冷至室温，得到化学成分以重量百分比计为：0.17～0.22％的C、5.3～5.7％的Mn、0.22～0.5％的Si、0.01～0.019％的Ti，以及余量的Fe和不可避免的杂质元素的热轧耐磨钢板；
所述热轧耐磨钢板的微观组织结构为马氏体。
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CB03 Change of inventor or designer information
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Inventor after: Wang Congdao

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