CN108517465B - 一种铌钛铬硼合金化耐磨钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铌钛铬硼合金化耐磨钢，包括如下重量百分比的化学成分：C：0.15～0.30％；Si：≤0.40％；Mn：0.60～1.60％；P：≤0.015％；S：≤0.0015％；Nb：0.010～0.050％；Cr：0.0025～0.40％；Ti：0.010～0.040％；Als：0.015～0.040％；Ni：0.0025～0.040％；Cu：0.0010～0.0040％；Ca：0.0010～0.0050％；B：0.0010～0.0030％，N：≤0.006％；O：≤0.004％；H：≤0.00020％；余量为铁和不可避免的杂质。其制备方法包括以下步骤：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF精炼→RH精炼→连铸→堆垛缓冷→热轧→横切开平→热处理→成品。所述铌钛铬硼合金化耐磨钢为马氏体组织，具有优良的力学性能和耐磨性能，其Rm：1250～1500MPa，A50：7～15％，HBW425～500；厚度尺寸公差在‑0.15～+0.15mm以内，生产的耐磨板最薄可达2.0mm。

Description

一种铌钛铬硼合金化耐磨钢及其制备方法
技术领域
本发明属于炼钢技术领域，具体涉及一种铌钛铬硼合金化耐磨钢及其制备方法。
背景技术
低合金高强度耐磨钢具有良好的可加工性能和优良的耐磨性能，使用寿命是传统结构钢板的数倍，生产工艺简单，一般采用采用炉卷轧机或者宽厚板轧机轧后在进行淬火+回火。主要以Cr、Mo合金化，生产成本较高。主要厚度为6～150mm。采用该类工艺生产的耐磨钢缺点明显，由于采用单张轧制或者炉卷轧机生产，厚度精度不高，成材率较低，尤其是不能生产厚度6mm以下的耐磨钢，并且厚度精度较差(-0.3～+0.3mm)。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种铌钛铬硼合金化耐磨钢及其制备方法。通过合理的成分设计及炼钢工艺，得到具有良好的板形、高尺寸精度、优良的力学性能和耐磨性能、高的表面质量的耐磨钢。
本发明采取的技术方案为：
一种铌钛铬硼合金化耐磨钢，包括如下重量百分比的化学成分：C：0.15～0.30％；Si：≤0.40％；Mn：0.60～1.60％；P：≤0.015％；S：≤0.0015％；Nb：0.010～0.050％；Cr：0.0025～0.40％；Ti：0.010～0.040％；Als：0.015～0.040％；Ni：0.0025～0.040％；Cu：0.0010～0.0040％；Ca：0.0010～0.0050％；B：0.0010～0.0030％，N：≤0.006％；O：≤0.004％；H：≤0.00020％；余量为铁和不可避免的杂质。
进一步地，优选为包括如下重量百分比的化学成分：C：0.18～0.19％；Si：0.20～0.30％；Mn：1.10～1.15％；P：≤0.011％；S：≤0.0012％；Nb：0.030～0.035％；Cr：0.16～0.25％；Ti：0.034～0.036％；Als：0.035～0.039％；Ni：0.0072～0.013％；Cu：0.0013～0.0016％；Ca：0.0019～0.0025％；B：0.0017～0.0020％，N：≤0.0014％；O：≤0.0012％；H：≤0.00015％；余量为铁和不可避免的杂质；余量为铁和不可避免的杂质。
本发明还提供了所述铌钛铬硼合金化耐磨钢的制备方法，包括以下步骤：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF精炼→RH精炼→连铸→堆垛缓冷→热轧→横切开平→热处理→成品。
进一步地，所述铁水预处理步骤中，要求前扒渣和后扒渣，后扒渣亮面大于85％。
进一步地，所述转炉冶炼步骤中，加强出钢挡渣操作，下渣量≤4kg/t；过程控制模型，终点炉温1620～1635℃。
进一步地，所述RH精炼步骤中，调整[Ti]、[B]、[Al]至目标值；同时微调其它成分至目标值，保证深脱气时间不小于12min，确保破空前[H]含量不大于1.8ppm。破空后喂钙线，钙含量要求10～50ppm，保证喂钙线前后总弱搅时间不小于12min。
进一步地，所述连铸步骤中，控制钢水过热度15～25℃；投用动态轻压下和电磁搅拌；所述堆垛缓冷步骤中，对铸坯进行缓冷扩氢处理，缓冷温度为500～700℃，缓冷时间不小于48小时。
进一步地，所述热轧步骤中，轧制道次分配：采用两机架可逆轧机粗轧、再进行7机架热连轧，最后进行轧制后层流冷却、卷取。
所述热轧步骤中，加热温度为1200～1250℃、粗轧开轧温度为1150～1180℃、精轧开轧温度为950～1050℃、精轧终轧温度为840～900℃、卷取温度为600～650℃；热连轧冷却方式为水幕前段层流冷却，水冷速度为5℃～20℃/s。
3mm目标热轧板的热轧道次分配为：
粗轧6道次：220，204，165，130，96.8，67，43.7mm。
精轧7道次:43.7，26，15.3，9.1，6.0，4.3，3.4，3.0mm。
热连轧TMCP工艺制度的依据是：
热机械轧制(TMCP)是以再结晶、相变等冶金工艺为基础，在规定的变形和温度条件下完成固溶强化、沉淀强化、位错强化和晶粒细化等硬化处理，从而使轧制状态钢板性能达到最佳化。为获得强度和韧性的合理匹配，充分发挥七机架热连轧机组的轧制和冷却能力，采用控制轧制和加速冷却的方式生产，它通过高温奥氏体区形变再结晶、低温奥氏体未再结晶区的变形以及轧后的加速冷却来获得最佳效果。
在组织上，采用高温卷取得到铁素体+细珠光体+少量贝氏体。通过控制TMCP工艺及其他有利于贝氏体组织形成的因素，沿奥氏体晶界或奥氏体晶内先期产生少量贝氏体，分割奥氏体晶粒为若干小空间，在随后的相变中，由于转变速度很快，分割后的空间限制了贝氏体的长大，从而得到进一步细化的组织。由另外，铁素体+细珠光体+少量贝氏体组织更接近平衡组织而转变更加充分。热轧基板的晶粒均匀，板形良好。
进一步地，所述横切开平步骤中，采用横切开平后横切板不平度≤3mm/m。
进一步地，所述热处理步骤中，横切板加热至900～950℃，采用辊式淬火机进行淬火处理，辊速为0.2～0.5m/s，水量为900～4000m3/h，淬火保温时间为10～25min；淬火后进行回火处理，回火温度为200～500℃，回火保温时间为30～45min。
进一步地，所述铌钛铬硼合金化耐磨钢的热轧板组织为铁素体+贝氏体+珠光体；热处理后组织为马氏体。生产的热耐磨板最薄可达2.0mm。
本发明提供的技术方案中，从成分设计、轧制和冶炼三个关键环节从严控制。第一，采用适当的C、Mn、Nb、Ti、B、Cr含量控制；Mn的加入可以降低钢的临界冷却速度，推迟奥氏体向珠光体的转变，提高淬透性和耐磨性。少量的Nb提高了未再结晶温度，通过动态回复与动态再结晶细化晶粒。Ti主要是为了细化晶粒，利用钛的氮化物高温析出的特性使加热阶段奥氏体晶粒不过于粗大。同时Nb和Ti的复合加入，细化淬火后的马氏体条，提高强度和耐磨性。加入适量的B和Cr提高了钢的淬透性和耐磨性。
第二，设计热连轧轧制、冷却工艺，综合微合金化、固溶强化和组织强化等方法，获得较为均匀的铁素体+细珠光体+少量贝氏体的复相组织，同时控制热轧板卷的尺寸精度、表面质量和板形。
第三，通过超纯净冶炼最大限度降低S和P的含量，减少硫化锰夹杂来提高韧性；第四，采用LF+RH双联工艺严格控制钢中的H含量。第五，采用电磁搅拌和轻压下工艺严格控制钢坯的内部质量。
第四，采用LF+RH双联工艺严格控制钢中的H含量。
第五，采用电磁搅拌和轻压下工艺严格控制钢坯的内部质量。
本发明提供的铌钛铬硼合金化耐磨钢的配方中，在热连轧TMCP工艺制度下，通过合理的成分设计，合理的炼钢和连铸生产工艺，采用热连轧生产工艺得到2～6mm的规格的热轧板卷，通过控制轧制和控制冷却，将钢的碳硅锰含量控制在合理的范围，得到具有良好的板形、高尺寸精度、优良的力学性能和耐磨性能、高的表面质量的耐磨钢同时提高了生产效率和成材率，减少制造成本，确保了经济性。经过横切开平加工后横切板采用淬火+回火的热处理工艺后，得到优良的马氏体组织，且组织均匀分布。主要用于自卸车车厢板等轻量化需求迫切的制造领域。
本发明采用适当的C、Mn、Nb、Cr、Ti、B等元素，为节约资源，秉持经济适用原则，不采用Mo和稀土元素加入，经济性好；采用进行控氢和扩氢处理，保证钢中不出现白点；采用电磁搅拌和轻压下等连铸生产工艺，保证连铸坯中心偏析C类≤1.0；充分发挥热连轧机组突出的控制轧制和控制冷却能力来提高材料板形、生产效率和成材率；生产的耐磨板最薄可达2.0mm，最厚规格可达25.4mm，满足车厢、刀板等轻量化需求；采用淬火和回火热处理，最终得到优良的马氏体组织。
根据本发明公开的方法得到的铌钛铬硼合金化耐磨钢具有优良的力学性能和耐磨性能，其Rm：1250～1500MPa，A50：7～15％，HBW425～500；性能合格率达到100％以上，成材率达到95％以上；厚度尺寸公差在-0.15～+0.15mm以内。
附图说明
图1为实施例1中的铌钛铬硼合金化耐磨钢的热轧板的金相组织图,热轧板组织主要为60％铁素体+35％珠光体+5％贝氏体；
图2为实施例1中的铌钛铬硼合金化耐磨钢热处理后的金相组织图，热处理后组织为马氏体。
具体实施方式
一种铌钛铬硼合金化耐磨钢，包括如下重量百分比的化学成分：C：0.15～0.30％；Si：≤0.40％；Mn：0.60～1.60％；P：≤0.015％；S：≤0.0015％；Nb：0.010～0.050％；Cr：0.0025～0.40％；Ti：0.010～0.040％；Als：0.015～0.040％；Ni：0.0025～0.040％；Cu：0.0010～0.0040％；Ca：0.0010～0.0050％；B：0.0010～0.0030％，N：≤0.006％；O：≤0.004％；H：≤0.00020％；余量为铁和不可避免的杂质。
所述铌钛铬硼合金化耐磨钢的制备方法为：
(1)铁水预处理：S≤0.002％：前扒渣和后扒渣，后扒渣亮面大于85％；
(2)转炉冶炼：P≤0.013％，加强出钢挡渣操作，下渣量≤4kg/t；过程控制模型，终点炉温1620～1635；
(3)合金微调站；
(4)LF精炼，脱硫至S≤0.0010％，白渣操作，保证钢包顶渣充分还原，喂钙线；
(5)RH精炼：处理该钢种前需洗槽，调整[Ti]、[B]、[Al]至目标值；同时微调其它成分至目标值，保证深脱气时间不小于12min，确保破空前[H]含量小于1.5ppm。破空后喂钙线，钙含量要求10～50ppm，保证喂钙线前后总弱搅时间不小于12min；
(6)连铸：控制钢水过热度15～25℃，投用动态轻压下和电磁搅拌；连铸坯中心偏析控制在C类1.0级以下；
(7)堆垛缓冷：对铸坯进行缓冷扩氢处理，缓冷温度为500～700℃，缓冷时间不小于48小时；
(8)热轧：采用两机架可逆轧机粗轧、再进行7机架热连轧，最后进行轧制后层流冷却、卷取，在奥氏体再结晶区和未再结晶区多道次控制轧制，1200～1250℃加热－1150～1180℃粗轧开轧－950～1050精轧开轧－840～900℃精轧终轧－600～650℃终止冷却并卷取；
典型3mm目标热压板的压下率为：
粗轧6道次：220，204，165，130，96.8，67，43.7mm；
精轧7道次:43.7，26，15.3，9.1，6.0，4.3，3.4，3.0mm；
热连轧冷却方式：水幕前段层流冷却，水冷5℃～20℃/S。
(9)横切开平：横切板不平度≤3mm/m；
(10)热处理：横切板加热至900～950℃，采用辊式淬火机进行淬火处理，辊速为0.2～0.5m/s，水量为900～4000m3/h，淬火保温时间为10～25min；淬火后进行回火处理，回火温度为200～500℃，回火保温时间为30～45min。
(11)成品。
下面结合具体实施例对上述技术方案进行详细说明。
各实施例中的铌钛铬硼合金化耐磨钢的化学成分如表1所示；制备工艺中的热轧和热处理工艺参数如表2所示，力学性能如表3所示。
表1.实施例铌钛铬硼合金化耐磨钢的化学成分(％)
表2.铌钛铬硼合金化耐磨钢TMCP工艺制度和热处理工艺制度
表3铌钛铬硼合金化耐磨钢力学性能检验结果(横向)
采用MMS-2A微机控制磨损试验机进行滑动磨损对比实验结果见表4，磨损机转速设置为250r/min，磨损时间30min。本发明实施例1～3生产的钢的磨损失重量明显低于Q345B，相对耐磨性为136.35。
表4 200N载荷下相对滑动磨损数据(g)，实施例1
上述参照实施例对一种铌钛铬硼合金化耐磨钢及其制备方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铌钛铬硼合金化耐磨钢，其特征在于，包括如下重量百分比的化学成分：C：0.18～0.19％；Si：0.20~0.30％；Mn： 1.10～1.15％；P：≤0.011％；S：≤0.0012％；Nb：0.030～0.035％； Cr：0.16～0.25％；Ti：0.034～0.036％；Als：0.035～0.039％；Ni：0.0072～0.013％； Cu：0.0013～0.0016％；Ca：0.0019～0.0025％；B：0.0017~0.0020%，N：≤0.0014％；O：≤0.0012％；H：≤0.00015%；余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的铌钛铬硼合金化耐磨钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF精炼→RH精炼→连铸→堆垛缓冷→热轧→横切开平→热处理→成品。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述铁水预处理步骤中，要求前扒渣和后扒渣，后扒渣亮面大于85%。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述转炉冶炼步骤中，加强出钢挡渣操作，下渣量≤4kg/t；过程控制模型，终点炉温1620~1635°C。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述RH精炼步骤中，调整[Ti]、[B]、[Al]至目标值；同时微调其它成分至目标值，保证深脱气时间不小于12min，确保破空前[H]含量不大于1.8ppm，破空后喂钙线，钙含量要求10~50ppm，保证喂钙线前后总弱搅时间不小于12min。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述连铸步骤中，控制钢水过热度15~25°C；投用动态轻压下和电磁搅拌；所述堆垛缓冷步骤中，缓冷温度为500~700°C，缓冷时间不小于48小时。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述热轧步骤中，加热温度为1200～1250℃、粗轧开轧温度为1150～1180℃、精轧开轧温度为950～1050℃、精轧终轧温度为840～900℃、卷取温度为600～650℃；热连轧冷却方式为水幕前段层流冷却，水冷速度为5℃～20℃/s。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述热处理步骤中，横切板加热至900~950℃，采用辊式淬火机进行淬火处理，辊速为0.2~0.5m/s，水量为900~4000m3/h，淬火保温时间为10~25min；淬火后进行回火处理，回火温度为200~500℃，回火保温时间为30~45min。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述铌钛铬硼合金化耐磨钢的热轧板组织为铁素体+贝氏体+珠光体；热处理后组织为马氏体。
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