CN108624814A - Hb500级中厚板耐磨钢板及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种HB500级中厚板耐磨钢板及制造方法,其化学元素成分及其重量百分比为:C:0.26~0.31%、Si:1.4~1.6%、Mn:3.8~4.1%、Ni:0.38~0.42%、Mo:0.20~0.35%、V:0.15~0.25%、P≤0.010%、S≤0.005%、[H]≤1ppm,满足0.45%≤V+Mo≤0.6%,其余为Fe及不可避免的夹杂,且钢板的厚度为20~70mm。该耐磨钢板淬透性好,组织性能均匀,残余应力小,避免耐磨钢重复高温加热可能带来的微裂纹源,应用过程中出现开裂的风险显著降低;布氏硬度470以上。
Description
技术领域
本发明属于耐磨钢制造领域,具体涉及一种HB500级中厚板耐磨钢板及制造方法。
背景技术
耐磨钢是重要的基础材料之一,广泛应用于矿山机械、煤炭采运、工程机械、建材、电力机械、铁路运输等领域,按金相组织分类,分为奥氏体型耐磨钢、马氏体型耐磨钢和贝氏体型耐磨钢,其中马氏体耐磨钢一般采用Mn、Mo、Cr、Ni等元素合金化,有时也添加Nb、V、Ti等微合金元素,通过淬火+回火得到以马氏体为主的组织,在实际应用中显示出了优良综合力学性能。
然而在钢铁行业严峻的市场竞争及资源日益匮乏的形势下,采用离线淬火+回火的工艺路线生产的马氏体耐磨钢虽组织性能满足产品要求,但其未能充分利用轧后余热,且工艺路线较长,能源消耗大,生产成本较高,在钢铁行业朝着短流程、低能耗的方向发展的背景下,市场竞争力不强。
中国发明专利申请(公开号为CN101676425A)公开了一种高强度马氏体耐磨钢,其化学成分按重量百分比计为:0.1%≤C≤0.2%,0.5%≤Si≤1.0%,1.0%≤Mn≤2.0%,P≤0.009%,S≤0.004%,Al≤0.03%,0.02%≤Nb≤0.04%,0.02%≤Ti≤0.03%,0.015%≤V≤0.060%,0.0015%≤B≤0.0020%,其余为Fe以及其它不可避免的杂质。本发明专利申请高强度马氏体耐磨钢生产工艺为:转炉或电炉冶炼-真空炉二次精炼-铸坯或铸锭-钢坯或钢锭再加热-TMCP+快速冷却工艺-钢板,本发明高强度马氏体耐磨钢具有极高的强度、硬度、韧性以及耐磨性,但快速冷却后的钢板可能由于冷速不均导致钢板存在较大的内应力,未经回火可能限制韧性。
中国发明专利申请(公开号CN107513661A)公开了一种具有耐腐蚀性能耐磨钢板及其生产方法,钢板化学成分组成及质量百分含量为:0.18%≤C≤0.23%,0.60%≤Si≤0.80%,1.20%≤Mn≤1.60%,P≤0.010%,S≤0.002%,0.85%≤Cr≤1.15%,0.25%≤Mo≤0.35%,0.60%≤Al≤0.80%,0.20%≤Ni≤0.30%,0.04%≤V≤0.06%,余量为Fe和不可避免的杂质;钢板生产方法包括冶炼+连铸、电渣重熔、加热、轧制、扩氢、淬火、回火工序。本发明通过对钢板化学成分调整,结合合适的冶炼、加热、轧制、热处理等工艺技术,生产的钢板力学性能优良,耐腐蚀性能也显著提高,但该钢不仅采用淬火+回火的工艺路线,还需电渣重熔,生产成本较高。
中国发明专利申请(公开号CN1109919A)提供了一种低合金耐磨钢,其成分重量百分比为:C:0.5~0.6%,Si:0.9~1.2%,Mn:1.4~1.7%,Cr:1.35~1.60%,Mo:0.3~0.5%,V:0.05~0.10%,Ti:0.03~0.06%,Re:0.02~0.04%,强度和耐磨性均较好,但大量添加提高淬透性的合金元素,成本较高,C、Si含量高易产生淬火裂纹,添加稀土元素与目前提倡的节约资源相违背。
可见,现有技术中低合金马氏体耐磨钢存在生产成本较高、工艺流程长的现实难题,因此有必要进行新的合金化设计,优化生产工艺,降低生产成本。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种能提高淬透性、降低能源消耗的HB500级中厚板耐磨钢板及制造方法。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:HB500级中厚板耐磨钢板,其特征在于:其化学元素成分及其重量百分比为:C:0.26~0.31%、Si:1.4~1.6%、Mn:3.8~4.1%、Ni:0.38~0.42%、Mo:0.20~0.35%、V:0.15~0.25%、P≤0.010%、S≤0.005%、[H]≤1ppm,满足0.45%≤V+Mo≤0.6%,其余为Fe及不可避免的夹杂,且钢板的厚度为20~70mm。。
各元素含量控制的机理及作用如下:
1)C是提高材料耐磨性能最廉价的元素,也是钢中合金元素形成碳化物必不可少的元素,随着含碳量的增加,硬度、强度和耐磨性提高,但塑韧性和焊接性能降低。综合考虑,C重量百分含量为0.26~0.31%即可,优选0.27~0.28%。
2)Si可缩小奥氏体相区,在碳含量较低的情况下,Si可显著降低钢的临界冷却速度,使最终产物形成细化的马氏体组织。在常见的固溶元素中,Si仅次于P,固溶于铁素体和奥氏体中,可提高它们的硬度和强度,Si可降低碳在铁素体中的扩散速度,使回火时析出的碳化物不易聚集,提高回火稳定性。Si可减少摩擦发热时的氧化作用,提高钢的冷变形硬化率和耐磨性,硅锰钢的耐磨性随Si含量的增加而提高。综合考虑,Si重量百分含量为1.4~1.6%为宜,优选1.55~1.56%。
3)Mn是最经济的提高淬透性的元素,可显著降低钢的Ar1温度、奥氏体的分解速度和马氏体转变温度,锰还可显著降低钢的临界淬火速度,与Fe无限固溶能提高硬度和强度。但Mn含量若太高,会增加钢的回火脆性,综合考虑,Mn重量百分含量为3.8~4.1%为宜,优选3.91~4.0%。
4)Ni可提高淬透性,与Mo结合时,淬透性更优,Ni既可以提高钢的强度,又可使韧性保持极高的水平,综合考虑,Ni重量百分含量为0.38~0.42%为宜,优选0.41~0.42%。
5)Mo显著抑制贝氏体和铁素体转变,在调质态低合金耐磨钢中,Mo能细化晶粒,同时增加抗腐蚀能力,Mo固溶于铁素体和奥氏体时,可使C曲线右移,提高淬透性,另外,Mo还能避免钢在400~500℃左右回火时出现的脆化现象(第二类回火脆性),提高回火稳定性,使得钢在较高的温度下回火时,更有效地消除或降低残余应力,综合考虑,Mo重量百分含量为0.20~0.35%,优选0.32~0.34%。
6)V在钢中主要是碳化物形式存在,主要作用是细化钢的组织和晶粒,提高钢的综合性能,V增加淬火钢的回火稳定性,并产生二次硬化效应。在调质钢中主要是提高钢的强度和屈强比,细化晶粒,降低过热敏感性。综合考虑,V重量百分含量为0.15~0.25%,优选0.21~0.22%。
7)P、S是钢中有害的杂质元素,钢中P易在钢中形成偏析,降低钢的韧性和焊接性能,S已形成塑性硫化物,使钢板产生分层,恶化钢板性能,故P、S含量越低越好,综合考虑,将钢的P、S含量为P≤0.010%,S≤0.005%。
8)H是钢中最有害的元素,且强度越高,影响越大。钢中溶有氢会产生氢脆、白点等缺陷,在固态钢中溶解度极小,在高温时融入钢液,冷却时来不及逸出形成高压细微气孔,使塑性、韧性和疲劳强度急剧降低,严重时造成裂纹、脆断,故对于NM500高级别耐磨钢来说,H元素越低越好,综合考虑,将钢的[H]≤1ppm即可,优选0.6ppm≤[H]≤0.7ppm。
9)多元少量合金元素对淬透性的影响明显大于单一合金的影响,同时添加V和Mo比单独添加Mo元素对淬透性的提高作用更大,尽管前者总量少于后者。因此,本发明中要求V+Mo≥0.35%,主要是为了充分发挥协同作用,但由于已经添加了3%~3.3%的Mn,V+Mo过高,会造成元素的富余,提高了生产成本,因此综合考虑,0.45%≤V+Mo≤0.6%。
还提供一种如权利要求1所述HB500级中厚板耐磨钢板制造方法,包括以下步骤:
1)冶炼、铸造
按所述成分及重量百分比混合均匀形成铁水,然后将铁水经深脱S处理,再用RH真空系统精炼钢水,最后铸造成铸坯;
2)加热
将铸坯加热至1200~1250℃、并保温160~190min;
3)轧制
轧制工艺采取TMCP工艺,开轧温度1100~1160℃,精轧开轧温度900~940℃,终轧780~810℃,末三道次累计压下率20~40%,;
4)淬火、冷却
轧制后采用在线淬火,并喷水冷却,开冷温度720~770℃,冷速30~42℃/s,返红温度230~280℃,热处理工艺回火温度560~610℃,回火时间为板厚×3.5~4.5min/mm。
经冶炼、浇注成铸坯后,在中厚板轧机上进行轧制,加热温度采用低温加热,控制在1200℃~1250℃,以保证细小的奥氏体晶粒,保温160min~190min,使奥氏体均匀化。
轧制工艺采取TMCP工艺,开轧温度1100℃~1160℃,精轧开轧温度900℃~940℃,终轧780℃~810℃,末三道次累计压下率20%~40%,主要目的在于促使晶粒细化均匀,轧后采用在线淬火,迅速喷水冷却,开冷温度720℃~770℃,冷速30℃/s~42℃/s,返红温度230℃~280℃,热处理工艺采用高温回火,回火温度560℃~610℃,回火时间为板厚×3.5~4.5min/mm,采用高温回火可获得回火索氏体组织,更加充分的释放内应力,减少裂纹产生的可能性,显著降低使用过程中开裂的几率。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
1)采用TMCP+回火工艺代替常规离线淬火+回火工艺,降低了能源消耗,缩短生产周期,生产成本显著降低;
2)淬透性好,组织性能均匀,残余应力小,避免耐磨钢重复高温加热可能带来的微裂纹源,应用过程中出现开裂的风险显著降低;
3)布氏硬度470以上。
附图说明
图1为发明HB500级中厚板耐磨钢板金相组织图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明,便于更清楚地了解本发明,但它们不对本发明构成限定。
以下实施例中采取冶炼、浇注成铸坯后,在中厚板轧机上进行轧制,随后进行回火处理。
表1各实施例及对比例化学成分及重量百分比
表2各实施例及对比例工艺参数
根据GB/T228和GB/T231国家标准,测试实施例1~4所述低成本HB500级中厚板耐磨钢的性能如表3所示,可见,4种工艺下生产的HB500硬度与实施例基本处于同一水平,说明实施例在缩短工艺路线和降低生产成本的前提下,并未降低其力学性能,厚度方向心部硬度至少达表面硬度的91%以上,而对比例中仅能达到表面硬度的78~83%,说明实施例的淬透性比对比例更好,显微组织为回火索氏体,表面硬度均匀也可反应显微组织均匀性,组织性能的均匀性好,残余应力小,且可避免耐磨钢重复高温加热可能带来的微裂纹源,应用过程中出现开裂的风险显著降低。
表3各实施例及对比例力学性能
从图1中可以看出,本发明制造的HB500级中厚板钢板,为回火索氏体,淬透性好,组织性能均匀,残余应力小。
Claims (10)
1.一种HB500级中厚板耐磨钢板,其特征在于:其化学元素成分及其重量百分比为:C:0.26~0.31%、Si:1.4~1.6%、Mn:3.8~4.1%、Ni:0.38~0.42%、Mo:0.20~0.35%、V:0.15~0.25%、P≤0.010%、S≤0.005%、[H]≤1ppm,满足0.45%≤V+Mo≤0.6%,其余为Fe及不可避免的夹杂,且钢板的厚度为20~70mm。
2.根据权利要求1所述HB500级中厚板耐磨钢板,其特征在于:所述C的重量百分比优选为0.27~0.28%。
3.根据权利要求1所述HB500级中厚板耐磨钢板,其特征在于:所述Si的重量百分比优选为1.55~1.56%。
4.根据权利要求1所述HB500级中厚板耐磨钢板,其特征在于:所述Mn的重量百分比优选为3.91~4.0%。
5.根据权利要求1所述HB500级中厚板耐磨钢板,其特征在于:所述Ni的重量百分比优选为0.41~0.42%。
6.根据权利要求1所述HB500级中厚板耐磨钢板,其特征在于:所述Mo的重量百分比优选为0.32~0.34%。
7.根据权利要求1所述HB500级中厚板耐磨钢板,其特征在于:所述V的重量百分比优选为0.21~0.22%。
8.根据权利要求1所述HB500级中厚板耐磨钢板,其特征在于:所述V+Mo优选0.53~0.56%。
9.根据权利要求1所述HB500级中厚板耐磨钢板,其特征在于:所述0.6ppm≤[H]≤0.7ppm。
10.一种如权利要求1所述HB500级中厚板耐磨钢板制造方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)冶炼、铸造
按所述成分及重量百分比混合均匀形成铁水,然后将铁水经深脱S处理,再用RH真空系统精炼钢水,最后铸造成铸坯;
2)加热
将铸坯加热至1200~1250℃、并保温160~190min;
3)轧制
轧制工艺采取TMCP工艺,开轧温度1100~1160℃,精轧开轧温度900~940℃,终轧780~810℃,末三道次累计压下率20~40%,;
4)淬火、冷却
轧制后采用在线淬火,并喷水冷却,开冷温度720~770℃,冷速30~42℃/s,返红温度230~280℃,热处理工艺回火温度560~610℃,回火时间为板厚×3.5~4.5min/mm。
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