CN108660374A

CN108660374A - 一种淬火矫直短流程耐磨钢板及其制备方法

Info

Publication number: CN108660374A
Application number: CN201810500310.8A
Authority: CN
Inventors: 楹昏; 麻衡
Original assignee: Shandong Iron and Steel Group Co Ltd SISG
Current assignee: Shandong Iron and Steel Group Co Ltd SISG
Priority date: 2018-05-23
Filing date: 2018-05-23
Publication date: 2018-10-16

Abstract

本发明公开了一种淬火矫直短流程耐磨钢板及其制备方法，该耐磨钢化学成分及其重量百分含量：C 0.15‑0.23％，Si 0.15‑0.55％，Mn 0.8‑1.40％，Cr 0.20‑0.70％，Mo 0‑0.30％，Ni 0‑0.40％，Ti 0.015‑0.040％，P≤0.015％，S≤0.003％，B 0.0010‑0.0030％，Al 0.010～0.050％，As≤0.0090％，H≤0.00021％，O≤0.0030％，余量为Fe和不可避免的夹杂物，且C+Cr元素满足0.564Si+0.0589Mn+0.127Ni+1.121As+0.792B≤C+Cr≤0.533Si+0.911Mn+0.179Ni+0.111As+1.21B。经转炉冶炼、精炼、连铸、轧制、淬火及矫直制备而成；本发明获得了8‑30mm免回火HBW320‑HBW460级耐磨钢板，钢板平直度≤5mm/m，制造流程短，生产成本低，避免了复杂热处理工艺带来的高能耗问题，同时大大降低了生产周期，制备方法简便实用。

Description

一种淬火矫直短流程耐磨钢板及其制备方法

技术领域

本发明属于钢板制备技术领域，具体地，本发明涉及一种淬火矫直短流程耐磨钢板及其制备方法。

背景技术

耐磨钢是广泛用于各种磨损工况的耐磨材料，随着生产工艺技术的进步，新的耐磨钢钢种层出不穷，其冶炼、铸造、热处理和机加工工艺不断改进，耐磨钢的综合力学性能、耐磨性能和使用寿命都在逐步提高，其应用领域日渐扩大。常制成工程机械、矿山机械、煤矿机械、破碎机等机械零件广泛地应用于冶金、矿山、建材、电力、铁路和军事等各个部门中，如推土机、装载机、挖掘机、自卸车及各种矿山机械、抓斗、堆取料机、输料弯曲结构、破碎机颚板、破碎壁、轧臼壁、拖拉机履带板、风扇磨冲击板和铁路道岔等。

在本发明之前，高强度耐磨钢的制造技术主要是传统的离线淬火+回火(Q+T)工艺。部分中厚板企业在生产厚规格耐磨钢板时使用控轧控冷+回火(TMCP+T)工艺。离线淬火+回火工艺生产耐磨钢是把钢板进入加热炉，在指定温度奥氏体化后在适当的冷却速度下达到Mf点以下，使钢板完成淬火得到马氏体组织，淬火后的钢板再进入回火炉重新加热到指定温度，保温一定时间后出炉空冷，已达到消除应力的效果，该种工艺具有流程长、能耗高、生产成本高和周期长的特点，造成了大量的人力、物力及财力浪费。控轧控冷+回火工艺生产耐磨钢板是通过钢板轧完后温度处于奥氏体化以上，通过在线冷却装置淬火得到马氏体组织，再经过回火工艺使碳从过饱和马氏体中排出，同时形成细小的碳化物，改善钢板的内应力和低温冲击韧性，该种工艺由于轧制完毕后钢板温度均匀性无法保证，极易出现硬度不均匀性的质量问题，通过回火无法得到改善。

在本发明之前，中国专利公开号CN 107574370 A即湖南华菱涟源钢铁有限公司申请的“厚度2～10mmNM400耐磨钢及生产方法”，该钢是以水冷的方法进行在线淬火，然后对钢卷再进行冷轧罩退回火，罩退温度150～300℃，该种方法存在在线冷却极易出现冷却不均匀，导致硬度不均匀，通过150～300℃的低温回火无法改善上述问题，而本发明是将钢板在热处理炉离线加热后进行淬火，而离线热处理炉加热的钢板问题均匀，最终淬火后得到的钢板为硬度均匀的耐磨钢，同时本发明无须进行回火处理。

中国专利公开号CN 106521314 A即江阴兴澄特种钢铁有限公司申请的“通体硬化的高韧性易焊接特厚钢板及其制造方法”，该发明添加的贵重元素Ni达到1.0-2.6％，Mo达到0.4-0.7％，同时需要淬火+回火处理，生产成本远高于本发明。

中国专利公开号CN 105937008 A即江阴兴澄特种钢铁有限公司申请的“一种薄规格耐磨钢及其制造方法”，中国专利公开号CN 106011398 B即桂林电子科技大学申请的“低合金耐磨钢的热处理工艺”，该钢生产工艺为淬火+回火处理，具有流程长、能耗高、生产成本高和周期长的特点，造成了大量的人力、物力及财力浪费。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明的一个目的在于提供一种淬火矫直短流程耐磨钢板，本发明的另外一个目的在于提供上述钢板的制备方法，在满足表面布氏硬度HBW320～HBW460，钢板平直度≤5mm/m的基础上，工艺不需进行回火处理，实现了短流程、低成本生产需要。

为达到上述目的，本发明公开了下述技术方案：

一种淬火矫直短流程耐磨钢，其化学成分及其重量百分含量为：C 0.15～0.23％，Si 0.15～0.55％，Mn 0.8～1.40％，Cr 0.20～0.70％，Mo 0～0.30％，Ni 0～0.40％，Ti0.015～0.040％，P≤0.015％，S≤0.003％，B 0.0010～0.0030％，Al 0.010～0.050％，As≤0.0090％，H≤0.00021％，O≤0.0030％，余量为Fe和不可避免的夹杂物，且C+Cr元素满足0.564Si+0.0589Mn+0.127Ni+1.121As+0.792B≤C+Cr≤0.533Si+0.911Mn+0.179Ni+0.111As+1.21B。

所述钢板的厚度规格为8～30mm，布氏硬度为HBW320～HBW460，钢板平直度≤5mm/m。所述钢板的淬火后不进行回火处理。

其中，本发明中各种元素的作用如下：

C：是对钢板强度、硬度、韧性及其淬透性影响较大，较高的C含量会增加钢的强度、硬度和淬透性，但对韧性产生恶化作用。因此，本发明中，C含量控制在0.15～0.23％的范围内。

Si：对钢板的强度，耐磨性以及焊接性能也具有影响。硅在钢中起固溶强化的作用，固溶于铁素体和奥氏体中，可提高它们强度和硬度，在常见的固溶元素中，Si的固溶强化作用强于Mn、Ni、Cr、W、Mo以及V等。另外，硅可以减少摩擦发热时的氧化作用，提到钢的冷变形硬化率和耐磨性，换言之，钢的耐磨性能会随硅含量的增加而提高。但是硅含量过高会导致钢的韧性下降，同时，硅与氧的亲和力比铁强，焊接时容易产生低熔点的硅酸盐，会增加熔渣和熔化金属的流动性，影响焊接性能。因此，优选地，Si含量控制在0.15～0.55％的范围内。

Mn：能够增加钢的韧性，强度，硬度，以及提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；但是锰具有较高的偏析倾向，因此锰含量不易过高，同时锰含量过高也会减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。因此，优选地，Mn含量控制在0.8～1.40％的范围内。

P和S：是钢中的有害元素，可影响钢的脆性。硫在钢中可与锰形成塑性夹杂物硫化锰，对钢板的横向塑性和韧性具有较大影响；同时磷也严重影响钢板的塑性和韧性。换言之，对于本发明而言，磷和硫的含量越低越好，但是在实际生产过程中，磷和硫均不可避免，因此，优选地，P含量≤0.015％、S含量≤0.003％。

Ti：可与碳、氮形成细小的含钛化物，可阻碍连铸坯再加热过程中奥氏体晶粒的粗化进而细化晶粒，可提高钢板的焊接性能，同时Ti也是铁素体强化元素，可固溶于铁素体中提高铁素体的强度，其强化作用高于Al、Mn、Ni、以及Mo等。因此，优选地，Ti含量控制在0.015～0.040％的范围内。

Cr：可提高钢板的强度，硬度和耐磨性，改善钢板的抗腐蚀能力。由于铬在奥氏体中的溶解度较大，淬火后在马氏体中大量固溶，并在随后的回火过程中会析出含铬碳化物，可提高钢的强度和硬度。同时又由于固溶强化基体，细化组织，可显著提高钢的抗氧化能力，增加其抗腐蚀能力。因此，Cr含量优选控制在0.20～0.70％的范围内。

B：可以改善钢板的致密性和热轧性能，提高钢板淬透性，提高强度。本发明中，B含量控制在0.0010～0.0030％的范围内。

Al：的主要作用是脱氧，在钢中可以细化晶粒，提高钢板的冲击韧性。但是铝含量过高会导致铝的氧化物夹杂增加，降低钢的纯净度，同时还影响钢的热加工性能，焊接性能。因此，本发明的Al含量控制在0.010～0.050％的范围内。

As：砷在钢中主要以固溶体和化合物形态存在，As在钢中也常以Fe₂As、Fe₃As₂、FeAs以及固溶体形式存在，较易发生偏析现象，尤其对于厚规格产品偏析的控制水平将直接影响到厚度方向的组织性能均匀性。因此，本发明的As含量控制在≤0.0090％的范围内。

H：由氢引起的氢脆和白点是中厚板材的常见缺陷，容易造成钢的强度，特别是钢的塑性和韧性显著下降，使钢变脆易于开裂，氢也是钢中白点产生的根本原因。因此，本发明要求氢含量≤0.00021％。

O：氧和氢一样，都会对钢的机械性能产生不良影响。不仅是氧的浓度，而且含氧的夹杂物的多少、类型及其分布等也有很重要的影响。这类夹杂物是指金属氧化物、硅酸盐、铝酸盐、含氧硫化物以及类似的夹杂化合物。炼钢需要脱氧，因为凝固期间，溶液中氧和碳反应会生成一氧化碳，可以造成气泡。另外，冷却时氧可以作为FeO、MnO以及其他氧化夹杂物从溶液中析出，从而削弱其热加工或冷加工性，以及延展性、韧性、疲劳强度和钢的械加工性能。因此，本发明要求氧含量≤0.0030％。

本发明提供的一种淬火矫直短流程耐磨钢及其制备方法包括以下步骤：

1)冶炼：将钢水经脱硫、转炉炼钢底吹全程吹氩气、精炼、真空脱气炉真空处理；

2)浇铸：将步骤1)处理后的钢水送连铸机，连铸采用全程氩气保护浇铸，连铸坯低倍控制在C类中心偏析1.0级以内，中心疏松1.0级以内。

3)板坯加热：加热后进行轧制；

4)轧制：利用宽厚板轧机完成轧制，轧制采用自由轧制，轧后空冷；

5)淬火处理：加热至完全奥氏体化后经淬火机进行淬火，钢板淬火温度为915～930℃，在炉加热时间1.3H+5～1.3H+15min，H为钢板厚度，淬火终冷温度为室温；

6)矫直：淬火后的钢板矫直温度为室温，矫直道次为1～3道，矫直力为1010～1300吨，采用5辊或11辊矫直机，矫直机出口辊缝为H-1～H-4mm，H为钢板厚度，矫直速度为0.20～0.26m/min。

本发明与现有技术相比具有如下的改进：

1)从化学成分上看，本发明涉及的耐磨钢的化学成分除C、Si、Mn、Cr、B等元素外，没有添加价格昂贵的Nb、V、Mo、Ni等微合金元素元素，具有合金成本低廉等特点；

2)从轧制工艺上看，本发明涉及的耐磨钢轧制采用自由轧制，通过后续淬火+矫直达到性能指标要求，大大提高了生产效率；

3)从产品生产周期和生产成本上看，本发明涉及的耐磨钢板经过淬火机淬火至室温，然后进行矫直去应力，无须进行回火处理，缩短了生产流程和生产周期，降低了能耗，工艺成本低，易于操作；

4)从产品性能上看，本发明涉及的耐磨钢板具有高强度、高硬度兼备和回火等同去应力效果的特点。

本发明涉及的淬火矫直短流程耐磨钢具有较明显的优势，并且研发低成本、力学性能佳、工艺简单，符合社会经济和钢铁工业发展的必然趋势。

具体实施方式

本说明书中公开得任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或者类似特征中的一个例子而已。所述仅仅是为了帮助理解本发明，不应该视为对本发明的具体限制。

以下实施例对本发明的内容做进一步的详细说明，本发明的保护范围包含但不限于下述实施例。

实施例1

1、一种淬火矫直短流程耐磨钢板，其中钢的化学成分质量百分比含量为：C0.15％，Si 0.20％，Mn 1.10％，Cr 0.45％，Ti 0.022％，P 0.015，S 0.003％，B 0.0018％，Al 0.019％，As 0.0088％，H 0.00018％，O 0.0029％，其余含量为Fe和不可避免的夹杂物。

2、上述一种淬火矫直短流程耐磨钢的制备方法，依次包括冶炼、精炼、连铸、轧制、淬火及矫直工序：

(1)冶炼工序：入转炉前铁水需要脱硫处理，转炉冶炼模式采用全程吹氩气，合金添加完毕再送入LF精炼炉精炼，精炼完毕送入真空炉进行真空脱气处理。

(2)浇铸工序：采用连铸机进行连铸，采用全程氩气保护浇铸。连铸坯低倍为C类中心偏析0.5级，中心疏松0.5级。

(3)板坯加热工序：加热后进行轧制；

(4)轧制工序：利用4300mm宽厚板轧机完成轧制，轧制采用自由轧制，轧后空冷。

(5)热处理工序：加热至完全奥氏体化后经淬火机进行淬火，钢板淬火温度为920℃，在炉时间为18min，淬火终冷温度为室温。

(6)矫直工序：钢板矫直温度为室温，矫直道次为3道，矫直力为1250吨，采用5辊辊矫直机，矫直机出口辊缝为6mm，矫直速度为0.24m/min。

3、经上述工序，得到8mm厚度耐磨钢板，该耐磨钢板的表面布氏硬度为345HBW，钢板平直度为2mm/m。

实施例2

1、一种淬火矫直短流程耐磨钢板，其中钢的化学成分质量百分比含量为：C0.18％，Si 0.35％，Mn 1.15％，Cr 0.50％，Mo 0.20％，Ti 0.021％，P 0.013％，S0.001％，B 0.0022％，Al 0.035％，As 0.0060％，H≤0.00015％，O 0.0022％，其余含量为Fe和不可避免的夹杂物。

(2)浇铸工序：采用连铸机进行连铸，采用全程氩气保护浇铸。连铸坯低倍为C类中心偏析1.0级，中心疏松0.5级。

(3)板坯加热工序：加热后进行轧制；

(5)热处理工序：加热至完全奥氏体化后经淬火机进行淬火，钢板淬火温度为918℃，在炉时间为41min，淬火终冷温度为室温。

(6)矫直工序：钢板矫直温度为室温，矫直道次为1道，矫直力为1221吨，采用5辊辊矫直机，矫直机出口辊缝为18mm，矫直速度为0.25m/min。

3、经上述工序，得到20mm厚度耐磨钢板，该耐磨钢板的表面布氏硬度为431HBW，钢板平直度为1.5mm/m。

实施例3

1、一种淬火矫直短流程耐磨钢板，其中钢的化学成分质量百分比含量为：C0.20％，Si 0.36％，Mn 1.20％，Cr 0.60％，Mo 0.25％，Ni 0.22％，Ti 0.018％，P0.011％，S 0.001％，B 0.0026％，Al 0.038％，As 0.0045％，H 0.00015％，O 0.0026％，其余含量为Fe和不可避免的夹杂物。

(2)浇铸工序：采用连铸机进行连铸，采用全程氩气保护浇铸。连铸坯低倍为C类中心偏析0.5级，中心疏松1.0级。

(3)板坯加热工序：加热后进行轧制；

(5)热处理工序：加热至完全奥氏体化后经淬火机进行淬火，钢板淬火温度为930℃，在炉时间为51min，淬火终冷温度为室温。

(6)矫直工序：钢板矫直温度为室温，矫直道次为2道，矫直力为1178吨，采用11辊辊矫直机，矫直机出口辊缝为28mm，矫直速度为0.22m/min。

3、经上述工序，得到30mm厚度耐磨钢板，该耐磨钢板的表面布氏硬度为457HBW，钢板平直度为1.0mm/m。

通过实施例1-3及相应检测结果可以看出，按照本发明成分设计、轧制、淬火及矫直工艺要求所生产的耐磨钢板，表面布氏硬度HBW320-HBW460级，实现了8～30mm厚淬火矫直短流程耐磨钢板制造，更好的满足用户使用期望，缩短了生产工艺流程，降低了生产成本，采用本发明的生产技术所制造的产品填补了国内空白，因此，本发明的耐磨钢板具有较明显的优势。

本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种淬火矫直短流程耐磨钢板，其特征在于，所述钢板的化学成分及重量百分含量为：C 0.15～0.23％，Si 0.15～0.55％，Mn 0.8～1.40％，Cr 0.20～0.70％，Mo 0～0.30％，Ni 0～0.40％，Ti 0.015～0.040％，P≤0.015％，S≤0.003％，B 0.0010～0.0030％，Al 0.010～0.050％，As≤0.0090％，H≤0.00021％，O≤0.0030％，余量为Fe和不可避免的夹杂物，且C+Cr元素满足0.564Si+0.0589Mn+0.127Ni+1.121As+0.792B≤C+Cr≤0.533Si+0.911Mn+0.179Ni+0.111As+1.21B。

2.根据权利要求1所述的淬火矫直短流程耐磨钢板，其特征在于，所述钢板的厚度规格为8～30mm，布氏硬度为HBW320～HBW460，钢板平直度≤5mm/m。

3.根据权利要求1所述的淬火矫直短流程耐磨钢板，其特征在于，所述钢板的淬火后不进行回火处理。

4.权利要求1-3任一项所述的一种淬火矫直短流程耐磨钢板的制备方法，所述方法包括以下步骤：

1)冶炼：将钢水经脱硫、转炉炼钢、精炼、真空脱气炉真空处理；

2)浇铸：将步骤1)处理后的钢水送连铸机，连铸采用全程氩气保护浇铸；

3)板坯加热：加热后进行轧制；

4)轧制：利用宽厚板轧机完成精轧、粗轧两阶段轧制；

5)淬火处理：加热至完全奥氏体化后经淬火机进行淬火；

6)矫直：淬火后钢板进行矫直。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，连铸坯低倍控制在C类中心偏析1.0级以内，中心疏松1.0级以内。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中，轧制采用自由轧制，轧后空冷。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中，钢板淬火温度为915～930℃，在炉加热时间1.3H+5～1.3H+15min，H为钢板厚度，淬火终冷温度为室温。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤6)中，淬火后的钢板矫直温度为室温，矫直道次为1～3道，矫直力为1010～1300吨，采用5辊或11辊矫直机，矫直机出口辊缝为H-1～H-4mm，H为钢板厚度，矫直速度为0.20～0.26m/min。