CN109280852A - 一种大厚度nm500耐磨钢及生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大厚度NM500耐磨钢，涉及冶金技术领域，其化学成分及质量百分比如下：C：0.26%～0.30%，Si：0.20%～0.60%，Mn：0.60%～1.00%，P≤0.012%，S≤0.003%，Cr：0.60%～0.90%，Mo：0.35%～0.50%，Ni：0.40%～0.60%，Ti：0.008%～0.030%，Nb：0.015%～0.050%，B：0.0008%～0.0025%，Ceq≤0.75%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明提供简单易行，生产工序流程短，成本低，生产出的钢力学性能优良，具有大厚度、高硬度、良好韧性及良好的焊接性能。

Description

一种大厚度NM500耐磨钢及生产方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，特别是涉及一种大厚度NM500耐磨钢及生产方法。
背景技术
低合金耐磨钢板相对于传统的耐磨铸钢，具有合金含量低、低温冲击韧性高、可折弯成型等良好的综合性能，以及生产灵活方便、生产成本低等优点，被广泛应用于工作条件恶劣，要求高强度和硬度、耐磨性好的工程、采矿、建筑、农业、水泥、港口、电力以及冶金等机械装备制造，如推土机、装载机、挖掘机、自卸车、球磨机及各种矿山机械、抓斗、堆取料机、输料弯曲结构等。该类部件一般都在干湿交加的环境等极其恶劣的条件下工作，更换困难，要求钢板具有高的强度、硬度及优异的耐磨，以及良好的焊接性能等，以此来保证装备有更高的使用寿命。
目前，已经有不少关于低合金耐磨钢的专利报导，但是其厚度较薄，且截面硬度均匀性均不理想，焊接性能较差，无法同时具备优异的耐磨和耐蚀性能，难以满足装备制造大型化、轻量化和长寿命化制造的需求，尤其是对于厚度90mm截面硬度均匀的低合金耐磨钢NM400厚板，可参考的技术十分少。
考虑到性能最优的90mm的大厚度耐磨钢板不仅要求较高的硬度和韧性性能，还要求有良好的焊接性能，所有的要求均要易于生产且成本较低；因此，本申请针对90mm的大厚度NM500耐磨钢板的化学成分和生产工艺进行了研究，设计了一种大厚度NM500耐磨钢及生产方法。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种大厚度NM500耐磨钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.26％～0.30％，Si：0.20％～0.60％，Mn：0.60％～1.00％，P≤0.012％，S≤0.003％，Cr：0.60％～0.90％，Mo：0.35％～0.50％，Ni：0.40％～0.60％，Ti：0.008％～0.030％，Nb：0.015％～0.050％，B：0.0008％～0.0025％，Ceq≤0.75％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15，余量为Fe和不可避免的杂质。
技术效果：本发明提供的大厚度NM500耐磨钢及生产方法，简单易行，生产工序流程短，成本低，生产出的钢力学性能优良，具有大厚度、高硬度、良好韧性及良好的焊接性能。
本发明进一步限定的技术方案是：
前所述的一种大厚度NM500耐磨钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.27％，Si：0.28％，Mn：0.83％，P≤0.009％，S≤0.0015％，Cr：0.80％，Ni：0.48％，Mo：0.45％，Ti：0.013％，B：0.0015％，Alt：0.033％，Ceq：0.69％。
前所述的一种大厚度NM500耐磨钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.28％，Si：0.27％，Mn：0.83％，P≤0.009％，S≤0.0020％，Cr：0.79％，Ni：0.49％，Mo：0.43％，Ti：0.015％，B：0.0016％，Alt：0.033％，Ceq：0.70％。
前所述的一种大厚度NM500耐磨钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.28％，Si：0.27％，Mn：0.83％，P≤0.009％，S≤0.0020％，Cr：0.78％，Ni：0.47％，Mo：0.42％，Ti：0.014％，B：0.0015％，Alt：0.033％，Ceq：0.70％。
本发明的另一目的在于提供一种大厚度NM500耐磨钢生产方法，包括以下流程：铁水脱硫预处理-转炉冶炼-LF+RH精炼-连铸-铸坯堆垛缓冷-铸坯检验-铸坯判定-铸坯验收-铸坯预热-铸坯加热-除鳞-轧制-空冷-探伤-抛丸-淬火-回火-矫直-切割、取样-喷印标识-检验-入库，其中
铸坯加热时，加热段温度为1180℃～1230℃，均热段温度控制在1215℃～1220℃，出钢温度介于1180℃～1200℃，在炉时间350min～420min；
轧制时采用二阶段轧制法，二阶段开轧温度≤950℃，成品厚度90mm，待温铸坯厚度控制在≥130mm，二阶段终轧温度850℃～860℃，轧后空冷；
调质处理时，淬火温度控制在900℃～930℃，升温速率为1.5±0.1min/mm，在炉时间为170min～190min；淬火后回火温度控制在150℃～220℃，升温速率为2.5±0.1min/mm，在炉时间为360min～450min，缓冷至室温；
热轧态矫直时，先在790℃～830℃下进行预矫。
前所述的一种大厚度NM500耐磨钢生产方法，轧制时，再结晶区轧制要求道次压下率≥12％，终轧温度≥980℃，再结晶区轧制要求累积压下率≥50％，未再结晶区轧制要求累积压下率≥40％，开轧温度≤950℃，终轧温度≥830℃。
前所述的一种大厚度NM500耐磨钢生产方法，坯料厚度为320mm。
本发明的有益效果是：
(1)本发明通过添加少量的铬、镍、钼合金、Nb+Ti+V+B微合金化成份设计，碳当量≤0.75，生产工序流程短，成本低；
(2)本发明采用合理的控轧工艺生产厚度达到90mm的耐磨钢，通过最优的热处理工艺，各力学性能指标均达到国内外大型机械设备企业对材料设计的标准要求，表面硬度≥470HB，心部硬度大于360HB，-20℃，Akv冲击功值≥17J；
(3)本发明成功解决了90mm的大厚度耐磨钢的高硬度低塑性、低冲击功值以及高碳当量对焊接性能影响的技术难点，制备出的钢力学性能优良，具有大厚度，高硬度，良好的韧性以及良好的焊接性能；
(4)本发明中由于90mm厚度钢板轧后强度较高，需要在790℃～840℃进行预矫，保证原始板形，在坚持低成本生产要求的基础上，确保淬火能淬透，在成分设计中采用中碳加少量的提高淬透性的Cr、Mo、B元素，从而提高冷速设计思路解决生产高等级设备要求；
(5)本发明中由于实验钢强度高，90mm钢板采用高温大压下模式进行控轧，整体压缩比＞3倍，故选用320mm厚度坯料，且均热温度控制在1220℃左右，在炉时间适当延长，确保坯料钢温整体均匀，避免出现“红黑”相间的钢温；
(6)本发明中由于成品厚度为90mm，在轧制过程中为避免出现心部偏析，影响强度和冲击值，故采用二阶段轧制方法，且一阶段轧制形变率≥50％，二阶段总形变率≥40％，确保表面到心部组织无明显差异性；
(7)本发明成功解决了在机轧制力为12000吨生产线能够生产高硬度、高韧性大厚度的耐磨钢，应用到国内大型机械设备，大大降低了依赖进口高成本费用。
附图说明
图1、2分别为为大厚度NM500耐磨钢于回火温度180℃、升温速率2.6min/mm、在炉时间420min回火后的1/4厚度、1/2厚度处金相组织照片。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种大厚度NM500耐磨钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.27％，Si：0.28％，Mn：0.83％，P≤0.009％，S≤0.0015％，Cr：0.80％，Ni：0.48％，Mo：0.45％，Ti：0.013％，B：0.0015％，Alt：0.033％，Ceq：0.69％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15，余量为Fe和不可避免的杂质。
生产方法包括以下流程：铁水脱硫预处理-转炉冶炼-LF+RH精炼-连铸-铸坯堆垛缓冷-铸坯检验-铸坯判定-铸坯验收-铸坯预热-铸坯加热-除鳞-轧制-空冷-探伤-抛丸-淬火-回火-矫直-切割、取样-喷印标识-检验-入库，其中：
坯料厚度为320mm，铸坯加热时，加热段温度为1200℃～1220℃，均热段温度控制在1215℃，出钢温度1195℃，在炉时间405min；
轧制时采用二阶段轧制法，二阶段开轧温度886℃，成品厚度90mm，待温铸坯厚度控制在150mm，二阶段终轧温度856℃，轧后空冷；再结晶区轧制要求道次压下率≥12％，终轧温度≥980℃，再结晶区轧制要求累积压下率≥50％，未再结晶区轧制要求累积压下率≥40％，开轧温度≤950℃，终轧温度≥830℃；
调质处理时，淬火温度控制在912℃，升温速率为1.4min/mm，在炉时间为185min；淬火后回火温度控制在200℃，升温速率为2.4min/mm，在炉时间为410min，缓冷至室温；
热轧态矫直时，先在828℃下进行预矫。
实施例2
本实施例提供的一种大厚度NM500耐磨钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.28％，Si：0.27％，Mn：0.83％，P≤0.009％，S≤0.0020％，Cr：0.79％，Ni：0.49％，Mo：0.43％，Ti：0.015％，B：0.0016％，Alt：0.033％，Ceq：0.70％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15，余量为Fe和不可避免的杂质。
生产方法包括以下流程：铁水脱硫预处理-转炉冶炼-LF+RH精炼-连铸-铸坯堆垛缓冷-铸坯检验-铸坯判定-铸坯验收-铸坯预热-铸坯加热-除鳞-轧制-空冷-探伤-抛丸-淬火-回火-矫直-切割、取样-喷印标识-检验-入库，其中：
坯料厚度为320mm，铸坯加热时，加热段温度为1220℃～1230℃，均热段温度控制在1220℃，出钢温度1190℃，在炉时间373min；
轧制时采用二阶段轧制法，二阶段开轧温度890℃，成品厚度90mm，待温铸坯厚度控制在150mm，二阶段终轧温度854℃，轧后空冷；再结晶区轧制要求道次压下率≥12％，终轧温度≥980℃，再结晶区轧制要求累积压下率≥50％，未再结晶区轧制要求累积压下率≥40％，开轧温度≤950℃，终轧温度≥830℃；
调质处理时，淬火温度控制在910℃，升温速率为1.5min/mm，在炉时间为180min；淬火后回火温度控制在180℃，升温速率为2.5min/mm，在炉时间为400min，缓冷至室温；
热轧态矫直时，先在810℃下进行预矫。
实施例3
本实施例提供的一种大厚度NM500耐磨钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.28％，Si：0.27％，Mn：0.83％，P≤0.009％，S≤0.0020％，Cr：0.78％，Ni：0.47％，Mo：0.42％，Ti：0.014％，B：0.0015％，Alt：0.033％，Ceq：0.70％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15，余量为Fe和不可避免的杂质。
生产方法包括以下流程：铁水脱硫预处理-转炉冶炼-LF+RH精炼-连铸-铸坯堆垛缓冷-铸坯检验-铸坯判定-铸坯验收-铸坯预热-铸坯加热-除鳞-轧制-空冷-探伤-抛丸-淬火-回火-矫直-切割、取样-喷印标识-检验-入库，其中：
坯料厚度为320mm，铸坯加热时，加热段温度为1210℃～1220℃，均热段温度控制在1220℃，出钢温度1189℃，在炉时间378min；
轧制时采用二阶段轧制法，二阶段开轧温度887℃，成品厚度90mm，待温铸坯厚度控制在150mm，二阶段终轧温度858℃，轧后空冷；再结晶区轧制要求道次压下率≥12％，终轧温度≥980℃，再结晶区轧制要求累积压下率≥50％，未再结晶区轧制要求累积压下率≥40％，开轧温度≤950℃，终轧温度≥830℃；
调质处理时，淬火温度控制在910℃，升温速率为1.5min/mm，在炉时间为125min；淬火后回火温度控制在180℃，升温速率为2.6min/mm，在炉时间为420min，缓冷至室温；
热轧态矫直时，先在825℃下进行预矫。
实施例1、实施例2及实施例3生产的耐磨钢的力学性能如下表：
结合图1、2，可以看出，从1/4厚度处到1/2处金相组织，显微组织为回火马氏体组织，从1/4厚度处到心部均为回火马氏体组织，且晶粒组织均匀。
本发明通过中碳和少量铬、镍、钼合金、铌+钒+钛+硼微合金化的成份设计，配合合理的控轧工艺、热处理工艺，开发出90mm厚度的NM500耐磨钢，经过控轧、热处理后，其力学性能中表面硬度≥470HB，心部硬度≥360HB，-20℃，Akv冲击功值≥17J；由于国标对70mm厚度NM500耐磨钢尚未有力学性能标准规定，本发明所获得的这些硬度和韧性指标均达到国外大型企业机械力学性能的设计标准，由于硬度高，厚度大，在实际工业生产过程中，对轧制设备和淬火机冷却能力要求较高，同时采用宽厚板的5000轧机，轧制力为12000吨，充分利用大压下轧制模式，获得晶粒均匀，组织性能相匹配的力学性能，成功解决了在机轧制力为12000吨生产线能够生产高硬度、高韧性大厚度的耐磨钢，应用到国内大型机械设备，大大降低了依赖进口高成本费用。
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 (7)

1.一种大厚度NM500耐磨钢，其特征在于，其化学成分及质量百分比如下：C：0.26%～0.30%，Si：0.20%～0.60%，Mn：0.60%～1.00%，P≤0.012%，S≤0.003%，Cr：0.60%～0.90%，Mo：0.35%～0.50%，Ni：0.40%～0.60%，Ti：0.008%～0.030%，Nb：0.015%～0.050%，B：0.0008%～0.0025%，Ceq≤0.75%，Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种大厚度NM500耐磨钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.27%，Si：0.28%，Mn：0.83%，P≤0.009%，S≤0.0015%，Cr：0.80%，Ni：0.48%，Mo：0.45%，Ti：0.013%， B：0.0015%，Alt：0.033%，Ceq：0.69%。
3.根据权利要求1所述的一种大厚度NM500耐磨钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.28%，Si：0.27%，Mn：0.83%，P≤0.009%，S≤0.0020%，Cr：0.79%，Ni：0.49%，Mo：0.43%，Ti：0.015%， B：0.0016%，Alt：0.033%，Ceq：0.70%。
4.根据权利要求1所述的一种大厚度NM500耐磨钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.28%，Si：0.27%，Mn：0.83%，P≤0.009%，S≤0.0020%，Cr：0.78%，Ni：0.47%，Mo：0.42%，Ti：0.014%， B：0.0015%，Alt：0.033%，Ceq：0.70%。
5.一种大厚度NM500耐磨钢生产方法，其特征在于，包括以下流程：铁水脱硫预处理-转炉冶炼-LF+RH精炼-连铸-铸坯堆垛缓冷-铸坯检验-铸坯判定-铸坯验收-铸坯预热-铸坯加热-除鳞-轧制-空冷-探伤-抛丸-淬火-回火-矫直-切割、取样-喷印标识-检验-入库，其中
铸坯加热时，加热段温度为1180℃～1230℃，均热段温度控制在1215℃～1220℃，出钢温度介于1180℃～1200℃，在炉时间350min～420min；
轧制时采用二阶段轧制法，二阶段开轧温度≤950℃，成品厚度90mm，待温铸坯厚度控制在≥130mm，二阶段终轧温度850℃～860℃，轧后空冷；
调质处理时，淬火温度控制在900℃～930℃，升温速率为1.5±0.1min/mm，在炉时间为170min～190min；淬火后回火温度控制在150℃～220℃，升温速率为2.5±0.1min/mm，在炉时间为360min～450min，缓冷至室温；
热轧态矫直时，先在790℃～830℃下进行预矫。
6.根据权利要求5所述的一种大厚度NM500耐磨钢生产方法，其特征在于：轧制时，再结晶区轧制要求道次压下率≥12%，终轧温度≥980℃，再结晶区轧制要求累积压下率≥50%，未再结晶区轧制要求累积压下率≥40%，开轧温度≤950℃，终轧温度≥830℃。
7.根据权利要求5所述的一种大厚度NM500耐磨钢生产方法，其特征在于：坯料厚度为320mm。
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