CN109706399B - 高钛耐磨钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高钛耐磨钢及其制备方法，属于冶金技术领域，所述耐磨钢是由以下重量百分含量的成分组成C：0.15～0.28％，Si：0.18～0.22％，Mn：0.9～1.5％，S≤0.015％，P≤0.020％，Mo：0.15～0.32％，Ti：0.30～0.6％，Als：0.02～0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质。由本发明成分配比组成的耐磨钢在保证硬度的同时还能够大幅度的提升钢板的耐磨性；并且本发明钢板的成分中不含有Nb、Cr、B等重金属元素，环保且价格低廉，具有广阔的市场应用前景。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种高钛耐磨钢及其制备方法。
背景技术
磨损是金属机械零件失效的主要形式之一，耐磨钢作为广泛用于各种磨损工况的合金钢，在材料中占有重要的一席之地。
传统耐磨钢的组织通常选择单相马氏体，提高其耐磨性的主要方法是增加硬度，增加硬度则主要是依靠提高钢板中的碳含量；然而，碳含量的增加，钢板的加工性能和焊接性能严重恶化，难以满足装备制造相关要求。
现有技术通过在金属基体中添加微米级别的碳化物颗粒来提高材料的耐磨性，但是微米级碳化物颗粒的尺寸过大，数量过多，颗过于集中，容易造成钢板的韧性变差。
CN109207853A公开了一种高耐磨性的马氏体耐磨钢板及其制造方法，采用的技术方案是：包含以下化学组成按重量百分含量为C：0.32～0.38％；Si：0.02～0.30％；Mn：0.8～1.0％；Ti：0.6～0.8％；Nb：0.02～0.03％；Mo：0.15～0.20％；Cr：0.35～0.45％；B：0.0010～00020％；S≤0.003％；P≤0.012％；余量为Fe和不可避免的杂质元素。该申请通过在热连轧过程中，连铸析出的TiC粒子沿轧向逐步碎化、均匀化；通过轧制破碎和固态析出纳米级TiC，连铸析出的微米级的TiC粒子大部分消失；纳米级TiC可细化原始奥氏体晶粒，改善塑韧性。但是该专利中含有Nb、Cr、B等重金属元素，价格高昂有毒性，并且冶炼流程长，成本高，不符合低成本冶炼耐磨钢的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：现有耐磨钢成本高、毒性大并且综合性能一般。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：提供了一种高钛耐磨钢，由以下重量百分含量的成分组成：C 0.15～0.28％，Si 0.18～0.22％，Mn 0.9～1.5％，S≤0.015％，P≤0.020％，Mo0.15～0.32％，Ti 0.30～0.6％，Als 0.02～0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提供了上述高钛耐磨钢的制备方法，包括以下步骤：电炉冶炼、LF精炼、VD精炼、模铸、热轧、热处理。
其中，所述电炉冶炼步骤中，控制出钢下渣量≤10kg/t，出钢P≤0.008％，出钢C0.03～0.08％，出钢温度1650～1680℃。
其中，所述LF精炼步骤中，根据进站成分加入高碳锰铁，钼铁、硅铁，将钢水成分中C、Si、Mn、Mo、Ti以及Als的含量控制在目标值的中限；再加入石灰、精炼渣以及萤石，加热化渣后，喂入铝线进行脱氧，将钢中铝控制在0.02～0.06％，出站时钢中S≤0.010％，出站温度1700～1730℃。
其中，石灰、精炼渣以及萤石的质量比为12:4:1。
其中，所述精炼渣成分为Al2O318～30％，Al 6～15％，CaO 40～45％，SiO2≤10％，P≤0.05％，S≤0.15％，其余为不可避免的杂质。
其中，所述高碳锰铁的成分为C≤7.5％，Mn 70～77％，S≤0.03％，Si≤2％，P≤0.25％，其余为不可避免的杂质。
其中，所述钼铁的成分为Mo≥60％，Fe 30～38％，其余为不可避免的杂质。
其中，所述硅铁为Si 36～44％，Fe 54～62％，其余为不可避免的杂质。
其中，所述VD精炼步骤中，在55～75pa下处理20～28min，破空加入钛铁至Ti含量为0.30～0.6％，出站温度为1610～1620℃。
其中，所述钛铁成分为Ti 60～70％，C 0.1～0.2％，Si 0.2～0.4％，Al 2～7％，Fe 20～25％，其余为不可避免的杂质。
其中，所述模铸步骤中，温度为1555～1565℃。
其中，所述热处理步骤是指在800～960℃淬火和100～240℃回火。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
由本发明成分配比组成的耐磨钢在保证硬度的同时，还能够大幅度的提升钢板的耐磨性；并且本发明钢板的成分中不含有Nb、Cr、B等重金属元素，环保且价格低廉。同时本发明耐磨钢的制备工艺路线短，进一步降低了耐磨钢板的制备成本。在本发明的成分配比以及热处理工艺下制备的耐磨钢板具有优异的综合性能，能够延长设备的使用寿命，具有较好的应用前景。
具体实施方式
一种高钛耐磨钢，由以下重量百分含量的成分组成：C：0.15～0.28％，Si：0.18～0.22％，Mn：0.9～1.5％，S≤0.015％，P≤0.020％，Mo：0.15～0.32％，Ti：0.30～0.6％，Als：0.02～0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质。其中，Als是指酸溶铝。
本发明还提供了上述高钛耐磨钢的制备方法，包括以下步骤：电炉冶炼→LF精炼→VD精炼→模铸→热轧→热处理。
其中，电炉冶炼具体为将铁水在转炉中冶炼成钢水，控制出钢下渣量≤10kg/t，出钢P≤0.008％，出钢C：0.03～0.08％，出钢温度1650～1680℃。
其中，所述LF精炼步骤中，根据进站成分加入高碳锰铁，钼铁、硅铁，将钢水成分中C、Si、Mn、Mo、Ti以及Als的含量控制在目标值的中限；再加入石灰、精炼渣以及萤石，加热化渣后，喂入铝线进行脱氧，将钢中铝控制在0.02～0.06％，出站时钢中S≤0.010％，出站温度1700～1730℃。所述高碳锰铁的成分为C≤7.5％，Mn：70～77％，S≤0.03％，Si≤2％，P≤0.25％，其余为不可避免的杂质；所述钼铁的成分为Mo≥60％，Fe：30～38％，其余为不可避免的杂质；所述硅铁为Si：36～44％，Fe:54～62％，其余为不可避免的杂质。所述精炼渣成分为Al2O3：18～30％，Al：6～15％，CaO：40～45％，SiO2≤10％，P≤0.05％，S≤0.15％，其余为不可避免的杂质。
其中，所述VD精炼步骤中，在55～75pa下处理20～28min，破空加入钛铁至Ti含量为0.30～0.6％，出站温度为1610～1620℃。所述钛铁成分为Ti：60～70％，C：0.1～0.2％，Si：0.2～0.4％，Al：2～7％，Fe：20～25％，其余为不可避免的杂质。
其中，所述模铸步骤中，温度为1555～1565℃。
其中，热轧步骤是将模铸的板坯经加热后进行轧制，轧制的目的是使连铸板坯达到所需的厚度。本发明轧制的压下率为45～55％。
其中，热轧的开轧温度指钢坯进入轧机的温度，在该温度下进行加热，能够充分固溶微合金元素，消除铸坯因枝晶偏板带来的化学元素偏析，同时避免了液析碳化物后降低微合金元素在钢中的作用。热轧的终轧温度指钢带出精轧机组的温度，为了使成品的厚度和力学性能均匀。本发明热轧开轧温度为1150-1180℃，终轧温度为850℃。
其中，热处理步骤是指在800～960℃淬火以后再在100～240℃回火。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
高钛耐磨钢的化学成分为C：0.15％，Si：0.22％，Mn：0.9％，S：0.008％，P：0.020％，Mo：0.15％，Ti：0.6％，Als：0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
制备方法如下：
铁水直接加入电炉冶炼，铁水成分C：4.05％，Si：1.2％，Mn：0.05％，S：0.080％，P：0.10％，其余为Fe和微量元素。
电炉冶炼：电炉吹氧，加石灰450kg，出钢下渣量≤400kg，氧活度为400ppm，出钢P为0.007％，出钢碳含量0.05％，出钢脱氧加铝锭100kg，出钢温度1660℃。
LF工序:根据进站成分加入高碳锰铁、钼铁、硅铁，将钢水成分控制在目标值的中限，再加入石灰600kg，精炼渣200kg，萤石50kg，加热化渣10min后，喂入铝线200m(铝线质量为1.2kg/m，铝含量为99％)进行脱氧，钢中铝含量为0.04％；脱氧结束后，定氧，测温。LF出站钢中S为0.008％，出站温度1710℃。
高碳锰铁：C≤7.5％，Mn：70～77％，S≤0.03％，Si≤2％，P≤0.25％，其余为不可避免的杂质。
钼铁：Mo≥60％，Fe：30～38％，其余为不可避免的杂质。
硅铁：硅含量为40％，Fe含量为58％，其余为不可避免的杂质。
VD工序：根据LF出站成分进行合金元素微调至目标值中限，并进行碳钛合金化，将成分控制在中限。VD极限真空(67pa)下处理时间25min，总处理时间为30min。破空加入钛铁至Ti含量为0.37％。
VD出站进行15min软吹氩，破空后吹氩过程严禁钢水裸露，吹氩量为钢水微微波动。处理结束测温、定氧，温度为1610℃。
模铸：采用耐热合金钢模具浇铸，浇铸速度为1t/min，每个模具浇铸出钢坯大小为8t，温度控制1555～1565℃。
热轧与热处理：热轧开轧温度为1150-1180℃,终轧温度为850℃，压下率为50％。热轧后的冷却速度控制为15℃/s。在870℃淬火和170℃回火。
实施例2
高钛耐磨钢的化学成分为C：0.28％，Si：0.18％，Mn：1.5％，S：0.01％，P：0.015％，Mo：0.32％，Ti：0.30％，Als：0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质。制备方法同实施例1。
实施例3
高钛耐磨钢的化学成分为C：0.22％，Si：0.20％，Mn：1.3％，S：0.007％，P：0.010％，Mo：0.27％，Ti：0.40％，Als：0.04％，余量为Fe和不可避免的杂质。制备方法同实施例1。
分别将实施例1-3所述的高钛耐磨钢板进行研磨抛光后，沿着钢板的纵向截面依次取3个点，采用宏观维氏硬度计分别对实施例1-3所述的钢板的宏观硬度进行测定，测定结果如表1所示。
表1三块钢板的宏观硬度值(HBW)
| 钢板 | 点1 | 点2 | 点3 | 平均值 |
| 实施例1 | 580.5 | 578.6 | 543.5 | 567.5 |
| 实施例2 | 571.6 | 546.1 | 591.3 | 569.7 |
| 实施例3 | 543.1 | 563.4 | 583.6 | 563.4 |
从表1中可以看出，实施例1-3所述的高耐磨性的马氏体耐磨钢板的硬度在纵向截面上分布均匀，且钢板的硬度范围在HBW563-570范围内。
耐磨性测试
分别沿着实施例1-3制备的耐磨钢板的轧制方向切取磨损试样，试样尺寸为75×26×3.5mm。分别采用NM500和EH500为对比试样，分别检测实施例1-3制备的钢板以及NM500和EH500的耐磨性能。钢板的耐磨性能试验在MLG-130满足ASTM-G65标准的干砂式橡胶轮磨粒磨损试验机上进行的。
根据磨损标准ASTM-G65-15进行磨粒磨损实验，采用40-70目石英砂，在25℃下分别对实施例1-3所述的钢板进行2000r磨损实验，实验结果如表2所示。
表2磨损试验结果
| 钢板 | 磨损前重量(g) | 磨损后重量(g) | 磨损失重(g) |
| 实施例1 | 100.8523 | 100.0455 | 0.8068 |
| 实施例2 | 100.3518 | 99.5391 | 0.8127 |
| 实施例3 | 100.8614 | 100.0545 | 0.8069 |
| NM500 | 100.9354 | 99.4214 | 1.5140 |
| EH500 | 100.4156 | 99.3110 | 1.1046 |
从干砂式橡胶轮磨粒磨损实验结果可以看出，实施例1-3制备的的高钛耐磨钢板的磨损失重量差别不大，基本在0.80-0.81g之间，说明实施例1-3制备的高钛耐磨钢板的磨损性能稳定性很好。
以NM500为对比钢时，实施例1-3制备的的高钛耐磨钢板的相对耐磨性能是NM550的1.8倍以上；以EH500为对比钢时，实施例1-3制备的的高钛耐磨钢板的相对耐磨性能是NM450的1.3倍以上。
Claims (5)
1.高钛耐磨钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：电炉冶炼、LF精炼、VD精炼、模铸、热轧、热处理；所述高钛耐磨钢由以下重量百分含量的成分组成：C 0.15～0.28％，Si0.18～0.22％，Mn 0.9～1.5％，S≤0.015％，P≤0.020％，Mo 0.15～0.32％，Ti 0.30～0.6％，Als0.02～0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述电炉冶炼步骤中，控制出钢下渣量≤10kg/t，出钢P≤0.008％，出钢C 0.03～0.08％，出钢温度1650～1680℃；
所述LF精炼步骤中，根据进站成分加入高碳锰铁，钼铁、硅铁，将钢水成分中C、Si、Mn、Mo、Ti以及Als的含量控制在目标值的中限；再加入石灰、精炼渣以及萤石，加热化渣后，喂入铝线进行脱氧，将钢中铝控制在0.02～0.06％，出站时钢中S≤0.010％，出站温度1700～1730℃；
所述VD精炼步骤中，在55～75pa下处理20～28min，破空加入钛铁至Ti含量为0.30～0.6％，出站温度为1610～1620℃；
所述热处理步骤是指在800～960℃淬火和100～240℃回火。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述精炼渣成分为Al2O3 18～30％，Al 6～15％，CaO 40～45％，SiO2≤10％，P≤0.05％，S≤0.15％，其余为不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述高碳锰铁的成分为C≤7.5％，Mn70～77％，S≤0.03％，Si≤2％，P≤0.25％，其余为不可避免的杂质；所述钼铁的成分为Mo≥60％，Fe 30～38％，其余为不可避免的杂质；所述硅铁为Si 36～44％，Fe 54～62％，其余为不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述钛铁成分为Ti 60～70％，C 0.1～0.2％，Si 0.2～0.4％，Al 2～7％，Fe 20～25％，其余为不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述模铸步骤中，温度为1555～1565℃。
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