CN109811259A

CN109811259A - 一种超低温耐磨钢板及制造方法

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Publication number: CN109811259A
Application number: CN201910073348.6A
Authority: CN
Inventors: 姜在伟; 杨柳; 闫强军; 张仪杰; 姜辉; 侯中华
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2019-05-28

Abstract

本发明是一种超低温耐磨钢板，其化学成分质量百分比为：C：0.13%～0.17%，Si：0.20%～0.50%，Mn：1.0%～1.80%，P≤0.010%，S≤0.002%，Cr：0.10%～0.40%，Mo：0.10%～0.20%，Ni：0.40%～0.7%，Ti：0.008%～0.030%，Nb：0.010%～0.030%，B：0.0008%～0.0025%，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明采用中高碳和合金化的成分设计，并辅轧制和离线热处理的方法，使获得的钢板具有布氏硬度为450HBW级别的耐磨钢，‑60℃低温冲击韧性≥34J。

Description

一种超低温耐磨钢板及制造方法

技术领域

本发明涉及耐磨钢制造领域，具体涉及一种超低温耐磨钢板及其制造方法。

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，要求高的强度和硬度、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、硬度及优异的耐磨和耐蚀性能，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。国内很多钢厂均有耐磨钢的生产工艺，但对于应用于极地耐磨钢的应用环境，超低温耐磨钢目前尚未有实质性的报道，已公布的专利文献内容中产品在实际工程应用更是微乎其微。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提出一种超低温耐磨钢板及其制造方法，使耐磨钢板屈服强度大于900Mpa，抗拉强度为1200Mpa～1400Mpa，断后延伸率大于10％，-60℃低温冲击韧性在34J以上。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种超低温耐磨钢板，其化学成分质量百分比为：C：0.13％～0.17％，Si：0.20％～0.50％，Mn：1.0％～1.80％，P≤0.010％，S≤0.005％，Cr：0.10％～0.40％，Mo：0.10％～0.20％，Ni：0.40％～0.7％，Ti：0.008％～0.030％，Nb：0.010％～0.030％，B：0.0008％～0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。

一种超低温耐磨钢板的制造方法，包括以下步骤：铁水脱硫预处理-转炉冶炼-LF+RH精炼-连铸-坯料缓冷-铸坯加热-除磷-轧制-控冷或空冷-探伤-抛丸-淬火-回火-矫直-切割-取样-喷印标识-检验-入库；其中，钢水经真空脱气处理后进行连铸，连铸的铸坯厚度为150-220mm，铸坯于1180℃～1220℃加热后在奥氏体再结晶区和未再结晶区分别进行轧制；轧后空冷至室温后进行离线热处理，其中，淬火温度为850℃～930℃，回火温度为100℃～230℃。

本发明各化学成分限定的作用具体是：

(1)本发明中碳是钢中最有效的强化元素之一，固溶于基体的C能起到显著的固溶强化作用，但是会造成塑韧性能的明显下降；C能提高钢的淬透性，有利于形成高强度的显微组织，起到组织强化的作用；另外重要的是C与钢中强碳化物形成元素如Nb、V、Ti、Mo相结合，在回火过程中起到抗回火性和析出强化的重要作用；C含量过低起不到上述有利的作用，过高则严重损害塑韧性能，特别是可焊接性变差；综合考虑，本发明的碳元素含量为0.13％～0.17％。

(2)本发明中硅是钢中常用的脱氧剂，因此需要一定的最低含量，而且具有很强的固溶强化能力，在一定的范围并不会造成塑韧性的恶化；另外Si还能够提高钢的抗回火软化能力，并能一定程度上抑制析出碳化物的粗化；但Si含量过高时，会降低材料的塑韧性和焊接性；综合考虑硅元素各方面的影响，本发明硅元素的含量为0.20％～0.50％。

(3)本发明中锰是钢中最常见合金元素，是常用的脱氧剂和脱硫剂；Mn能显著提高钢的淬透性，在一定含量时并能够改善组织的韧性，但含量高时将损害塑韧性和焊接性能；一定量Mn的存在能避免S造成的热脆，改善硫化物夹杂的性能，但Mn含量高容易产生轴线偏析及带状组织；综合考虑锰对钢的组织和性能的各种影响，本材料中锰的含量为1.00％～1.80％。

(4)本发明中硫元素在钢中易与锰元素等结合形成硫化夹杂物，尤其对钢的横向塑性和韧性不利，因此硫的含量应尽可能得低；磷也是钢中的有害元素，严重损害钢板的塑性和韧性；对于本发明而言，硫和磷均是不可避免的杂质元素，应该越低越好，考虑到实际的炼钢水平，本发明要求P≤0.010％、S≤0.002％。

(5)本发明中铬能提高钢的淬透性，同时能提高耐腐蚀性和抗氢致裂纹能力，而且能提高钢的耐磨损性能；但Cr含量过高会导致淬火回火钢的韧性变差，并且有损钢的焊接性能；在本发明中，铬元素的含量应控制为0.10％～0.40％。

(6)本发明中钼能显著增加材料的淬透性，尤其和Nb、B共同使用时效果更佳；另外重要的是Mo在钢材回火期间能形成细小的碳化物Mo2C，产生析出强化的效果；但是Mo含量过多会损害材料的韧性及焊接性，并导致成本的增加；本发明中，钼元素含量为0.10％～0.20％。

(7)本发明中镍元素是稳定奥氏体的元素，在调质钢中加镍元素，可以大幅提高钢的韧性尤其是低温韧性，在本发明中，为了保证得到极高的强度和硬度，在合金设计时添加了较高的碳元素，从而会使得钢板的韧塑性非常差，为了保证钢板既具有高的强度和硬度，而且还具有一定的韧塑性，同时还考虑到镍元素属于贵重合金元素，所以本发明中镍的含量为0.40％～0.70％。

(8)本发明中钛能脱氧，细化晶粒；强化铁素体；形成碳化物，缩小γ区；使奥氏体等温转变图右移；降低过热敏感性；溶于固溶体时提高淬透性，形成碳化物时降低淬透性；形成碳化物时延迟回火温度，可在较高温度下回火；改善焊接性能；本发明钛含量控制在0.008％～0.030％。

(9)本发明中铌元素在钢中可以阻止再结晶和阻碍再结晶晶粒长大，提高强度；同时，铌元素在钢中可强烈地形成铌的碳化物和氮化物，从而影响钢的性能，且铌元素能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性；在本发明中，铌元素的含量控制为0.010％～0.030％。

(10)本发明中硼是淬透性元素，对提高钢板淬透性尤其是厚规格钢板的淬透性有着重要作用，钢中添加少量的硼元素即可起到较大的增加钢板的淬透性；且硼元素资源富有，价格便宜，添加少量的硼可以显著的节省锰、镍、铬、钼等贵重的合金元素添加；但过多的硼元素会增加晶界的偏聚，从而降低钢铁材料的韧塑性；在本发明中，硼元素的含量为0.0008％～0.0025％。

本发明工序限定的作用具体是：

本发明转炉吹炼和真空处理的目的是确保钢液的基本成分要求，去除钢中的氧、氢等有害气体，并加入锰、钛等必要的合金元素，进行合金元素的调整。

本发明连铸的铸坯厚度为150-220mm，铸坯于1180℃～1220℃加热后在奥氏体再结晶区和未再结晶区分别进行轧制，用于获得组织均匀，板形良好的热轧态钢板，为后续的热处理工艺做好基材准备。

本发明轧后空冷至室温后进行离线热处理，其中，淬火温度为850℃～930℃，回火温度为100℃～230℃，淬火目的是为获得钢板所需要的强度和马氏体组织，低温回火是消除内应力，获得回火马氏体组织。

本发明钢板厚度为10-20mm，钢板组织为回火索氏体，屈服强度大于900Mpa，抗拉强度为1200Mpa～1400Mpa，断后延伸率大于10％，-60℃低温冲击韧性在34J以上。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供的一种布氏硬度450HB级别的超低温耐磨钢板，其化学成分质量百分比为：C：0.14％，Si：0.23％，Mn：1.23％，P：0007％，S≤0.003％，Cr：0.20％，Mo：0.14％，Ni：0.60％，Ti：0.018％，Nb：0.015％，B：0.0013％，其余为Fe和不可避免的杂质。

上述钢板的制造方法，包括以下步骤：铁水脱硫预处理-转炉冶炼-LF+RH精炼-连铸-坯料缓冷-铸坯加热-除磷-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。

按配比冶炼完成的钢水经真空脱气处理后进行连铸，连铸坯厚度150mm，将钢坯加热至1200℃的炉温，在炉时间160min后出炉进行奥氏体再结晶区轧制和未再结晶区轧制成品厚度10mm，轧后空冷至室温，然后进行淬火和回火处理，淬火温度为910℃，回火温度为180℃。

实施例2

本实施例提供的一种布氏硬度450HB级别的超低温耐磨钢板，其化学成分质量百分比为：C：0.15％，Si：0.22％，Mn：1.25％，P：0008％，S≤0.003％，Cr：0.25％，Mo：0.16％，Ni：0.58％，Ti：0.015％，Nb：0.016％，B：0.0014％，其余为Fe和不可避免的杂质。

按配比冶炼完成的钢水经真空脱气处理后进行连铸，连铸坯厚度220mm，将钢坯加热至1200℃的炉温，在炉时间240min后出炉进行奥氏体再结晶区轧制和未再结晶区轧制，轧成成品厚度为16mm、20mm，轧后空冷至室温，然后进行淬火和回火处理，淬火温度为930℃，回火温度为200℃。

对实施例1、实施例2中的钢板的力学性能进行测试，其中强度按照GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法进行，低温冲击韧性按GB/T 229-2007金属夏比V型缺口冲击试验方法测定，硬度按照GB/T231.1-2009方法测定，得到的结果见表1所示。

表1实施例1～实施例2中钢板的力学性能

由表1可知，本发明所得的超高强钢的性能指标屈服强度大于900MPa，抗拉强度为1200Mpa～1400Mpa，断后延伸率大于10％，-60℃低温冲击韧性在34J以上，可见本发明设计的耐磨钢良好的超低温冲击韧性和耐磨性，且采用热轧和离线热处理方式生产，工艺简单，钢板可以应用到极地地区等低温要求的工作环境。

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

1.一种超低温耐磨钢板，其特征在于：其化学成分质量百分比为：C：0.13%～0.17%，Si：0.20%～0.50%，Mn：1.0%～1.80%，P≤0.010%，S≤0.005%，Cr：0.10%～0.40%，Mo：0.10%～0.20%，Ni：0.40%～0.7%，Ti：0.008%～0.030%，Nb：0.010%～0.030%，B：0.0008%～0.0025%，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的超低温耐磨钢板，其特征在于：其化学成分质量百分比为：C：0.14%，Si：0.23%，Mn：1.23%，P：0007%，S≤0.003%，Cr：0.20%，Mo：0.14%，Ni：0.60%，Ti：0.018%，Nb：0.015%，B：0.0013%，其余为Fe和不可避免的杂质。

3.如权利要求1所述的超低温耐磨钢板，其特征在于：其化学成分质量百分比为：C：0.15%，Si：0.22%，Mn：1.25%，P：0008%，S≤0.003%，Cr：0.25%，Mo：0.16%，Ni：0.58%，Ti：0.015%，Nb：0.016%，B：0.0014%，其余为Fe和不可避免的杂质。

4.如权利要求1-3中任一权利要求所述的超低温耐磨钢板，其特征在于：所述钢板厚度为10-30mm。

5.如权利要求1-3中任一权利要求所述的超低温耐磨钢板，其特征在于：钢板组织为回火索氏体，屈服强度大于900Mpa，抗拉强度为1200Mpa～1400Mpa，断后延伸率大于10%，-60℃低温冲击韧性在34J以上。

6.如权利要求1-3中任一权利要求所述的超低温耐磨钢板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：铁水脱硫预处理-转炉冶炼-LF+RH精炼-连铸-坯料缓冷-铸坯加热-除磷-轧制-控冷或空冷-探伤-抛丸-淬火-回火-矫直-切割-取样-喷印标识-检验-入库；其中，钢水经真空脱气处理后进行连铸，连铸的铸坯厚度为150-220mm，铸坯于1180℃～1220℃加热后在奥氏体再结晶区和未再结晶区分别进行轧制；轧后空冷至室温后进行离线热处理，其中，淬火温度为850℃～930℃，回火温度为100℃～230℃。