CN110205461B - 一种高碳高锰耐磨钢板的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高碳高锰耐磨钢板的制造方法，包括：(1)钢的冶炼；(2)坯料准备；(3)热轧；(4)钢板固溶处理。本发明还提供了该制造方法制备的高碳高锰耐磨钢板，具有屈服强度Rp0.2≥400MPa，抗拉强度Rm：800～1200MPa，断后伸长率A：25.0～70.0％，布氏硬度HB170～260。该钢板在强冲击、大压力的工况条件下使用，具有非常优良的耐磨性能。

Description

一种高碳高锰耐磨钢板的制造方法

技术领域

本发明属于冶金领域，具体地，本发明涉及一种高碳高锰耐磨钢板的制造方法。

背景技术

高碳高锰耐磨钢在较大的冲击载荷或接触应力作用下，其表层迅速产生加工硬化，从而产生高耐磨的表面层，而内层奥氏体仍然保持着良好的韧性。高碳高锰耐磨钢有两个特点：一是外来冲击载荷越大，其自身表层耐磨性能越高；二是随着表面硬化层的被磨耗，在外载荷作用下产生的新的硬化层连续不断地形成。高碳高锰耐磨钢的这一特性使其长期以来广泛应用于冶金、矿山、铁路、电力、煤炭等机械中，如坦克履带、破碎机锤头、齿板、挖壁机斗齿、球磨机衬板、铁路道岔等。由于高锰钢机加工困难、涉及异形件规格复杂等原因，一直限于铸钢使用。

近年来，随着产品应用领域的不断拓展，尤其是煤机刮板机、大型抛丸机、防弹车、大型矿用车、金融领域安保系统防盗门衬板及耐磨钢管等需求的扩大，对高碳高锰耐磨钢产品规格的薄化及板幅要求越来越高，如目前最小厚度规格要求为1.5mm，最大宽度规格已达3000mm；同时对减少钢中疏松、缩孔、微裂纹、晶粒粗大及成分组织偏析等各种铸造缺陷，解决使用过程中产生的裂纹、压塌、剥离掉块等早期失效，进一步延长使用寿命提出了较高要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高碳高锰耐磨钢板的制造方法，使得采用该制造方法获得的高碳高锰耐磨钢板具有奥氏体+少量碳化物组织，具有低硬度、高塑性、极高的加工硬化能力等特点。该高碳高锰耐磨钢板既减少了铸造组织的各类缺陷、又实现了铸钢件使用过程中无法达到的宽幅、薄化的规格要求，在强冲击、大压力的工况条件下具有非常优良的耐磨性能，是用于煤机刮板机中部槽、抛丸机衬板、防弹板、矿用车厢板、防盗门衬板、金融领域安保系统及耐磨钢管等的最新材料。

一方面，本发明提供了一种高碳高锰耐磨钢板的制造方法，包括如下步骤：

(1)钢的冶炼；

(2)坯料准备；

(3)热轧；

(4)钢板固溶处理。

进一步，在步骤(1)中，钢的冶炼方法选自“电炉+LF”、“电炉+中频炉+LF”、“转炉+中频炉+LF“和“顶底复吹转炉+LF”中的一种。

进一步，在步骤(1)中，浇铸是连铸或模铸。

进一步，在步骤(2)中，坯料是连铸坯，或者模铸钢锭经初轧机轧制后的初轧坯。

进一步，在步骤(2)中，连铸坯或初轧坯热切割后，采用红送热装或者入水槽快速冷却后冷装；优选地，热装坯料通过红送并在400℃以上进行；优选地，冷装坯料在750℃以上温度入大水槽快速冷却到100℃以下进行。

进一步，在步骤(3)中，对热装或冷装的钢坯在1200～1250℃下进行均质化。

进一步，在步骤(3)中，热轧是单轧或连轧。

进一步，在步骤(3)中，轧制的开轧温度是1040℃以上，终轧温度是850～900℃。

进一步，在步骤(4)中，钢板层流冷却实现在线固溶处理或者960～1000℃进行离线固溶处理；优选地，采用连轧机生产的钢板，在线固溶后卷取温度范围在150～350℃。

另一方面，本发明提供了一种高碳高锰耐磨钢板，采用前述的制造方法制备得到，所述高碳高锰耐磨钢板的屈服强度Rp0.2≥400MPa，抗拉强度Rm：800～1200MPa，断后伸长率A：25.0～70.0％，布氏硬度HB170～260。

相比于现有技术，根据本发明的耐磨钢板，具有屈服强度Rp0.2≥400MPa，抗拉强度Rm≥800MPa，断后伸长率≥25.0％，布氏硬度HB170～260。钢板在强冲击、大压力的工况条件下使用，具有非常优良的耐磨性能，使用寿命在同等情况下比传统的铸造ZGMn13和NM360耐磨钢分别提高1.8倍和2.5倍以上，是用于煤机刮板机中部槽、抛丸机衬板、防弹板、矿用车厢板、防盗门衬板、金融领域安保系统及耐磨钢管等的最新材料。

具体实施方式

为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。

本发明的技术方案采用高碳高锰耐磨钢的成分设计、经设定工艺冶炼、合金化、控制坯料冷却状态、采用轧制大变形+设定工艺窗口终轧及固溶热处理制造的耐磨钢板，钢质纯净、组织均匀、晶粒大小适中、钢板尺寸精度高、表面质量好，既减少了铸造组织的各类缺陷，又增大金属的密度，提高了塑韧性、硬度及耐磨性等性能，延长了使用寿命，同时满足了用户对不同规格和板幅的使用要求。实现材料性能和制造经济性的大幅提高，是目前传统耐磨钢的替代材料。

本发明的高碳高锰耐磨钢板的制造方法，包括如下步骤：(1)钢的冶炼；(2)坯料准备；(3)热轧；(4)钢板固溶处理。

具体地，本发明的高碳高锰耐磨钢板的制造方法，包括如下步骤：

(1)钢的冶炼

本发明的方法主要针对的是具有如下重量组成的钢：C 0.80～1.30％；Si 0.01～1.00％；Mn 7.00～16.00％；Al 0.01～0.10％；P≤0.030％；S≤0.030％；Cr0.01～2.50％；Mo 0.01～1.00％；Ti 0.01～0.20％；Nb 0.02～0.10％；V 0.01～0.20％；N 0.001～0.060％；余量为Fe和不可避免的杂质。

钢的冶炼方法是“电炉+LF”、“电炉+中频炉+LF”、“转炉+中频炉+LF“和“顶底复吹转炉+LF”中的一种。锰铁合金化是由中频炉熔化锰铁合金后兑入钢包，或者顶底复吹转炉炉内合金化，或者LF炉分批次加入锰铁合金合金化。

浇铸可以是连铸或模铸。

本发明的耐磨钢板，钢中Mn含量较高，冶炼过程中加入的锰铁数量较多，通过合理选择冶炼方法及与之相匹配的合金化工艺，能够实现高碳高锰钢冶炼的快速与高效，提高Mn的收得率达到90％以上的较高水平。发明人设计并实践了四种冶炼工艺：1)电炉+LF；2)电炉+中频炉+LF；3)转炉+中频炉+LF；4)顶底复吹转炉+LF。第2和第3种方法有相同的特点，即采用了中频炉熔化合金、熔化的合金液适时兑入钢液的辅助工艺，缩短了总冶炼时间，提高了生产效率，大大简化了冶炼过程锰铁合金化的难度，具有较好的冶炼高合金钢的适用与推广价值。第1种方法，采用了LF精炼过程合金化的方法，掌握好必须温度大于1600℃下、2～3批锰铁合金化、高温还原及先控Mn、精控C原则。底吹大流量氩气搅拌，实现合金的快速熔化、成分均匀化。第4种方法，利用顶底复吹转炉的特点，转炉在高拉补吹、控P(≤0.010％)提温(≥1700℃)后直接将锰铁加入到转炉中，在底吹强搅拌的同时，实现钢的还原与合金化。

(2)坯料准备

轧制料是连铸坯或者模铸钢锭经初轧机轧制后的初轧坯。连铸坯、初轧坯满足轧制要求。对连铸坯或初轧坯热切，然后红送热装或者入水槽快速冷却后冷装。

采用红送工艺，坯料热装温度在400℃或者以上温度；采用钢坯快速冷却工艺时，坯料入水槽快速冷却时的表面温度在750℃或者以上温度，冷却后温度在100℃或者以下温度，冷却水温度在50℃或者以下温度。

(3)热轧

钢坯的均质化温度选择1200～1250℃。开轧温度在1040℃或者以上温度，终轧温度在850～900℃。钢板可在线大水量层流冷却实现在线固溶。

(4)固溶处理

采用连轧机生产的钢板，在线固溶的卷取温度范围在150～350℃；或者960～1000℃温度范围对钢板进行离线固溶热处理、出炉后直接穿水冷却。

可选地，固溶处理之后对钢板进行矫直、按要求长度剪切。

采用本发明的制备方法获得的高碳高锰耐磨钢板，具有屈服强度Rp0.2≥400MPa，抗拉强度Rm：800～1200MPa，断后伸长率A：25.0～70.0％，布氏硬度HB170～260。钢板在强冲击、大压力的工况条件下使用，具有非常优良的耐磨性能，使用寿命在同等情况下比传统的铸造ZGMn13和NM360耐磨钢分别提高1.8倍和2.5倍以上，是用于煤机刮板机中部槽、抛丸机衬板、防弹板、矿用车厢板、防盗门衬板、金融领域安保系统及耐磨钢管等的最新材料。

本发明的制备方法以及获得的高碳高锰耐磨钢板具有如下优点：

1)采用高碳高锰耐磨钢的成分设计，合理选用钢的冶炼方法和冶炼过程锰铁合金化方法，保证了钢的内在质量，同时提高了Mn元素的综合收的率；开发了轧制料的红送或快冷工艺，解决了钢中碳化物沿晶界的网状析出导致的钢坯脆性问题，消除了偶发性断坯引起的安全隐患；根据单轧钢板和连轧钢板的固溶热处理特点分类制订热处理温度制度，既保证了钢的固溶效果又避免了钢卷冷却温度较低、残留冷却水与钢卷表面形成的疏松氧化铁皮，在后续矫直过程中引起的压坑等表面缺陷。优化离线固溶处理温度的工艺窗口，避免了温度太高导致奥氏体晶粒粗大从而形成的钢板表面“牛皮鲜”缺陷。

2)采用高碳高锰耐磨钢的成分设计，合理选取轧制坯料，利用中厚板轧机和连轧机组热轧过程中材料变形量大，连轧机组满足产品薄化及中厚板轧机满足产品大板幅要求的特点，结合钢板在线固溶或离线固溶热处理，得到不同厚度规格、不同板幅要求，低硬度、高塑性、高加工硬化能力，奥氏体组织均匀的耐磨钢板。该高碳高锰耐磨钢突破了目前广泛应用的低合金高硬度马氏体耐磨钢板塑性低、性能差异大、板型不易控制和铸态ZGMn13铸态组织冶金缺陷多、板幅小、难以薄化的材料局限，更好地满足了设备大型化、复杂化对材料的性能要求，促进了耐磨钢技术的发展。

3)采用高碳高锰耐磨钢的成分设计、选择冶炼方法+锰铁合金化方法、控制坯料冷却状态、采用轧制大变形+规定工艺窗口终轧+固溶热处理制造的耐磨钢板，奥氏体组织均匀，晶粒大小适中、钢板尺寸精度高，表面质量好，实现材料性能和制造经济性的大幅提高，是目前传统耐磨钢板的替代材料。

实施例

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

实施例一

1、所采用的主要钢化学成分重量百分数(％)为：C 0.95％，Si 0.50％，Mn12.9％，Al 0.03％，P 0.013％，S 0.008％，Nb 0.03％，Cr 0.75％，Mo 0.07％。

2、冶炼

采用公称容量80吨电炉+中频炉+LF组合方法冶炼。电炉冶炼P含量0.006％、温度1695℃时出钢。中频炉熔化8吨锰铁合金。将中频炉熔化的锰铁溶液兑入钢包。LF还原后根据钢中锰含量进行合金微调，Mn的综合回收率92％，最后一批合金加完吹氩搅拌25分钟。模铸开浇温度1493℃，采用6.1吨扁锭模下注法浇注，动车时间108分钟，脱帽松锭时间220分钟，钢锭红送。

3、坯料准备

红送钢锭入均热坑，钢锭均热温度1240℃，均热时间13h；1000mm初轧机开坯温度1030℃，终轧温度890℃，轧制道次15道。在线切除冒口和尾部缺陷，坯料规格170×1000×1900，一锭二坯。

钢坯快速吊入大水槽进行冷却，冷却开始温度800℃，终冷温度85℃。快冷后堆垛放置。

4、热轧

坯料冷装入炉。钢坯加热温度1250℃，加热时间170分钟。钢坯进入2辊+4辊2300mm中板轧机轧制。开轧温度1040℃，终轧温度860℃，钢板空冷。钢板在线剪切头尾、热轧规格10×1850毛×8000mm。

5、热处理

钢板离线热处理。50m常化炉加热温度970℃，到温保温时间15分钟，出炉后快速进淬火机，大水量冷却到常温。

6、矫直、切边

钢板进行冷矫，保证板型要求。按要求切边，保证成品规格10×1800×8000mm。

对钢板进行标识、包装，得到高碳高锰耐磨钢板成品。产品主要用于抛丸机衬板。

制备得到的钢板的性能见表1。

实施例二

1、所采用的主要钢化学成分重量百分数(％)为：C 0.99％，Si 0.70％，Mn12.5％，Al 0.03％，P 0.015％，S 0.010％，Nb 0.04％，Cr0.80％，Mo 0.10％。

2、冶炼

采用公称容量80吨顶底复吹转炉+LF组合方法冶炼。转炉底吹全程供氩气，冶炼P含量0.007％、温度1705℃，在转炉内分两批加入10吨锰铁进行合金化，出钢温度1630℃。LF还原后进行合金微调，Mn的综合回收率达92％。采用连铸方法，结晶器锥度1.25％，采用上倾角15度浸入式水口，插入深度120mm。中包温度1430--1460℃，拉速1.0m/min。结晶器规格220×1260mm，出坯温度780℃。

3、坯料准备

连铸坯规格220×1260×1900mm。铸坯红送。

4、轧制

连铸坯装炉温度480℃，铸坯加热温度1250℃，加热时间220min；铸坯出加热炉，机前3次除鳞，进四辊3000mm初轧+四辊3300mm精轧中板轧机。采取抢温轧制工艺，开轧温度1060℃，终轧温度900℃。钢板经大水量层流冷却进行在线固溶处理，热处理完毕温度30℃。

5、矫直、切边

钢板进行冷矫，保证板型要求。按要求切边，保证成品规格12×1800×7000mm。

对钢板进行标识、包装，得到高碳高锰耐磨钢板成品。产品主要用于抛丸机衬板。

制备得到的钢板的性能见表1。

实施例三

1、所采用的主要钢化学成分重量百分数(％)为：C 0.95％，Si 0.40％，Mn 8.5％，Al 0.03％，P 0.013％，S 0.008％，Nb 0.03％，Cr 1.70％，Mo 0.31％、V 0.17％。

2、冶炼

采用公称容量80吨电炉+LF组合方法冶炼。电炉冶炼P含量0.006％、温度1720℃时出钢。出钢时流钢过程中进行加入2吨锰铁合金化，LF还原后分两次加入4吨锰铁进行合金化，加入锰铁温度1610℃，最后一批合金加完吹氩搅拌20分钟，Mn的综合回收率93％。模铸开浇温度1520℃，采用7.2吨扁锭模下注法浇注，动车时间105分钟，脱帽松锭时间215分钟，钢锭红送。

3、坯料准备

红送钢锭入均热坑，钢锭均热温度1230℃，均热时间15h；1000mm初轧机开坯温度1050℃，终轧温度870℃，轧制道次13道。在线切除冒口和尾部缺陷，坯料规格175×1020×2100，一锭二坯。坯料红送。

4、热轧

坯料热装温度410℃。钢坯加热温度1240℃，加热时间175分钟。钢坯进入2辊+4辊2300mm中板轧机轧制。开轧温度1040℃，终轧温度860℃，钢板空冷。钢板热轧规格30×1630毛×6550毛

5、热处理

钢板离线热处理。70m常化炉加热温度1000℃，到温保温时间30分钟，出炉后快速进淬火机，大水量冷却到常温。

6、矫直、切边

钢板进行冷矫，保证板型要求。按要求尺寸等离子切边，保证成品规格30×1600×6000mm。

对钢板进行标识、包装，得到高碳高锰耐磨钢板成品。产品主要用于煤机刮板运输机的中部槽。

制备得到的钢板的性能见表1。

实施例四

1、所采用的主要钢化学成分重量百分数(％)为：C 1.03％，Si 0.70％，Mn12.3％，Al 0.03％，P0.015％，S0.010％，V0.06％，Cr0.80％，Mo0.10％。

2、冶炼

采用公称容量180吨顶吹转炉+中频炉+LF组合方法冶炼。转炉冶炼P含量0.005％、温度1680℃时出钢。中频炉熔化25吨锰铁合金。将中频炉熔化的锰铁溶液兑入钢包。钢包进LF强搅，造渣脱硫结束后，微调成份。Mn的综合回收率达93％。采用连铸方法，结晶器锥度1.30％，采用上倾角15度浸入式水口，插入深度125mm。中包温度1430～1460℃，拉速0.9m/min。结晶器规格230×1550mm，出坯温度760℃。

3、坯料准备

连铸坯规格230×1550×10000mm。铸坯红送。

4、轧制

连铸坯热装，装炉温度480℃，铸坯加热温度1240℃，加热时间220min；铸坯出加热炉，2250mm热连轧机开轧温度1050℃，经单架粗轧机5道次轧制成40mm中间坯后，进7架精轧机连续轧制成厚度为3.0mm的热轧带钢，精轧终轧温度860℃，带钢在线层冷进行固溶处理，卷取温度280℃。

5、平整、剪切

带钢进行平整，并按8000mm长度剪切，得到3.0×1550×8000mm的耐磨钢板。

对钢板进行标识、包装，得到高碳高锰耐磨钢板成品。产品主要用于金融系统的防盗门。

制备得到的钢板的性能见表1。

对比例

对比例分别为采用铸钢件的小型抛丸机衬板用ZGMn13、防盗门衬板用屈服强度为600MPa的高强钢和刮板机中部槽用低合金高强度耐磨钢板NM360。

表1中力学性能、硬度及冲击等检测分别根据GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》、GB/T231-1984《金属布氏硬度试验方法》及GB/T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》等标准要求进行。

表1实施例与对比例性能对比

从表1可以看出，各实施例的钢板的性能全面优于对比例。尤其是实施例的钢板有较高的塑韧性能，既保证了产品使用的安全性，又提高了其耐磨性能，大大增加了产品的使用寿命。

本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种高碳高锰耐磨钢板的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）钢的冶炼；

（2）坯料准备；

（3）热轧；

（4）钢板固溶处理；

其中，在步骤（1）中，钢的冶炼方法是“电炉+中频炉+LF”或者“转炉+中频炉+LF”；

其中，在步骤（2）中，连铸坯或初轧坯热切割后，采用红送热装；采用红送热装是热装坯料通过红送并在400℃以上进行；

其中，在步骤（3）中，轧制的开轧温度是1040℃~1050℃，终轧温度是860℃；

其中，在步骤（4）中，钢板离线热处理，加热温度是970℃，保温时间15分钟，或者，钢板层流冷却实现在线固溶处理，卷取温度是280℃；

其中，针对的高碳高锰耐磨钢板的组成是：C 0.95~1.03%；Si 0.5~0.7%；Mn 12.3~12.9%；Al 0.03%；P≤0.015%；S≤0.010%；Cr 0.75~0.8%；Mo 0.07~0.10%；Nb≤0.03%；V≤0.06%；余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在步骤（1）中，浇铸是连铸或模铸。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在步骤（2）中，坯料是连铸坯，或者模铸钢锭经初轧机轧制后的初轧坯。

4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在步骤（3）中，对热装的钢坯在1200~1250℃下进行均质化。

5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在步骤（3）中，热轧是单轧或连轧。