CN110565027A - 一种具备超高硬度及优良低温韧性的钢板及其生产方法 - Google Patents

一种具备超高硬度及优良低温韧性的钢板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具备超高硬度及优良低温韧性的钢板及其生产方法，所述钢板化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.36～0.42%，Si：≤0.40%，Mn：0.50～0.60%，P≤0.008%，S≤0.003%，Cr：0.20～0.35%，Mo：0.20～0.35%，Ni：1.00～1.20%，Al：0.020～0.040%，Nb：0.020～0.040%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、轧后冷却和热处理工序。本发明钢板具有超高硬度、性能均匀的特点，完全适用于在低温、严重磨损恶劣的工况下服役的高耐磨性工件的制造。

Description

一种具备超高硬度及优良低温韧性的钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种具备超高硬度及优良低温韧性的钢板。
背景技术
磨损是工业应用领域的常见现象，也是工业材料和能源消耗的主要原因之一。工业发达国家每年因机电设备磨损造成的损失高达几千亿美元，我国每年因摩擦损耗方面的损失就近千亿元，每年消耗的金属耐磨材料也高达450万吨，随着经济的发展，这个数字还在不断增长。
高强耐磨板主要应在刮板运输机、挖掘机斗齿、秋末及衬板等容易磨损的部位。目前我国高级别耐磨钢市场需求量每年在50-80万吨左右，进口量约10万吨。我国现处于工业化进程纵，装备制造业仍需发展，高强耐磨钢需求量仍会不断上升。
我国发展高端耐磨钢较晚，许多技术瓶颈需要攻克。目前国内生产的耐磨钢硬度和耐磨性均可达到国外相同水平，但在后续使用加工方面存在不小的差距如冷加工、冲击韧性（特别是低温冲击韧性）、极限厚度规格、内应力控制、板型等。
近年来，我国轧钢装备水平及工艺技术不断提高。新建4000mm级别以上的新型轧机，不仅在轧制力方面有很大的提升，此类设备均配备了先进的控冷控轧设备，如预矫直机、ACC控冷、热矫直机等设备，以及后续先进的热处理产线。由目前国内主要生产NM500级别以下的钢板，在此背景下，通过优化成分设计及工艺改进开发了一种具备超高硬度及优良低温韧性的钢板。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具备超高硬度及优良低温韧性的钢板；本发明还提供了一种具备超高硬度及优良低温韧性的钢板生产方法。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种超高硬度及优良低温韧性的钢板，所述钢板化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.36～0.42%，Si：≤0.40%，Mn：0.50～0.60%，P≤0.008%，S≤0.003%，Cr：0.20～0.35%，Mo：0.20～0.35%，Ni：1.00～1.20%，Al：0.020～0.040%，Nb：0.020～0.040%，余量为Fe和不可避免的杂质；
本发明所述钢板厚度为8～40mm。
本发明所述钢板硬度：570～640HB，-40℃冲击功平均值≥25J。
本发明还提供了一种具备超高硬度及优良低温韧性的钢板的生产方法，所述生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、轧后冷却和热处理工序；
所述轧制工序，采用两阶段轧制工艺，第一阶段为再结晶区，第二阶段为未再结晶区；
所述热处理工序，采用淬火＋回火处理工艺。
本发明所述冶炼工序，出钢钢水化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.36～0.42%，Si：≤0.40%，Mn：0.50～0.60%，P≤0.008%，S≤0.003%，Cr：0.20～0.35%，Mo：0.20～0.35%，Ni：1.00～1.20%，Al：0.020～0.040%，Nb：0.020～0.040%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述冶炼工序，将钢水先经电炉冶炼至P≤0.010%后送入LF炉精炼并调整成分，精炼总时间≥70min，白渣保持时间≥30min，确保造渣良好；之后转入真空脱气炉（VD炉）进行真空处理，真空度≤66Pa，真空保持时间≥20min，软吹10-15min后吊包。
本发明所述连铸工序，将冶炼后的钢水进行连铸作业，得到连铸坯；利用火焰清理，清理掉钢坯表面存在的裂纹、皮下气泡等缺陷。
本发明所述加热工序，铸坯均热炉加热，最高加热温度1260℃，均热温度1220～1240℃，加热过程中不允许某段烧咀全关。
本发明所述轧制工序，第一阶段开轧温度为1080～1120℃，终轧温度920-980℃，单道次压下量为15～25%，累计压下率为35～50%，抢温轧制尽量增大压下量；第二阶段开轧温度≤900℃，终轧温度820-880℃，晾钢厚度为3倍钢板厚度，累计压下率为30～55%，单道次压下率≥10%的不少于3道次。
本发明所述轧后冷却工序，钢板轧后空冷至室温，确保钢板板形良好。
本发明所述热处理工序，淬火温度870～890℃、保温时间PLC+30min，淬火后水冷至室温；回火温度180～210℃、保温时间4.0min/mm（即按钢板厚度的毫米数，每毫米加热4.0分钟计算），回火后空冷制得成品钢板。
本发明一种具备超高硬度及优良低温韧性的钢板标准参考GB/T24186-2009；钢板性能检测方法标准参考GB/T 231.1、GB/T229。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、本发明通过调整C、Mn、Cr、Mo、Ni等成分，严格控制P、S等杂质元素含量，采用合适的冶炼、加热、轧制、热处理等工艺技术，获得了均匀细小的组织结构和优良的力学性能。
2、本发明所得钢板硬度：570～640HB，-40℃冲击功≥25J。
3、本发明钢板具有超高硬度、性能均匀的特点，完全适用于在低温、严重磨损恶劣的工况下服役的高耐磨性工件的制造。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例具备超高硬度及优良低温韧性的钢板厚度为8mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.37%，Si：0.35%，Mn：0.55%，P：0.008%，S：0.003%，Cr：0.28%，Mo：0.34%，Ni：1.02%，Al：0.026%，Nb：0.023%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例一种具备超高硬度及优良低温韧性的钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、轧后冷却和热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：将钢水先经电炉冶炼至P：0.007%后送入LF炉精炼并调整成分，精炼总时间73min，白渣保持时间30min，确保造渣良好；之后转入真空脱气炉（VD炉）进行真空处理，真空度66Pa，真空保持时间20min，软吹10min后吊包；
（2）连铸工序：将冶炼后的钢水进行连铸作业，得到连铸坯；利用火焰清理，清理掉钢坯表面存在的裂纹、皮下气泡等缺陷；
（3）加热工序：铸坯均热炉加热，最高加热温度1260℃，均热温度1240℃；
（4）轧制工序：采用两阶段轧制工艺，第一阶段为再结晶区，第二阶段为未再结晶区；第一阶段，开轧温度为1080℃，终轧温度920℃，最大单道次压下量为20%，累计压下率为45%；第二阶段，开轧温度900℃，终轧温度880℃，晾钢厚度为3倍钢板厚度，累计压下率为55%，单道次压下率12%的为3道次，轧制后得到半成品钢板；
（5）轧后冷却工序：半成品钢板轧后空冷至室温；
（6）热处理工序：采用淬火＋回火处理工艺，淬火温度870℃、保温时间PLC+30min，淬火后水冷至室温；回火温度180℃、保温时间4.0min/mm，回火后空冷制得成品钢板。
本实施例钢板力学性能：硬度：575HB，-40℃冲击功平均值：35J。
实施例2
本实施例具备超高硬度及优良低温韧性的钢板厚度为12mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.38%，Si：0.31%，Mn：0.52%，P：0.008%，S：0.001%，Cr：0.26%，Mo：0.30%，Ni：1.15%，Al：0.031%，Nb：0.030%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例一种具备超高硬度及优良低温韧性的钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、轧后冷却和热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：将钢水先经电炉冶炼至P：0.008%后送入LF炉精炼并调整成分，精炼总时间70min，白渣保持时间35min，确保造渣良好；之后转入真空脱气炉（VD炉）进行真空处理，真空度66Pa，真空保持时间20min，软吹12min后吊包；
（2）连铸工序：将冶炼后的钢水进行连铸作业，得到连铸坯；利用火焰清理，清理掉钢坯表面存在的裂纹、皮下气泡等缺陷；
（3）加热工序：铸坯均热炉加热，最高加热温度1260℃，均热温度1220℃。
（4）轧制工序：采用两阶段轧制工艺，第一阶段为再结晶区，第二阶段为未再结晶区；第一阶段，开轧温度为1120℃，终轧温度980℃，最大单道次压下量为15%，累计压下率为50%；第二阶段，开轧温度880℃，终轧温度820℃，晾钢厚度为3倍钢板厚度，累计压下率为50%，单道次压下率10%的为3道次，轧制后得到半成品钢板；
（5）轧后冷却工序：半成品钢板轧后空冷至室温；
（6）热处理工序：采用淬火＋回火处理工艺，淬火温度890℃、保温时间PLC+30min，淬火后水冷至室温；回火温度210℃、保温时间4.0min/mm，回火后空冷制得成品钢板。
本实施例钢板力学性能：硬度：582HB，-40℃冲击功平均值：32J。
实施例3
本实施例具备超高硬度及优良低温韧性的钢板厚度为20mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.38%，Si：0.31%，Mn：0.55%，P：0.007%，S：0.001%，Cr：0.32%，Mo：0.28%，Ni：1.14%，Al：0.026%，Nb：0.024%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例一种具备超高硬度及优良低温韧性的钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、轧后冷却和热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：将钢水先经电炉冶炼至P：0.007%后送入LF炉精炼并调整成分，精炼总时间80min，白渣保持时间30min，确保造渣良好；之后转入真空脱气炉（VD炉）进行真空处理，真空度66Pa，真空保持时间30min，软吹15min后吊包；
（2）连铸工序：将冶炼后的钢水进行连铸作业，得到连铸坯；利用火焰清理，清理掉钢坯表面存在的裂纹、皮下气泡等缺陷；
（3）加热工序：铸坯均热炉加热，均热炉最高加热温度1260℃，均热温度1240℃；
（4）轧制工序：采用两阶段轧制工艺，第一阶段为再结晶区，第二阶段为未再结晶区；第一阶段开轧温度为1100℃，终轧温度980℃，最大单道次压下量为15%，累计压下率为45%；第二阶段开轧温度870℃，终轧温度840℃，晾钢厚度为3倍钢板厚度，累计压下率为55%，单道次压下率15%的为3道次，轧制后得到半成品钢板；
（5）轧后冷却工序：半成品钢板轧后空冷至室温；
（6）热处理工序：采用淬火＋回火处理工艺，淬火温度870℃、保温时间PLC+30min，淬火后水冷至室温；回火温度180℃、保温时间4.0min/mm，回火后空冷制得成品钢板。
本实施例钢板力学性能：硬度：610HB，-40℃冲击功平均值：40J。
实施例4
本实施例具备超高硬度及优良低温韧性的钢板厚度为30mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.39%，Si：0.28%，Mn：0.56%，P：0.008%，S：0.002%，Cr：0.22%，Mo：0.35%，Ni：1.15%，Al：0.026%，Nb：0.032%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例一种具备超高硬度及优良低温韧性的钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、轧后冷却和热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：将钢水先经电炉冶炼至P：0.008%后送入LF炉精炼并调整成分，精炼总时间72min，白渣保持时间35min，确保造渣良好；之后转入真空脱气炉（VD炉）进行真空处理，真空度60Pa，真空保持时间25min，软吹10min后吊包；
（2）连铸工序：将冶炼后的钢水进行连铸作业，得到连铸坯；利用火焰清理，清理掉钢坯表面存在的裂纹、皮下气泡等缺陷；
（3）加热工序：铸坯均热炉加热，最高加热温度1250℃，均热温度1220℃；
（4）轧制工序：采用两阶段轧制工艺，第一阶段为再结晶区，第二阶段为未再结晶区；第一阶段开轧温度为1090℃，终轧温度975℃，最大单道次压下量为15%，累计压下率为45%；第二阶段开轧温度890℃，终轧温度840℃，晾钢厚度为3倍钢板厚度，累计压下率为55%，单道次压下率13%的为4道次，轧制后得到半成品钢板；
（5）轧后冷却工序：半成品钢板轧后空冷至室温；
（6）热处理工序：采用淬火＋回火处理工艺，淬火温度870℃、保温时间PLC+30min，淬火后水冷至室温；回火温度210℃、保温时间4.0min/mm，回火后空冷制得成品钢板。
本实施例钢板力学性能：硬度：618HB，-40℃冲击功平均值：32J。
实施例5
本实施例具备超高硬度及优良低温韧性的钢板厚度为40mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.40%，Si：0.33%，Mn：0.54%，P：0.007%，S：0.001%，Cr：0.32%，Mo：0.35%，Ni：1.24%，Al：0.032%，Nb：0.032%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例一种具备超高硬度及优良低温韧性的钢板的生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、轧后冷却和热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）冶炼工序：将钢水先经电炉冶炼至P：0.005%后送入LF炉精炼并调整成分，精炼总时间70min，白渣保持时间35min，确保造渣良好；之后转入真空脱气炉（VD炉）进行真空处理，真空度65Pa，真空保持时间35min，软吹15min后吊包；
（2）连铸工序：将冶炼后的钢水进行连铸作业，得到连铸坯；利用火焰清理，清理掉钢坯表面存在的裂纹、皮下气泡等缺陷；
（3）加热工序：铸坯均热炉加热，最高加热温度1260℃，均热温度1240℃；
（4）轧制工序：采用两阶段轧制工艺，第一阶段为再结晶区，第二阶段为未再结晶区；第一阶段开轧温度为1098℃，终轧温度972℃，最大单道次压下量为20%，累计压下率为45%；第二阶段开轧温度890℃，终轧温度845℃，晾钢厚度为3倍钢板厚度，累计压下率为55%，单道次压下率15%的为3道次，轧制后得到半成品钢板；
（5）轧后冷却工序：半成品钢板轧后空冷至室温；
（6）热处理工序：采用淬火＋回火处理工艺，淬火温度880℃、保温时间PLC+30min，淬火后水冷至室温；回火温度180℃、保温时间4.0min/mm，回火后空冷制得成品钢板。
本实施例钢板力学性能：硬度：602HB，-40℃冲击功平均值：38J。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述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当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种具备超高硬度及优良低温韧性的钢板，其特征在于，所述钢板化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.36～0.42%，Si：≤0.40%，Mn：0.50～0.60%，P≤0.008%，S≤0.003%，Cr：0.20～0.35%，Mo：0.20～0.35%，Ni：1.00～1.20%，Al：0.020～0.040%，Nb：0.020～0.040%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种具备超高硬度及优良低温韧性的钢板，其特征在于，所述钢板厚度为8～40mm。
3.根据权利要求1所述的一种具备超高硬度及优良低温韧性的钢板，其特征在于，所述钢板硬度：570～640HB，-40℃冲击功平均值≥25J。
4.一种权利要求1-3任意一项所述的具备超高硬度及优良低温韧性的钢板的生产方法，其特征在于，生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、轧后冷却和热处理工序；
所述轧制工序，采用两阶段轧制工艺，第一阶段为再结晶区，第二阶段为未再结晶区；
所述热处理工序，采用淬火＋回火处理工艺。
5.根据权利要求4所述的一种具备超高硬度及优良低温韧性的钢板的生产方法，其特征在于，所述冶炼工序，出钢钢水化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.36～0.42%，Si：≤0.40%，Mn：0.50～0.60%，P≤0.008%，S≤0.003%，Cr：0.20～0.35%，Mo：0.20～0.35%，Ni：1.00～1.20%，Al：0.020～0.040%，Nb：0.020～0.040%，余量为Fe和不可避免的杂质。
6.根据权利要求4所述的一种具备超高硬度及优良低温韧性的钢板的生产方法，其特征在于，所述冶炼工序，将钢水先经电炉冶炼至P≤0.010%后送入LF炉精炼并调整成分，精炼总时间≥70min，白渣保持时间≥30min，确保造渣良好；之后转入真空脱气炉进行真空处理，真空度≤66Pa，真空保持时间≥20min，软吹10-15min后吊包；所述真空脱气炉为VD炉。
7.根据权利要求4所述的一种具备超高硬度及优良低温韧性的钢板的生产方法，其特征在于，所述加热工序，铸坯均热炉加热，最高加热温度1260℃，均热温度1220～1240℃，加热过程中不允许某段烧咀全关。
8.根据权利要求4所述的一种具备超高硬度及优良低温韧性的钢板的生产方法，其特征在于，所述轧制工序，第一阶段开轧温度为1080～1120℃，终轧温度920-980℃，单道次压下量为15～25%，累计压下率为35～50%，抢温轧制增大压下量；第二阶段开轧温度≤900℃，终轧温度820-880℃，晾钢厚度为3倍钢板厚度，累计压下率为30～55%，单道次压下率≥10%的不少于3道次。
9.根据权利要求4所述的一种具备超高硬度及优良低温韧性的钢板的生产方法，其特征在于，所述轧后冷却工序，钢板轧后空冷至室温。
10.根据权利要求4所述的一种具备超高硬度及优良低温韧性的钢板的生产方法，其特征在于，所述热处理工序，淬火温度870～890℃、保温时间PLC+30min，淬火后水冷至室温；回火温度180～210℃、保温时间4.0min/mm，回火后空冷制得成品钢板。
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