CN110643799B - 一种均匀提升耐磨钢板心部硬度的生产方法 - Google Patents

一种均匀提升耐磨钢板心部硬度的生产方法 Download PDF

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Abstract

一种均匀提升耐磨钢板心部硬度的生产方法，钢板坯料尺寸/钢板成材厚度≥3，加热温度1150～1250℃，加热时间4.5‑6.5h；终轧温度≥900℃；淬火加热温度为Ac3+(20℃～100℃)，在炉总时间2min/mm～5min/mm；淬火加热炉末段炉温Ac3+(0℃～15℃)；出炉钢板直接进入辊式淬火机淬火，高压段平均冷速≥10℃/s，低压段平均冷速≥1.5℃/s。本发明在不改变化学成分的条件下，通过控制加热工艺和轧制工艺为钢板提供较为粗大的原始组织，通过控制淬火加热过程和淬火工艺提升钢板心部硬度，钢板心部硬度均匀性较好。

Description

一种均匀提升耐磨钢板心部硬度的生产方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域，尤其涉及一种均匀提升耐磨钢板心部硬度的生产方法。
背景技术
淬火是耐磨钢最有效、稳定的生产方式，钢经过淬火后能够形成大量的马氏体组织，大幅提高钢的强度和硬度。在钢成分及冷却方式不改变情况下，随着钢厚度的增加，心部冷速逐渐下降，导致心部马氏体含量下降，因此心部硬度和强度降低。
淬火耐磨钢的心部硬度主要受成分，奥氏体晶粒度和冷却条件的影响。Mo、Ni、Mn、Cr和B等合金元素能够有效推迟珠光体转变，大幅提高钢淬透性，进而提升钢心部硬度。但Mo和Ni合金成本较高；Mn、Cr虽然价格较低，但会加剧心部偏析，虽然偏析能够提升心部硬度，但同时会诱发微裂纹，引起钢板宏观裂纹，严重影响钢板质量；B元素对于淬透性提高有上限，通常添加量约为15ppm。奥氏体晶粒尺寸越大，钢的淬透性越高。在生产条件下，冷却介质和冷却设备固化，通过改变外部冷却条件提高钢心部硬度难以实现。提升钢淬透性可以提升钢的心部硬度，而钢的淬透性可以通过调节热处理工艺，控制钢淬火前状态进行提高。
科技论文《齿轮钢晶粒尺寸对淬透性的影响》通过不同奥氏体化温度末端淬火实验，发现随着齿轮钢奥氏体化温度提高，奥氏体晶粒尺寸增大，过冷奥氏体相变被推迟，因此齿轮钢淬透性增加，该文献研究了加热温度对淬透性影响，并没有研究淬火开始温度对淬透性影响。
发明专利申请(公开号CN201810500729)公开了一种具有良好心部硬度的厚规格耐磨钢板及其制备方法，钢的主要化学成分及重量百分比为：C：0.14～0.19％，Si：0.15～0.50％，Mn：0.5～1.00％，Cr：0.50～0.80％，Mo：0.10～0.40％，Ni：0.15～0.50％，Ti：0.010～0.040％，P≤0.014％，S≤0.002％，B：0.0010～0.0035％，Al：0.01～0.040％，Re：0～0.030％及余量Fe，通过控制C+Ni含量满足：0.172Mn+0.187Cr+1.31Re+10.791B≤C+Ni≤0.371Mn+0.869Cr+0.0099Re+9.891B和淬火机水流量和压力设定，使厚度为70-100mm，表面硬度为350-450HB的耐磨钢心部硬度不低于表面硬度的20％，但由于成分中稀土元素成本较高且各生产厂淬火设备存在差异，该方法通用性不强。
发明专利申请(公开号CN201610910476)公开了一种提高G20CrNiMoA淬透性能的方法，钢的化学成分及重量百分比为：C:0.17～0.23％、Mn:0.60～0.90％、Si：O.15～0.40％、S：≤0.020％、P：≤0.020％、Cr:0.35～0.65％、Ni:0.4～0.7％、Mo:0.15～0.3％、Cu：≤0.25％以及余量Fe，通过在熔炼溶液冷凝时，配入25～45ppm的元素B，并对钢坯进行2次淬火和1次回火处理，达到提高钢淬透性目的，但B元素添加超过20ppm会对造成韧性不稳定，且对钢坯进行热处理成本较高，实践难度较大。
发明专利申请(公开号CN201810015948)公开了一种提高高强度矿用圆环链钢淬透性能的淬火方法，通过将高强度矿用圆环链钢加热到Ac3+10～Ac3+40℃，保温后淬入水中，在不必对钢的成分进行调整的情况下，显著提高了高强度矿用圆环链钢的淬透性，但较低的加热温度不利于合金成分扩散及均匀化，微区成分波动会对产品性能均匀性造成影响，不利于产品质量稳定。
目前常规生产方法并没有考虑到开始淬火温度等工艺对钢性能的影响，提升耐磨钢心部硬度主要措施是添加合金元素。
发明内容
本发明提供了一种均匀提升耐磨钢板心部硬度的生产方法，在不改变钢种化学成分的条件下，通过控制加热工艺和轧制工艺为淬火钢板提供较为粗大的原始组织，并通过控制淬火加热过程和淬火工艺实现了钢板心部硬度提升，同时保证钢板心部硬度具有较好均匀性。生产工艺简单、可操作性强。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种均匀提升耐磨钢板心部硬度的生产方法，包括轧制前加热、轧制和热处理工序，
所述轧制前加热工序：钢板坯料尺寸/钢板成材厚度≥3，加热温度1150～1250℃，加热时间4.5-6.5h；
所述轧制工序：钢板采用普通热轧方式轧制，终轧温度≥900℃，钢板轧后堆垛缓冷；
所述热处理工序：钢板进入淬火加热炉中加热，加热温度为Ac3+(20℃～100℃)，在炉总时间2min/mm～5min/mm；淬火加热炉末段炉温调至Ac3+(0℃～15℃)，待钢板温度与加热炉末段温度相同后出炉；出炉钢板直接进入辊式淬火机淬火，高压段平均冷速≥10℃/s，低压段平均冷速≥1.5℃/s。
所述的耐磨钢板其化学成分及重量百分比为：C：0.16％～0.22％、Si：0.15％～0.80％、Mn：0.8％～1.8％、P：≤0.02％、S：≤0.01％、Cr：0.3％～0.8％、Ni：0～0.55％、Mo：0.15％～0.55％、Nb：0～0.03％、Ti：0.010％～0.040％、B：0.0008％～0.0025％、Als：0.01％～0.040％，余量为Fe。
所述耐磨钢板的厚度为50mm～100mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明在化学成分不改变条件下，通过控制加热工艺和轧制工艺粗化奥氏体晶粒，为待淬火钢板提供高淬透性组织，并通过控制淬火加热工艺和冷却工艺参数实现了钢板心部硬度提升，同时保证钢板心部硬度具有较好均匀性。
2)本发明利用淬火加热炉分段加热功能，将炉子末段温度单独设定为Ac3+(0～15℃)，即保证了钢板合金充分均匀化，又降低了钢板开始淬火温度，有效均匀提升钢板心部硬度。
3)本法明所述耐磨钢厚度为50mm～100mm，对比常规生产方法，利用本发明方法所生产耐磨钢板心部硬度能够有效提升10-20HB，心部硬度极限值差≤7HB，均匀性较佳。
附图说明
图1是本发明热处理工艺曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明：
一种均匀提升耐磨钢板心部硬度的生产方法，包括轧制前加热、轧制和热处理工序，
所述轧制前加热工序：钢板坯料尺寸/钢板成材厚度≥3，加热温度1150～1250℃，加热时间4.5-6.5h；
所述轧制工序：钢板采用普通热轧方式轧制，终轧温度≥900℃，钢板轧后堆垛缓冷；
所述热处理工序：见图1，钢板进入淬火加热炉中加热，加热温度为Ac3+(20℃～100℃)，在炉总时间2min/mm～5min/mm；淬火加热炉末段炉温调至Ac3+(0℃～15℃)，待钢板温度与加热炉末段温度相同后出炉；出炉钢板直接进入辊式淬火机淬火，高压段平均冷速≥10℃/s，低压段平均冷速≥1.5℃/s。
所述的耐磨钢板其化学成分及重量百分比为：C：0.16％～0.22％、Si：0.15％～0.80％、Mn：0.8％～1.8％、P：≤0.02％、S：≤0.01％、Cr：0.3％～0.8％、Ni：0～0.55％、Mo：0.15％～0.55％、Nb：0～0.03％、Ti：0.010％～0.040％、B：0.0008％～0.0025％、Als：0.01％～0.040％，余量为Fe。
所述耐磨钢板的厚度为50mm～100mm。
钢板心部硬度均匀性受铸坯心部质量影响，较高的轧制前加热温度、较高的终轧温度以及轧后堆垛有利于提升钢板心部质量，提高钢板心部硬度均匀性。较高的加热温度及终轧温度能够提高钢原始奥氏体晶粒尺寸，有利于提高钢板淬透性，提升钢板心部硬度。
钢淬火加热温度不宜过低，目的是为确保钢在一定加热温度下快速完成合金元素均匀化，如果加热温度过低导致保温时间延长会提高生产成本。如果加热温度低同时保温时间较短会导致合金元素扩散不充分、不均匀，进而造成性能不均匀，合金含量较高的钢尤为明显。
在淬火工序，钢板的淬透性与钢在Ac3以上开冷温度冷却至Ms总时间有关，在外部冷却条件不改变条件下，随着钢淬火开始冷却温度降低，冷却总时间减小，保留未转变过冷奥氏体总量增加，室温下转变马氏体含量增加，钢的淬透性提升，心部硬度增大。
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1-10见表1-表3。
表1实施例钢的化学成分(wt％)
C Si Mn P S Cr Ni Mo Nb Ti Als B
实施例1 0.17 0.22 1.19 0.012 0.003 0.40 - 0.35 - 0.027 0.028 0.0010
实施例2 0.18 0.26 1.23 0.011 0.003 0.48 - 0.33 - 0.02 0.025 0.0016
实施例3 0.19 0.27 1.05 0.013 0.003 0.37 0.31 0.28 0.027 0.019 0.027 0.0014
实施例4 0.2 0.3 1.14 0.010 0.003 0.44 0.27 0.22 0.023 0.022 0.021 0.0009
实施例5 0.2 0.49 1.19 0.012 0.002 0.62 0.44 0.17 0.024 0.02 0.037 0.0011
实施例6 0.21 0.39 1.17 0.011 0.003 0.58 0.5 0.18 0.02 0.018 0.026 0.0016
实施例7 0.2 0.41 1.2 0.012 0.002 0.69 0.55 0.2 0.018 0.031 0.031 0.0022
实施例8 0.21 0.33 0.92 0.012 0.002 0.74 0.52 0.51 0.025 0.022 0.031 0.0017
实施例9 0.22 0.39 0.95 0.013 0.002 0.78 0.55 0.5 0.022 0.019 0.032 0.0015
实施例10 0.21 0.45 1.05 0.010 0.002 0.75 0.49 0.47 0.023 0.021 0.028 0.0014
表2实施例钢的坯料加热、轧制与钢板淬火加热工艺
Figure BDA0002225638660000051
表3实施例钢的淬火工艺和硬度性能
Figure BDA0002225638660000052
与常规生产方法相比，利用本发明方法所生产耐磨钢板心部硬度能够有效提升10-20HB，心部硬度极限值差≤7HB，均匀性较佳。

Claims (1)

1.一种均匀提升耐磨钢板心部硬度的生产方法，包括轧制前加热、轧制和热处理工序，其特征在于：
所述轧制前加热工序：钢板坯料尺寸/钢板成材厚度≥3，加热温度1150～1250℃，加热时间4.5-6.5h；
所述轧制工序：终轧温度≥985℃，钢板轧后堆垛缓冷；
所述热处理工序：钢板进入淬火加热炉中加热，加热温度为Ac3+(20℃～100℃)，在炉总时间2min/mm～5min/mm；淬火加热炉末段炉温调至Ac3+(0℃～15℃)，待钢板温度与加热炉末段温度相同后出炉；出炉钢板直接进入辊式淬火机淬火，高压段平均冷速≥10℃/s，低压段平均冷速≥1.5℃/s；
所述的耐磨钢板其化学成分及重量百分比为：C：0.19％～0.22％、Si：0.22％～0.49％、Mn：1.05％～1.20％、P：≤0.013％、S：≤0.003％、Cr：0.37％～0.78％、Ni：0.27～0.55％、Mo：0.17％～0.51％、Nb：0.018～0.027％、Ti：0.019％～0.027％、B：0.0009％～0.0016％、Als：0.021％～0.028％，余量为Fe和不可避免的杂质；
耐磨钢板心部硬度能够提升10-20HB，心部硬度极限值差≤7HB；
所述耐磨钢板的厚度为60mm～90mm。
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