CN110656291B - 一种耐磨钢板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种耐磨钢板及其制备方法，属于冶金技术领域。耐磨钢板的组织成分包括贝氏体、铁素体和珠光体；按重量百分数计，耐磨钢板的化学成分包括：C：0.05～0.12％、Si：0.10～0.50％、Mn：1.00～1.50％、P≤0.020％，S≤0.005％、Nb：0.015～0.025％、Cr：0.50～0.90％、Ni：0.08～0.25％，Ti：0.008～0.035％、Als：0.015～0.040％、As≤0.04％、Sn≤0.03％、N≤0.005％、O≤0.003％、H≤0.0002％，余量为Fe和不可避免的杂质。其能够保证钢板具有足够的韧性的条件下提高钢板的耐磨性能。

Description

一种耐磨钢板及其制备方法

技术领域

本申请涉及冶金技术领域，具体而言，涉及一种耐磨钢板及其制备方法。

背景技术

海洋抽沙管主要用于海洋船舶进行抽沙，海洋抽沙管主要由钢板制成，为了降低成本，首先需要保证钢板制成抽沙管以后在深海中作业不能脆断，一旦断裂，就需要回到海边更改管道，成本变高。其次要保证一定的耐磨性，较好的耐磨性能够保证抽沙管一次作业时间应尽可能的长，这样才能保证抽沙船作业成本最低运行。

发明内容

本申请提供了一种耐磨钢板及其制备方法，其能够保证钢板具有足够的韧性、强度和硬度的条件下提高钢板的耐磨性能。

本申请的实施例是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种耐磨钢板，耐磨钢板的组织成分包括贝氏体、铁素体和珠光体；

按重量百分数计，耐磨钢板的化学成分包括：C：0.05～0.12％、Si：0.10～0.50％、Mn：1.00～1.50％、P≤0.020％，S≤0.005％、Nb：0.015～0.025％、Cr：0.50～0.90％、Ni：0.08～0.25％，Ti：0.008～0.035％、Als：0.015～0.040％、As≤0.04％、Sn≤0.03％、N≤0.005％、O≤0.003％、H≤0.0002％，余量为Fe和不可避免的杂质。

在上述技术方案中，耐磨钢板的组织成分包括贝氏体、铁素体和珠光体，铁素体使得耐磨钢板具有较好的韧性和塑性，珠光体使得耐磨钢板具有较好的强度和韧性。耐磨钢板的各化学成分含量适中，其中，C的含量为0.05～0.12％，保证了耐磨钢板具有较好的低温韧性，并且，在该C含量范围内，贝氏体使得耐磨钢板具有较好的低温韧性和强度。将C的含量控制为0.05～0.12％的基础上，将Mn的含量控制在1.00～1.50％，能够抑制铁素体相变，起到细化珠光体的作用，能够提高钢板的强度和韧性。将C的含量控制为0.05～0.12％，Mn的含量控制在1.00～1.50％的基础上，将Cr的含量控制为0.50～0.90％，Cr能够降低临界冷却速度，提高钢板的淬透性并具有二次硬化的作用，可提高钢板的硬度和耐磨性而不使钢变脆。同时，将Ni的含量控制为0.08～0.25％，在上述含量的Cr和Ni的共同作用下，可提高钢板的电极电位，减少原电池反应产生，减轻钢板在海水中的腐蚀行为，提高钢板的耐磨性。

Ti能够固定钢板中的氮形成难溶的TiN，消除钢板中的自由氮，从而改善钢板的韧性。TiN可阻碍钢在热加工前的加热过程中奥氏体晶粒长大，提高奥氏体状态下Ni的固溶度，进一步发挥Ni的细化晶粒和沉淀强化作用，从而提高钢板的强度。将Ti的含量控制为0.008～0.035％，能够避免形成对韧性不利的TiC。

另外，Si主要起固溶强化作用，主要作为还原剂和脱氧剂，将Si含量控制为0.10～0.50％，在保证钢板的韧性的情况下，可增加钢板的硬度和强度。

Al在较高温度时和钢板中N形成细小而弥散的AlN析出，抑制晶粒长大，达到细化晶粒、提高钢板在低温下的韧性的目的，将Al的含量控制在0.015～0.040％，能够提高钢板的韧性并能够保证其焊接性能。

P、S、O、H、As和Sn的含量较低，不会影响钢板的韧性；Nb的含量控制为0.015～0.025％，在保证钢板硬度的情况下，可提高钢板的强度。

在保证钢板韧性的情况下，通过提高钢板的强度和硬度来提高钢板的耐磨性能。

在一种可能的实施方案中，按重量百分数计，耐磨钢板的化学成分满足以下条件：0.30％≤(Cr/5+Mn/6)≤0.40％，0.055％≤(Ni/5+2Nb)≤0.095％，4.2≥Ti/N≥3.5。

在上述技术方案中，可通过公式CE(％)＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15来确定碳当量CEV，Cr、Mn元素会增加钢的碳当量CE，但又要保证钢板的强度和耐磨性，因而设定为0.30％≤(Cr/5+Mn/6)≤0.40％，在增加碳当量的同时保证钢板具有更好的强度和耐磨性。Ni、Nb元素价格相对较高，适量添加即可，因而设定为0.055％≤(Ni/5+2Nb)≤0.095％。TiN质点对于晶内组织也存在一定的细化作用，晶内分布的一定数量的TiN质点可确保微量的Ti在固体下析出弥散的TiN质点，有效地阻碍奥氏体的晶粒长大，细化组织，改善钢的强韧性，因而设定为4.2≥Ti/N≥3.5，能够更好地提高钢板的强韧性。

在一种可能的实施方案中，耐磨钢板的组织成分包括贝氏体72～78％、铁素体12～16％和珠光体9～14％。

在上述技术方案中，上述比例的贝氏体72～78％、铁素体12～16％和珠光体9～14％能够保证钢板的韧性，且能更好地提高钢板的耐磨性能。

在一种可能的实施方案中，贝氏体的晶粒尺寸为6～24μm，铁素体的晶粒尺寸为15～17μm，珠光体的晶粒尺寸为7～20μm。

需要说明的是，钢中各组织的晶粒尺寸不能做到无限地细小。在上述技术方案中，贝氏体、铁素体和珠光体上述晶粒尺寸范围使得钢板具有较好的强度和韧性。

第二方面，本申请实施例提供一种耐磨钢板的制备方法，包括：将铸坯在1150～1280℃的温度条件进行加热，然后依次进行粗轧和精轧得到精轧板，其中，粗轧阶段的轧制温度为990～1100℃，精轧的开轧温度为860～920℃，精轧的终轧温度为770～850℃；对精轧板以12～20℃/s的速度冷却至450～520℃。

在上述技术方案中，通过将铸坯在1150～1280℃的温度条件进行加热能够形成均匀的奥氏体单一相，通过粗轧和精轧使得铸坯发生变形，使得铸坯中的晶粒发生形变，控制粗轧阶段的轧制温度为990～1100℃，精轧的开轧温度为860～920℃，精轧的终轧温度为770～850℃，使得奥氏体能够部分变成珠光体。对精轧板以12～20℃/s的速度冷却至450～520℃，获得细化的位错密度高的细小板条贝氏体组织，贝氏体以高的形核速率和较慢的长大速度形成，保证了钢板的强度和韧性。在这过程中不需要进行淬火和回火处理，即可得到含有贝氏体、铁素体和珠光体的耐磨钢板，在保证钢板的韧性的情况下提高其耐磨性能。可选地，精轧板的冷却速度为14～18℃/s；可选地，轧板冷却后的温度为470～500℃。

在一种可能的实施方案中，对铸坯加热的步骤中，铸坯的加热时间与铸坯的厚度之比为8～12min/cm。

在上述技术方案中，铸坯的加热时间与铸坯的厚度之比控制为8～12min/cm，能够提高铸坯加热的均匀性，且能够避免晶粒的粗大。

在一种可能的实施方案中，在粗轧阶段，粗轧的前三道次平均压下量≥26mm。

在上述技术方案中，将粗轧的前三道次平均压下量控制为≥26mm，能够使得铸坯发生较大的形变，从而可以发生动态再结晶，使得晶粒更加细化，提高钢板的耐磨性能。

在一种可能的实施方案中，精轧步骤的精轧速度为1.5～6m/s。

在上述技术方案中，将精轧速度控制为1.5～6m/s，使得奥氏体部分变成珠光体的过程中，晶粒更加细化。

在一种可能的实施方案中，铸坯的制备方法包括：转炉冶炼步骤、LF精炼处理步骤、真空RH炉精炼步骤、除杂步骤和浇注步骤；

转炉冶炼步骤包括：控制入转炉铁水的S≤0.005％，并确保终点P≤0.020％；

LF精炼处理步骤包括：对铁水进行脱硫得到钢水；

浇注步骤包括：将钢水的过热度控制在10～25℃，在连铸二冷区钢水未凝固区进行搅拌，在连铸二冷区铸坯凝固末端进行轻压下处理形成铸坯。

在上述技术方案中，通过控制入铁水的S和P的含量，可以保证钢中夹杂物越较少，铁水的纯度较高。将钢水过热度控制在10～25℃，防止钢水二次氧化，低的过热度有利于减小铸坯的偏析、缩孔。在连铸二冷区钢水未凝固区进行搅拌，加速钢水流动，打断铸坯凝固前沿枝晶梢成为等轴晶核使晶粒细化形成细密的等轴晶；另外，能够使铸坯芯部温度降低而凝固前沿温度提高，有利向外传热，两者都有利于提高等轴晶率；且有利改善中心缩孔和中心偏析，减缓由于热应力而产生的内部裂纹。

可选地，真空RH炉精炼步骤包括：控制真空度≤0.267kPa，钢水循环时间≥30min，纯脱气时间≥15min。通过上述的真空RH炉精炼工艺，以减少钢中的气体含量。

可选地，除杂步骤包括：钢包出真空RH炉后，向钢水中加入Ca-Si合金或者Fe-Ca合金，并控制钢水中钙含量为0.001～0.003％，然后向钢水中吹Ar气体。通过向钢水中加入Ca-Si合金或者Fe-Ca合金，使得钢中氧化物和硫化物变形，将硫化物和氧化物球化，有利于夹杂物在钢水中上浮、去除。控制钢水中钙含量为0.001～0.003％，然后向钢水中吹Ar气体，利用Ar气上浮力和Ar气泡的粘附作用，促进钢中夹杂物上浮，使钢渣层吸收上浮的夹杂物，从而去除钢中夹杂。

在一种可能的实施方案中，在连铸二冷区铸坯凝固末端采用轻压下的总压下量为2～8mm。

在上述技术方案中，总压下量控制在2～8mm，在铸坯凝固末端施加合适的压下量以补偿坯壳的凝固收缩和阻止残余钢液的横向流动，防止晶间富集溶质元素的钢液向铸坯的横向流动；并使液芯中溶质元素富集的钢液沿拉坯方向反向流动，使溶质元素在钢液中重新分配，从而改善中心偏析情况。

本申请至少包括如下有益效果：

耐磨钢板的组织成分包括贝氏体、铁素体和珠光体，铁素体使得耐磨钢板具有较好的韧性和塑性，珠光体使得耐磨钢板具有较好的强度和韧性。C的含量为0.05～0.12％，保证了耐磨钢板较好的韧性，并且，在该C含量范围内，贝氏体使得耐磨钢板具有较好的强度和韧性。耐磨钢板的各化学成分含量适中，在耐磨钢板的制备方法中，不需要进行淬火和回火处理，即可得到含有贝氏体、铁素体和珠光体的耐磨钢板，在保证钢板的韧性的情况下提高其耐磨性能，其中，钢板屈服强度≥460MPa、抗拉强度≥590MPa、伸长率≥21％、夏氏Akv(-60℃)≥160J、硬度能够达到229HBW。另外，耐磨钢板在不含Mo等价格较贵的金属元素时，在保证钢板的韧性的情况下也能提高其耐磨性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例1的耐磨钢板的金相图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下针对本申请实施例的一种耐磨钢板及其制备方法进行具体说明：

本申请实施例提供一种耐磨钢板，耐磨钢板的组织成分包括贝氏体、铁素体和珠光体；按重量百分数计，耐磨钢板的化学成分包括：C：0.05～0.12％、Si：0.10～0.50％、Mn：1.00～1.50％、P≤0.020％，S≤0.005％、Nb：0.015～0.025％、Cr：0.50～0.90％、Ni：0.08～0.25％，Ti：0.008～0.035％、Als：0.015～0.040％、As≤0.04％、Sn≤0.03％、N≤0.005％、O≤0.003％、H≤0.0002％，余量为Fe和不可避免的杂质。

C是钢中的强化元素，含碳量越高，钢的硬度就越高，但可塑性和韧性就越差，碳含量高会增加碳当量和焊接裂纹敏感指数，恶化钢的焊接性能，还会降低钢的耐腐蚀能力。此外，碳能增加钢的冷脆性。本申请实施例将碳含量范围控制在0.05％～0.12％，保证了耐磨钢板的较好的韧性，并且，在该C含量范围内，贝氏体使得耐磨钢板具有较好的强度和韧性。示例性地，耐磨钢板的C含量为0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.10％、0.11％和0.12％中的任一者或者任两者之间的范围。在一种可能的实施方案中，耐磨钢板的C含量为0.06～0.10％、0.08～0.12％、0.05～0.10％或0.07～0.09％。

Si主要起固溶强化作用，炼钢过程中加入Si作为还原剂和脱氧剂。Si含量增加可使钢板的硬度和强度增加，但塑性及韧性下降并降低钢的焊接性能。本申请实施例将Si含量控制为0.10～0.50％，在保证钢板的韧性的情况下，可增加钢板的硬度和强度。示例性地，耐磨钢板的Si含量为0.10％、0.20％、0.30％、0.40％和0.50％中的任一者或者任两者之间的范围。在一种可能的实施方案中，耐磨钢板的Si含量为0.10～0.50％、0.20～0.40％、0.10～0.30％或0.30～0.50％。

Mn主要起固溶强化的作用，在碳含量相同的情况下，随着Mn含量的增加，强度增加，且韧性不恶化，固溶在奥氏体中的Mn通过溶质拖曳效应，降低扩散相变的相变驱动力，抑制了铁素体相变，起到细化珠光体的作用，提高钢板的强度和韧性。但Mn含量过高，会造成钢板带状组织严重，增强各向异性。因而，本申请实施例将Mn的含量控制为1.00～1.50％。示例性地，耐磨钢板的Mn含量为1.00％、1.10％、1.20％、1.30％、1.40％和1.50％中的任一者或者任两者之间的范围。在一种可能的实施方案中，耐磨钢板的Mn含量为1.00～1.30％、1.20～1.40％、1.30～1.50％或1.10～1.40％。

S易与Mn结合生成MnS夹杂，影响钢的伸长率和低温冲击韧性；P在钢板中是容易造成偏析的元素，它还会恶化焊接性能，显著降低钢的低温冲击韧性，提高韧脆转变温度，因此，本申请实施例将P含量控制为≤0.020％，将S含量控制为≤0.005％。

示例性地，耐磨钢板P的含量为0.005％、0.010％、0.015％和0.020％的任一者或者任两者之间的范围。在一种可能的实施方案中，耐磨钢板P的含量为≤0.010％、≤0.015％或0.005～0.010％。

示例性地，耐磨钢板S的含量为0.0005％、0.001％、0.002％、0.003％、0.004％和0.005％中的任一者或者任两者之间的范围。在一种可能的实施方案中，耐磨钢板S的含量为≤0.003％、≤0.002％、≤0.001％、0.0005～0.03％或0.001～0.004％。

Nb是可取得良好的控轧效果最有效的微合金化元素之一，通常含铌钢加热到1200℃以上并均热一段时间后，钢中铌可固溶于奥氏体中，这种固溶铌在加热过程中可以对奥氏体单相扩散运动界面有抑制作用，阻碍奥氏体晶粒长大，在轧制中会在位错、亚晶界、晶界上沉淀析出铌的碳、氮化物，阻碍奥氏体动态再结晶，细化晶粒，提高钢板强度和韧性。在低合金钢种加入Nb，可提高抗大气腐蚀能力，并可改善焊接性能。Nb得到固溶强化作用很明显，可明显提高钢板强度，但含Nb钢的硬度随含Nb量增加而降低。因而，本申请实施例将Nb的含量控制在0.015～0.025％，可以保证钢板的强度、韧性和硬度均处于较好的水平。

示例性地，耐磨钢板Nb的含量为0.015％、0.020％和0.025％中的任一者或者任两者之间的范围。在一种可能的实施方案中，耐磨钢板Nb的含量为0.015％～0.020％或0.020％～0.025％。

未溶解的碳、氮化物颗粒分布在奥氏体晶界上，Ti的作用主要是其用Ti来固定钢中的氮，由于形成难溶的TiN而消除了钢中的自由氮，从而改善钢板的韧性，TiN可阻碍钢在热加工前的加热过程中奥氏体晶粒长大，提高奥氏体状态下铌的固溶度，进一步发挥铌的细化晶粒和沉淀强化作用，从而提高钢板的强度。另外，Ti可以防止在焊接热影响区出现粗晶，保证在焊接热影响区具有高韧性，但Ti的加入量过多，会形成对韧性不利的TiC。因此，本申请实施例将Ti含量控制在0.008～0.035％，N含量控制在≤0.005％，可以保证钢板韧性的前提下提高钢板的强度。

示例性地，耐磨钢板Ti的含量为0.008％、0.010％、0.015％、0.020％、0.025％、0.030％和0.035％中的任一者或者任两者之间的范围。在一种可能的实施方案中，耐磨钢板Ti的含量为0.010～0.020％、0.020～0.035％或0.010～0.030％。

示例性地，耐磨钢板N的含量为0.0005％、0.001％、0.002％、0.003％、0.004％和0.005％中的任一者或者任两者之间的范围。在一种可能的实施方案中，耐磨钢板N的含量为≤0.003％、≤0.002％、≤0.001％、0.0005～0.003％或0.001～0.004％。

Cr固溶在钢中，可以降低临界冷却速度，提高钢的淬透性，Cr是碳化物形成元素，会形成细小的碳化物，如(Fe，Ce)₃C、(Fe，Cr)₇C₃等，显著提高钢板的强度。Cr能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。另外，Cr价格相对便宜，综合考虑，本申请实施例将Cr含量控制在0.50～0.90％。

示例性地，耐磨钢板Cr的含量为0.50％、0.60％、0.70％、0.80％和0.90％中的任一者或者任两者之间的范围。在一种可能的实施方案中，耐磨钢板Cr的含量为0.50～0.70％、0.60～0.80％或0.70～0.90％。

Ni用于提高钢板强度，对塑性的影响不显著。一般地讲，对不需调质处理而在轧态使用的低碳钢，一定的含镍量能提高钢的强度而不显著降低其韧性。钢中同时加入Cr、Ni元素可提高钢的电极电位，防止原电池反应产生，减轻钢板在海水中的腐蚀行为，提高钢板的耐磨性。另外，Ni价格较高，属于贵重金属。本申请实施例将Ni含量控制在0.08～0.25％，在保证钢板的韧性的前提下提高钢板的耐磨性，保证钢板的生产成本不是太高。示例性地，耐磨钢板Ni的含量为0.08％、0.10％、0.15％、0.20％和0.25％中的任一者或者任两者之间的范围。在一种可能的实施方案中，耐磨钢板Ni的含量为0.10～0.25％、0.10～0.20％或0.15～0.25％。

Als指的是钢中的酸溶铝含量，Al在较高温度时能够和钢中的N形成细小而弥散的AlN析出，抑制晶粒长大，达到细化晶粒、提高钢在低温下的韧性的目的。本申请实施例中的Als的含量为0.015～0.040％，能够提高钢板的韧性并保证其焊接性能。

示例性地，耐磨钢板Als的含量为0.015％、0.020％、0.025％、0.030％、0.035％和0.040％中的任一者或者任两者之间的范围。在一种可能的实施方案中，耐磨钢板Als的含量为0.020～0.030％、0.020～0.040％或0.015～0.025％。

As、Sn元素它们的电负性因素和尺寸因素，使得它们极易在晶界偏聚，降低晶界内聚力，对宏观性能的影响为钢板的断裂功减小，冲击韧性明显降低。因此，本申请实施例将As的含量控制为≤0.04％，Sn的含量控制为≤0.03％。

示例性地，耐磨钢板As的含量为0.005％、0.01％、0.02％、0.03％和0.04％中的任一者或者任两者之间的范围。在一种可能的实施方案中，耐磨钢板As的含量为≤0.03％、≤0.02％、≤0.01％、0.005～0.03％或0.02～0.04％。

示例性地，耐磨钢板Sn的含量为0.005％、0.01％、0.02％和0.03％中的任一者或者任两者之间的范围。在一种可能的实施方案中，耐磨钢板Sn的含量为≤0.03％、≤0.02％、≤0.01％、0.005～0.03％或0.01～0.02％。

O以Al₂O₃、SiO₂夹杂物形式存在于钢中，H则会造成氢脆，影响钢板的韧性，因而，本申请实施例将O的含量控制为≤0.003％，H的含量控制为≤0.0002％。

示例性地，耐磨钢板O的含量为0.0005％、0.001％、0.002％和0.003％中的任一者或者任两者之间的范围。在一种可能的实施方案中，耐磨钢板O的含量为≤0.003％、≤0.002％、≤0.001％、0.0005～0.003％或0.010～0.002％。

示例性地，耐磨钢板H的含量为0.0001％、0.00015％和0.0002％中的任一者或者任两者之间的范围。在一种可能的实施方案中，耐磨钢板H的含量为≤0.0001％、0.0001～0.0002％或0.00005～0.00015％。

在一种可能的实施方案中，按重量百分数计，耐磨钢板的化学成分满足以下条件：0.30％≤(Cr/5+Mn/6)≤0.40％，0.055％≤(Ni/5+2Nb)≤0.095％，4.2≥Ti/N≥3.5。

示例性地，(Cr/5+Mn/6)＝0.30％、(Cr/5+Mn/6)＝0.35％或(Cr/5+Mn/6)＝0.40％。

示例性地，(Ni/5+2Nb)＝0.055％、(Ni/5+2Nb)＝0.060％、(Ni/5+2Nb)＝0.065％、(Ni/5+2Nb)＝0.070％、(Ni/5+2Nb)＝0.075％、(Ni/5+2Nb)＝0.080％、(Ni/5+2Nb)＝0.085％、(Ni/5+2Nb)＝0.090％或(Ni/5+2Nb)＝0.095％。

示例性地，Ti/N＝3.5、Ti/N＝3.6、Ti/N＝3.7、Ti/N＝3.8、Ti/N＝3.9、Ti/N＝4.0、Ti/N＝4.1或Ti/N＝4.2。

在一种可能的实施方案中，耐磨钢板的组织成分包括贝氏体72～78％、铁素体12～16％和珠光体9～14％。示例性地，贝氏体占比为72％、73％、74％、75％、76％、77％和78％中的任一者或者任意两者之间的范围。示例性地，铁素体占比为12％、13％、14％、15％和16％中的任一者或者任意两者之间的范围。示例性地，珠光体占比为9％、10％、11％、12％、13％和14％中的任一者或者任意两者之间的范围。

在一种可能的实施方案中，贝氏体的晶粒尺寸为6～24μm，铁素体的晶粒尺寸为15～17μm，珠光体的晶粒尺寸为7～20μm。

示例性地，贝氏体的晶粒尺寸为6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、21μm、22μm、23μm和24μm中的任一者或者任意两者之间的范围。

示例性地，铁素体的晶粒尺寸为15μm、16μm和17μm中的任一者或者任意两者之间的范围。

示例性地，珠光体的晶粒尺寸为7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm和20μm中的任一者或者任意两者之间的范围。

本申请实施例还提供一种耐磨钢板的制备方法，包括：

S1：转炉冶炼步骤，包括：控制入转炉铁水的S≤0.005％，并确保终点P≤0.020％。

示例性地，控制入转炉铁水的S为0.0005％、0.001％、0.002％、0.003％、0.004％和0.005％中的任一者或者任两者之间的范围。

示例性地，确保终点P含量为0.0005、0.001、0.0015和0.002的任一者或者任两者之间的范围。

S2：LF精炼处理步骤，包括：对铁水进行脱硫得到钢水。可选地，通过成分微调及调整夹杂物形态并使大颗粒夹杂物上浮，均匀钢水成分和温度，提高钢水纯净度。

S3：真空RH炉精炼步骤。在一种可能的实施方案中，真空RH炉精炼步骤包括：控制真空度≤0.267kPa，钢水循环时间≥30min，纯脱气时间≥15min。示例性地，真空度为0.2kPa、0.15kPa和0.1kPa中的任一者或者任两者之间的范围。示例性地，钢水循环时间为30min、40min、60min、80min和120min中的任一者或者任意两者之间的范围。示例性地，纯脱气时间为15min、30min、45min、60min和90min中的任一者或者任意两者之间的范围。

S4：除杂步骤。在一种可能的实施方案中，钢包出真空RH炉后，向钢水中加入Ca-Si合金或者Fe-Ca合金，并控制钢水中钙含量为0.001～0.003％，然后向钢水中吹Ar气体。示例性地，吹Ar气体的时间≥10min，吹Ar气体的时间例如为10min、15min、20min、30min或60min。

示例性地，除杂步骤中控制钢水中钙含量为0.001％、0.002％或0.003％。

S5：浇注步骤包括：将钢水过热度控制在10～25℃。示例性地，将钢水的过热度控制在10℃、15℃、20℃或25℃。

S6：在连铸二冷区钢水未凝固区进行搅拌。其中，连铸二冷区指的是在结晶器出口到拉矫机的长度区间。示例性地，可通过电磁搅拌的方式在连铸二冷区钢水未凝固区进行搅拌，可以理解的是，也可以通过其他搅拌方式进行搅拌。

S7:在连铸二冷区铸坯凝固末端进行轻压下处理形成铸坯。示例性地，轻压下的总压下量为2～8mm。轻压下的总压下量例如为2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm或8mm。

S8：将铸坯下线入坑缓冷至室温温度。

S9：将铸坯在1150～1280℃的温度条件进行加热，其中，铸坯的均热段温度为1230～1250℃。示例性地，铸坯的加热温度为1150℃、1160℃、1180℃、1200℃、1210℃、1230℃、1250℃、1260℃、1270℃和1280℃中的任一者或者任意两者之间的范围。

需要说明的是，加热炉的温度从炉尾到炉头并不是均一的，1150～1280℃是加热段的温度，1230～1250℃为均热段的温度。示例性地，均热段的温度为1230℃、1235℃、1240℃、1245℃或1250℃。

在一种可能的实施方案中，铸坯的加热时间与铸坯的厚度之比为8～12min/cm。示例性地，铸坯的加热时间与铸坯的厚度之比为8min/cm、9min/cm、10min/cm、11min/cm和12min/cm中的任一者或者任意两者之间的范围。

S10：轧制：对经过S9步骤加热后的铸坯依次进行粗轧和精轧得到精轧板。其中，粗轧阶段的轧制温度为990～1100℃，精轧的开轧温度为860～920℃，精轧的终轧温度为770～850℃。

示例性地，粗轧阶段的轧制温度为990℃、1000℃、1020℃、1030℃、1040℃、1050℃、1060℃、1070℃、1080℃、1090℃和1100℃中的任一者或者任意两者之间的范围。

示例性地，精轧的开轧温度为860℃、870℃、880℃、890℃、900℃、910℃和920℃中的任一者或者任意两者之间的范围。

示例性地，精轧的终轧温度为770℃、780℃、790℃、810℃、820℃、830℃、840℃和850℃中的任一者或者任意两者之间的范围。

在一种可能的实施方案中，在粗轧阶段，粗轧的前三道次平均压下量≥26mm。示例性地，粗轧的前三道次平均压下量≥30mm、≥35mm或≥40mm。示例性地，粗轧的前三道次平均压下量例如为26mm、28mm、30mm、32mm、35mm、38mm或40mm。

在一种可能的实施方案中，粗轧的总变形率≥50％。示例性地，粗轧的总变形率为50％、53％、55％、57％、60％、65％、70％、72％、75％或80％。

在一种可能的实施方案中，精轧步骤的精轧速度为1.5～6m/s。示例性地，精轧步骤的精轧速度为1.5m/s、2m/s、2.5m/s、3m/s、3.5m/s、4m/s、4.5m/s、5m/s、5.5m/s和6m/s中的任一者或者任意两者之间的范围。

在一种可能的实施方案中，精轧的总变形率为60～75％，精轧累积压下率大于60％，道次压下率为4～30％。

示例性地，精轧的总变形率为60％、65％、70％、62％或75％。

示例性地，精轧累积压下率为60％、65％、70％、72％、75％或80％。

示例性地，精轧的道次压下率为4％、5％、8％、10％、15％、20％、25％、30％、35％或40％。

S11：对S10步骤得到的精轧板以12～20℃/s的速度冷却至450～520℃。

示例性地，精轧板的冷却速度为12℃/s、13℃/s、14℃/s、15℃/s、16℃/s、17℃/s、18℃/s、19℃/s和20℃/s中的任一者或者任意两者之间的范围。

示例性地，精轧板冷却后的温度为470℃、475℃、480℃、490℃、500℃、510℃、和520℃中的任一者或者任意两者之间的范围。

在一种可能的实施方案中，S11步骤采用水冷的方式进行冷却。示例性地，在S11步骤后，还对包括对精轧板进行空冷的步骤。

以下结合实施例对本申请的一种耐磨钢板及其制备方法作进一步的详细描述。

实施例1～实施例12

将含有表1和表2中对应的化学成分及Fe和不可避免的杂质组成的钢利用转炉进行冶炼，经过LF精炼处理、真空RH炉精炼、除杂及浇注后得到铸坯。将铸坯进行加热，然后依次进行粗轧和精轧得到精轧板，以水冷的方式进行冷却，然后进行空冷得到耐磨钢板。

其中，铸坯的加热温度、粗轧、精轧和冷却的工艺条件均记载在表3中，需要说明的是，实施例1～实施例12未记载在表格中的工艺参数均相同。

对比例1～对比例10

将含有表1和表2中对应的化学成分及Fe和不可避免的杂质组成的钢利用转炉进行冶炼，然后依次经过LF精炼处理、真空RH炉精炼、除杂及浇注后得到铸坯。

将铸坯进行加热、轧制、冷却、回火(可不回火)得到钢板。其中，铸坯的加热温度、轧制和冷却的工艺条件均记载在表3中。

对比例11

将含有表1和表2中对应的化学成分及Fe和不可避免的杂质组成的钢利用转炉进行冶炼，然后依次进行精炼、真空脱气、模铸、缓冷、轧制、热处理处理。其中，热处理包括回火、退火和淬火。其中，轧制和热处理的处理工艺条件均记载在表3中。

对比例12～对比例17

将含有表1和表2中对应的化学成分及Fe和不可避免的杂质组成的钢利用转炉进行冶炼，然后依次进行铸造、加热、轧制后冷却。其中，加热、轧制和冷却的工艺参数均记载在表3中。

对比例18～对比例28

将含有表1和表2中对应的化学成分及Fe和不可避免的杂质组成的钢利用转炉进行冶炼，经过LF精炼处理、真空RH炉精炼、除杂及浇注后得到铸坯。将铸坯进行加热，然后依次进行粗轧和精轧得到精轧板，以水冷的方式进行冷却，然后进行空冷得到耐磨钢板。其中，铸坯的加热温度、粗轧、精轧和冷却的工艺条件均记载在表3中。

对比例29～对比例38

将含有表1和表2中对应的化学成分及Fe和不可避免的杂质组成的钢利用转炉进行冶炼，经过LF精炼处理、真空RH炉精炼、除杂及浇注后得到铸坯。将铸坯进行加热，然后依次进行粗轧和精轧得到精轧板，以水冷的方式进行冷却，然后进行空冷得到耐磨钢板。其中，铸坯的加热温度、粗轧、精轧和冷却的工艺条件均记载在表3中，需要说明的是，对比例29～对比例38未记载在表格中的工艺参数与实施例1～12均相同。

表1.实施例1～12及对比例1～38的部分化学成分

表2.实施例1～12及对比例1～38的部分化学成分(续)

表3.实施例1～12及对比例1～38的部分工艺参数

试验例

(1)采用GB/T 2975和GB/T 228.1对实施例1～12和对比例1～38的钢板的屈服强度进行测试，其结果记录在表4中。

(2)采用GB/T 2975和GB/T 228.1对实施例1～12和对比例1～38的钢板的抗拉强度进行测试，其结果记录在表4中。

(3)采用GB/T 2975和GB/T 228.1对实施例1～12和对比例1～38的钢板的伸长率进行测试，其结果记录在表4中。

(4)采用GB/T 2975和GB/T 229对实施例1～12和对比例1～38的钢板的在0℃、-20℃、-40℃和-80℃的冲击功进行测试，其结果记录在表4和表5中。

(5)采用GB/T 4340.1对实施例1～12和对比例1～38的钢板的硬度进行测试，其结果记录在表4中。

(6)对实施例1～12的钢板在金相显微电镜下进行观察，得到微观组织成分的比例记录在表6中，其中，图1为实施例1的钢板的金相图。

表4.实施例1～12和对比例1～38的钢板的性能测试结果

表5.实施例1～12和对比例1～38的钢板的性能测试结果

从表4和表5的结果可以看出，本申请实施例1～实施例12的钢板的抗低温冲击能力优于对比例1～对比例17。相较于对比例18～对比例28，本申请实施例1～实施例12的钢板的强度提高了60～100MPa，虽然系列温度冲击韧性下降了，但仍然足以满足抽沙板作业环境的使用要求，重点是硬度提高了约70～90HBW，极大地提高了钢板的耐磨性，从而大大提高了抽沙板的使用寿命。

另外，将实施例1的钢板的性能与对比例29和对比例30的钢板的性能对比，可以得知，C含量不在本申请范围内的对比例29和对比例30，钢板的屈服强度、抗拉强度及硬度均比实施例1的钢板差。对比例29的C含量为0.03％，比实施例1偏低，在轧制工艺基本相同情况下，对比例29虽然可提高其抗低温冲击韧性，但降低了钢板的强度和硬度。对比例30的C含量为0.20％，对比实施例1偏高，在轧制工艺基本相同情况下，对比例30虽然可使钢板保持较高的强度和硬度，但使得钢板的抗低温冲击韧性较差，增强了钢板断裂风险。

将实施例1的钢板的性能与对比例31和对比例32的钢板的性能对比，可以得知，Mn含量不在本申请范围内的对比例31的钢板的屈服强度、抗拉强度、伸长率和硬度均比实施例1的钢板差；Mn含量不在本申请范围内对比例32的钢板的屈服强度、抗拉强度、低温冲击韧性和硬度值与实施例1相当，但过量的Mn易造成炼钢过程的偏析严重，形成带状组织，另一方面会造成合金成本上升。

将实施例1的钢板的性能与对比例33和对比例34的钢板的性能对比，可以得知，Cr含量不在本申请范围内的对比例33的钢板的屈服强度、抗拉强度硬度均比实施例1的钢板差。Cr含量不在本申请范围内的对比例34的钢板低温冲击韧性较差，一定的Cr含量可显著提高碳钢的强度、硬度和耐磨性，但Cr含量过高，对塑性和低温韧性不利。

将实施例1的钢板的性能与对比例35和对比例36的钢板的性能对比，可以得知，Ni含量不在本申请范围内的对比例35的钢板的屈服强度、抗拉强度、低温韧性及硬度均比实施例1的钢板差。Ni含量不在本申请范围内的对比例36的钢板各项性能指标与实施例1相差无几，其中，低温冲击韧性相当好，但根据抽沙板使用环境，根本就不需要如此好的低温韧性性能，属于典型的质量过剩，造成生产成本的大大提高，没有做到强度、韧性、耐磨性的良好配合，以上几点说明了含有本申请实施例的耐磨钢板及其制备方法，能够保证钢板在具有足够的韧性、强度和硬度的条件下，提高钢板的耐磨性能。

将实施例1的钢板的性能与对比例37和对比例38的钢板的性能对比，可以得知，冷却速度不在本申请范围内的对比例37的钢板屈服强度、抗拉强度和硬度与实施例1相当，但冷却速度过快，形成一定量的马氏体组织，贝氏体含量减少，低温韧性变差。冷却速度不在本申请范围内的对比例38的钢板屈服强度、抗拉强度和硬度均比实施例1的钢板差，由于冷却速度过小，钢板组织以铁素体和珠光体为主，所以钢板强度一般，尤其是低温冲击韧性较差，没有达到强度、低温冲击韧性、硬度的良好配合。

表6实施例1～12的微观组织成分数据

	贝氏体(面积％)	铁素体(面积％)	珠光体(面积％)
				实施例1	78	12	9
实施例2	76	13	9
				实施例3	73	14	11
实施例4	73	15	10
				实施例5	72.5	15	10
实施例6	72	16	10.5
				实施例7	73	14	12
实施例8	72	15	12.5
				实施例9	72	13	14
实施例10	75	13	11
				实施例11	74	13	11
实施例12	75	13	11

根据实施例1～实施例12的结果可以得知，本申请实施例1～12的钢板中的贝氏体的面积占比在72～78％之间，铁素体的面积占比在12～16％之间，珠光体的面积占比在9～12％之间。

以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种耐磨钢板，其特征在于，所述耐磨钢板的组织成分包括贝氏体72～78％、铁素体12～16％和珠光体9～14％；

按重量百分数计，所述耐磨钢板的化学成分包括：C：0.05～0.12％、Si：0.10～0.50％、Mn：1.00～1.50％、P≤0.020％，S≤0.005％、Nb：0.015～0.025％、Cr：0.50～0.90％、Ni：0.08～0.25％，Ti：0.008～0.035％、Als：0.015～0.040％、As≤0.04％、Sn≤0.03％、N≤0.005％、O≤0.003％、H≤0.0002％，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的耐磨钢板，其特征在于，按重量百分数计，所述耐磨钢板的化学成分满足以下条件：0.30％≤(Cr/5+Mn/6)≤0.40％，0.055％≤(Ni/5+2Nb)≤0.095％，4.2≥Ti/N≥3.5。

3.根据权利要求1所述的耐磨钢板，其特征在于，所述贝氏体的晶粒尺寸为6～24μm，所述铁素体的晶粒尺寸为15～17μm，所述珠光体的晶粒尺寸为7～20μm。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的耐磨钢板的制备方法，其特征在于，包括：将铸坯在1150～1280℃的温度条件进行加热，然后依次进行粗轧和精轧得到精轧板，对所述精轧板以12～20℃/s的速度冷却至470～520℃；其中，粗轧阶段的轧制温度为990～1100℃，所述精轧的开轧温度为860～920℃，所述精轧的终轧温度为770～850℃。

5.根据权利要求4所述的耐磨钢板的制备方法，其特征在于，所述精轧板的冷却速度为14～18℃/s。

6.根据权利要求4所述的耐磨钢板的制备方法，其特征在于，所述精轧板冷却后的温度为470～500℃。

7.根据权利要求4所述的耐磨钢板的制备方法，其特征在于，对所述铸坯加热的步骤中，所述铸坯的加热时间与所述铸坯的厚度之比为8～12min/cm。

8.根据权利要求4所述的耐磨钢板的制备方法，其特征在于，在所述粗轧阶段，粗轧的前三道次平均压下量≥26mm。

9.根据权利要求4所述的耐磨钢板的制备方法，其特征在于，精轧步骤的精轧速度为1.5～6m/s。

10.根据权利要求4所述的耐磨钢板的制备方法，其特征在于，所述铸坯的制备方法包括：转炉冶炼步骤、LF精炼处理步骤、真空RH炉精炼步骤、除杂步骤和浇注步骤；

所述转炉冶炼步骤包括：控制入转炉铁水的S≤0.005％，并确保终点P≤0.020％；

所述LF精炼处理步骤包括：对所述铁水进行脱硫得到钢水；

所述浇注步骤包括：将所述钢水的过热度控制在10～25℃，在连铸二冷区钢水未凝固区进行搅拌，在连铸二冷区铸坯凝固末端进行轻压下处理形成所述铸坯。

11.根据权利要求10所述的耐磨钢板的制备方法，其特征在于，所述真空RH炉精炼步骤包括：控制真空度≤0.267kPa，钢水循环时间≥30min，纯脱气时间≥15min。

12.根据权利要求10所述的耐磨钢板的制备方法，其特征在于，所述除杂步骤包括：钢包出所述真空RH炉后，向钢水中加入Ca-Si合金或者Fe-Ca合金，并控制所述钢水中钙含量为0.001～0.003％，然后向所述钢水中吹Ar气体。

13.根据权利要求10所述的耐磨钢板的制备方法，其特征在于，在连铸二冷区铸坯凝固末端采用轻压下的总压下量为2～8mm。

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