CN111607735A

CN111607735A - 一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢及生产方法

Info

Publication number: CN111607735A
Application number: CN202010595523.0A
Authority: CN
Inventors: 何亚元; 徐进桥; 张鹏武; 王跃; 张扬; 李利巍; 袁金; 刘斌; 骆海贺; 宋畅
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2020-06-28
Filing date: 2020-06-28
Publication date: 2020-09-01
Anticipated expiration: 2040-06-28
Also published as: CN111607735B

Abstract

一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢，其组分及wt%为：C：0.15~0.30%，Si：0.95~1.6%，Mn：1.5~2.5%，P≤0.010%，S≤0.003%，Cr：0.28~0.5%，Als：0.01~0.07%，Nb：0.005~0.015%，N≤0.007%；生产方法：经脱硫铁水，冶炼并浇铸成坯；对铸坯加热；粗轧；精轧；快冷；卷取；常规平整。本发明在保证钢板抗拉强度≥1350MPa，延伸率≥8%的前提下，钢板表面布氏硬度在420~467之间，冷弯性能可满足D=5a，90°合格，生产成本比现有技术可降低至少20%，不平度不超过4.5mm/m。

Description

一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢及生产方法

技术领域

本发明涉及一种耐磨钢及生产方法，具体涉及一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢及生产方法，其特别适用于机械工程用钢厚度在2~15mm的耐磨钢板及生产。

背景技术

耐磨钢是重要的基础材料之一，广泛应用于矿山机械、煤炭采运、工程机械、建材、电力机械、铁路运输等领域，国外耐磨钢如瑞典奥克隆德的HARDOX系列、德国蒂森克虏伯的XAR系列、日本JFE的EVERHARD系列，在研发与生产方面处于领先地位，厚度规格可覆盖3~100mm的HB300~600各级别产品。

近年来我国在耐磨钢的研发生产方面进展明显，有企业能够稳定批量供应HB450硬度级别以下的耐磨钢板，质量可靠，受到市场认可，但其生产工艺为传统的离线调质工艺，即需要对钢板进行离线进行热处理，存在合金成本较高和流程较长等问题，相对能耗也较高。

中国专利公开号为CN1109919A的文献，公开了《一种低合金耐磨钢》，其成分重量百分比为：C：0.5~0.6%，Si：0.9~1.2%，Mn：1.4~1.7%，Cr：1.35~1.60%，Mo：0.3~0.5%，V：0.05~0.10%，Ti：0.03~0.06%，Re：0.02~0.04%，其虽强度和耐磨性均较好，但大量添加提高淬透性的合金元素，成本较高，且C、Si含量高易产生淬火裂纹，会影响用户使用。

中国专利公开号为CN103114253A的文献，公开了《一种极薄规格超高强度钢板的生产方法》，其成分C：0.12~0.15%，Si：0~0.1%，Mn：0.9~1.3%，P≤0.0015%，S≤0.008%，Ni：0.35~0.60%，Cr：0.15~0.30%，Mo：0.25~0.40%，Ti：0.008~0.035%，Al：0.03~0.05%；其生产工艺为：采用纯净钢冶炼、热连轧成型、卷板开平、热轧基板淬火回火，并控制铸坯加热温度、发挥轧制时大压下作用、挖掘热处理最大潜能，以工艺手段保证组织超细化，生产出成品厚度3～10mm的极薄规格、抗拉强度为1000-1500Mpa的超高强度度钢板，具有优异的低温韧性指标，碳当量小于等于0.4%，具有良好的焊接性能，适合大规模生产。但其由于未充分利用轧后余热，需进行离线淬火、回火，使得工艺路线长，能源消耗大，生产成本较高，市场竞争力不强。

可见，现有耐磨钢存在合金成本高、工艺流程长等现实难题，因此有必要进行成分工艺设计，缩短工艺流程，降低生产成本，提高市场竞争力。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种在保证钢板抗拉强度≥1350MPa，延伸率≥8%的前提下，钢板表面布氏硬度在420~467之间，冷弯性能满足D=5a，90°合格，生产成本可降低至少20%的布氏硬度≥420的热轧耐磨钢及生产方法。

实现上述目的的技术措施：

一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.15~0.30%，Si：0.95~1.6%，Mn：1.5~2.5%，P≤0.010%，S≤0.003%，Cr：0.28~0.5%，Als：0.01~0.07%，Nb：0.005~0.015%，N≤0.007%，其余为Fe及杂质，金相组织为板条马氏体。

其在于：添加Mo的重量百分比含量不超过0.35%。

优选地：C的重量百分比含量为0.18～0.25%。

优选地：Mn的重量百分比含量为1.85～2.45%。

优选地：Nb的重量百分比含量为0.005～0.012%。

优选地：Als的重量百分比含量为0.017～0.058%。

优选地：Si的重量百分比含量为1.27～1.45%。

生产一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢的方法，其步骤：

1）经脱硫铁水，冶炼并浇铸成坯；

2）对铸坯加热：控制加热炉第一加热段结束温度不低于1200℃；控制第二加热段结束温度及均热段温度在1260~1320℃，并控制第二加热段加热时间及均热段均热时间总计不低于70min；控制总在炉时间不低于150min；控制板厚方向温差不超过5℃；

3）进行粗轧，控制粗轧结束温度在1100~1130℃；结束时中间板厚度在35~55mm；

4）进行精轧，控制其开轧温度在990~1060℃，轧制速度在2.5~7.5m/s，精轧终轧温度在830~890℃；

5）进行快冷，在冷却速度为50℃/s~160℃/s冷却至卷取温度，并控制上下冷却水比在55:60~75:90，水压在1.0~2.5bar，采用交叉侧喷水全开方式；

6）进行卷取，控制卷取温度在100℃~200℃；卷取张力控制在15~30吨；

7）进行常规平整，控制不平度不超过4.5mm/m。

优选地：冷却速度为65~150℃/ s。

优选地：卷取温度在115~185℃。

本发明中各组分及主要工艺的机理及作用

C：C是提高材料耐磨性能最廉价的元素，随着含碳量增加，硬度、强度和耐磨性提高，但塑韧性和焊接性能降低。综合考虑，C重量百分含量为0.15~0.30%，优选地C的重量百分比含量为0.18～0.28%。

Si：Si可显著降低钢的临界冷却速度，使最终产物形成细化马氏体组织。在常见的固溶元素中，Si仅次于P，固溶于铁素体和奥氏体中，可提高硬度和强度，Si可降低碳在铁素体中的扩散速度，使回火时析出的碳化物不易聚集，提高回火稳定性，还可减少摩擦发热时氧化作用，提高冷变形硬化率和耐磨性，但Si过高易产生淬火裂纹，超快冷下裂纹倾向更大。综合考虑，Si重量百分含量为0.95~1.6%，优选地Si的重量百分比含量为1.27～1.45%。

Mn：Mn显著降低钢的Ar1温度、奥氏体的分解速度和马氏体转变温度，锰还可显著降低钢的临界淬火速度，与Fe无限固溶能提高硬度和强度，但Mn含量若太高，会增加钢的回火脆性，导致严重的中心偏析，综合考虑，Mn重量百分含量为1.5~2.5%，优选地Mn的重量百分比含量为1.85～2.45%。

Als：Als在钢中可脱氧，也能起到细化晶粒的作用，综合考虑，Als在0.01~0.07%，优选地Als的重量百分比含量为0.017～0.058%。

Nb：Nb在钢中与C、N具有极强的亲和力，可与之形成稳定的Nb（C，N）化合物，在控制轧制过程中诱导析出，沿奥氏体晶界弥散分布，作为相变的形核质点，可有效阻止再结晶，提高铁素体形核率，对细化晶粒作用显著，综合考虑，Nb重量百分含量为0.005~0.015%，优选地Nb的重量百分比含量为0.005～0.012%。

Cr：Cr能提高淬透性，但过高的Cr降低加工性和焊接性，而且可以取消贵重元素如Mo等含量，经济性显著，综合考虑，Cr重量百分含量为0.28~0.5%为宜。

N：N对钢材性能的影响与C和P相似，随着N含量增加，强度显著提高，塑性特别是韧性显著降低，可焊性变差，冷脆性加剧，同时增加时效倾向，N在钢中易与B结合形成BN，降低B对于提高淬透性的作用，有效B含量降低，因此综合考虑，N≤0.007%。

P、S：P、S是钢中有害的杂质元素，钢中P易在钢中形成偏析，降低钢的韧性和焊接性能，S易形成塑性硫化物，使钢板产生分层，恶化钢板性能，故P、S含量越低越好，综合考虑，将钢的P、S含量为P≤0.010%，S≤0.003%。

本发明之所以在粗轧结束时控制中间板厚度在35~55mm，是由于在该成分体系下，中间坯厚度＞55mm时，将加大精轧阶段压下率，压下率的增大一方面使得晶粒细化，使得成品的屈强比提高，降低可加工性能，使冷后钢卷开平过程板形改善的难度大大增加；另一方面，较大的压下率使得精轧过程的轧制负荷过大，不利于生产极薄规格钢板，也不利于得到优异的轧后板形，而当中间坯厚度＜35mm时，意味着粗轧阶段的压下率过大，轧制负荷大，易超出设备极限，影响设备正常运行，同时意味着精轧阶段压下率过小，成品力学性能难以保证。

本发明之所以在精轧阶段控制轧制速度在2.5 ~7.5m/s，精轧终轧温度在830℃~890℃，是由于在该成分体系下，轧制速度的区间有利于冷却过程的均匀控制，太大或太小的轧制速度将不利于保证冷后板形质量，板形质量是该方法的控制关键。终轧温度过高，将加大冷却阶段的冷却强度，超快冷条件下的高冷却强度将恶化冷后板形质量，而终轧温度过低，易使得钢板进入两相区轧制，不仅影响轧制过程稳定性，也易使得成品组织中出现铁素体，降低性能。

本发明之所以在冷却速度为50 ~160℃/s，并控制上下冷却水比在55:60~75:90，是由于在该成分体系下，太低的冷却速度，不易保证钢板特别是厚规格钢板厚度方向的冷却均匀性，太高的冷却速度使得无论在什么工艺下，都使得冷后钢板的板形质量难以稳定，上下冷却水比在此范围内可，减少上表面冷却水的无序流动，使得上下表面冷却均匀，提高厚度截面的均匀性。

本发明之所以控制卷取温度在100℃~200℃，卷取张力控制在15~30吨，是由于在该成分体系下，此范围内的卷取温度有利于钢板发生一定程度的自回火，并可得到一定的残余奥氏体，有利于钢板加工性能的提升，降低开平过程中板形改善的难度，优化成品钢板板形，合适的卷取张力既可以保证优异的原卷卷形，也可以保证钢板尾部失张后的原卷板形优异。

本发明与现有技术相比，在保证钢板抗拉强度≥1350MPa，延伸率≥8%的前提下，钢板表面布氏硬度在420~467之间，冷弯性能可满足D=5a，90°合格，生产成本比现有技术可降低至少20%，不平度不超过4.5mm/m。

附图说明

图1为本发明钢的冷弯实物图。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例化学成分取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例主要工艺参数取值列表；

表3为本发明各实施例及对比例性能检测及结果列表；

各实施例均按照以下步骤生产：

1）经脱硫铁水，冶炼并浇铸成坯；

7）进行常规平整，控制不平度不超过4.5mm/m。

表1 本发明各实施例及对比例的化学成分列表（wt%）

表2 本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表

续表2

表3 本发明各实施例及对比例的力学性能检测结果列表

从表3可以看出，在无Cr无Ti无B的情况下，且工艺流程显著缩短，既保证了钢板抗拉强度≥1350MPa，延伸率≥8%，又使钢板表面布氏硬度在420~467之间，冷弯性能可满足D=5a，90°合格，生产成本可降低21%以上。

以上实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims

1.一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.15~0.30%，Si：0.95~1.6%，Mn：1.5~2.5%，P≤0.010%，S≤0.003%，Cr：0.28~0.5%，Als：0.01~0.07%，Nb：0.005~0.015%，N≤0.007%，其余为Fe及杂质，金相组织为板条马氏体。

2.如权利要求1所述的一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢，其特征在于：添加Mo的重量百分比含量不超过0.35%。

3.如权利要求1所述的一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢，其特征在于：C的重量百分比含量为0.18～0.25%。

4.如权利要求1所述的一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢，其特征在于：其特征在于：Mn的重量百分比含量为1.85～2.45%。

5.如权利要求1所述的一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢，其特征在于：Nb的重量百分比含量为0.005～0.012%。

6.如权利要求1所述的一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢，其特征在于：Als的重量百分比含量为0.017～0.058%。

7.如权利要求1所述的一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢，其特征在于：Si的重量百分比含量为1.27～1.45%。

8.生产如权利要求1所述的一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢的方法，其步骤：

1）经脱硫铁水，冶炼并浇铸成坯；

7）进行常规平整，控制不平度不超过4.5mm/m。

9.如权利要求8所述的生产一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢的方法，其特征在于：冷却速度为65~150℃/ s。

10.如权利要求8所述的生产一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢的方法，其特征在于：卷取温度在115~185℃。