CN112063917A

CN112063917A - 一种人造板机器设备用耐磨钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN112063917A
Application number: CN202010735072.6A
Authority: CN
Inventors: 杨洋; 苗丕峰; 孙宪进; 林涛; 刘俊; 武金明
Original assignee: Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Current assignee: Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Priority date: 2020-07-28
Filing date: 2020-07-28
Publication date: 2020-12-11
Anticipated expiration: 2040-07-28
Also published as: CN112063917B

Abstract

本发明涉及一种人造板机器设备用耐磨钢板及其制造方法，化学成分按质量百分比计为C：0.15～0.26％，Si：0.10～0.90％，Mn：0.60～1.35％，P≤0.015％，S≤0.005％，Nb：0.015～0.040％，Cr：0.20～0.90％，B：0.0005～0.0040％，Ti：0.005～0.030％，Al：0.010～0.080％，N≤0.0050％，余量为Fe及不可避免的杂质，并满足：DI/t＝0.09～0.18，也可以含有Cu、Ni、Mo元素中的1种或2种以上。本发明钢板表面组织为回火马氏体，表面硬度为400～500HBW，具有热切割不开裂、焊接性优良、冷加工方便、加工成本低、工作面硬度高耐磨性好、使用寿命长等特点。

Description

一种人造板机器设备用耐磨钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及特殊用途钢板及其制造方法，具体涉及一种人造板机器设备用耐磨钢板及其制造方法。属于特种材料技术领域。

背景技术

近年，随着国内人造板市场的不断扩大，人造板机器设备的需求也逐年增大。人造板机器设备的关键部件之一是，大厚度耐磨钢板。这种大厚度耐磨钢板此前国内一直依赖从国外进口。随着生产与采购的国产化，对这种设备关键部件——大厚度耐磨钢板的国产化采购，日趋迫切。因此，如何开发一种适用于人造板机械设备行业的大厚度耐磨钢板，就成为了一个亟待解决的行业技术问题。

现有生产技术，没有充分考虑到人造板机器设备用耐磨钢板的使用特性要求。人造板机器设备用耐磨钢板的使用特性要求是，耐磨性和易加工性。常规生产大厚度耐磨钢板的方法是，通过添加足量的合金元素，经过热处理来制造人造板机械设备用耐磨钢板。这种方法，通过提高钢板表面的硬度来增加钢板的耐磨性，但是忽略了钢板的加工性能。

如专利公开号为：CN 102181794 B，公开介绍了一种人造板设备用调质高强度钢板及其生产方法，通过添加合金元素，经过淬火、回火等热处理方法来提高钢板硬度，但没有考虑到人造板设备用耐磨钢板的加工性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种适合于人造板机器设备用的加工性良好的耐磨钢板及其制造方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种人造板机器设备用耐磨钢板，化学成分按质量百分比计为C：0.15～0.26％，Si：0.10～0.90％，Mn：0.60～1.35％，P≤0.015％，S≤0.005％，Nb：0.015～0.040％，Cr：0.20～0.90％，B：0.0005～0.0040％，Ti：0.005～0.030％，Al：0.010～0.080％，N≤0.0050％，余量为Fe及不可避免的杂质，也可以含有Cu、Ni、Mo元素中的1种或2种以上。

同时，满足下述(1)式和(2)式，钢板表面组织为回火马氏体，表面硬度为400～500HBW。

DI/t＝0.09～0.18 (1)式

DI＝[6.9*Mn*Mn+3.2*Si+22.6*Cr*Cr+23.1*Mo+(13*Cr+2.5*Mo+9.7)*Ni

+8*Cu+7.9*B*1000+2.5]*C (2)式

其中，DI为淬透性指数，t为钢板厚度(mm)，(2)式中的元素表示钢中的各个元素的质量百分比含量。

进一步的含有以质量百分比计为Cu≤0.60％、Ni≤0.60％、Mo≤0.80％元素中的1种或1种以上。

以下对本发明中所含组分的作用及用量和实施方法做具体说明。

C：是保证耐磨钢板强度和硬度的主要元素，但过高的碳含量容易降低耐磨钢板的韧性、焊接性能和其它加工性能，另外，较高的碳含量也会加重碳偏析，从而影响钢板的心部性能。如果C含量高于0.26％，则钢板的表面硬度会超过500HB，造成钢板的加工性非常困难，而如果C含量低于0.15％，则钢板的表面硬度会低于400HB，就不会体现出显著的耐磨性。因此，本发明控制碳含量为0.15～0.26％，这个范围的碳含量使得钢板热处理后的表面硬度在400～500HB之间，正好满足人造板设备的耐磨性和易加工性要求。

Si：炼钢精炼过程中的脱氧元素，在钢中有一定的固溶强化效果，也可以增加钢材的回火稳定性，使耐磨板在较低温度回火时，既能降低钢板内应力，也能保持硬度。Si含量过低，不能起到脱氧效果，含量过高时，会严重影响钢材的表面质量，因此，本发明控制Si含量为0.10～0.90％。

Mn：在合金钢中主要以固溶态存在。固溶的锰将产生一定的固溶强化作用。锰在低碳钢中可以使γ→α相变后的铁素体晶粒尺寸比不含锰的钢明显细化。锰在普通低合金高强度钢中几乎不会形成碳化物，但它能够与钢中残存的硫化合成MnS。一般情况下，MnS是一种对钢材性能有害的夹杂物，但经适当的控制和改性后，可使其对钢材性能的危害程度明显降低。本发明Mn含量的范围为0.60～1.35％。

Al：与氧有很强的化学亲和力，可作为脱氧剂使用。同时酸溶铝可形成AlN，可以起到一定的固定钢液中氮的作用。本发明铝含量在0.010～0.080％之间。

Ti：与碳、氮可以无限制互溶，但由于TiC与TiN在奥氏体中的固溶度积相差甚远，因而在高温下主要形成TiN，可以很好的起到固定钢中氮的作用。本发明Ti含量在0.005～0.030％之间。

Cr：有利于提高钢材的淬透性，若添加过量，会显著增加碳当量，从而降低钢材的焊接性能。同时，Cr的增加，也不利于钢材的韧性。本发明控制Cr含量为0.20～0.90％。

Nb：是一种轧制过程中对晶粒细化有显著作用的元素。在再结晶轧制阶段，Nb通过应变诱导析出阻碍形变奥氏体的回复、再结晶，从而细化晶粒。这为大厚度钢板在热处理后仍然具有细小的晶粒组织提供了基础，有利于提高韧性。但过高的Nb受加热温度等因素的影响，难以完全固溶，而无法发挥作用。因此，本发明控制Nb含量范围为0.015～0.040％。

B：用于改善淬火回火钢的淬透性，通常，微量的B即可显著提高淬透性，硼与氮结合后将使上述作用消失。同时，随着钢中碳含量的增加B的淬透性作用会逐渐减弱。因此，本发明控制B含量范围为0.0005～0.0040％。

钢中S、P是有害杂质元素，钢中P、S含量越低越好。当钢中S含量较多时，热轧时容易产生热脆等问题；而钢中P含量较多时，钢容易发生冷脆，此外，磷还容易发生偏析，不利于钢板心部性能。本发明控制P含量≤0.015％，S含量≤0.005％。

Cu、Ni、Mo：在本发明中作为任意添加元素，根据使用需要进行添加。这3种元素都有利于提高钢材的淬透性，Ni还具有改善低温冲击韧性的特点，而添加一定量的Mo，不仅可以提高强度和硬度，更重要的是不会恶化钢材的低温冲击韧性。但是，Cu、Ni、Mo同时也是贵重的合金元素，添加较多时，会增加较多的成本。Cu和Mo若添加过量，都会显著增加碳当量，从而降低钢材的低温韧性和焊接性能。同时，Cu的过量添加，会产生显著的铜脆现象，造成钢板容易出现开裂现象。经过试验比对发现，当Cu超过0.60％、或Ni超过0.60％、或Mo超过0.80％时，随着合金含量的增加对性能的提升作用不明显，却导致成本的增加。因此，对这3种任意添加元素的使用上限分别为Cu≤0.60％、Ni≤0.60％、Mo≤0.80％。对于有意提升钢板的强度和硬度，可以优选的添加Cu≥0.20％。对于有意提升钢板的低温韧性，可以优选的添加Ni≥0.20％。对于有意提升钢板的强度、硬度和淬透性，可以优选的添加Mo≥0.10％。

上述人造板设备用耐磨钢板的制造方法依次为：

步骤1：将上述配比的元素成份依次经过KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸，生产出O≤0.0015％、H≤0.0002％、N≤0.0060％的钢水。连铸过程，采用低过热度(≤30℃)和保护渣生产连铸板坯，连铸拉坯速度为0.60～1.00m/min。

步骤2：将板坯加热到1160～1240℃，保温时间2.0～3.5h，出炉后采用二阶段轧制，第一阶段轧制温度1050～1150℃，总道次压下率≥30％；第二阶段轧制温度为850～930℃，总道次压下率≥20％，终轧温度830～900℃，轧至成品厚度。

步骤3：将轧制完成的钢板，进行淬火+回火处理。淬火温度880～920℃，钢板到温后，保温时间为150～270min，然后快速淬火冷却至室温。回火处理温度为180～220℃，保温时间为240～420min，出炉后空冷至室温。

本发明针对人造板机器设备用大厚度耐磨钢板的实际使用要求，采用了优化的成分设计、高纯净度钢水、低过热度保护渣浇铸生产的连铸坯作为原料，采用两阶段控制轧制+淬火+低温回火的方法，制造出满足人造板机器设备用大厚度耐磨钢板。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明涉及的人造板设备用耐磨钢板的耐磨性，需要钢板的表面至板厚中心部，都是以马氏体作为主体的金相组织，并且，钢板的表面硬度不能低于400HB，否则钢板作为人造板设备使用过程中，不会表现出显著的耐磨特性。

马氏体组织具有硬度高的特性，马氏体组织的硬度与C含量正相关。硬度过低，无法获得耐磨性；而硬度过高，又会造成加工的困难。因此，钢板的高硬度恰恰是影响易加工性的最主要因素。本发明涉及的人造板设备用耐磨钢板的易加工性，通过控制钢板的硬度在400～500HB，同时，控制钢板整体的马氏体组织比率在70％以上，从而获得良好的加工性。

本发明经过反复的试验和比对发现，当DI/t＜0.09时，钢板热处理后，马氏体组织比率＜70％。这时钢板的硬度＜400HB，硬度不足，从而无法获得有效的耐磨性；当DI/t＞0.18时，合金含量过高，会造成钢板低温韧性和焊接性能的显著降低，同时，也会极大的提高钢板开裂的敏感性，从而丧失加工和使用性能。

当成分与厚度满足DI/t＝0.09～0.18，且钢板的C含量为0.15～0.26％时，经过本发明的制造方法可获得，马氏体组织的比率在70％以上，表面硬度在400～500HB的耐磨钢板，而表面硬度的优选范围在410～470HB。此时的钢板低温韧性与焊接性能均满足设备加工与制造的要求，且钢板硬度适中，易于加工和制造。

本发明通过成分设计与生产工艺的匹配，采用180～220℃低温回火，避免了300～400℃回火带来的第一类回火脆性，从而避免了材料产生额外的脆性，进一步提高了材料的韧性和易加工性。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

本实施例的耐磨钢板厚度为70mm，其化学成分按质量百分比计为：C：0.15％，Mn：1.30％，Si：0.30％，S：0.003％，P：0.012％，Nb：0.035％，Cr：0.50％，B：0.0020％，Ti：0.025％，Al：0.035％，N：0.0032％，Mo：0.25％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，DI/t＝0.091。

经过KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸，生产出O为0.0012％、H为0.0001％、N为0.0032％的钢水。连铸过程，采用低过热度(23℃)和保护渣生产连铸板坯，连铸拉坯速度为0.85m/min。将板坯加热到1223℃，保温时间2.5h，出炉后采用二阶段轧制，第一阶段轧制温度1085℃，总道次压下率38％；第二阶段轧制温度为925℃，总道次压下率22％，终轧温度887℃，轧至成品厚度。将轧制完成的钢板，进行淬火+回火处理。淬火温度900℃，钢板到温后，保温时间为155min，然后快速淬火冷却至室温。回火处理温度为200℃，保温时间为250min，出炉后空冷至室温，得到成品钢板。

经由上述制造工艺制得的70mm耐磨钢板，表面平均硬度428HB。

实施例2

本实施例的耐磨钢板厚度为100mm，其化学成分按质量百分比计为：C：0.20％，Mn：1.00％，Si：0.30％，S：0.003％，P：0.010％，Nb：0.035％，Cr：0.95％，B：0.0018％，Ti：0.025％，Al：0.035％，N：0.0033％，Ni：0.45％，Mo：0.50％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，DI/t＝0.134。

经过KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸，生产出O为0.0014％、H为0.00008％、N为0.0033％的钢水。连铸过程，采用低过热度(28℃)和保护渣生产连铸板坯，连铸拉坯速度为0.85m/min。将板坯加热到1214℃，保温时间2.7h，出炉后采用二阶段轧制，第一阶段轧制温度1112℃，总道次压下率37％；第二阶段轧制温度为923℃，总道次压下率21％，终轧温度892℃，轧至成品厚度。将轧制完成的钢板，进行淬火+回火处理。淬火温度900℃，钢板到温后，保温时间为215min，然后快速淬火冷却至室温。回火处理温度为200℃，保温时间为350min，出炉后空冷至室温，得到成品钢板。

经由上述制造工艺制得的100mm耐磨钢板，表面平均硬度452HB。

实施例3

本实施例的耐磨钢板厚度为120mm，其化学成分按质量百分比计为：C：0.26％，Mn：1.15％，Si：0.26％，S：0.002％，P：0.011％，Nb：0.025％，Cr：0.80％，B：0.0020％，Ti：0.022％，Al：0.066％，N：0.0028％，Cu：0.55％，Ni：0.55％，Mo：0.75％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，DI/t＝0.170。

经过KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸，生产出O为0.0011％、H为0.00007％、N为0.0028％的钢水。连铸过程，采用低过热度(21℃)和保护渣生产连铸板坯，连铸拉坯速度为0.85m/min。将板坯加热到1218℃，保温时间2.6h，出炉后采用二阶段轧制，第一阶段轧制温度1092℃，总道次压下率38％；第二阶段轧制温度为919℃，总道次压下率22％，终轧温度877℃，轧至成品厚度。将轧制完成的钢板，进行淬火+回火处理。淬火温度900℃，钢板到温后，保温时间为235min，然后快速淬火冷却至室温。回火处理温度为200℃，保温时间为415min，出炉后空冷至室温，得到成品钢板。

经由上述制造工艺制得的120mm耐磨钢板，表面平均硬度489HB。

表1各实施例的化学成分、DI/t(wt％)

实施例	t mm	C％	Si％	Mn％	P％	S％	Nb％	Cr％	B％	Ti％
											1	70	0.15	0.3	1.3	0.012	0.003	0.035	0.5	0.002	0.025
2	100	0.2	0.3	1	0.01	0.003	0.035	0.95	0.0018	0.025
											3	120	0.26	0.8	1.15	0.011	0.002	0.025	0.8	0.002	0.022
		Al％	N％	Cu％	Ni％	Mo％	DI/t
													0.035	0.0032			0.25	0.091
		0.035	0.0033		0.45	0.5	0.134
													0.066	0.0028	0.55	0.55	0.75	0.170

DI＝[6.9*Mn*Mn+3.2*Si+22.6*Cr*Cr+23.1*Mo+(13*Cr+2.5*Mo+9.7)*Ni+8*Cu+7.9*B*1000+2.5]*C

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种人造板机器设备用耐磨钢板，其特征在于所述钢板的化学成分按质量百分比计为C：0.15～0.26％，Si：0.10～0.90％，Mn：0.60～1.35％，P≤0.015％，S≤0.005％，Nb：0.015～0.040％，Cr：0.20～0.90％，B：0.0005～0.0040％，Ti：0.005～0.030％，Al：0.010～0.080％，N≤0.0050％，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种人造板机器设备用耐磨钢板，其特征在于所述钢板中含有以质量百分比计为Cu≤0.60％、Ni≤0.60％、Mo≤0.80％元素中的1种或1种以上。

3.根据权利要求2所述的一种人造板机器设备用耐磨钢板，其特征在于所述钢板成份与厚度满足DI/t＝0.09～0.18 (1)

DI＝[6.9*Mn*Mn+3.2*Si+22.6*Cr*Cr+23.1*Mo+(13*Cr+2.5*Mo+9.7)*Ni

+8*Cu+7.9*B*1000+2.5]*C (2)

其中，DI为淬透性指数，t为钢板厚度，单位mm，(2)式中的元素表示钢中的各个元素的质量百分比含量。

4.根据权利要求2所述的一种人造板机器设备用耐磨钢板，其特征在于所述钢板的表面硬度在400～500HB，钢板的金相组织主要为回火马氏体，马氏体组织比率为70％以上。

5.一种如权利要求1所述的人造板机器设备用耐磨钢板的制造方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：元素依次经过KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼，生产出O≤0.0015％、H≤0.0002％、N≤0.0060％的钢水，再通过连铸生产出连铸板坯；

步骤2：将板坯加热到1160～1240℃，保温时间2.0～3.5h，出炉后采用二阶段轧制，第一阶段轧制温度1050～1150℃，总道次压下率≥30％；第二阶段轧制温度为850～930℃，总道次压下率≥20％，终轧温度830～900℃，轧至成品厚度；

步骤3：将轧制完成的钢板，进行淬火+回火处理，淬火温度880～920℃，钢板到温后，保温时间为150～270min，然后快速淬火冷却至室温，回火处理温度为180～220℃，保温时间为240～420min，出炉后空冷至室温。