CN112195397A - 一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板及其制造方法，涉及钢铁生产技术领域，其化学成分及质量百分比如下：C：0.15%～0.17%，Si：0.20%～0.40%，Mn：0.90%～1.10%，P≤0.012%，S≤0.002%，Cr：0.60%～0.80%，Mo：0.30%～0.50%，Ni：0.50%～0.70%，Ti：0.008%～0.020%，Nb≤0.050%，V≤0.020%，B：0.0010%～0.0020%，Alt：0.04%～0.07%，N≤0.0040%，H≤0.0002%，其余为Fe和不可避免的杂质。芯部硬度不低于表面硬度的80%，还具有良好的低温冲击性能。

Description

一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及钢铁生产技术领域，特别是涉及一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板及其制造方法。
背景技术
耐磨钢广泛应用于要求高强度、高耐磨性能的工程机械、煤矿机械领域的机械装备制造，如挖掘机、推土机、装载机、自卸车、刮板输送机及各种抓斗、堆取料机、输料弯曲结构等。不仅要求钢板具有高的强度和硬度来抵抗磨损，还需要有良好的低温韧性以及良好的焊接性能等，以此来实现延长机械装备使用寿命的目的。
低合金耐磨钢在生产中通常冲击韧性较低且不稳定，从而导致冲击条件下的钢板易断裂、耐磨性能差等问题。近年来，随着装备制造的日益大型化、长寿命化，对低合金耐磨钢厚板的需求量日益增加。目前，国内外厚度大于60mm的高韧性耐磨钢板，由于产品厚度大，为保证较高的强度和硬度，通常合金含量较高，一般都存在着碳当量高、开裂风险大、合金成本高等技术瓶颈。
公开号为CN 107299279 A的专利公开了一种100mm厚410HB级耐磨钢板及其制造方法，虽然厚度规格较大，碳当量较低，低温冲击韧性优异，但并未评价厚度截面的硬度，某些工程机械装备除了要求表面硬度，对厚度截面的硬度同样有要求，一般要求芯部硬度不低于表面硬度的80％。
公开号CN 103146997 B的专利公开了一种低合金高韧性耐磨钢板及其制造方法，虽然表面布氏硬度大于400HB，-40℃冲击功大于60J，但厚度规格为50mm及以下，未达到大厚度的要求，同样未评价厚度截面的硬度。
公开号CN 109280850 A的专利公开了一种80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板及其制造方法，虽然厚度规格较大，-40℃冲击功大于20J，且芯部硬度不低于表面硬度的80％，但根据化学成分计算的碳当量高达0.65以上，焊接性能较差。
发明内容
本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板，生产出大厚度高韧性低合金耐磨钢板，具有较高强度和较高的硬度，芯部硬度不低于表面硬度的80％，还具有良好的低温冲击性能。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板，其化学成分及质量百分比如下：C：0.15％～0.17％，Si：0.20％～0.40％，Mn：0.90％～1.10％，P≤0.012％，S≤0.002％，Cr：0.60％～0.80％，Mo：0.30％～0.50％，Ni：0.50％～0.70％，Ti：0.008％～0.020％，Nb≤0.050％，V≤0.020％，B：0.0010％～0.0020％，Alt：0.04％～0.07％，N≤0.0040％，H≤0.0002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
技术效果：本发明制备的钢板力学性能达到以下水平：屈服强度≥1000MPa，抗拉强度≥1100MPa，延伸率≥10％，表面布氏硬度大于400HB，芯部布氏硬度大于330HB，-40℃Akv冲击功值≥27J，且焊接性能良好。
本发明进一步限定的技术方案是：
前所述的一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板，其化学成分及质量百分比如下：C：0.15％，Si：0.40％，Mn：1.10％，P≤0.012％，S≤0.002％，Cr：0.60％，Mo：0.50％，Ni：0.60％，Ti：0.015％，Nb≤0.050％，V≤0.020％，B：0.0015％，Alt：0.045％，N≤0.0040％，H≤0.0002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
前所述的一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板，其化学成分及质量百分比如下：C：0.16％，Si：0.30％，Mn：1.00％，P≤0.012％，S≤0.002％，Cr：0.80％，Mo：0.30％，Ni：0.50％，Ti：0.012％，Nb≤0.050％，V≤0.020％，B：0.0018％，Alt：0.055％，N≤0.0040％、H≤0.0002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
前所述的一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板，其化学成分及质量百分比如下：C：0.17％，Si：0.25％，Mn：0.90％，P≤0.012％，S≤0.0015％，Cr：0.70％，Mo：0.40％，Ni：0.70％，Ti：0.018％，Nb≤0.050％，V≤0.020％，B：0.0020％，Alt：0.065％，N≤0.0040％，H≤0.0002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
前所述的一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板，钢板厚度为70mm。
前所述的一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板，钢板显微组织为回火马氏体组织，芯部组织中回火马氏体的含量大于50％。
前所述的一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板，Ceq≤0.60％，Pcm≤0.32％，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，Pcm＝C+Si/30+(Mn+Cr+Cu)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B。
本发明的另一目的在于提供一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板的制造方法，包括：铁水脱硫预处理-转炉冶炼-LF+RH精炼-连铸-铸坯堆冷-铸坯验收-铸坯加热-除磷-轧制-空冷-探伤-抛丸-淬火-回火-矫直-切割、取样-喷印标识-检验-入库，具体为：
按所需化学成分配比冶炼的钢水经过RH真空处理后进行连铸，连铸坯厚度260mm，连铸完成后利用缓冷坑对铸坯进行堆垛缓冷，堆冷时间需≥48小时；
对连铸坯进行加热，在炉时间为234～312min，均热时间40～50min，出钢温度介于1200～1220℃之间；加热后进行两阶段弱控制轧制，第一阶段采用≤1.75m/s低速大压下轧制，最后一道次压下率≥25％，待温铸坯厚度控制在1.40倍成品厚度以上，第二阶段开轧温度≤950℃，终轧温度920～940℃，最终轧制厚度为70mm，轧后空冷至室温；
轧后进行离线热处理，淬火温度控制在900～920℃之间，升温速率为1.55±0.1min/mm，保温时间为30～40min；回火温度控制在170～190℃，升温速率为35～45℃/h，保温时间为470～490min，回火后出炉空冷。
前所述的一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板的制造方法，采用辊底式热处理炉进行淬火，淬火机辊速设定为0.04m/s，淬火机高压段水压力按照设备所允许的最大值执行，钢板在淬火机低压段摆动五次；淬火钢板利用车底式热处理炉进行回火。
本发明的有益效果是：
(1)本发明在碳当量较低的条件下，通过合理的成分设计及轧制-热处理工艺优化，实现大厚度耐磨钢板的芯部硬度不低于表面硬度的80％，同时具有较好的低温冲击韧性，且焊接性能良好；
(2)本发明的大厚度耐磨钢板使用的连铸坯在缓冷坑内进行充分的堆垛缓冷，堆冷时间需≥48小时，保证了铸坯H含量的扩散，有效降低了切割开裂的风险；
(3)本发明对大厚度高韧性耐磨钢板的淬火工艺进行优化，有效提高了淬透性，保证了芯部硬度；
(4)本发明的生产方法简单可行，生产流程短，生产效率提高，经济效益增长。
附图说明
图1为实施例1钢板回火后的表面金相组织图；
图2为实施例1钢板回火后的1/4厚度处金相组织图；
图3为实施例1钢板回火后的1/2厚度处金相组织图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板，钢板厚度为70mm，其化学成分及质量百分比如下：C：0.15％，Si：0.40％，Mn：1.10％，P：0.008％，S：0.002％，Cr：0.60％，Mo：0.50％，Ni：0.60％，Ti：0.015％，Nb：0.003％，V：0.004％，B：0.0015％，Alt：0.045％，N：0.0035％，H：0.00015％，其余为Fe和不可避免的杂质。
生产流程包括：铁水脱硫预处理-转炉冶炼-LF+RH精炼-连铸-铸坯堆冷-铸坯验收-铸坯加热-除磷-轧制-空冷-探伤-抛丸-淬火-回火-矫直-切割、取样-喷印标识-检验-入库，具体为：按所需化学成分配比冶炼的钢水经过RH真空处理后进行连铸，连铸坯厚度260mm，连铸完成后利用缓冷坑对铸坯进行堆垛缓冷，堆冷时间需60小时；
对连铸坯进行加热，在炉时间为240min，均热时间40min，出钢温度1200℃；加热后进行两阶段弱控制轧制，第一阶段采用1.5-1.75m/s大压下轧制，最后一道次压下率25％，待温铸坯厚度控制在1.40h以上，第二阶段开轧温度950℃，终轧温度925℃，最终轧制厚度为70mm，轧后空冷至室温；
轧后进行离线热处理，采用辊底式热处理炉进行淬火，淬火温度控制在910℃，升温速率为1.55min/mm，保温时间为35min，淬火机辊速设定为0.04m/s，淬火机高压段水压力按照设备所允许的最大值执行，钢板在淬火机低压段摆动五次；淬火钢板利用车底式热处理炉进行回火，回火温度180℃，升温速率为40℃/h，保温时间为480min，回火后出炉空冷。
实施例2
本实施例提供的一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板，与实施例1的区别在于：
钢板厚度为70mm，其化学成分及质量百分比如下：C：0.16％，Si：0.30％，Mn：1.00％，P：0.010％，S：0.0016％，Cr：0.80％，Mo：0.30％，Ni：0.50％，Ti：0.012％，Nb：0.003％，V：0005％，B：0.0018％，Alt：0.055％，N：0.0032％，H：0.00018％，其余为Fe和不可避免的杂质。
其生产流程：
按所需化学成分配比冶炼的钢水经过RH真空处理后进行连铸，连铸坯厚度260mm，连铸完成后利用缓冷坑对铸坯进行堆垛缓冷，堆冷时间需60小时；
对连铸坯进行加热，在炉时间为270min，均热时间45min，出钢温度1210℃；加热后进行两阶段弱控制轧制，第一阶段采用1.5-1.75m/s低速大压下轧制，最后一道次压下率25％，待温铸坯厚度控制在1.40h以上，第二阶段开轧温度940℃，终轧温度920℃，最终轧制厚度为70mm，轧后空冷至室温；
轧后进行离线热处理，采用辊底式热处理炉进行淬火，淬火温度控制在900℃，升温速率为1.55min/mm，保温时间为40min，淬火机辊速设定为0.04m/s，淬火机高压段水压力按照设备所允许的最大值执行，钢板在淬火机低压段摆动五次；淬火钢板利用车底式热处理炉进行回火，回火温度185℃，升温速率为40℃/h，保温时间为490min，回火后出炉空冷。
实施例3
本实施例提供的一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板，与实施例1的区别在于：
钢板厚度为70mm，其化学成分及质量百分比如下：C：0.17％，Si：0.25％，Mn：0.90％，P：0.009％，S:0.0015％，Cr：0.70％，Mo：0.40％，Ni：0.70％，Ti：0.018％，Nb：0.003％，V：0.005％，B：0.0020％，Alt：0.065％，N：0.0030％，H：0.00016％，其余为Fe和不可避免的杂质。
其生产流程：
按所需化学成分配比冶炼的钢水经过RH真空处理后进行连铸，连铸坯厚度260mm，连铸完成后利用缓冷坑对铸坯进行堆垛缓冷，堆冷时间需60小时；
对连铸坯进行加热，在炉时间为300min，均热时间50min，出钢温度1220℃；加热后进行两阶段弱控制轧制，第一阶段采用1.5-1.75m/s低速大压下轧制，最后一道次压下率25％，待温铸坯厚度控制在1.40h以上，第二阶段开轧温度950℃，终轧温度935℃，最终轧制厚度为70mm，轧后空冷至室温；
轧后进行离线热处理，采用辊底式热处理炉进行淬火，淬火温度控制在920℃，升温速率为1.55min/mm，保温时间为30min，淬火机辊速设定为0.04m/s，淬火机高压段水压力按照设备所允许的最大值执行，钢板在淬火机低压段摆动五次；淬火钢板利用车底式热处理炉进行回火，回火温度190℃，升温速率为40℃/h，保温时间为490min，回火后出炉空冷。
对实施例中的钢板的力学性能进行测试，其中强度按照GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法进行，低温冲击韧性按GB/T 229-2007金属夏比V型缺口冲击试验方法测定，硬度按照GB/T231.1-2009方法测定，性能测时结果见表1所示：
表1实施例钢板力学性能
Figure BDA0002676936780000051
由表1可知，本发明的耐磨钢的屈服强度大于1000MPa，抗拉强度大于1100MPa，延伸率大于10％，表面布氏硬度大于400HB，芯部布氏硬度大于330HB，-40℃冲击功大于27J。可见，本发明制备的耐磨钢具有良好的抗变形和耐磨性能，同时也具有较好的低温冲击韧性。
由图1-3可见，钢板从表面到1/4处金相组织都为回火马氏体组织，1/2厚度处的回火马氏体组织的含量大于50％。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C：0.15%～0.17%，Si：0.20%～0.40%，Mn：0.90%～1.10%，P≤0.012%，S≤0.002%，Cr：0.60%～0.80%，Mo：0.30%～0.50%，Ni：0.50%～0.70%，Ti：0.008%～0.020%，Nb≤0.050%，V≤0.020%，B：0.0010%～0.0020%，Alt：0.04%～0.07%，N≤0.0040%，H≤0.0002%，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C：0.15%，Si：0.40%，Mn：1.10%，P≤0.012%，S≤0.002%，Cr：0.60%，Mo：0.50%，Ni：0.60%，Ti：0.015%，Nb≤0.050%，V≤0.020%，B：0.0015%，Alt：0.045%，N≤0.0040%，H≤0.0002%，其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C：0.16%，Si：0.30%，Mn：1.00%，P≤0.012%，S≤0.002%，Cr：0.80%，Mo：0.30%，Ni：0.50%，Ti：0.012%，Nb≤0.050%，V≤0.020%，B：0.0018%，Alt：0.055%，N≤0.0040%、H≤0.0002%，其余为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C：0.17%，Si：0.25%，Mn：0.90%，P≤0.012%，S≤0.0015%，Cr：0.70%，Mo：0.40%，Ni：0.70%，Ti：0.018%，Nb≤0.050%，V≤0.020%，B：0.0020%，Alt：0.065%，N≤0.0040%，H≤0.0002%，其余为Fe和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板，其特征在于：钢板厚度为70mm。
6.根据权利要求1所述的一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板，其特征在于：钢板显微组织为回火马氏体组织，芯部组织中回火马氏体的含量大于50%。
7.根据权利要求1所述的一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板，其特征在于：Ceq≤0.60%，Pcm≤0.32%，Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，Pcm=C+Si/30+(Mn+Cr+Cu)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B。
8.一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板的制造方法，包括：铁水脱硫预处理-转炉冶炼-LF+RH精炼-连铸-铸坯堆冷-铸坯验收-铸坯加热-除磷-轧制-空冷-探伤-抛丸-淬火-回火-矫直-切割、取样-喷印标识-检验-入库，其特征在于：应用于权利要求1-7任意一项，具体为：
按所需化学成分配比冶炼的钢水经过RH真空处理后进行连铸，连铸坯厚度260mm，连铸完成后利用缓冷坑对铸坯进行堆垛缓冷，堆冷时间需≥48小时；
对连铸坯进行加热，在炉时间为234～312min，均热时间40～50min，出钢温度介于1200～1220℃之间；加热后进行两阶段弱控制轧制，第一阶段采用≤1.75m/s低速大压下轧制，最后一道次压下率≥25%，待温铸坯厚度控制在1.40倍成品厚度以上，第二阶段开轧温度≤950℃，终轧温度920～940℃，最终轧制厚度为70mm，轧后空冷至室温；
轧后进行离线热处理，淬火温度控制在900～920℃之间，升温速率为1.55±0.1min/mm，保温时间为30～40min；回火温度控制在170～190℃，升温速率为35～45℃/h，保温时间为470～490min，回火后出炉空冷。
9.根据权利要求8所述的一种大厚度低碳当量高韧性耐磨钢板的制造方法，其特征在于：采用辊底式热处理炉进行淬火，淬火机辊速设定为0.04m/s，淬火机高压段水压力按照设备所允许的最大值执行，钢板在淬火机低压段摆动五次；淬火钢板利用车底式热处理炉进行回火。
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