CN112195405B - 一种经济型耐蚀耐磨钢及其制备方法 - Google Patents

一种经济型耐蚀耐磨钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种经济型耐蚀耐磨钢，属于钢板生产技术领域，所述耐磨钢的化学成分按质量分数包括：碳：0.35％～0.55％，硅：0.02％～0.08％，锰：0.5％～1.1％，磷：0.07～0.15％，硫≤0.004％，铝：0.015％～0.06％，硼：0.002％～0.003％，锑：0.07％‑0.12％，铈：0.0020％～0.0035％，以及Ti：0.015％～0.025％和/或钙：0.005％～0.015％，其余为铁以及不可避免的杂质。钢材在具有良好耐磨性能的同时，具备优异的耐腐蚀性能，且成本低，可替代传统的普碳钢、低合金钢以及传统耐磨钢。本发明还提供了一种经济型耐蚀耐磨钢的制备方法。

Description

一种经济型耐蚀耐磨钢及其制备方法
技术领域
本发明属于钢板生产技术领域，涉及一种经济型耐蚀耐磨钢及其制备方法。
背景技术
耐磨钢经过多年的发展，国内外布氏硬度360-600级别的耐磨钢均已开发成功，并广泛应用于工程机械、矿山煤矿等领域。目前耐磨钢的生产主要技术为热轧钢板进行淬火加低温回火，获得回火马氏体组织，提高材料的耐磨性能。近年来，也有一些关于耐磨钢的新技术和新产品报道，主要如下：
专利申请201810675587.4公开了一种耐磨钢板及其制造方法，其特征在于：所述的耐磨钢板的化学成分和重量百分比为：C：0.29-0.35％、Si：0.21-0.27％、Mn：0.82-0.88％、P：0.005-0.010％、S：0.001-0.0015％、Cr：0.95-1.05％、Mo：0.12-0.18％、Ni：0.50％、Al：0.05％、Cu≤0.05％、Nb：≤0.005％、Ti：≤0.005％、V≤0.02％、B：0.0015％，余量Fe和其他不可避免的杂质；所述耐磨钢板的制造方法，包括冶炼、加热工艺、淬火工艺、回火工艺、切割工艺。该专利申请所述耐磨钢中添加了大量的Cr、Ni、Mo元素，这些贵重合金元素的添加将大幅提高钢材的合金成本；且该专利申请未考虑钢材的耐蚀性能。
专利申请201611133085.6公开了一种中合金耐磨钢。其重量百分比的合金成分为：碳1.80～3.20％，硅2.3～3.50％，镍1.7～2.5％，锰0.8～1.0％，铬3～5％，钼0.9～1.2％，钨0.9～1.8％，硅2.1～3.2％，钒0.5～0.8％，硼0.7～1.2％，余量为铁。其所采用的处理工艺，利用强风快速冷却以及合理的淬火工艺提高了合金组织性能，最终使其硬度HRC85～95。该专利申请所述的中合金耐磨钢采用高C高Si成分体系，并添加了高Cr、高Mo、高W、高B、高Ni等贵重合金元素，钢材成本大幅提升。
专利申请201911086164.X公开了一种耐磨钢板及其制备方法，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％、0≤0.003％、H≤0.0002％.余量为Fe和不可避免的杂质。该专利申请采用低C成分体系，Nb-Cr-Ni复合添加，在保证钢板具有足够的韧性的条件下提高钢板的耐磨性能，但仍存在合金成本高级耐蚀性不足的问题。
专利申请201910124582.7公开了一种高强度耐磨钢，化学组成以重量百分比计包含C：0.41-0.59％、Si：0.31-0.58％、Mn：7.1-8.9％、P≤0.018％、S≤0.01％、Ti：0.25-0.35％，Cr：3.60-5.60％、Zr：0.10-0.30％，余量为Fe和不可避免的杂质；该钢的微观组织由10-20％奥氏体和回火马氏体构成。该专利申请在高锰钢基础上添加了3.6-5.6％的Cr元素，进一步提高材料的耐磨性能。但存在的问题除合金成本高以外，还存在材料的冷成形和焊接性能差等问题。
现有耐磨钢的生产技术中，存在的主要问题一是成本偏高，导致大量用户宁愿使用低成本的普通低合金结构钢，也不愿使用耐磨钢；二是关注点均在提高材料的强度和硬度，对材料的耐蚀性考虑不足，导致在很多腐蚀性工况环境中，钢材腐蚀严重，影响使用寿命。
发明内容
为了解决现有耐磨钢成本高、耐蚀性不足的技术问题，本发明提供了一种经济型耐蚀耐磨钢，钢材在具有良好耐磨性能的同时，具备优异的耐腐蚀性能，且成本低，可替代传统的普碳钢、低合金钢以及传统耐磨钢，实现构件使用寿命的延长。
本发明还提供了一种经济型耐蚀耐磨钢的制备方法。
本发明通过以下技术方案实现：
一种经济型耐蚀耐磨钢，所述耐磨钢的化学成分按质量分数包括：
碳：0.35％～0.55％，硅：0.02％～0.08％，锰：0.5％～1.1％，磷：0.07～0.15％，硫≤0.004％，铝：0.015％～0.06％，硼：0.002％～0.003％，锑：0.07％-0.12％，铈：0.0020％～0.0035％，以及Ti：0.015％～0.025％和/或钙：0.005％～0.015％，其余为铁以及不可避免的杂质。
进一步的，所述耐磨钢的全浸加速腐蚀速率≤18.68g/(m2·h)，与普通耐磨钢相比相对腐蚀速率≤44％，同时满足耐磨性达到普通低合金钢的2.36倍及以上；所述耐磨钢的厚度规格为3～20mm，抗拉强度＞1317MPa，布氏硬度＞434，-40℃冲击功＞49J。
一种经济型耐蚀耐磨钢的制备方法，包括：
钢水连铸获得板坯，所述钢水化学成分与所述的耐磨钢的化学成分相同；
对板坯进行再加热、粗轧和精轧，层流冷却后卷取得到热轧卷；
热轧卷切割成钢板，钢板加热、淬火后进行回火，得到成品。
其中，所述板坯再加热温度为1200℃～1250℃。
进一步的，所述精轧工艺中，精轧入口温度为：1040℃～1100℃，终轧温度为：840℃～880℃。
进一步的，所述层流冷却的冷却速度≤20℃/s，卷取温度为630℃～670℃。
进一步的，所述钢板加热采用感应加热，加热速率大于40℃/s，加热温度为860-900℃。
进一步的，所述钢板加热至目标温度后，保温10-20分钟，保温结束后淬火至室温，冷却速率控制在150-200℃/s。
进一步的，所述回火工艺为：将淬火后的钢板进行回火感应加热，加热速率大于30℃/s，加热温度为400-500℃，加热至目标温度后，保温20-30min，最后冷却，冷却方式为空冷或风冷。
进一步的，所述淬火工艺中，钢板加热采用高频感应加热或中频感应加热，淬火采用水淬。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1.本发明一种经济型耐蚀耐磨钢，调整耐磨钢化学成分及配比，采用C-Mn-B低成本成分体系，通过向钢的化学成分中加入P、Sb元素，结合Ce、Ca等元素的协同作用提高材料的耐蚀性；钢材全浸加速腐蚀速率不大18.68.g/(m2·h)，与Q355B相比相对腐蚀速率不大于43.12％，产品厚度规格3～20mm，抗拉强度大于1317MPa，布氏硬度大于434，-40℃冲击功大于49J；耐磨性能达到Q355B的2.36倍以上，可替代传统的普碳钢和低合金钢以及传统耐磨钢，实现耐蚀性和耐磨性的联合提升，能保证耐磨构件或装备的使用寿命。
2.本发明一种经济型耐蚀耐磨钢的制备方法，采用了高(中)频感应加热技术，通过设定合适的全流程微观组织和力学性能控制工艺，得到细小均匀的中温回火组织，控制渗碳体形貌减小其对韧性的不良影响；添加P和Sb元素提高耐磨钢的耐腐蚀性能，设定窄范围热处理工艺制度避免了P和Sb引起的晶界偏聚脆性的发生，保证了钢材具备优异的耐腐蚀性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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它的附图。
图1是本发明生产的经济型耐蚀耐磨钢的金相照片。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本发明以低成本的C-Mn-B为主要耐磨性强化元素，依靠独特的热处理工艺充分发挥B元素增强淬透性的作用，实现碳、锰等固溶元素对材料强度和耐磨性的大幅提升；通过向钢的化学成分中加入P、Sb元素，结合Ce、Ca等元素的协同作用提高材料的耐蚀性；同时考虑材料的焊接性能，选择性的加入微量Ti元素，改善钢材的焊接性能。以钢材的全浸试验和耐磨试验作为评价手段，对比目前普遍使用的低合金结构钢Q355B以及传统耐磨钢NM450，获得具有良好强韧性匹配，高的耐磨性能以及良好耐蚀性能的复合功能钢材，可替代传统的普碳钢和低合金钢以及传统耐磨钢，大幅提升耐磨构件或装备的使用寿命。
本发明提供一种经济型耐蚀耐磨钢，具体的实施的方案是：
1.钢材的化学成分及含量，具体为：
碳：0.35％～0.55％，硅：0.02％～0.08％，锰：0.5％～1.1％，磷：0.07～0.15％，硫≤0.004％，铝：0.015～0.06，硼：0.002％～0.003％，锑：0.07％-0.12％，铈：0.0020％～0.0035％，以及Ti：0.015％～0.025％，钙：0.005％～0.015％的至少1项，其余为铁以及不可避免的杂质。
本发明所述的经济型耐蚀耐磨钢优点之一是低成本的成分体系设计，兼具高的耐磨性及耐蚀性能。使用焊接性能、冷成形性能与表面质量兼顾的C-Si-Mn匹配设计，添加P-Sb-Ce-B-Ca-Ti提高材料的耐蚀性及综合力学性能。其中，添加P元素对保证强度也有较大贡献；Ce元素和Ca元素对改善钢种的洁净度和夹杂物控制有利，同时与本专利添加的耐候性元素发生相互作用，共同提高材料的耐蚀性和改善焊缝质量。
各元素在本发明所述的耐蚀耐磨钢中的作用如下：
碳：本发明中采用相对较高的C含量设计，C为最廉价的提高强度和耐磨性的元素，但高的碳含量容易恶化材料的韧性和可焊性，对材料的耐蚀性也有影响。因此，本发明结合其他合金元素加入量及热处理工艺的技术特点，提出将碳含量控制在0.35％～0.55％；
硅：本发明采用低Si成分体系，通过降低Si含量，调整钢材表面氧化铁皮构成，更好的发挥Sb元素对钢材表面耐蚀性提高的作用。因此，本发明添加硅含量为0.02％～0.08％；
锰：锰为固溶强化元素，同时可提高材料淬透性，在本发明中与C的加入量相互配合，保证钢材的强度指标和耐磨性能；锰添加过多对材料的焊接性能和韧性不利；此外，锰属于合金元素，添加过多不利于合金成本的控制。因此，本发明添加锰含量为0.5～1.1％；
磷：本发明中P为提高材料耐蚀性的重要元素，P为最廉价的提高耐蚀性的元素。但P在热处理钢中，容易产生回火脆性问题。因此，本发明必须结合所述的各项热处理工艺制度，避免高P成分体系回火脆性的发生。此外，P对提高材料的强度和耐磨性能也有一定的作用。本发明添加磷含量为0.07％～0.15％；
硫：本发明严格控制S含量不大于0.004，主要是防止出现S的夹杂物，及避免S引发的回火脆性。
铝：铝为脱氧元素，通过添加一定量的铝改善铸坯质量及夹杂物控制水平。本发明铝的范围为0.015～0.06％；
锑：本发明添加了Sb元素的目的为提高钢材的耐蚀性，并且Sb元素具有价格低，提升耐蚀性作用明显的优势。Sb元素可以在钢材表面形成致密氧化膜，同时可改变基体电极电位提高材料的耐蚀性，本发明复合添加的P-Sb将进一步增加钢材及钢材表面的耐蚀性。此外，Sb的纳米级析出还可提高钢材的综合性能，提高材料的强度、焊接接头的韧性和焊接热影响区的强度。但Sb为低熔点元素，为避免在热轧和热处理过程中产生回火脆性、表面裂纹等危害，需严格控制本发明各项热控轧控冷及处理工艺制度。因此，本发明添加0.07～0.12％的锑；
铈：本专利添加铈元素的目的是提高钢的纯净度，改善钢中夹杂物形态，提高钢材韧性。铈元素在本发明中，与其他耐蚀性元素共同添加，对提高和稳定材料的耐蚀性具有重要意义。通过添加铈元素减弱P和Sb元素造成开裂和表面裂纹缺陷的几率，同时提高材料的焊接性能。因此，本发明添加20-35ppm的铈元素。
硼：本专利中添加B元素的作用是提高材料的淬透性，使用B元素代替Mo和Cr元素，可大幅降低钢材的合金成本。本专利通过添加B，结合合适的控制冷却工艺和热处理工艺，得到耐蚀性能优良的中温转变组织，同时兼具高的耐磨性能。但硼添加过多容易恶化材料的韧性，因此应控制上限；本发明使用感应加热热处理方式，细化组织，减弱B元素带来的负面影响。因此，本发明添加20-30ppm的B元素。
钛：钛元素是强析出强化元素在本专利中的主要目的为与N结合，形成TiN，减弱N对材料的韧性的不利影响；TiN或TiC在轧制和热处理中具有细化奥氏体晶粒的作用，同时具有改善焊接热影响区性能的作用。但Ti不宜添加过多，一方面造成合金成本的浪费，同时会对材料的韧性产生不利影响。因此，本专利选择性的添加0.015％～0.025％的Ti。
钙：本专利通过提高Ca含量改变和优化非金属夹杂的数量、成分和形态，同时可以细化晶粒提高材料的冲击韧性。本专利通过增加钙含量，还可与其他耐蚀性元素相互作用，控制组织和夹杂物形态，可进一步保证和提高材料的耐蚀性能。因此，本专利选择性的添加0.005％～0.015％的钙。
本发明对制备工艺进行改进，采用上述化学成分体系，制得的耐蚀耐磨钢产品厚度规格3～20mm，抗拉强度大于1250MPa，布氏硬度达到450级，-20℃冲击功大于47J。与普通耐磨钢相比相对腐蚀速率不大于44％；耐磨性达到普通低合金钢Q355B的2.5倍以上。
为了得到上述技术效果，对生产工艺的改进如下：
轧制阶段的核心控制点为控制板坯的加热温度、精轧入口温度和终轧温度，获得良好板形质量的带钢，并且具有较为均匀细小的组织结构，有利于最终产品组织的控制。控制冷却速度，避免出现冷却浪形；控制卷取温度，避免发生相变引发板形浪形。热处理工序的核心控制点为采用高(中)频感应加热方式，通过快速加热控制材料的微观组织，避免渗碳体长大及控制淬火态马氏体和贝氏体板条宽度和板条间距。采用快冷淬火获得理想的耐磨性能；采用合适的回火制度优化材料的塑性、韧性以及冷成形性能。
具体包括：
钢水连铸获得板坯，所述钢水化学成分与所述的耐磨钢的化学成分相同；
对板坯进行再加热、粗轧和精轧，层流冷却后卷取得到热轧卷；
热轧卷切割成钢板，钢板加热、淬火后进行回火，得到成品。
其中，板坯加热温度为1200℃～1250℃。
加热温度根据厚度不同控制在1200～1250℃，加热温度低于1200℃，无法保证合金元素充分回溶和原始奥氏体组织的均匀化，影响最终产品的力学性能及增大轧制负荷；加热温度高于1250℃，浪费能源，且容易造成原始奥氏体组织晶粒异常长大，不利于后续轧制晶粒细化。
精轧入口温度为：1040℃～1100℃，终轧温度为：840℃～880℃。
采用较高的精轧入口温度和终轧温度的目的是提高轧制板形质量，轧制温度高有利于钢板凸度和轧制浪形的控制。如果精轧入口温度低于1040℃，难以保证热连轧的连续性及增大精轧区轧机负荷；精轧入口温度高于1100℃，将增加精轧前几道次奥氏体部分再结晶区轧制量，造成混晶缺陷；终轧温度低于840℃，一方面会增加精轧机负荷，还会对板形产生不利影响；终轧温度高于880℃，会造成奥氏体未再结晶区累计压下量不足，导致晶粒粗大，不利于后续热处理工艺晶粒尺寸控制。
层流冷却中，冷却速度不大于20℃/s，卷取温度为630℃～670℃。
对于本发明涉及的耐蚀耐磨钢，由于添加了B，材料的淬透性强，如冷速和终冷温度控制不当，会造成由于温度变化及相变产生内应力，这种内应力引起带钢在冷却过程中或冷却后产生严重的浪形缺陷，影响下一工序的正产进行。因此，本专利限定热轧板出精轧后的冷却速度不大于20℃/s，对于热连轧产线，可通过控制层流冷却水集管的开启组数实现。考虑到实际工业生产过程中卷取温度在整卷带钢不同位置存在波动，如果卷取温度设定值低于630℃，将发生贝氏体转变，并引发严重的板形问题；而如果卷取温度大于670℃，又容易引发组织粗大及扁卷问题。因此，本发明将卷取温度范围限定为630℃～670℃。
所述热轧卷经过开平矫直和横切后获得开平板，或对开平板进行等离子切割或者激光切割下料至目标形状。
优选的，所述的选用水下等离子切割或激光切割，避免切割热量造成钢板变形。
所述的开平板或下料后的钢板进行感应加热，加热速率大于95℃/s，加热温度为860-900℃。
本发明采用的热处理工艺有别于传统热处理工艺，采用高(中)频感应加热进行淬火和回火加热。采用感应加热的优点是，加热速率快，可精准控制钢板组织状态，细化淬火组织，控制渗碳体为小尺寸分散分布形貌，因此本发明限定淬火感应加热的热速率大于100℃/s。淬火加热温度是决定淬火加过过程中材料奥氏体化的关键参数，本发明涉及的耐蚀耐磨钢，淬火加热温度范围为860-900℃，结合高频感应的快速加热，可获得均匀细小的原始奥氏体晶粒。如果淬火加热温度低于860℃，将不能实现完全奥氏体化，影响最终产品的强度和韧性指标；如果淬火加热温度高于900℃，将造成原始奥氏体晶粒的粗化，导致最终产品组织粗化，不利于对韧性的控制。
感应加热至目标温度的钢板进行保温，保温时间为10-20分钟。
奥氏体化是一个形核长大的过程，需要一定的时间完成完全的奥氏体化及得到大小较为均匀的奥氏体原始晶粒，本专利设定淬火加热保温时间为10-20分钟，在此范围内可得到最为理想的细小均匀淬火加热奥氏体晶粒。如保温时间小于10分钟，不能完全奥氏体化，降低最终产品的强度和韧性指标；如保温时间大于20分钟，会造成晶粒长大或部分晶粒长大，同样会降低最终产品的强度和韧性指标。
淬火处理中，采用水淬至室温，冷却速率控制在150-250℃/s。
对于薄规格钢板，水冷的冷却速度较快，本发明限定冷却速度在150-250℃/s，通过快速冷却细化奥氏体向马氏体或贝氏体的转变产物细化程度。冷却速度低于150℃/s，容易造成转变组织中碳化物的粗大及马氏体、贝氏体板条间距的增加；冷却速度大于250℃/s，容易造成板形浪形问题，这种淬火浪形通过回火工序将很难消除。
淬火后的钢板进行回火感应加热，加热速率大于110℃/s，加热温度为400-500℃。
采用感应回火的目的是缩短回火加热阶段的时间，通过设定大于100℃/s的加热速率，结合400-500℃的加热目标温度范围，可以有效控制淬火组织在回火过程中的转变过程，降低渗碳体聚集长大的趋势，避免强度下降过大。加热温度低于400℃，会造成钢板塑韧性不足；加热温度大于500℃，会损失钢板的强度和耐磨性。
感应加热至目标回火温度的钢板进行保温，保温时间为20-30分钟。
回火保温过程，是将淬火态组织转变为为具有良好强韧性匹配的组织过程，本发明设定的20-30分钟的回火保温时间，是综合考虑了全流程热处理工艺确定的参数范围，可以获得最优的材料综合力学性能。如果保温时间低于20分钟，会造成材料的塑性和韧性指标的下降，如果保温时间大于30分钟，会导致组织粗大、渗碳体聚集，钢板强度和耐磨性能大幅下降。
对回火感应加热保温后的钢板进行冷却，冷却方式为空冷或风冷。
钢板出回火炉后可空冷至室温，也可采用风冷增加降温速度，获得成品钢板。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请一种经济型耐蚀耐磨钢及其制备方法进行详细说明。
实施例
1.本发明一种经济型耐蚀耐磨钢的化学成分按质量分数包括：
碳：0.35％～0.55％，硅：0.02％～0.08％，锰：0.5％～1.1％，磷：0.07～0.15％，硫≤0.004％，铝：0.015～0.06，硼：0.002％～0.003％，锑：0.07％-0.12％，铈：0.0020％～0.0035％，以及Ti：0.015％～0.025％，钙：0.005％～0.015％的至少1项，其余为铁以及不可避免的杂质。
各具体实施例及对比例中的熔炼成分如表1所示：
表1冶炼钢水的化学成分及质量分数(％)
序号 C Si Mn P S Alt Sb Ce B 其他元素
实施例1 0.38 0.08 1.00 0.15 0.003 0.035 0.09 0.0035 0.0030 0.007Ca
实施例2 0.42 0.06 1.10 0.10 0.003 0.043 0.13 0.0024 0.0024 0.014Ca
实施例3 0.53 0.04 0.68 0.13 0.002 0.025 0.11 0.0031 0.0020 0.015Ti
实施例4 0.49 0.04 0.89 0.08 0.004 0.036 0.15 0.0035 0.0022 0.012Ca、0.025Ti
实施例5 0.35 0.07 1.05 0.13 0.002 0.045 0.09 0.0030 0.0028 0.022Ti
实施例6 0.41 0.06 1.01 0.10 0.003 0.036 0.09 0.0025 0.0029 0.025Ti
实施例7 0.55 0.02 0.57 0.09 0.003 0.047 0.13 0.0020 0.0021 0.005Ca
实施例8 0.50 0.05 0.74 0.14 0.002 0.033 0.08 0.0024 0.0025 0.007Ca、0.020Ti
实施例9 0.46 0.05 0.75 0.11 0.004 0.028 0.12 0.0029 0.0030 0.018Ti
实施例10 0.43 0.04 0.86 0.13 0.003 0.040 0.13 0.0030 0.0021 0.013Ca、0.022Ti
实施例11 0.48 0.06 0.95 0.15 0.002 0.034 0.07 0.0034 0.0025 0.015Ca
实施例12 0.51 0.03 0.50 0.07 0.002 0.039 0.11 0.0028 0.0027 0.015Ti
对比例1 0.17 0.20 1.10 0.011 0.008 0.025 - - - -
对比例2 0.15 0.25 1.30 0.012 0.006 0.028 - - - -
对比例3 0.32 0.30 1.15 0.010 0.002 0.038 - - 0.0020 0.35Cr
对比例4 0.35 0.07 1.05 0.009 0.002 0.040 - - 0.022Ti
对比例5 0.50 0.05 0.74 0.14 0.002 0.033 0.08 0.0024 0.0025 0.007Ca、0.020Ti
表1中，对比例1和对比例2的成分与普通低合金钢Q355B相近，目前耐磨构件、车辆、装备还在广泛使用此钢种，在实际的使用过程中，存在严重的磨损和腐蚀问题，因此作为对比例进行试验分析；对比例3和对比例4分别为普通布氏硬度450级别耐磨钢和不添加耐蚀合金钢种的对比；对比例5采用与实施例8相同的成分设计，进行和传统热处理生产工艺生产产品的对比分析。分别对各实施例和对比例进行材料的力学性能、耐磨性能和耐腐蚀性能检测和对比分析工作。
2.本发明实施例对工艺的改进，具体步骤为：
S1：铁水预处理后，经冶炼、精炼获得具有如表1中化学成分的钢水，钢水连铸得到板坯；
S2：将板坯加热至1200℃～1250℃。
S3：进行热连轧，控制精轧入口温度为1040℃～1100℃，终轧温度为840℃～880℃。
S4：对带钢进行层流冷却，冷却速度不大于20℃/s。
S5：对带钢进行卷取，卷取温度为630℃～670℃。
S6：将热轧卷经过开平矫直和横切后获得开平板，或对开平板进行等离子切割或者激光切割下料至目标形状。
S7：对钢板进行感应加热，加热速率大于95℃/s，加热温度为860-900℃。
S8：对感应加热至目标温度的钢板进行保温，保温时间为10-20分钟。
S9：对淬火感应加热保温后的钢板进行淬火处理，采用水淬至室温，冷却速率控制在150-200℃/s。
S10：将淬火后的钢板进行回火感应加热，加热速率大于110℃/s，加热温度为400-500℃。
S11：对感应加热至目标回火温度的钢板进行保温，保温时间为20-30分钟。
S12：对回火感应加热保温后的钢板进行冷却，冷却方式为空冷或风冷。
实施例1-15及对比例的具体生产工艺参数如表2所示：
表2经济型耐蚀耐磨钢实施例和对比例生产工艺
Figure BDA0002707009450000101
实施例1-12和对比例3-5的热处理工艺见表3，对比例1-2不进行热处理。
表3经济型耐蚀耐磨钢实施例和对比例热处理工艺
Figure BDA0002707009450000102
Figure BDA0002707009450000111
对实施例1-12及对比例1-5制得的钢材进行力学性能测试，试验方法执行GB/T228.1、GB/T 232、GB/T 229、GB/T 2311，结果如表4所示。
表4钢材的力学性能
Figure BDA0002707009450000112
Figure BDA0002707009450000121
对实施例和对比例进行加速腐蚀试验，按照国标《GB 10124-1988-金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》，全浸加速腐蚀试验溶液为20％H2SO4+3.5％NaCl，试验温度40℃，试验时间为6小时，结果如表5所示。
表5实施例及对比例钢材腐蚀速率
序号 试验时间(h) 腐蚀速率g/(m<sup>2</sup>·h) 相对腐蚀速率％
Q355B 6 43.32 100
实施例1 6 18.68 43.12
实施例2 6 17.34 40.03
实施例3 6 17.89 41.30
实施例4 6 16.33 37.70
实施例5 6 16.98 39.20
实施例6 6 17.21 39.73
实施例7 6 16.67 38.48
实施例8 6 18.27 42.17
实施例9 6 17.96 41.46
实施例10 6 15.98 36.89
实施例11 6 16.83 38.85
实施例12 6 18.15 41.90
对比例1 6 43.68 100.83
对比例2 6 42.96 99.17
对比例3 6 38.68 89.29
对比例4 6 42.15 97.30
对比例5 6 23.67 54.64
对实施例和对比例进行耐磨性能测试试验，使用MLD-10动载磨粒磨损试验机，冲击载荷10Kg，冲锤行程为40mm，磨料材质为石英砂，磨料粒度为10目，砂流量：30kg/h，冲击频率：100次/min，冲击时间：90分钟。磨损前试样用酒精冲洗干净后进行烘干然后进行称量，磨损后将试样放入丙酮溶液中用超声波清洗25min，然后烘干进行称量，分别测量冲击时间60分钟和90分钟的试样重量，得到失重量表征材料的耐磨性能。实施例及对比例的耐磨试验结果见表6：
表6实施例及对比例的耐磨试验结果
序号 60min失重/g 90min失重/g
Q355B 0.913 1.213
实施例1 0.381 0.512
实施例2 0.367 0.480
实施例3 0.353 0.471
实施例4 0.347 0.469
实施例5 0.405 0.547
实施例6 0.377 0.509
实施例7 0.375 0.501
实施例8 0.386 0.514
实施例9 0.360 0.478
实施例10 0.375 0.499
实施例11 0.361 0.496
实施例12 0.316 0.448
对比例1 0.927 1.228
对比例2 0.922 1.230
对比例3 0.415 0.552
对比例4 0.403 0.568
对比例5 0.632 0.745
从表1-6可知：实施例1-12通过改变钢水化学成分及质量分数，结合制备工艺的改进，得到的钢材具有良好的耐磨性和耐蚀性匹配；实施例钢材全浸加速腐蚀速率不大18.68.g/(m2·h)，与Q355B相比相对腐蚀速率不大于43.12％，产品厚度规格3～20mm，抗拉强度大于1317MPa，布氏硬度大于434，-40℃冲击功大于49J；耐磨性能达到Q355B的2.36倍以上。
而对比例1-5钢材试验结果显示，Q355B相近成分的对比例1和对比例2，耐磨性能和耐蚀性能与实施例均有较大差距；对比例3普通耐磨钢和对比例4的耐蚀性与实施例有明显差距；对比例5的强度、韧性、冷成形性、耐磨性和耐蚀性与对比例均有明显差距，表明本发明执行配套生产工艺的重要性。
附图1的说明：附图为本发明生产的经济型耐蚀耐磨钢的金相照片，组织由回火后的马氏体、贝氏体、颗粒状渗碳体组成；其中马氏体板条和贝氏体板条变模糊，形成断续的渗碳体，并且在板条内存在小尺寸断续的渗碳体组织，这种小尺寸断续分布的渗碳体对提高材料的塑性、韧性以及冷成形性能具有重要作用。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种经济型耐蚀耐磨钢，其特征在于，所述耐蚀耐磨钢的化学成分按质量分数包括：
碳：0.35％～0.55％，硅：0.02％～0.08％，锰：0.5％～1.1％，磷：0.07～0.15％，硫≤0.004%，铝：0.015％～0.06％，硼：0.002%～0.003%，锑：0.07%-0.12%，铈：0.0020%～0.0035%，以及Ti：0.015%～0.025%和/或钙：0.005%～0.015%，其余为铁以及不可避免的杂质，所述耐蚀耐磨钢的全浸加速腐蚀速率≤18.68 g/(m2·h)，与普通耐磨钢相比相对腐蚀速率≤44%，同时满足耐磨性达到普通低合金钢的2.36倍及以上；所述耐磨钢的厚度规格为3～20mm，抗拉强度＞1317MPa，布氏硬度＞434，-40℃冲击功＞49J，
所述耐蚀耐磨钢采用如下方法制备：
钢水连铸获得板坯，所述钢水化学成分与所述耐蚀耐磨钢的化学成分相同；
对板坯进行再加热、粗轧和精轧，层流冷却后卷取得到热轧卷，其中，精轧入口温度为1040℃～1100℃，终轧温度为840℃～880℃，层流冷却速度不大于20℃/s，卷取温度为630℃～670℃；
将热轧卷经过开平矫直和横切后获得开平板，或对开平板进行等离子切割或者激光切割下料至目标形状，对钢板加热、淬火后进行回火，得到成品，
其中，所述钢板加热采用感应加热，加热速率大于95℃/s，加热温度为860-900℃，所述钢板加热至目标温度后，保温10-20分钟，保温结束后淬火至室温，冷却速率控制在150-200℃/s，
所述回火工艺为：将淬火后的钢板进行回火感应加热，加热速率大于110℃/s，加热温度为400-500℃，加热至目标温度后，保温20-30min，最后冷却，冷却方式为空冷或风冷，所述淬火工艺中，钢板加热采用高频感应加热或中频感应加热，淬火采用水淬。
2.根据权利要求1所述的一种经济型耐蚀耐磨钢，其特征在于，所述板坯再加热温度为1200℃～1250℃。
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