CN113584378A - 含有铁素体的hb400级热连轧耐磨钢及生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢及生产方法,属于冶金技术领域。其中,该热连轧耐磨钢包括如下质量百分比的各化学组分:C:0.14~0.25%,Si:0.08~1.0%,Mn:1.0~3.0%,P≤0.015%,S≤0.005%,Als:0.01~0.06%,Nb:0.005~0.015%,V:0.005~0.02%,Ti:0.005~0.02%,B≤0.005%,其余为Fe及杂质;其工艺过程包括采用高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、LF+RH精炼、连铸、加热、轧制、冷却、卷取、开平横切工艺路线。本发明制得的耐磨钢性能稳定且优异,更重要的是生产效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种热连轧耐磨钢,属于冶金技术领域,具体地涉及一种 含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢及生产方法。
背景技术
国内主流钢铁企业如宝钢、鞍钢、涟钢、南钢、舞钢等主要采用离线 淬火+回火工艺生产耐磨钢,组织类型主要为回火马氏体,质量稳定,性能 优异,得到了下游行业认可。
中国发明专利(CN105543676A)公开了一种马氏体-铁素体双相耐磨 钢板及其制备方法,其中马氏体组织的体积分数大于90%,硬度在 480~560HB之间,采用特定用量的C、Si、Mn、P、S、Nb、V、Ti、Mo、 Ni、Cr、Al、B、N、Fe等元素制备得到。其制备的马氏体-铁素体双相耐 磨钢板具有高硬度的同时还具有良好的低温韧性和耐磨性能,有助于在严 酷环境下尤其是极低温条件下机械零件的制造。且其马氏体-铁素体双相耐 磨钢板的制备方法工艺简单,能够得到马氏体-铁素体双相组织,综合提高 所得马氏体-铁素体双相耐磨钢板的硬度、低温韧性和耐磨性能,适于大规 模生产。
中国发明专利(CN106917051A)公开了一种耐腐蚀双相耐磨钢板及其 生产方法,钢板化学成分的重量百分含量如下:C≤0.13%,Si≤0.60%, Mn:1.60%,P≤0.015%,S≤0.003%,Al≤0.060%,Cr≤1.20%,Mo≤0.30%, 余量为Fe和不可避免的杂质。其生产方法包括加热、轧制和热处理工序。 其化学成分设计采用C、Mn、Cr、Mo固溶强化,使钢板具有良好的组织、 力学性能、耐腐蚀性能、耐磨性能和焊接性能,可广泛用于耐腐蚀耐磨环 境中。
中国发明专利(CN108396248A)公开了一种屈服强度690级耐腐蚀双 相耐磨钢板及其生产方法,其化学成分的重量百分含量为:C≤0.15%, Si≤0.60%,Mn≤1.20%,P≤0.015%,S≤0.003%,Al≤0.60%,Cr≤1.20%, Mo≤0.40%,B≤0.0030%,Ti≤0.020%,余量为Fe和不可避免的杂质。其 钢板化学成分设计采用C、Mn、Cr、Mo固溶强化,添加微量B元素提高 钢的淬透性,使钢板具有良好的组织、力学性能、耐腐蚀性能、耐磨性能 和焊接性能,同时强度级别较低、屈强比较低适于卷管,耐腐蚀双相耐磨 钢耐磨性能与NM360E的保持一致,但是其强度和硬度都远远低于 NM360E的强度和硬度,能够更好的满足耐腐蚀耐磨用钢的要求,-30℃冲 击韧性优良,可广泛用于耐腐蚀耐磨环境中,应用前景广阔。
然而,上述现有的耐磨钢存在合金含量高、强度级别较低等技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种含有铁素体的HB400级热连 轧耐磨钢及生产方法,该生产方法在合理成分及工艺设计下,得到的耐磨 钢性能稳定且优异。
为实现上述目的,本发明公开了一种含有铁素体的HB400级热连轧耐 磨钢,它包括如下质量百分比的各化学组分:
C:0.14~0.25%,Si:0.08~1.0%,Mn:1.0~3.0%,P≤0.015%,S≤0.005%,Als:0.01~0.06%,Nb:0.005~0.015%,V:0.005~0.02%,Ti:0.005~0.02%, B≤0.005%,其余为Fe及杂质。
进一步地,所述碳元素满足,C:0.16~0.22%。
进一步地,所述锰元素满足,Mn:1.0~2.8%;所述铌元素满足,Nb: 0.008~0.014%;所述钒元素满足,V:0.006~0.013%;所述钛元素满足,Ti: 0.008~0.02%。
进一步地,所述硼元素满足,0.003%≤B≤0.004%。
进一步地,所述热连轧耐磨钢为采用高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、 LF+RH精炼、连铸、加热、轧制、冷却、卷取、开平横切工艺制得,且所 述热连轧耐磨钢厚度为2~15mm。
进一步地,所述加热工艺包括:
第二段加热温度和均热末段温度均为1200~1300℃,且第二段加热与 均热段的总时间不低于60min,总在炉时间≥140min。
进一步地,所述冷却、卷取工艺如下:
出FT7后立即冷却,以10~100℃/s的冷却速度冷却至600℃~750℃, 空冷2~10s,继续控制冷却速度为10~100℃/s,冷却至150~400℃进行卷取, 并实现在线淬火。
此外,本发明还公开了一种含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢的制 备方法,它包括如下工艺流程:
采用高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、LF+RH精炼、连铸、加热、轧 制、冷却、卷取、开平横切工艺;
所述加热工艺包括:
第二段加热温度和均热末段温度均为1200~1300℃,且第二段加热与 均热段的总时间不低于60min,总在炉时间≥140min;
所述轧制包括粗轧和精轧,且所述粗轧出口温度为1000~1100℃,中 间坯厚度为30~50mm,所述精轧开轧温度为950~1050℃,轧制速度为 3~8m/s,精轧终轧温度为800~900℃;
所述冷却、卷取工艺如下:
出FT7后立即冷却,以10~100℃/s的冷却速度冷却至600℃~750℃, 空冷2~10s,继续控制冷却速度为10~100℃/s,冷却至150~400℃进行卷取, 并实现在线淬火。
进一步地,所述加热工艺包括:
第二段加热温度和均热末段温度均为1221~1280℃,且第二段加热与 均热段的总时间为62~90min,总在炉时间为145~180min;
所述轧制工艺包括:
所述粗轧出口温度为1000~1090℃,所述精轧开轧温度为950~1040℃, 精轧终轧温度为800~870℃。
进一步地,所述冷却、卷取工艺包括:
第一段冷却速度,即出FT7后的冷却速度,为40~80℃/s,第二段冷却 速度为50~95℃/s。
本发明的有益效果主要体现在如下几个方面:
1、本申请设计的制备工艺相对简单,且生产效率高。
2、本申请设计得到的热连轧耐磨钢屈强比低,相对耐磨性较好,且板 形性能稳定且优异,冷弯性能也较好,适用于应用多种环境。
附图说明
图1为本发明制备的热连轧耐磨钢的微观结构示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢,它包括如下 质量百分比的各化学组分:
C:0.14~0.25%,Si:0.08~1.0%,Mn:1.0~3.0%,P≤0.015%,S≤0.005%,Als:0.01~0.06%,Nb:0.005~0.015%,V:0.005~0.02%,Ti:0.005~0.02%, B≤0.0005%,其余为Fe及杂质。
进一步地,所述碳元素满足,C:0.16~0.22%。
进一步地,所述锰元素满足,Mn:1.0~2.8%;所述铌元素满足,Nb: 0.008~0.014%;所述钒元素满足,V:0.006~0.013%;所述钛元素满足,Ti: 0.008~0.02%。
进一步地,所述硼元素满足,0.0003%≤B≤0.0004%。
本发明设计采用上述含量的各合金元素的原理如下:
碳(C):是提高材料强度最廉价的元素,随着含碳量增加,硬度、强 度提高,但塑韧性和焊接性能降低。综合考虑,C重量百分含量为 0.14~0.25%即可;本发明进一步优选0.16~0.22%达到最优。
硅(Si):对淬透性作用较弱,远不如Cr和Mn,Si能降低碳在铁素体 中的扩散速度,但Si过高易产生淬火裂纹,也会恶化表面质量。综合考虑, Si重量百分含量为0.08~1.0%为宜;
锰(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,增加最终组织中的残奥含量,提高综合性能,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 1.0~3.0%为宜,本发明进一步优选1.0~2.8%达到最优。
酸溶铝(Als):在钢中可脱氧,也能起到细化晶粒的作用,综合考虑, Als在Als:0.01~0.06%。
铌(Nb):在钢中与C、N具有极强的亲和力,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%为宜;本发明进一步优选 0.008~0.014%达到最优。
钒(V):V的碳化物V4C3比较稳定,可以抑制晶界移动和晶粒长大, 沉淀强化作用显著,跟Nb一起复合添加可节约合金元素,显著缩小晶粒, 比单独添加效果更加优异,综合考虑,V重量百分含量为:0.005~0.02%为 宜;本发明进一步优选0.006~0.013%达到最优。
钛(Ti):在钢的凝固过程中能与N结合生成稳定的TiN,可强烈阻碍 奥氏体晶界迁移,从而细化奥氏体晶粒。Ti与C结合生成TiC,可起到沉 淀强化作用,添加微量Ti可提高强韧性,综合考虑,Ti重量百分含量为 0.005~0.02%为宜;本发明进一步优选0.008~0.02%达到最优。
硼(B):钢中加入微量的B可极大提高淬透性,但B过多时,易在晶 界富集,会降低晶界结合能,使钢板受到冲击载荷时更倾向于沿晶断裂, 降低钢板的低温冲击功,因此,本发明中B的加入量为≤0.005%,本发明 进一步优选0.003%≤B≤0.004%达到最优。
磷(P)、硫(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≤0.015%, S≤0.005%。
此外,本发明还公开了上述含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢的制 备方法,它包括如下工艺流程:
采用高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、LF+RH精炼、连铸、加热、轧 制、冷却、卷取、开平横切工艺;
所述加热工艺包括:
第二段加热温度和均热末段温度均为1200~1300℃,且第二段与均热 段的总加热时间不低于60min,总在炉时间≥140min;本发明优选第二段 加热温度和均热末段温度均为1221~1280℃,且第二段加热与均热段的总 时间为62~90min,总在炉时间为145~180min;这样操作的目的是保证Mn、 Nb、Ti、V等合金元素完全固溶及充分奥氏体化,并在充分奥氏体化前提 下使板坯温度均匀,为后续轧制及冷却工艺奠定基础。
所述轧制包括粗轧和精轧,且所述粗轧出口温度为1000~1100℃,中 间坯厚度为30~50mm,所述精轧开轧温度为950~1050℃,轧制速度为 3~8m/s,精轧终轧温度为800~900℃;本发明优选粗轧出口温度为 1000~1090℃,所述精轧开轧温度为950~1040℃,精轧终轧温度为 800~870℃。本申请选择较高的精轧入口温度有利于降低F1-F4机架轧制负荷,也有利于精轧阶段的轧制负荷分配,精轧阶段总压下率不宜过大,本 申请限定为20~40%,在该范围内的总压下率下,既可以降低精轧负荷,也 有利于精轧阶段塑性变形的均匀性,促使轧后钢板内应力更加均匀,得到 更好的轧后板形。
所述冷却、卷取工艺如下:
出FT7后立即冷却,以10~100℃/s的冷却速度冷却至600℃~750℃, 空冷2~10s目的是得到含量大概为5%~30%的铁素体,继续控制冷却速度 为10~100℃/s,冷却至150~400℃进行卷取,并实现在线淬火。本发明优选 第一段冷却速度为40~80℃/s,第二段冷却速度为50~95℃/s。
本申请选择控制冷却速度,目的是在于根据不同的厚度,采用合适的 冷却速度,防止冷却速度过快,热胀冷缩效应显著,恶化板形质量和内应 力分布,同时,通过控制卷取温度,避免卷取温度太高难以得到马氏体, 无法保证强度、硬度和耐磨性,温度太低无法保证钢卷自回火工艺的温度, 可能在用户使用过程中出现开裂等应用问题。
经过上述工艺制得的钢板厚度为2~15mm。
为了更好地解释本发明,以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主 要内容,但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
本发明设计了10个实施例及4个对比例,其中,各实施例及对比例的 耐磨钢包含的各化学组分以质量百分比计入表1所示:
表1各实施例及对比例的化学组分含量(wt%)
C/% | Si/% | Mn/% | P/% | S/% | Als/% | Nb/% | V/% | Ti/% | B/% | |
实施例1 | 0.22 | 0.18 | 1 | 0.012 | 0.001 | 0.05 | 0.011 | 0.006 | 0.02 | 0.003 |
实施例2 | 0.16 | 0.9 | 2.5 | 0.007 | 0.002 | 0.01 | 0.005 | 0.008 | 0.017 | 0.003 |
实施例3 | 0.24 | 0.88 | 2.2 | 0.011 | 0.004 | 0.03 | 0.015 | 0.013 | 0.016 | 0.004 |
实施例4 | 0.16 | 0.77 | 3 | 0.006 | 0.005 | 0.02 | 0.01 | 0.011 | 0.01 | 0.004 |
实施例5 | 0.21 | 0.85 | 1.7 | 0.009 | 0.002 | 0.05 | 0.014 | 0.008 | 0.009 | 0.005 |
实施例6 | 0.24 | 0.68 | 2.4 | 0.008 | 0.005 | 0.02 | 0.015 | 0.013 | 0.014 | 0.002 |
实施例7 | 0.2 | 0.57 | 2.9 | 0.007 | 0.003 | 0.01 | 0.011 | 0.005 | 0.013 | 0.003 |
实施例8 | 0.15 | 0.6 | 2.8 | 0.009 | 0.004 | 0.06 | 0.008 | 0.009 | 0.008 | 0.003 |
实施例9 | 0.18 | 0.58 | 1.5 | 0.008 | 0.005 | 0.03 | 0.014 | 0.009 | 0.02 | 0.003 |
实施例10 | 0.2 | 0.84 | 2 | 0.011 | 0.004 | 0.02 | 0.014 | 0.01 | 0.012 | 0.003 |
对比例1 | 0.25 | 0.35 | 1.5 | 0.01 | 0.003 | 0.04 | 0.03 | 0.02 | 0.085 | 0.005 |
对比例2 | 0.19 | 0.32 | 1.8 | 0.012 | 0.003 | 0.035 | 0.05 | 0.005 | 0.09 | 0.005 |
对比例3 | 0.26 | 0.18 | 0.8 | 0.012 | 0.001 | 0.05 | 0.004 | 0.025 | 0.022 | 0.0055 |
对比例4 | 0.10 | 0.18 | 3.5 | 0.008 | 0.005 | 0.03 | 0.004 | 0.004 | 0.004 | 0.0060 |
且采用上述表1列举的合金进行冶炼制备耐磨钢的工艺参数分别如表 2、表3所示;
表2各实施例及对比例的工艺参数列表(一)
表3各实施例及对比例的工艺参数列表(二)
根据GB/T228和GB/T231国家标准,测试实施例1-10所述一种含有 铁素体的HB400级热连轧耐磨钢以及对比例1-2的性能如表4所示。
表4各实施例及对比例的性能列表
图1为本发明实施例1制得的耐磨钢微观结构示意图,结合图1可知 在特定的工艺下,其显微组织为细小均匀的回火马氏体和5%~10%左右的 铁素体。
结合表1、表2、表3及表4可知,采用本发明设计的合金元素及制备 工艺,制得的耐磨钢屈强比低,相对耐磨性较好,且板形性能稳定且优异, 硬度级别为HB400级,延伸率大于12%,如果进一步横切后板形质量在 5mm/m以内。
此外,本发明制备的耐磨钢冷弯性能优异,横向冷弯d=4a,弯曲90° 合格,d=5a,弯曲180°合格,可适用于多种应用环境。
本领域技术人员知晓的,生产热连轧耐磨钢需要热处理工艺,并且在 线淬火后还需要平整,工艺比较复杂,而本申请的制备工艺相对简单,不 需要热处理,在线淬火后也不需平整,直接横切交货即可,生产效率比较 高。
以上实施例仅为最佳举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。除 上述实施例外,本发明还有其他实施方式。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 (10)
1.一种含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢,其特征在于,它包括如下质量百分比的各化学组分:
C:0.14~0.25%,Si:0.08~1.0%,Mn:1.0~3.0%,P≤0.015%,S≤0.005%,Als:0.01~0.06%,Nb:0.005~0.015%,V:0.005~0.02%,Ti:0.005~0.02%,B≤0.005%,其余为Fe及杂质。
2.根据权利要求1所述含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢,其特征在于,所述碳元素满足,C:0.16~0.22%。
3.根据权利要求1所述含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢,其特征在于,所述锰元素满足,Mn:1.0~2.8%;所述铌元素满足,Nb:0.008~0.014%;所述钒元素满足,V:0.006~0.013%;所述钛元素满足,Ti:0.008~0.02%。
4.根据权利要求1所述含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢,其特征在于,所述硼元素满足,0.003%≤B≤0.004%。
5.根据权利要求1~4中任意一项所述含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢,其特征在于,所述热连轧耐磨钢为采用高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、LF+RH精炼、连铸、加热、轧制、冷却、卷取、开平横切工艺制得,且所述热连轧耐磨钢厚度为2~15mm。
6.根据权利要求5所述含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢,其特征在于,所述加热工艺包括:
第二段加热温度和均热末段温度均为1200~1300℃,且第二段加热与均热段的总时间不低于60min,总在炉时间≥140min。
7.根据权利要求5所述含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢,其特征在于,所述冷却、卷取工艺如下:
出FT7后立即冷却,以10~100℃/s的冷却速度冷却至600℃~750℃,空冷2~10s,继续控制冷却速度为10~100℃/s,冷却至150~400℃进行卷取,并实现在线淬火。
8.一种含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢的制备方法,其特征在于,它包括如下工艺流程:
采用高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、LF+RH精炼、连铸、加热、轧制、冷却、卷取、开平横切工艺;
所述加热工艺包括:
第二段加热温度和均热末段温度均为1200~1300℃,且第二段加热与均热段的总时间不低于60min,总在炉时间≥140min;
所述轧制包括粗轧和精轧,且所述粗轧出口温度为1000~1100℃,中间坯厚度为30~50mm,所述精轧开轧温度为950~1050℃,轧制速度为3~8m/s,精轧终轧温度为800~900℃;
所述冷却、卷取工艺如下:
出FT7后立即冷却,以10~100℃/s的冷却速度冷却至600℃~750℃,空冷2~10s,继续控制冷却速度为10~100℃/s,冷却至150~400℃进行卷取,并实现在线淬火。
9.根据权利要求8所述含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢的制备方法,其特征在于,所述加热工艺包括:
第二段加热温度和均热末段温度均为1221~1280℃,且第二段加热与均热段的总时间为62~90min,总在炉时间为145~180min;
所述轧制工艺包括:
所述粗轧出口温度为1000~1090℃,所述精轧开轧温度为950~1040℃,精轧终轧温度为800~870℃。
10.根据权利要求8所述含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢的制备方法,其特征在于,所述冷却、卷取工艺包括:
第一段冷却速度为40~80℃/s,第二段冷却速度为50~95℃/s。
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