CN113667881A - 一种高性能耐磨钢板nm500e的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能耐磨钢板NM500E的生产方法，该钢板包含如下质量百分比的化学成分：C 0.25～0.30、Si 0.15～0.35、Mn 1.40～1.55、P≤0.010、S≤0.003、Als 0.010～0.050、Mo 0.33～0.45、B 0.0012～0.0025、Ni 1.15～1.30、Cr 1.10～1.30，其它为Fe和残留元素；该钢板具有马氏体组织，硬度483～497HB，屈服强度≥1400MPa，抗拉强度≥1500MPa，‑40℃V型低温冲击吸收能量≥45J，该钢板的生产方法包括KR脱硫、转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼、浇铸、坯料清理、加热、轧制、缓冷、淬火+回火。本发明与现有技术相比，有力的满足大厚度钢板使用需求。
Description
技术领域
本发明涉及宽厚板生产领域，具体涉及一种高性能耐磨钢板NM500E的生产方法。
背景技术
耐磨钢作为一种抗磨损性能较高的材料，目前被广泛用于矿山、铁路和冶金等工况恶劣的场合。近年来，国内企业在耐磨钢方面的技术得到很大的进度，但是国内生产的耐磨钢强度级别较低，400HB以上强度级别的高韧性耐磨钢主要依赖进口。
专利申请号为201310181136.2的名称为一种HB500级热连轧高强耐磨钢及其生产方法的专利技术采用较低的合金设计，但是不含Ni等元素，使得钢板低温冲击吸收功较低，另一方面该申请是基于热连轧，不适合于宽厚板线。
专利申请号为201510781536.6的名称为兼具高硬度高韧性的NM500耐磨钢板的生产方法的专利公布了一个NM500耐磨钢的生产方法，但仅限于6-20mm厚钢板生产，不能满足大厚度钢板使用需求。
发明内容
为解决上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种高性能耐磨钢板NM500E的生产方法，满足大厚度钢板的使用需求。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种高性能耐磨钢板NM500E的生产方法，该钢板包含如下质量百分比的化学成分：C 0.25～0.30、Si 0.15～0.35、Mn 1.40～1.55、P≤0.010、S≤0.003、Als 0.010～0.050、Mo 0.33～0.45、B 0.0012～0.0025、Ni1.15～1.30、Cr 1.10～1.30，其它为Fe和残留元素；
该钢板具有马氏体组织，硬度483～497HB，屈服强度≥1400MPa，抗拉强度≥1500MPa，-40℃V型低温冲击吸收能量≥45J。
需要说明的是，在化学成分设置上，为提高钢板强度、硬度、淬透性和耐磨性能，添加有了适量的Cr、Mo、B合金，提高淬透性，以获得理想的马氏体组织，同时，为保证钢板具有较高的低温韧性，添加较高含量的Ni合金，以提高强度和韧性。
具体地，合适的C含量起扩大奥氏体区间，Mn主要起固溶强化和降低相变温度的作用，可强烈降低钢的Ar1和马氏体转变温度，降低钢中相变的速度，提高钢的淬透性，增加残余奥氏体含量，在高碳高锰耐磨钢中，Mn经固溶处理后具有良好的韧性，当受到冲击而变形时，表面层将因变形而强化，具有高的耐磨性；B元素可提高淬透性，淬火+低温回火可提高钢板强度；Cr与碳结合形成铬碳化合物，具有细小均匀分布的特点，故本发明添加较高的Cr，形成较多的铬碳化合物，具有较高的耐磨性及较高强度和硬度；Mo可细化钢的晶粒，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力,提高淬透性和热强性能；Ni在钢中为纯固溶元素，具有提高钢的低温韧性、降低冷脆转变温度的作用，Ni与Fe以互溶形式存在于α和γ铁相中，通过其在晶粒内的吸附作用细化晶粒，提高钢的低温冲击韧性，因此设计较高的Ni含量。
该钢板的生产方法包括KR脱硫、转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼、浇铸、坯料清理、加热、轧制、缓冷、淬火+回火，
其中KR脱硫工艺中，铁水经KR处理后硫含量在0.005％以下；
转炉冶炼工艺中，采用低拉增碳脱P工艺，出钢时P≤0.01％；
LF精炼工艺中，采取大渣量进行造渣，白渣保持时间控制在30-40min以上，控制S含量≤0.005％；
VD真空精炼在≤67Pa下进行，保压时间按22-25min进行控制，H含量≤1.2ppm；
浇铸过程中，采用铜板结晶器水冷模浇铸500～700mm厚钢锭，过热度控制在25±5℃以内；
坯料清理中，坯料轧制前采用带温清理，清理温度控制在150～300℃；
加热采用分阶段升温-保温工艺，坯料清理后快速装炉，入炉温度300～500℃，焖钢3小时，焖钢结束后以60～80℃/h的速度升温至800～850℃，在此温度区间保温6小时后，再以80～100℃/h的速度升温至1000℃，1000℃以上升温速度为100～140℃/h，升温至保温温度1240～1260℃，保温15～16小时，以获得原始均匀细小的奥氏体晶粒；
轧制工艺中，采用两阶段轧制，一阶段开轧温度1050℃～1150℃，道次压下率13％～16％，确保轧制渗透改善内部质量，2-3倍成品厚度晾钢，二阶段开轧温度820～840℃，道次压下量7％～9％，在未再结晶区中下限温度范围内轧制，防止部分晶粒再结晶，造成混晶现象，终轧温度770-790℃；
缓冷工艺中，轧制结束钢板直接入矫直机矫直，矫直后钢板入缓冷坑温度≥450℃，缓冷时间36～48小时，控制缓冷垛高1.5～2m，钢板上下表面用保温材料覆盖，脱除钢板内H的含量，降低H脆，增加韧性，缓冷均匀化，防止钢板变形，降低板面的氧化程度；
采用高温淬火+低温回火的热处理工艺，淬火保温温度890～920℃，保温时间按2.0～2.2mim/mm控制，钢板出炉后淬火至常温，淬火后进行低温去应力回火，回火温度150～215℃，保温时间按3.5～4.0min/mm控制，在此温度范围内的回火仅仅是为了去除应力，而原马氏体组织保持不变，以保持原马氏体的高硬度和高耐磨性。钢板精整切割采用锯切的方法。
本发明所述生产方法通过合理的化学成分设计，添加较高含量的Cr和Ni，可提高厚板的耐磨性和低温韧性，LF+VD工艺来保证钢水的洁净度，以及合理的浇铸工艺，减轻了坯锭内部疏松和偏析，促进内部组织致密、成分均匀。浇铸坯料采用温清温装的方式处理，避免坯料应力开裂。加热过程中采用分阶段升温-保温的方式，一方面避免温差过大造成的组织应力开裂，另一方面确保坯料烧钢时间充分，温度均匀，防止加热过程中奥氏体晶粒粗大，为后续轧制和热处理提供原始均匀细小的奥氏体晶粒。在轧制过程中，采用两阶段轧制，一阶段高温低速大压下，充分破碎晶粒确保轧制渗透，提高钢板内部质量，二阶段在未再结晶区中下限温度范围内轧制，防止部分晶粒再结晶，造成混晶现象。采用缓冷工艺，充分扩氢及应力释放，并采用高温淬火和低温去应力回火的热处理工艺，最终获得理想的马氏体组织。
通过上述一系列的工艺实施，开发出了40～60mm厚高性能耐磨NM500E钢板，该钢板的硬度在483～497HB，屈服强度≥1400MPa，抗拉强度≥1500MPa，-40℃V型低温冲击吸收能量≥45J，可满足特殊环境耐磨要求用钢相关需求。
附图说明
下面结合附图及实施例，对本发明的技术特征作进一步论述。
图1是本发明的实施例中制得钢板1/4厚度处的500倍金相组织示意图。
具体实施方式
上述40～60mm厚高性能耐磨NM500E钢板包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：
C：0.25～0.30、Si：0.15～0.35、Mn：1.40～1.55、P≤0.010、S≤0.003、Als：0.010～0.050、Mo：0.33～0.45、B：0.0012～0.0025、Ni：1.15～1.30、Cr：1.10～1.30，其它为Fe和残留元素。
其生产方法包括：KR脱硫、转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼、浇注、坯料清理、加热、轧制、缓冷、淬火+回火等工艺控制。工艺控制重点如下：
1)KR铁水预处理
铁水KR站扒渣处理，液面渣层厚度≤25mm，铁水经KR处理后硫含量在0.005％以下，脱硫温降≤25℃；
2)转炉冶炼工艺点要求
入炉铁水S含量≤0.005％，P≤0.050％，铁水温度≥1280℃；采用低拉增碳脱P工艺，出钢P≤0.01％，出钢时向钢水中加入碳粉增碳；出钢结束前采用挡渣锥挡渣，保证钢包液面渣层厚度≤20mm。
3)LF精炼工艺点要求
采取大渣量进行造渣，石灰加入量1000-1200公斤，碱度按4.0-6.0控制，一加热3min后，先加入50Kg电石，再加入20-40Kg铝粒，此后每隔2min向钢包中用铁锨添加2～4锨铝粒，以确保炉渣变白为准。二加热根据埋弧效果每次加入10-30Kg的电石，同时每隔2min用铁锨向钢包中添加1～3锨铝粒，以确保整个二加热过程维持白渣；三加热脱氧剂的加入视炉渣颜色加入，维持白渣即可。白渣保持时间控制在30-40min以上，控住S含量≤0.005％。铬铁和硼铁在白渣形成后的二加热过程中加入，加入量以成分设计量为准。
4)VD真空精炼工艺点要求
在≤67Pa的真空度下，保压时间按22-25min进行控制，保压后10分钟通过高位真空料仓加入硼铁微合金化，破空后软吹3-5min，软吹过程中钢水不得裸露。抽真空结束后进行定H处理，控制H含量≤1.2ppm。破空后按1.5-2.0m/t进行Ca处理，对夹杂物进行改性，软吹5-7min后吊钢。
5)浇铸工艺要求：
浇铸过程中使用铜板结晶器水冷模浇铸500～700mm厚钢锭，采用低温快铸工艺，浇铸前软吹氩5min，均匀钢液温度，过热度控制在25±5℃以内。
6)坯料清理：
坯料在加热前采用带温清理，清理温度控制在150～300℃，坯料清理后快速装炉，炉温需≤650℃。
7)加热工艺要求：
钢锭入炉温度300～500℃，焖钢时间3小时。焖钢结束后以60～80℃/h的升温速度，升温至800～850℃，在此温度区间保温6小时后，再以80～100℃/h的升温速度，升温至1000℃，1000℃以上升温速度100～140℃/h，升温至最高保温温度1240～1260℃，保温15～16小时。
8)轧制工艺要求：
采用两阶段轧制，一阶段开轧温度1050℃～1150℃，采用高温低速大压下轧制，道次压下率13％～16％，确保轧制力渗透，消除中间缩松现象，且可以进行再结晶，细化晶粒；2-3倍成品厚度晾钢，是为了在二阶段开轧温度820～840℃、终轧温度770-790℃范围内拉长晶粒，使晶格变形和破碎晶粒，为后序热处理再结晶提供更加丰富新的形核质点，从而细化晶粒。
9)轧后缓冷工艺要求：
轧后钢板入缓冷坑温度≥450℃，缓冷时间36～48小时。控制缓冷垛高1.5～2m，顶部钢板表面覆盖保温棉，避免钢板上下表面裸露在空气中。轧后堆垛缓冷一方面可促进钢板中H的扩散，避免“H陷阱”造成的内部缺陷，另一方面可通过缓慢冷却逐步释放轧制造成的残余应力，避免应力开裂。
10)热处理工艺要求：
采用调质工艺，淬火保温温度890～920℃，保温时间按2.0～2.2mim/mm控制，钢板出炉后淬火至常温，淬火后回火保温温度150～215℃，保温时间按3.5～4.0min/mm控制。
11)精整切割要求：
采用锯切的方法，保证钢板组织保持不变。
通过以上工艺控制，所生产的40-60mm厚NM500E钢，其屈服强度1441-1486MPa，抗拉强度1531～1562MPa，布氏硬度483～497HB，伸长率10.0％～11.0％，-40℃V型冲击功47～61J，具备较好的强韧性。
案例实施：
通过KR脱硫、转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼、浇铸、坯料清理、加热、轧制、缓冷、淬火+回火等工艺控制，获得如下表1所述化学成分的NM500E成品钢，其中各工艺参数及力学性能见如下表1、2。
表1 NM500E钢的化学成分(wt％)
表2 NM500E的机械力学性能
Claims (1)
1.一种高性能耐磨钢板NM500E的生产方法，该钢板包含如下质量百分比的化学成分：C0.25～0.30、Si 0.15～0.35、Mn 1.40～1.55、P≤0.010、S≤0.003、Als 0.010～0.050、Mo0.33～0.45、B 0.0012～0.0025、Ni 1.15～1.30、Cr 1.10～1.30，其它为Fe和残留元素；
该钢板具有马氏体组织，硬度483～497HB，屈服强度≥1400MPa，抗拉强度≥1500MPa，-40℃V型低温冲击吸收能量≥45J；
该钢板的生产方法包括KR脱硫、转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼、浇铸、坯料清理、加热、轧制、缓冷、淬火+回火，
其中KR脱硫工艺中，铁水经KR处理后硫含量在0.005％以下；
转炉冶炼工艺中，采用低拉增碳脱P工艺，出钢时P≤0.01％；
LF精炼工艺中，采取大渣量进行造渣，白渣保持时间控制在30-40min以上，控制S含量≤0.005％；
VD真空精炼在≤67Pa下进行，保压时间按22-25min进行控制，H含量≤1.2ppm；
浇铸过程中，采用铜板结晶器水冷模浇铸500～700mm厚钢锭，过热度控制在25±5℃以内；
坯料清理中，坯料轧制前采用带温清理，清理温度控制在150～300℃；
加热采用分阶段升温-保温工艺，坯料清理后快速装炉，入炉温度300～500℃，焖钢3小时，焖钢结束后以60～80℃/h的速度升温至800～850℃，在此温度区间保温6小时后，再以80～100℃/h的速度升温至1000℃，1000℃以上升温速度为100～140℃/h，升温至保温温度1240～1260℃，保温15～16小时，以获得原始均匀细小的奥氏体晶粒；
轧制工艺中，采用两阶段轧制，一阶段开轧温度1050℃～1150℃，道次压下率13％～16％，确保轧制渗透改善内部质量，2-3倍成品厚度晾钢，二阶段开轧温度820～840℃，道次压下量7％～9％，在未再结晶区中下限温度范围内轧制，防止部分晶粒再结晶，造成混晶现象，终轧温度770-790℃；
缓冷工艺中，轧制结束钢板直接入矫直机矫直，矫直后钢板入缓冷坑温度≥450℃，缓冷时间36～48小时，控制缓冷垛高1.5～2m，钢板上下表面用保温材料覆盖，脱除钢板内H的含量，降低H脆，增加韧性，缓冷均匀化，防止钢板变形，降低板面的氧化程度；
采用高温淬火+低温回火的热处理工艺，淬火保温温度890～920℃，保温时间按2.0～2.2mim/mm控制，钢板出炉后淬火至常温，淬火后进行低温去应力回火，回火温度150～215℃，保温时间按3.5～4.0min/mm控制，在此温度范围内的回火仅仅是为了去除应力，而原马氏体组织保持不变，以保持原马氏体的高硬度和高耐磨性。
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