CN115074628A - 一种hb450级别高耐磨可冷弯钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种HB450级别高耐磨可冷弯钢板及其生产方法，钢中化学成分按重量百分比计为：C0.19％～0.24％、Si1.1％～1.50％、Mn0.7％～1.0％、Nb0.15％～0.25％、Cr0.25％～0.45％、Ni0.4％～0.6％、Al0.040％～0.060％、P≤0.012％、S≤0.002％、[N]≤0.0030％、[H]≤0.00015％、[O]≤0.0015％；余量为Fe及杂质；C*Nb≤0.0006％、1.5％≤Si+Ni≤2.0％。本发明的有益效果是：可连铸生产；表面硬度大于HB450，‑40℃AKV≥40J；耐磨性为同等硬度钢板1.4倍以上。

Description

一种HB450级别高耐磨可冷弯钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种HB450级别高耐磨可冷弯钢板及其生产方法，可用于工程机械、矿山、冶金、煤机等领域耐磨备件制作。
背景技术
一般低合金耐磨钢采用马氏体基体和Cr、Mo、V、Ti等低硬度碳化物强化耐磨性的设计，采用淬火加低温回火的热处理方式生产，HB450硬度级别普通低合金布氏耐磨钢在工程机械、煤矿机械等领域应用广泛，但冷弯性能相比较差。改善耐磨钢耐磨性一般可通过提高钢板碳含量与合金含量来实现，因此会导致钢材加工性能、焊接性能变差，冷弯成型性能更差。
近年来，在筑路机械、重型矿车、煤机、电厂、水泥等行业的生产过程中，由于物料硬，运动快，对设备磨损非常严重，造成备件磨损快，检修周期短，迫切需要一种高耐磨性HB450级别耐磨钢板，在不增加硬度的情况下延长备件使用寿命。同时部分形状复杂的耐磨备件，制备过程需要经过弯曲成型，普通低合金马氏体耐磨钢冷弯性难以满足其要求。
为提高低合金钢板的耐磨性，近年来国内外一些钢厂在低合金耐磨钢中增加Ti、V含量，利用马氏体基体加高硬度TiC、VC析出增强耐磨性，虽然耐磨性增强，但塑、韧性较差，不能进行冷弯加工，难以大量推广。
检索到国内外高耐磨钢板的生产的多项专利文件，例如以下4个中国专利文件和1个日本专利文件：
中国专利文件1，天津雷公焊接材料有限公司，雷万钧；陈泽荣；徐丽霞；伍珠良；申请的公告号为CN103725976A的发明专利文件“高耐磨双金属复合耐磨板”该发明涉及一种高耐磨双金属复合耐磨板，包括低碳钢板或低碳合金钢板，所述低碳钢板或低碳合金钢板上焊接有耐磨合金层，其特征在于：占耐磨合金层总质量的百分比计，所述耐磨合金层中各成分含量如下：C：0.35～0.55％；Si：2～2.4％；Mn：2.7～3.2％；Cr：11～12.5％；Mo：2.5～2.9％；V：0.7～1.8％；W：2.2～3.6％；B：0.7～1.1％；其余为铁。该发明的优点是能够保证耐磨板表面的平整光滑，耐磨性好。该专利为双金属复合堆焊的工艺生产，工序复杂，成本高，由于堆焊层硬度高，钢板不能成型加工。
中国专利2，柳州凯通新材料科技有限公司，公开(公告)号：CN105695861A的发明专利文件“一种耐磨轧制复合钢板CN201610255354.X”，发明涉及耐磨板材，具体说是一种耐磨轧制复合钢板，其由基材和复材热轧而成，基材为普碳钢板，复材为高强度耐磨钢板；普碳钢板成分的质量百分比为，C：0.1—0.2％、Si：0.15—0.35％、Mn：0.5—1.4％、P：≤0.04％、S：≤0.04％，余量为Fe；高强度耐磨钢板成分的质量百分比为，C：0.20-0.35％、W：1.0-2.0％、Si：0.5-1.5％、Mn：0.8-1.5％、Cr：1.0-2.0％、Ti：1.0-2.0％、S：≤0.04％、P：≤0.04％，余量为Fe。由于普碳钢板整体性能优异，强度、塑形、焊接等性能较高，其成本较低；而高强度耐磨钢板具有高淬透性、高韧性，且具有优良的低温韧性、抗裂性能和焊接性能；该发明将普碳钢板和高强度耐磨钢板热轧复合方法获得高耐磨性，从生产工艺复杂，不具有成型性能。
中国专利3，东北大学，邓想涛；王昭东；王国栋等公开(公告)号：CN105063497A的发明专利文件“一种高耐磨性能易加工低合金耐磨钢板及其制造方法”，发明涉及一种耐磨钢板，所述耐磨钢板的成分按重量百分比计为：C 0.12～0.35％，Si 0.20～0.60％，Mn0.80～1.60％，P≤0.015％，S≤0.004％，Mo 0.00～0.60％，V 0.000～0.040％，Cr0.00～1.20％，Ti 0.08～0.30％，Als 0.02～0.06％，B 0.0008～0.004％，N≤0.0045％，余量为Fe及不可避免的杂质。所述钢板力学性能优秀，其耐磨性能是同等级硬度条件下的1.3～3.0倍。该发明耐磨性好，但Ti含量高，冶炼连铸困难，制造方法稳定可靠但不容易实施。
中国专利4，湖南华菱湘潭钢铁有限公司，汤伟,杨建华,郑健,邓想涛申请的公开号为CN104789881A的发明专利文件“一种高强度高韧性耐磨钢板的生产方法”，发明涉及一种具有良好加工性能的耐磨热轧薄钢板及其制造方法，一种高强度高韧性耐磨钢板的生产方法。钢的化学成分质量百分比为：C＝0.15～0.26，Si＝0.20～0.55，Mn＝1.0～1.60，P≤0.020，S≤0.010，Mo＝0.00～0.60，Ni＝0.00～0.50，Cr＝0.20～1.00，Ti＝0.01～0.05，Als＝0.02～0.04，B＝0.0005～0.004，余量为Fe及不可避免的杂质。该钢的生产工艺流程：高洁净钢冶炼—铁水脱硫—转炉顶底复合吹炼—真空处理—铸坯。该钢化学成分中无V且无Mo、Ni或少Mo、Ni，合金含量低，韧性良好，能广泛应用于工作条件恶劣，对钢种性能要求高的矿山及工程机械产品上。按以上方法生产的高韧性超高强度耐磨钢板，表面布氏硬度(HB)为420～480，-40℃冲击韧性≥40J，同时具有良好的强韧性匹配及高的耐磨性，碳当量较低，在0.41～0.55之间，具有良好的焊接性能；成分设计采用无V且无Mo、Ni或少Mo、Ni成分体系，从一定程度上节约了成本；该发明为HB450级别普通耐磨钢，不具有高耐磨性。
日本专利1，杰富意钢铁株式会社，寺泽祐介；高山直树；林谦次；长谷和邦的发明专利文件申请公布号CN109072367A，“耐磨损钢板及耐磨损钢板的制造方法”，公开了具有下述成分组成和组织，所述成分组成以质量％计含有：C：0.10～0.23％，Si：0.01～1.0％，Mn：0.30～3.00％，P：0.025％以下，S：0.02％以下，Cr：0.01～2.00％，Al：0.001～0.100％，及N：0.01％以下，余量由Fe及不可避免的杂质构成，所述组织中，距所述耐磨损钢板的表面1mm的深度处的马氏体的体积率为90％以上，所述耐磨损钢板的板厚中心部的原奥氏体粒径为80μm以下，距所述耐磨损钢板的表面1mm的深度处的硬度以布氏硬度计为360～490HBW10/3000耐磨损钢板及耐磨损钢板的制造方法。该钢板合金成分复杂，成本高，只具有普通耐磨性。
可见现有HB450高耐磨冷弯钢板存在以下不足：
1、成分、工艺复杂，需异质复合或堆焊；
2、冶炼连铸困难；
3、不能冷弯成型；
4、耐磨性不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种HB450级别高耐磨可冷弯钢板及其生产方法，本发明在低合金耐磨钢的基础上采用新的耐磨理念，合理增加钢中Nb含量，利用弥散析出高硬度碳化铌质点增强耐磨性，具有同等硬度普通耐磨钢板1.4倍以上的耐磨性。采用独特的冶炼、轧制、热处理生产工艺，对钢板表面进行了形成部分脱碳层的止裂处理，加上合理的残余奥氏体含量控制，生产出布氏硬度450HB级别进行冷弯加工的高耐磨性低合金耐磨钢。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种HB450级别高耐磨可冷弯钢板，钢中化学成分按重量百分比计为：C 0.19％～0.24％、Si 1.1％～1.50％、Mn 0.7％～1.0％、Nb 0.15％～0.25％、Cr 0.25％～0.45％、Ni 0.4％～0.6％、Al 0.040％～0.060％、P≤0.012％、S≤0.002％、[N]≤0.0030％、[H]≤0.00015％、[O]≤0.0015％；余量为Fe及不可避免的杂质；且C*Nb≤0.0006％、1.5％≤Si+Ni≤2.0％。
本发明钢板化学成分设计以碳、铌、硅微合金化为主要特征，合金含量相对较低，便于冶炼、连铸。通过连铸、控轧控冷后进行低温回火热处理，得到具有良好塑韧性及耐磨性的HB450级别钢板。本发明所设计元素的理由为：
C：为了保证钢板高的强度和硬度，稳定钢中残余奥氏体，需要相当的碳含量做保证。碳可以和Nb形成碳化物析出，增加耐磨性。碳含量过高则焊接性能下降，还影响钢中Nb的固溶和析出，为了保证钢板具有高的耐磨性及良好的焊接性能、成型性能、低温韧性，因此本发明中C含量控制在0.19％～0.24％，同时C*Nb≤0.05；
Si：本发明重点添加元素。是非碳化物形成元素,主要作用是抑制碳化物的析出，稳定钢中残余奥氏体含量，有利于提高钢板的低温韧性和塑性，保证良好的冷弯能力。同时起稳定脱碳层厚度的作用，但Si过多时会使焊接性能下降，因此本发明中Si含量控制在1.1％～1.5％；
Mn：主要作用是提高淬透性，同时促进Nb的固溶。有利于强度和耐磨性的提高，但含量过高时易形成中心偏析，使板坯中心有易发裂纹的倾向；不利于冷成型，因此本发明中Mn含量控制在0.7％～1.0％；
Nb：本发明重要添加元素。主要作用：增加耐磨性和塑性。Nb是强碳和氮化合物形成元素，在钢中与C、N结合可形成NbC、Nb(C，N)等化合物。具有高的化学稳定性、高硬度的特征，可形成普通耐磨钢1.4倍的的耐磨性能，另外Nb元素的添加，使得低温奥氏体组织在轧制过程中应变诱导析出大量的碳氮化物，具有增加淬透性和析出强化的作用；溶解在奥氏体中的Nb，在两阶段轧制过程中抑制奥氏体再结晶，细化奥氏体晶粒。有利于钢板的冷弯性能。但Nb含量过高，则会影响钢板的力学性能。因此，本发明中Nb的加入量为0.15％～0.25％。
Ni：非碳化物形成元素，主要作用是改善钢的韧性和塑性，Ni含量<0.4％则达不到要求的效果，而如果Ni含量大于0.6％，成本过高，在淬火时可能残留奥氏体过多。本发明控制Ni：0.4～0.6％，由于Si和Ni都有促进残余奥氏体含量的作用，本发明控制残余奥氏体含量5～10％，为防止残余奥氏体量过多或过少，对Si+Ni的总量进行控制，因此本发明1.5％≤Si+Ni≤2.0％。
Al：脱氧和固氮的有效元素。可减少钢中氧化物夹杂并纯净钢质，有利于提高钢板的成型性能，含量过高将会造成浇铸困难，会在钢中形成大量Al2O3夹杂物，导致延展性变差，固氮可保证铌主要与碳化合。因此本发明中Al：0.04％～0.06％，
Cr：增加钢的淬透性的作用。铬是强碳化物形成元素，可提高的强度和硬度。Cr过多加入会影响焊接性，因此本发明控制Cr：0.25％～0.45％。
杂质元素：为保证钢板具有良好的塑性和韧性，避免磨损时的破裂、冷弯时裂纹的发生，本发明控制P≤0.012％，S≤0.002％，[H]≤0.00015％，[O]≤0.0015％。
钢中残余奥氏体含量5％～10％，表面部分脱碳层厚度1～2毫米。
在同等实验条件下钢板耐磨性达到同等硬度NM450钢板的1.4倍以上，冷成型性能180°冷弯D＝3a。
一种HB450级别高耐磨可冷弯钢板的生产方法，本发明生产工艺流程为：冶炼→精炼→板坯连铸→铸坯加热缓冷→加热→控制轧制→控制冷却→回火热处理；包括如下方法：
1)冶炼：本发明精炼时进行了RH脱气时间控制，RH真空循环时间≥15min，通过长时间真空处理，可控制钢水[N]≤0.0040％，[O]≤0.0015％，[H]≤0.00015％。本发明连铸的特征为：适当加大连铸二冷区冷速，采用中等冷却强度模式，连铸二冷区给水量占比60％～80％，同时控制连铸坯拉速为1.1～1.5m/min，目的为避免高温区铌的粗大碳化物过度析出。铸坯厚度200～250mm，连铸时采用电磁搅拌或轻压下，减少中心偏析。本发明控制中心偏析≤B0.5，中间裂纹≤0.5级，目的在于保证冷弯时钢板的内部缺陷最低。连铸后铸坯加热至550～650℃，随炉缓冷大于48小时；可有效去除钢坯中氢含量，同时600℃左右的缓冷有利于铌的细小碳化物充分析出。
2)轧制：采用氧化性气氛加热均热段温度1250～1310℃，均热时间大于2.5小时；较高的加热温度和较长的保温时间目的：1)保证较高的铌能充分固溶；2)利于中心偏析元素的均匀化；3)利于轧后表面形成1-2毫米部分脱碳层的形成，可有效改善轧后钢板冷弯性能。
在轧制时采用粗轧和精轧两阶段控轧，目的在于充分细化和均匀化热轧态组织。粗轧阶段轧制开轧温度≥1100℃，终轧温度控制在≥1050℃；粗轧的单道次压下率不低于15％，保证轧制力的深透和促进碳化铌的析出；精轧开轧温度970～1030℃，变形率不低于70％，目的在于破碎粗大的碳化铌和改善心部缺陷组织，精轧终轧温度900～950℃；
轧后水冷，采用超快冷+层流冷却，超快冷入水温度870～920℃，超快冷冷速≥20℃/s，超快冷终冷温度600～650℃；层流冷速5～10℃/s，返红温度200～250℃，空冷到室温；
前段采用超快冷，入水温度870～920℃，冷速≥20℃/s，前段终冷温度600～650℃，前段快冷可减少铌的碳氮化物缓冷时在晶界的聚集，同时细化奥氏体晶粒有利于塑韧性和耐磨性。后段采用层流冷却，冷速5～10℃/s，返红温度200～250℃，空冷到室温。后段弱冷并控冷到高于200℃，可减少钢板内应力，保留少量残余奥氏体含量，保证板型平直度在5毫米/米以下和冷弯性能。
3)热处理：回火温度为200～250℃，回火保温时间为8～12min/mm。本发明采用高于常规(3～5min/mm)的回火时间，目的在于充分去除淬火内应力，提高钢板的塑性，保证钢板的冷成型性能。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种10～30毫米厚度HB450级别高耐磨钢板及其生产方法。
1、可连铸生产；
2、表面硬度大于HB450，-40℃AKV≥40J；
3、耐磨性为同等硬度钢板1.4倍以上；
4、具有良好冷成型性能180°冷弯D＝3a合格。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的实施方式进一步说明：
根据本发明的化学成分及生产工艺，冶炼本发明的钢种实际化学成分如表1，冶炼工艺见表2，本发明钢实例的实际轧制工艺参数如表3，控冷工艺见表4，热处理工艺参数见表5，本发明实物性能检验结果如表6，耐磨性实验结果见表7。
表1本发明钢种的冶炼成分实例，wt％
Figure BDA0003722511960000061
表2本发明钢种的冶炼工艺
Figure BDA0003722511960000062
表3本发明钢实例的实际轧制工艺参数
Figure BDA0003722511960000071
表4本发明钢实例的实际控冷工艺参数
Figure BDA0003722511960000072
表5本发明钢实例的热处理工艺
Figure BDA0003722511960000073
表6本发明钢实施例的力学性能
Figure BDA0003722511960000081
在MLS-225型湿砂橡胶轮式磨损试验机对本发明高耐磨钢板与普通NM450钢板进行对比实验，施加压力为70N，砂轮转速为：200r/min，总转数：2000r，试验时间约10分钟。实验结果见表7。
表7本发明实施例耐磨性对比
钢种 磨损量ΔM/g 耐磨性对比
普通NM450 0.0425 1
1-1 0.0280 1.52
1-2 0.0280 1.52
2-1 0.0299 1.42
2-2 0.0287 1.48
3-1 0.0291 1.46
3-2 0.0293 1.45
4-1 0.0299 1.42
4-2 0.0297 1.43
可见本发明钢板的耐磨性达到普通耐磨钢板NM450的1.4倍以上。

Claims (4)

1.一种HB450级别高耐磨可冷弯钢板，其特征在于，钢中化学成分按重量百分比计为：C0.19％～0.24％、Si 1.1％～1.50％、Mn 0.7％～1.0％、Nb 0.15％～0.25％、Cr 0.25％～0.45％、Ni 0.4％～0.6％、Al 0.040％～0.060％、P≤0.012％、S≤0.002％、[N]≤0.0030％、[H]≤0.00015％、[O]≤0.0015％；余量为Fe及不可避免的杂质；且C*Nb≤0.0006％、1.5％≤Si+Ni≤2.0％。
2.根据权利要求1所述的一种HB450级别高耐磨可冷弯钢板，其特征在于，钢中残余奥氏体含量5％～10％，表面部分脱碳层厚度1～2毫米。
3.根据权利要求1所述的一种HB450级别高耐磨可冷弯钢板，其特征在于，在同等实验条件下钢板耐磨性达到同等硬度NM450钢板的1.4倍以上，冷成型性能180°冷弯D＝3a。
4.一种如权利要求1-3其中任意一项所述的HB450级别高耐磨可冷弯钢板的生产方法，其特征在于，包括如下方法：
1)冶炼：RH真空循环时间≥15min，控制连铸坯拉速为1.1～1.5m/min，连铸二冷区给水量占比60％～80％，钢坯中心偏析≤B0.5，中间裂纹≤0.5级，连铸后铸坯加热至550～650℃，随炉缓冷大于48小时；
2)轧制：采用氧化性气氛加热均热段温度1250～1310℃，均热时间大于2.5小时；
在轧制时采用粗轧和精轧两阶段控轧，粗轧阶段轧制开轧温度≥1100℃，终轧温度控制在≥1050℃；粗轧的单道次压下率不低于15％；精轧开轧温度970～1030℃，变形率不低于70％，精轧终轧温度900～950℃；
轧后水冷，采用超快冷+层流冷却，超快冷入水温度870～920℃，超快冷冷速≥20℃/s，超快冷终冷温度600～650℃；层流冷速5～10℃/s，返红温度200～250℃，空冷到室温；
3)热处理：回火温度为200～250℃，回火保温时间为8～12min/mm。
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