CN115161554B

CN115161554B - 一种hb500级别高耐磨可冷弯钢板及其生产方法

Info

Publication number: CN115161554B
Application number: CN202210756244.7A
Authority: CN
Inventors: 张涛; 纪汶伯; 杨颖�; 林田子; 张哲�; 王玉博
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2022-06-30
Filing date: 2022-06-30
Publication date: 2023-07-14
Anticipated expiration: 2042-06-30
Also published as: CN115161554A

Abstract

一种HB500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：C0.26％～0.32％、Si1.1％～1.50％、Mn0.7％～1.0％、Nb0.20％～0.30％、Cr0.30％～0.50％、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≤0.00075％、1.5％≤Si+Ni≤2.0％。本发明的有益效果是1、可连铸生产；2、表面硬度大于HB500,‑40℃AKV≥30J；3、耐磨性为同等硬度钢板1.4倍以上。

Description

一种HB500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HB500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，HB500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HB500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专利文件，例如以下3个中国专利文件和1个日本专利文件：

中国专利1，柳州凯通新材料科技有限公司，公开号：CN105695861A的专利文件“一种耐磨轧制复合钢板CN201610255354.X”，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，生产工艺复杂，不具有成型性能。

中国专利2，东北大学，邓想涛；王昭东；王国栋等，公开(公告)号：CN105063497A的专利文件“一种高耐磨性能易加工低合金耐磨钢板及其制造方法”，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％，Mn 0.80～1.60％，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，不容易实施。

中国专利3，武汉钢铁有限公司，薛欢，马玉喜，余立，彭文杰申请的公开号为CN107217202A的专利文件“一种布氏硬度500级的耐磨钢及其制造方法”，公开了一种布氏硬度500级耐磨钢，其钢的化学成分按质量百分比为：C 0.25～0.28％，Si 0.22～0.28％，Mn 1.15～1.24％，P≤0.01％，S≤0.005％，Cr 0.2～0.25％,Cu 0.01～0.015％，Al 0.03～0.05％，Ni 0.04～0.045％，Mo 0.01～0.02％,Ti 0.03～0.04％，V 0.007～0.018％，B≤0.004％，其余为铁和不可避免的杂质。该发明还提供一种布氏硬度500级耐磨钢的制造方法。使耐磨钢具有优良耐磨性和较高韧性，并使其表面具有均匀压应力，增强其耐磨性能和抗疲劳性能，该专利为HB500级别普通耐磨钢，不具有1.4倍以上的高耐磨性。

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；长谷和邦的申请的发明专利，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360～490HBW 10/3000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HB500耐磨钢板存在以下不足：

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HB500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控制，生产出布氏硬度500HB级别高耐磨可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HB500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 0.26％～0.32％、Si 1.1％～1.50％、Mn 0.7％～1.0％、Nb 0.20％～0.30％、Cr 0.30％～0.50％、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≤0.00075％、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。铸坯通过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HB500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。同时碳可以和Nb、Cr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0.26％～0.32％；

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0.20％～0.30％。

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％，[N]≤0.0030％。

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：0.30％～0.50％。

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1～2mm。

在同等实验条件下钢板耐磨性达到同等硬度NM500钢板的1.4倍以上，冷成型性能180°冷弯D＝4a合格。

一种HB500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]≤0.0030％，[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％，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。本发明控制钢坯中心偏析≤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℃，均热时间不低于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，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，同时细化晶粒有利于塑韧性和耐磨性。后段层流冷速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HB500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HB500,-40℃AKV≥30J；

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＝4a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％

表2本发明钢种的冶炼工艺

表3本发明钢实例的实际轧制工艺参数

表4本发明钢实例的实际控冷工艺参数

表5本发明钢实例的热处理工艺

表6本发明钢实施例的力学性能

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NM500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本发明钢耐磨性对比

可见本发明钢板的耐磨性达到普通耐磨钢板的1.4倍以上。

Claims

1.一种HB500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：C0.26%～0.32%、Si 1.1%～1.50%、Mn 0.7%～1.0%、Nb 0.20%～0.30%、Cr 0.30%～0.50%、Ni0.4%～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≤0.00075%、1.5%≤Si+Ni≤2.0%；

HB500级别高耐磨可冷弯钢板的生产方法，包括：

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℃，均热时间不低于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%，终轧温度900～950℃；

3）热处理：回火温度为200～250℃，回火保温时间为8～12min/mm。

2.根据权利要求1所述的一种HB500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1～2mm。

3.根据权利要求1所述的一种HB500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NM500钢板的1.4倍以上，冷成型性能180°冷弯D=4a合格。