CN115198177B - 一种nm450级钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种NM450级钢及其制备方法，属于耐磨钢技术领域，所述NM450级钢的化学成分为：C、Si、Mn、Nb、Al、P、S、Mo、Ti、N、B和Fe及来自制备所述NM450级钢的杂质；其中C、Si、Al、和Mo质量百分数关系满足：1.2≤(C+Si+Al+Mo)≤2.45。该NM450级钢的性能参数包括：屈服强度≥1000MPa，抗拉强度≥1400MPa，延伸率≥10％，‑20℃全尺寸冲击功≥50J，HBW为420～480。

Description

一种NM450级钢及其制备方法

技术领域

本申请涉及耐磨钢技术领域，尤其涉及一种NM450级钢及其制备方法。

背景技术

高强耐磨钢因其具有优良的强度和耐磨性能，在工程机械领域应用越来越广泛，例如各类自卸车车厢、混凝土搅拌罐罐体、挖掘机、煤矿机械以及运送煤浆、石料的管道等。

但目前使用的NM450级钢存在焊接性能差的问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种NM450级钢及其制备方法，以解决现有NM450级钢存在焊接性能差的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种NM450级钢，所述NM450级钢的化学成分为：

C、Si、Mn、Nb、Al、P、S、Mo、Ti、N、B和Fe及来自制备所述NM450级钢的杂质；其中C、Si、Al、和Mo质量百分数关系满足：1.2≤(C+Si+Al+Mo)≤2.45。

进一步地，以质量分数计，所述NM450级钢的化学成分为：

C:0.20～0.35％；Si:0.60～1.0％；Mn：2.5～4.0％；Nb:0.01～0.20％；Al:0.30～0.80％；P:≤0.005；S:≤0.005；Mo:0.10～0.30％；Ti:0.05～0.10％；N:≤0.004％；B:0.015-0.040％；其余为Fe及来自制备所述NM450级钢的杂质。

进一步地，所述C的质量分数为0.31～0.35％；所述Si的质量分数为0.70～1.0％；所述Al的质量分数为0.36～0.80％。

进一步地，以体积分数计，所述NM450级钢的金相组织包括：5～15％的铁素体，75～95％的马氏体，5～15％的残余奥氏体。

进一步地，所述NM450级钢的性能参数包括：屈服强度≥1000MPa，抗拉强度≥1400MPa，延伸率≥10％，-20℃全尺寸冲击功≥50J，HBW为420～480。

第二方面，本申请实施例提供了一种第一方面所述的NM450级钢的制备方法，所述制备方法包括：

将铸坯进行加热和粗轧处理，得到中间坯；

将所述中间坯进行精轧、第一冷却、卷取和第二冷却，得到NM450级钢成品。

进一步地，所述将铸坯依次进行加热和粗轧处理，得到中间坯具体包括：

将铸坯依次进行加热和粗轧处理，得到中间坯；

其中，加热的工艺参数包括：加热温度≥1250℃，加热时间≥0.5h，

粗轧的工艺参数包括：累计变形量＞80％，粗轧出口温度为950～1060℃，

所述中间坯的厚度与NM450级钢成品的厚度的比值≥3.5。

进一步地，所述精轧的工作参数包括：

精轧末道次压下率≥10％，精轧累计变形量为70％～80％，精轧轧制速度3.0～8.0m/s，精轧入口温度为950～1060℃，精轧终轧温度为800～880℃。

进一步地，所述第一冷却的步骤包括：空冷和快速冷却；

所述空冷的工作参数包括：空冷的持续时间为8～15s，空冷的目标温度为630～750℃；

所述快速冷却的工作参数包括：快速冷却的冷却速度≥50℃/s。

进一步地，所述第二冷却的步骤包括：

将卷取后获得的轧卷进行保温1-5h后空冷至室温。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例提供的NM450级钢，通过选择C、Si、Mn、Nb、Al、P、S、Mo、Ti、N、B和Fe作为NM450级钢的组分，并控制C、Si、Al、和Mo的用量关系满足：1.2≤(C+Si+Al+Mo)≤2.45，得到了焊接性能佳的NM450级钢，有效解决了现有NM450级钢存在焊接性能差的技术问题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的NM450级钢制备方法的流程示意图；

图2是本发明中实施例2的金相组织图；

图3是本发明中实施例2的扫描电镜图。

具体实施方式

下面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。

高强耐磨钢因其具有优良的强度和耐磨性能，在工程机械领域应用越来越广泛，例如各类自卸车车厢、混凝土搅拌罐罐体、挖掘机、煤矿机械以及运送煤浆、石料的管道等。

但目前使用的NM450级钢存在焊接性能差的问题。

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：

第一方面，本申请实施例提供了一种NM450级钢，所述NM450级钢的化学成分为：

C、Si、Mn、Nb、Al、P、S、Mo、Ti、N、B和Fe及来自制备所述NM450级钢的杂质；其中C、Si、Al、和Mo质量百分数关系满足：1.2≤(C+Si+Al+Mo)≤2.45。

本申请实施例提供的NM450级钢，通过选择C、Si、Mn、Nb、Al、P、S、Mo、Ti、N、B和Fe作为NM450级钢的组分，并控制C、Si、Al、和Mo的用量，得到了焊接性能佳的NM450级钢。

作为本发明实施例的一种实施方式，以质量分数计，所述NM450级钢的化学成分为：

C:0.20～0.35％；Si:0.60～1.0％；Mn：2.5～4.0％；Nb:0.01～0.20％；Al:0.30～0.80％；P:≤0.005；S:≤0.005；Mo:0.10～0.30％；Ti:0.05～0.10％；N:≤0.004％；B:≤0.004％；其余为Fe及来自制备所述NM450级钢的杂质。

通过限定C、Si、Mn、Nb、Al、P、S、Mo、Ti、N、B和Fe的用量，可提高NM450级钢的热加工性能和切削加工性能。各合金元素作用和限制范围如下：

C：固溶强化元素和强淬透性元素，C含量偏低(≤0.1％)，冷却后无法形成马氏体组织，或者得到马氏体硬度偏低，无法满足耐磨性能要求，但过高的C含量在板坯冶炼和轧制过程中容易形成带状组织，严重的带状组织对钢板的冷成形性能、疲劳性能造成不利的影响，另外，C含量较高，对材料的焊接性能不利。因此，本发明中C含量控制：0.2-0.35％。

Si：Si为传统的固溶强化元素，添加较高的Si元素明显提高材料的淬透性，另外Si元素成本低，依靠Si提高强度降低材料的生产成本。Si另一个重要作用是可以抑制相变过程中渗碳体的析出，保证了C固溶量，在马氏体相变区卷取保温过程中，部分C实现配分，形成少量的残余奥氏体，提高了材料的延伸率。但添加过高的Si对材料的塑性、韧性以及表面质量产生负面影响，Si促使石墨化，促进脱碳，添加较高的Si容易在钢板表面形成脱碳层，降低了表面硬度和耐磨性能。因此，本发明中Si含量控制：0.6-1.0％。

Mn：Mn具有固溶强化作用，同时可以提高材料的淬透性和耐磨性能。Mn也是奥氏体稳定元素，降低奥氏体临界相变点，细化晶粒。部分奥氏体在超快过程总保持下来，形成残余奥氏体，提高了材料的延伸率。但Mn含量过高，由于Mn元素的偏析作用，板坯在冶炼和轧制过程中容易出现带状组织，影响加工性能。因此，本发明专利中Mn含量控制：2.5-4.0％。

S和P：S和P元素过高会对材料的塑性、韧性及疲劳性能产生不利影响。本发明限定了S含量控制在0.005％以内，P含量控制在0.005％以内。

Ti：Ti为强碳氮化物形成元素，钢中添加一定量的Ti元素，在高温奥氏体区Ti与N结合形成TiN或者Ti(C,N)阻碍奥氏体晶粒的长大。在轧后空冷过程中Ti与部分C结合形成TiC析出相，在各类微合金第二相粒子中，TiC硬度最高(3200HV)，具有优良的耐磨性能，因此基体中析出的TiC粒子提高了材料的耐磨性能。若果Ti含量过高，会大量消耗固溶C含量，降低了钢板淬透性，无法保证马氏体硬度，影响耐磨性能。因此，本发明中Ti含量控制：0.05-0.1％。

Nb：Nb为强碳氮化物形成元素，在奥氏体区析出，可以细化晶粒，提高材料的强度和韧性，另外Nb还可以保证焊缝组织的细化，提高焊后强度，避免焊接软化。

Mo：Mo元素为固溶强化元素和淬透性元素，添加适量的Mo元素可以显著提高材料的抗拉强度和强硬度，但Mo元素为贵重金属元素，在满足性能的基础上，尽量控制成本，少添加Mo元素。本发明控制Mo含量为：0.1～0.3％

Al：铝作为脱氧剂或合金化元素加入钢中，铝脱氧能力比硅、锰强得多。铝在钢中的主要作用是细化晶粒、固定钢中的氮，从而显著提高钢的冲击韧性，降低冷脆倾向和时效倾向性。铬钼钢和铬钢中含Al可增加其耐磨性。Al元素还可以提高奥氏体向铁素体开始相变温度，扩大两相区，在轧制过程中，更容易在高温阶段得到铁素体组织；铝含量过高影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。本发明控制Al含量为：0.30-0.80％

B：B元素为强淬透性元素，添加适量的B元素，可以明显提高带钢的淬透性，在低温卷取后形成马氏体组织，保证材料的硬度。含B量超过0.007％时，容易引起脆性，会降低奥氏体晶粒粗化的温度，易产生粗晶，造成强度强度。因此本发明控制B含量为：0.015-0.040％。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述C的质量分数为0.31～0.35％；所述Si的质量分数为0.70～1.0％；所述Al的质量分数为0.36～0.80％。

通过进一步限定C、Si、Al的用量，可进一步提高NM450级钢的如热加工性能、切削加工性能、焊接性能等整体性能。

作为本发明实施例的一种实施方式，以体积分数计，所述NM450级钢的金相组织包括：5～15％的铁素体，75～95％的马氏体，5～15％的残余奥氏体。

通过限定金相组织的比例关系，可提高NM450级钢的耐磨性能和易加工成形性能。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述NM450级钢的性能参数包括：屈服强度≥1000MPa，抗拉强度≥1400MPa，延伸率≥10％，-20℃全尺寸冲击功≥50J，HBW为420～480。

本申请实施例提供的NM450级钢如具有屈服强度低和延伸率高等性能，满足兼具加工性能，易成形的使用需求。

第二方面，基于相同的发明构思，本申请实施例提供了第一方面所述的NM450级钢的制备方法，所述制备方法包括：

将铸坯进行加热和粗轧处理，得到中间坯；

将所述中间坯进行精轧、第一冷却、卷取和第二冷却，得到NM450级钢成品。

本申请实施例提供的NM450级钢的制备方法，采用控制轧制和控制冷却技术，无需离线热处理，具有生产流程短，无需后续热处理，节能降耗等优点。所述中间坯是指进行粗轧之后但未进行精轧之前的坯体状态；所述NM450级钢成品即为最终制得NM450级钢，较佳地，本申请实施例提供的NM450级钢的厚度为2.0-14.0mm。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述将铸坯依次进行加热和粗轧处理，得到中间坯具体包括：

将铸坯依次进行加热和粗轧处理，得到中间坯；

其中，加热的工艺参数包括：加热温度≥1250℃，加热时间≥0.5h，

粗轧的工艺参数包括：累计变形量＞80％，粗轧出口温度为950～1060℃，

所述中间坯的厚度与NM450级钢成品的厚度的比值≥3.5。

加热参数选择的原因是较高的加热温度和较长保温时间目的在于保证合金元素的碳氮化物充分溶解及奥氏体均匀化。

粗轧累计变形量＞80％的好处是使得材料发生充分的再结晶行为，细化晶粒，低于该范围带来的不利影响是再结晶不完全，晶粒粗大，造成材料强度和延伸率偏低，中间坯厚度与所述NM450级钢成品的厚度比值≥3.5好处是精轧阶段为未再结晶区轧制，大变形量保证奥氏体晶粒进一步细化，低于该范围带来的不利影响是奥氏体晶粒未充分细化，造成相变后组织晶粒粗大。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述精轧的工作参数包括：

末道次压下率≥10％，累计变形量为70％～80％，轧制速度3.0～8.0m/s，入口温度为950～1060℃，终轧温度为800～880℃。

精轧末道次压下率≥10％的好处是增大相变储能，增加相变形核点，细化晶粒，低于该范围带来的不利影响是相变速率变慢，晶粒粗化，精轧出口温度大于1060℃时，精轧阶段板坯处于部分再结晶区轧制，容易出现混晶；出口温度小于950℃时，精轧过程温降大，无法保证终轧温度，终轧温度为800～880℃，控制终轧温度是为了调控热轧组织并获得良好的热轧板卷质量。终轧温度大于880℃时，对于奥氏体晶粒细化有不利影响；终轧温度小于800℃时，精轧所需轧制力较大，轧制稳定性能差，容易出现事故。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述第一冷却的步骤包括：空冷和快速冷却；

所述空冷的工作参数包括：空冷时间为8～15s，空冷目标温度为630～750℃；

所述快速冷却的工作参数包括：快速冷却的冷却速度≥50℃/s。

通过控制空冷(即通过自然状态下的空气冷却)时间，使得轧后钢板进行两相区(Ar1-Ar3)，在两相区部分奥氏体转变为先共析铁素体，通过控制空冷后的温度和空冷时间，在空冷过程中Ti与C结合，析出部分TiC颗粒，提高基体的耐磨性能；后端超快冷的冷却速度≥50℃/s，冷却至马氏体相变区Ms～Mf(Ms为马氏体开始相变温度，Mf为马氏体相变结束温度)，即卷取温度。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述第二冷却的步骤包括：

将卷取后获得的轧卷进行保温1-5h后空冷至室温。

未相变的奥氏体经过超快冷后转变为马氏体组织及部分残余奥氏体，钢卷卷取后进入保温坑进行保温，使得过饱和的C元素由马氏体向残余奥氏体中扩散，起到温度残余奥氏体作用，使得最终得到组织为铁素体(F)+马氏体(M)+少量的残余奥氏体(RA)。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。

实施例1

本例提供一种NM450级钢的制备方法，其工艺流程图如图1所示，包括：

获得板坯，以质量分数计，所述板坯的化学成分为：

C:0.20～0.35％；Si:0.60～1.0％；Mn：2.5～4.0％；Nb:0.01～0.20％；Al:0.30～0.80％；P:≤0.005；S:≤0.005；Mo:0.10～0.30％；Ti:0.05～0.10％；N:≤0.004％；B:0.015-0.040％；其余为Fe及来自制备所述NM450级钢的杂质；

粗轧：所得板坯加热，温度为1250～1300℃，加热时间为3.0～5.0h，温度≥1250℃的时间≥0.5h，后粗轧，采用6道次轧制，累计变形量＞80％，粗轧出口温度为950～1060℃，中间坯厚度与所述NM450级钢的厚度比值≥3.5；

精轧：采用7道次轧制，末道次压下率≥10％，累计变形量为70％～80％，轧制速度3.0～8.0m/s，精轧入口温度为950～1060℃，终轧温度为800～880℃；

层流冷却：热轧结束后空冷8～15s，目标温度为630～750℃，后端快冷的冷却速度≥50℃/s，卷取温度为230～350℃；

冷却：卷取获得的热轧卷进入保温坑进行保温，保温时间1-5h，后出保温坑并空冷至室温。

基于上述制备方法，本发明提供7个典型的实施例，表1为各实施例中的钢成分，表2为本发明钢实施例的制造工艺。表3为本发明实施例钢的力学性能。

表1实施例化学成分

实施例	厚度	C	Si	Mn	P	S	Als	Nb	Ti	Mo	N
												1	3.0	0.25	0.85	2.86	0.004	0.0022	0.35	0.015	0.075	0.15	0.0032
2	4.0	0.23	0.66	3.55	0.003	0.0034	0.40	0.030	0.070	0.20	0.0031
												3	5.0	0.26	0.74	2.90	0.005	0.0043	0.53	0.028	0.073	0.18	0.0028
4	8.0	0.31	0.99	3.73	0.002	0.0024	0.73	0.013	0.090	0.22	0.0035
												5	10.0	0.24	0.69	3.53	0.003	0.0032	0.44	0.043	0.064	0.28	0.0025
6	12.0	0.28	0.99	3.65	0.001	0.0020	0.64	0.042	0.051	0.20	0.0035
												7	14.0	0.29	0.89	3.71	0.003	0.0040	0.52	0.064	0.057	0.25	0.0034

表2实施例制造工艺

表3实施例力学性能

附图2、3的详细说明：

图2和图3分别为实施例2的金相组织图和扫描电镜图，采用扫描电镜EBSD分析的残余奥氏体体积分数；图2中统计的铁素体体积分数为8％，马氏体体积分数为82％；图3中黑色部分为残余奥氏体，残余奥氏体体积分数10％。

综上所述，本申请实施例提供了一种NM450级钢，所述NM450级钢的性能参数包括：屈服强度≥1000MPa，抗拉强度≥1400MPa，延伸率≥10％，-20℃全尺寸冲击功≥50J，HBW为420～480。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种NM450级钢，其特征在于，所述NM450级钢的化学成分为：

C:0.20～0.35％；Si:0.60～1.0％；Mn：2.5～4.0％；Nb:0.01～0.20％；

Al:0.30～0.80％；P:≤0.005；S:≤0.005；Mo:0.10～0.30％；Ti:0.05～0.10％；

N:≤0.004％；B:0.015-0.040％；其余为Fe及来自制备所述NM450级钢的杂质；其中C、Si、Al、和Mo的质量百分数关系满足：1.2≤(C+Si+Al+Mo)≤2.45,以体积分数计，所述NM450级钢的金相组织包括：5～15％的铁素体，75～95％的马氏体，5～15％的残余奥氏体，所述NM450级钢的性能参数包括：屈服强度≥1000MPa，抗拉强度

≥1400MPa，延伸率≥10％，-20℃全尺寸冲击功≥50J，HBW为420～480,厚度为2.0-14.0mm；

所述NM450级钢的制备方法包括：

将铸坯进行加热和粗轧处理，得到中间坯；

将所述中间坯进行精轧、第一冷却、卷取和第二冷却，得到NM450级钢成品；

加热的工艺参数包括：加热温度≥1250℃，加热时间≥0.5h；

粗轧的工艺参数包括：累计变形量＞80％，粗轧出口温度为950～1060℃；

所述中间坯的厚度与NM450级钢成品的厚度的比值≥3.5；

所述第一冷却的步骤包括：空冷和快速冷却；

所述空冷的工作参数包括：空冷时间为8～15s，空冷目标温度为630～750℃；

所述快速冷却的工作参数包括：快速冷却的冷却速度≥50℃/s；

所述第二冷却的步骤包括：将卷取后获得的轧卷进行保温1-5h后空冷至室温。

2.根据权利要求1所述的NM450级钢，其特征在于，所述C的质量分数为0.31～0.35％；所述Si的质量分数为0.70～1.0％；所述Al的质量分数为0.36～0.80％。

3.一种权利要求1～2任一项所述的NM450级钢的制备方法，其特征在于，所述精轧的工作参数包括：

末道次压下率≥10％，累计变形量为70％～80％，轧制速度3.0～8.0m/s，入口温度为950～1060℃，终轧温度为800～880℃。

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