WO2020087961A1 - 一种80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板及其制造方法 - Google Patents

一种80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板及其制造方法，组分为：C0.18-0.20％、Si0.20-0.40％、Mn0.90-1.20％、P≤0.012％、S≤0.002％、Cr0.90-1.20％、Mo0.20-0.40％、Ni0.50-0.80％、Ti0.008-0.030％、Nb0.01-0.050％、V≤0.030％、B0.0008-0.0025％、Alt：0.02-0.06％、N≤0.0040％、H≤0.0002％，其余为Fe和不可避免的杂质。制造方法包括：铁水脱硫预处理-转炉冶炼-LF+RH精炼-连铸-铸坯堆垛缓冷-铸坯检验-铸坯判定-铸坯验收-铸坯加热-除磷-轧制-空冷-探伤-抛丸-淬火-回火-矫直-切割、取样-喷印标识-检验-入库。本发明获得钢板表面布氏硬度大于400HB，芯部布氏硬度大于330HB，-40℃低温冲击功≥20J。

Description

一种80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板及其制造方法 技术领域
本发明涉及耐磨钢制造领域，涉及一种大厚度耐磨钢板及其制造方法，具体的说是一种80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板及其制造方法。
背景技术
低合金耐磨钢广泛应用于工作条件恶劣的工程、采矿、建筑、农业、水泥、港口、电力以及冶金等机械装备制造，如推土机，装载机，挖掘机，自卸车，球磨机及各种矿山机械、抓斗、堆取料机、输料弯曲结构等。该类部件一般都在干湿交加的极其恶劣环境下工作，更换困难，要求钢板具有高的强度、硬度及优异的耐磨和耐蚀性能，良好的低温韧性以及良好的焊接性能等，以此来保证装备有更高的使用寿命。
低合金耐磨钢在生产中通常冲击韧性较低且不稳定，从而导致冲击条件下的钢板易断裂、耐磨性能差等问题。目前已经有不少关于低合金耐磨钢的专利报道，但对于大厚度NM400耐磨钢目前尚未有实质性的报道。且耐磨钢的硬度和低温韧性的匹配性较差，难以满足装备制造大型化、轻量化和长寿命化制造的需求。
公开号为CN 101880831 B的专利公开了一种高强度高韧性低合金耐磨钢及其制造方法，通过合理的成分设计，经过亚温淬火处理，得到合理的性能，但该专利公布的生产厚度为6-60mm，其布氏硬度为330HB以上，-20℃冲击韧性为50J以下，厚度较薄且没有评估-40℃ 冲击韧性。
考虑到性能最优的80mm的大厚度低合金耐磨钢板不仅要求较高的强度和硬度，还要求有良好的低温韧性，所有的要求均要易于生产且成本较低；现有技术中没有80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板及其制造方法相关技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板及其制造方法，该生产方法简单易行，生产工序流程短，成本低，生产出的80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板力学性能优良，大厚度，高强度，高硬度，良好的塑性，更重要的是80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板还具有良好的低温冲击性能，-40℃低温冲击功≥20J。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板，其按重量百分比计包括以下组分：C：0.18-0.20％、Si：0.20-0.40％、Mn：0.90-1.20％、P≤0.012％、S≤0.002％、Cr：0.90-1.20％、Mo：0.20-0.40％、Ni：0.50-0.80％、Ti：0.008-0.030％、Nb：0.01-0.050％、V≤0.030％、B：0.0008-0.0025％、Alt：0.02-0.06％、N≤0.0040％、H≤0.0002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
一种80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板的制造方法，包括以下流程：铁水脱硫预处理- 转炉冶炼-LF+RH精炼-连铸-铸坯堆垛缓冷-铸坯检验-铸坯验收-铸坯加热-除磷-轧制-空冷-探伤-抛丸-淬火-回火-矫直-切割、取样-喷印标识-检验-入库；将钢的组分按所需配比冶炼完成的钢水经过RH真空处理后进行连铸，连铸坯厚度320mm；对铸坯进行加热，加热段温度在1180-1220℃之间，均热段温度控制在1200-1250℃，在炉时间为352-450min，均热时间45-50min，出钢温度介于1180-1200℃之间；加热后进行两阶段控制轧制，第一阶段轧制最后三道次压下率均≥15％，第二阶段轧制要求累积压下率≥35％，第二阶段开轧温度≤960℃，第二阶段终轧温度930-940℃，待温铸坯厚度控制在≥112mm，最终轧制厚度为80mm，轧后空冷至室温；轧后进行离线热处理，淬火温度控制在900-930℃之间，升温速率为1.3±0.1min/mm，保温时间为45-50min，淬火钢板利用台车炉进行回火，回火温度控制在350-400℃，升温速率为40-45℃/h，保温时间为480-500min。
本发明的80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板的显微组织为回火马氏体组织，芯部组织中回火马氏体的含量大于50％。本发明的80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板的力学性能达到以下水平：屈服强度≥1000MPa，抗拉强度≥1050MPa，延伸率≥10％，-40℃ Akv冲击功值≥20J；显微组织为回火马氏体组织，芯部组织中回火马氏体的含量大于50％。
本发明的有益效果是：
1.本发明采用合理的成分设计、采用中碳和合金化的成分设计，并通过碳、锰、铬、镍、钼和铜等合金元素以及铌、钛等微合金元素的相互配合作用，控轧工艺生产厚度达到80mm的耐磨钢，通过合理的离线热处理工艺，获得良好的硬度和低温韧性匹配。
2.本发明80mm钢板采用高温大压下进行控轧，压缩比为4:1，且均热温度控制在1200℃左右，通过适当延长在炉时间来保证钢温整体均匀；
3.成品厚度为80mm，采用两阶段控制轧制，第一阶段轧制最后三道次压下率均≥15％，第二阶段轧制要求累积压下率≥35％，确保表面到心部组织无明显差异性。
4.本发明得到的组织主要为马氏体组织，主要通过马氏体的高硬度和良好的韧性来提高耐磨性能。
5.本发明得到的耐磨钢板的低温冲击韧性和冷弯成型性能良好，满足-40℃低温冲击韧性≥20J。
附图说明
图1为本发明实施例2的大厚度高韧性低合金耐磨钢表面金相组织照片；
图2为本发明实施例2的大厚度高韧性低合金耐磨钢1/4厚度处金相组织照片。
图3为本发明实施例2的大厚度高韧性低合金耐磨钢1/2厚度处金相组织照片。
具体实施方式
实施例1
本实施例是一种80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板，其按重量百分比计包括以下组分：C：0.18％、Si：0.20％、Mn：1.20％、P≤0.012％、S≤0.0015％、Cr：1.20％、Mo：0.20％、Ni：0.50％、Ti：0.008％、Nb：0.01％、V≤0.030％、B：0.0008％、Alt：0.035％， N≤0.0040％、H≤0.0002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板的制造方法，包括以下流程：铁水脱硫预处理-转炉冶炼-LF+RH精炼-连铸-铸坯堆垛缓冷-铸坯检验-铸坯验收-铸坯加热-除磷-轧制-空冷-探伤-抛丸-淬火-回火-矫直-切割、取样-喷印标识-检验-入库；
将钢的组分按所需配比冶炼完成的钢水经过RH真空处理后进行连铸，连铸坯厚度320mm；
对铸坯进行加热，加热段温度在1190℃，均热段温度控制在1200℃，在炉时间为400min，均热时间50min，出钢温度1185℃；加热后进行两阶段控制轧制，第一阶段轧制最后三道次压下率均≥15％，第二阶段轧制要求累积压下率≥35％，第二阶段开轧温度951℃，第二阶段终轧温度932℃，待温铸坯厚度控制在≥112mm，最终轧制厚度为80mm，轧后空冷至室温；
轧后进行离线热处理，淬火温度控制在910℃，升温速率为1.3min/mm，保温时间为48min，淬火钢板利用台车炉进行回火，回火温度控制在360℃，升温速率为40℃/h，保温时间为485min。
实施例2
本实施例是一种80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板，其按重量百分比计包括以下组分：C：0.19％，Si：0.30％，Mn：1.10％，P≤0.012％，S≤0.0015％，Cr：1.10％，Mo： 0.32％，Ni：0.70％，Ti：0.013％，Nb：0.013％，V≤0.030％，B：0.0013％，Alt：0.040％，N≤0.0040％、H≤0.0002％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本实施例的80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板的制造方法，包括以下流程：铁水脱硫预处理-转炉冶炼-LF+RH精炼-连铸-铸坯堆垛缓冷-铸坯检验-铸坯验收-铸坯加热-除磷-轧制-空冷-探伤-抛丸-淬火-回火-矫直-切割、取样-喷印标识-检验-入库；
将钢的组分按所需配比冶炼完成的钢水经过RH真空处理后进行连铸，连铸坯厚度320mm；
对铸坯进行加热，加热段温度在1200℃，均热段温度控制在1210℃，在炉时间为392min，均热时间48min，出钢温度1197℃；加热后进行两阶段控制轧制，第一阶段轧制最后三道次压下率均≥15％，第二阶段轧制要求累积压下率≥35％，第二阶段开轧温度937℃，第二阶段终轧温度937℃，待温铸坯厚度控制在≥112mm，最终轧制厚度为80mm，轧后空冷至室温；
轧后进行离线热处理，淬火温度控制在912℃，升温速率为1.2min/mm，保温时间为45min，淬火钢板利用台车炉进行回火，回火温度控制在375℃，升温速率为43℃/h，保温时间为480min。
实施例3
本实施例是一种80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板，其按重量百分比计包括以下组 分：C：0.20％、Si：0.40％、Mn：0.90％、P≤0.012％、S≤0.0015％、Cr：0.90％、Mo：0.40％、Ni：0.80％、Ti：0.030％、Nb：0.050％、V≤0.030％、B：0.0025％、Alt：0.035％、N≤0.0040％、H≤0.0002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板的制造方法，包括以下流程：铁水脱硫预处理-转炉冶炼-LF+RH精炼-连铸-铸坯堆垛缓冷-铸坯检验-铸坯验收-铸坯加热-除磷-轧制-空冷-探伤-抛丸-淬火-回火-矫直-切割、取样-喷印标识-检验-入库；
将钢的组分按所需配比冶炼完成的钢水经过RH真空处理后进行连铸，连铸坯厚度320mm；
对铸坯进行加热，加热段温度在1210℃，均热段温度控制在1250℃，在炉时间为380min，均热时间45min，出钢温度介于1190℃之间；加热后进行两阶段控制轧制，第一阶段轧制最后三道次压下率均≥15％，第二阶段轧制要求累积压下率≥35％，第二阶段开轧温度935℃，第二阶段终轧温度935℃，待温铸坯厚度控制在≥112mm，最终轧制厚度为80mm，轧后空冷至室温；
轧后进行离线热处理，淬火温度控制在910℃，升温速率为1.4min/mm，保温时间为46min，淬火钢板利用台车炉进行回火，回火温度控制在390℃，升温速率为45℃/h，保温时间为482min。
对实施例中的钢板的力学性能进行测试，其中强度按照GB/T228-2002金属材料室温拉 伸试验方法进行，低温冲击韧性按GB/T 229-2007金属夏比V型缺口冲击试验方法测定，硬度按照GB/T231.1-2009方法测定，性能测时结果见表1所示。
表1 本发明钢板的力学性能
Figure PCTCN2019093658-appb-000001
由表1可以看出，本发明的耐磨钢的表面布氏硬度大于400HB，芯部布氏硬度大于334HB，抗拉强度大于1000MPa，延伸率大于10％，-40℃冲击功大于20J，可见本发明涉及的耐磨钢具有良好的抗变形和耐磨性能，同时也具有较好的低温冲击韧性。
图1-3为实施例2回火后的钢的金相组织，从图中的组织可以看出，从表面到1/4处金相组织都为回火马氏体组织，1/2厚度处的回火马氏体组织的含量大于50％。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。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80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板，其特征在于：其按重量百分比计包括以下组分：C：0.18-0.20％、Si：0.20-0.40％、Mn：0.90-1.20％、P≤0.012％、S≤0.002％、Cr：0.90-1.20％、Mo：0.20-0.40％、Ni：0.50-0.80％、Ti：0.008-0.030％、Nb：0.01-0.050％、V≤0.030％、B：0.0008-0.0025％、Alt：0.02-0.06％、N≤0.0040％、H≤0.0002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
  2. 如权利要求1所述的80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板，其特征在于：其按重量百分比计包括以下组分：C：0.18％、Si：0.20％、Mn：1.20％、P≤0.012％、S≤0.0015％、Cr：1.20％、Mo：0.20％、Ni：0.50％、Ti：0.008％、Nb：0.01％、V≤0.030％、B：0.0008％、Alt：0.035％，N≤0.0040％、H≤0.0002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
  3. 如权利要求1所述的80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板，其特征在于：其按重量百分比计包括以下组分：C：0.19％，Si：0.30％，Mn：1.10％，P≤0.012％，S≤0.0015％，Cr：1.10％，Mo：0.32％，Ni：0.70％，Ti：0.013％，Nb：0.013％，V≤0.030％，B：0.0013％，Alt：0.040％，N≤0.0040％、H≤0.0002％，余量为Fe及不可避免的杂质。
  4. 如权利要求1所述的80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板，其特征在于：其按重量百分比计包括以下组分：C：0.20％、Si：0.40％、Mn：0.90％、P≤0.012％、S≤0.0015％、Cr：0.90％、Mo：0.40％、Ni：0.80％、Ti：0.030％、Nb：0.050％、V≤0.030％、B：0.0025％、Alt：0.035％、N≤0.0040％、H≤0.0002％，其余为Fe和不可避免的杂质。
  5. 如权利要求1-4中任一权利要求所述的80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板，其特征 在于：所述耐磨钢板的力学性能达到以下水平：屈服强度≥1000MPa，抗拉强度≥1050MPa，延伸率≥10％，-40℃ Akv冲击功值≥20J；显微组织为回火马氏体组织，芯部组织中回火马氏体的含量大于50％。
  6. 如权利要求1-4中任一权利要求所述的80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板，其特征在于：所述耐磨钢板的显微组织为回火马氏体组织，芯部组织中回火马氏体的含量大于50％。
  7. 如权利要求1-4中任一权利要求所述的80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板的制造方法，所述方法包括以下流程：铁水脱硫预处理-转炉冶炼-LF+RH精炼-连铸-铸坯堆垛缓冷-铸坯检验-铸坯验收-铸坯加热-除磷-轧制-空冷-探伤-抛丸-淬火-回火-矫直-切割、取样-喷印标识-检验-入库；其特征在于：
    将钢的组分按所需配比冶炼完成的钢水经过RH真空处理后进行连铸，连铸坯厚度320mm；
    对铸坯进行加热，加热段温度在1180-1220℃之间，均热段温度控制在1200-1250℃，在炉时间为352-450min，均热时间45-50min，出钢温度介于1180-1200℃之间；加热后进行两阶段控制轧制，第一阶段轧制最后三道次压下率均≥15％，第二阶段轧制要求累积压下率≥35％，第二阶段开轧温度≤960℃，第二阶段终轧温度930-940℃，待温铸坯厚度控制在≥112mm，最终轧制厚度为80mm，轧后空冷至室温；
    轧后进行离线热处理，淬火温度控制在900-930℃之间，升温速率为1.3±0.1min/mm，保 温时间为45-50min，淬火钢板利用台车炉进行回火，回火温度控制在350-400℃，升温速率为40-45℃/h，保温时间为480-500min。
  8. 如权利要求6所述的80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板的制造方法，其特征在于：将钢的组分按所需配比冶炼完成的钢水经过RH真空处理后进行连铸，连铸坯厚度320mm；
    对铸坯进行加热，加热段温度在1190℃，均热段温度控制在1200℃，在炉时间为400min，均热时间50min，出钢温度1185℃；加热后进行两阶段控制轧制，第一阶段轧制最后三道次压下率均≥15％，第二阶段轧制要求累积压下率≥35％，第二阶段开轧温度951℃，第二阶段终轧温度932℃，待温铸坯厚度控制在≥112mm，最终轧制厚度为80mm，轧后空冷至室温；
    轧后进行离线热处理，淬火温度控制在910℃，升温速率为1.3min/mm，保温时间为48min，淬火钢板利用台车炉进行回火，回火温度控制在360℃，升温速率为40℃/h，保温时间为485min。
  9. 如权利要求6所述的80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板的制造方法，其特征在于：将钢的组分按所需配比冶炼完成的钢水经过RH真空处理后进行连铸，连铸坯厚度320mm；
    对铸坯进行加热，加热段温度在1200℃，均热段温度控制在1210℃，在炉时间为392min，均热时间48min，出钢温度1197℃；加热后进行两阶段控制轧制，第一阶段轧制最后三道次压下率均≥15％，第二阶段轧制要求累积压下率≥35％，第二阶段开轧温度937℃，第二阶段终轧温度937℃，待温铸坯厚度控制在≥112mm，最终轧制厚度为80mm，轧 后空冷至室温；
    轧后进行离线热处理，淬火温度控制在912℃，升温速率为1.2min/mm，保温时间为45min，淬火钢板利用台车炉进行回火，回火温度控制在375℃，升温速率为43℃/h，保温时间为480min。
  10. 如权利要求6所述的80mm大厚度高韧性低合金耐磨钢板的制造方法，其特征在于：将钢的组分按所需配比冶炼完成的钢水经过RH真空处理后进行连铸，连铸坯厚度320mm；
    对铸坯进行加热，加热段温度在1210℃，均热段温度控制在1250℃，在炉时间为380min，均热时间45min，出钢温度介于1190℃之间；加热后进行两阶段控制轧制，第一阶段轧制最后三道次压下率均≥15％，第二阶段轧制要求累积压下率≥35％，第二阶段开轧温度935℃，第二阶段终轧温度935℃，待温铸坯厚度控制在≥112mm，最终轧制厚度为80mm，轧后空冷至室温；
    轧后进行离线热处理，淬火温度控制在910℃，升温速率为1.4min/mm，保温时间为46min，淬火钢板利用台车炉进行回火，回火温度控制在390℃，升温速率为45℃/h，保温时间为482min。
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