一種650hb級耐磨鋼板及其製造方法

2023-04-23 02:46:21 1

專利名稱：一種650hb級耐磨鋼板及其製造方法
技術領域：
本發明涉及耐磨鋼，具體地說，本發明涉及一種650HB級耐磨鋼板及其製造方法。
背景技術：
在各種工程領域，當工程所使用的材料工作條件特別惡劣的情況下，往往需要使用硬度高的耐磨鋼板以減少設備的磨損量，延長設備的使用壽命。鋼板的耐磨性主要取決於其硬度，此外，鋼的韌性對鋼的使用壽命也有一定的影響。一般來說，鋼的硬度越高，其碳和合金的含量就越高，焊接性能也就越差，這就限制了高硬度耐磨鋼在工程上的廣泛應用。現有高硬度耐磨鋼大多為高碳、高合金耐磨鋼，如CN1132264A，其矽含量
I.0-1. 5wt. %，錳含量 I. 5-1. 9wt. %，為高 Si-高 Mn 成分體系。CN1189542A、CN1385549A和CN1132263A等也為類似成分體系。發現高Si-高Mn成分體系對耐磨鋼的韌性、機械加工性能和焊接性能十分不利。大量的碳和合金含量會嚴重惡化耐磨鋼的韌性、焊接性能和加工性能，影響耐磨鋼的實際應用效果，很大程度上限制了高硬度耐磨鋼在工程上的廣泛應用。

發明內容
本發明的目的在於提供一種650HB級耐磨鋼板及其製造方法，在控制碳及合金元素含量(尤其Si和Mn含量)基礎上實現高強、高硬和良好的韌性相匹配，並保證耐磨鋼板具有良好的應用性能，如機械加工、焊接性及耐磨性等，有益於耐磨鋼在工程上的廣泛應用。為達到上述目的，本發明的一種650HB級耐磨鋼板，其成分重量百分比為C 0. 45-0. 55 %, Si 0. 10-0. 35 %, Mn 0. 20-1. 00 %, P ^ O. 020 %, S ^ O. 010 %, Cr
O.20-1. 00%, Mo :0. 10-0. 80%, Ni :0. 50-2. 00%, Nb :0. 010-0. 080%, Ti :0. 001-0. 06%,Al 0. 010-0. 10%, B 0. 0005-0. 0040%, Mg 0. 001-0. 010%, Ca 0. 001-0. 010%，其中還同時滿足(Si+Mn) ^ I. 10%, (Cr+Mo) ^ O. 80%,O. 04%^ (Al+Ti)彡 O. 11%，餘量為 Fe 和不可避免的雜質。優選地，Si0. 10-0. 33%，更優選地，Si 0. 10-0. 30%。優選地，Mn0. 30-1. O %，更優選地，Mn 0. 35-0. 96%。優選地，P彡 O. 015%。優選地，S彡 O. 006%。優選地，Cr0. 30-1. O %，更優選地，Cr 0. 35-0. 99%。優選地，Mo0. 10-0. 70%，優選地，Mo 0. 15-0. 60%。優選地，Nb0. 01-0. 07%，優選地，Nb 0. 015-0. 065%。優選地，Ni0. 50-1. 80%，更優選地，Ni 0. 50-1. 60%。優選地，Ti0. 010-0. 05%，優選地，Ti 0. 015-0. 050%。
優選地，B0. 0010-0. 0030%，優選地，B 0. 0010-0· 0020%。優選地，Al:0. 02-0. 08%，優選地，Al 0. 020-0. 076% 優選地，Mg0. 001-0. 009%，優選地，Mg 0. 002-0. 009%。優選地，Ca0. 001-0. 009%，優選地，Ca 0. 002-0. 009%。 本發明中，除非另有指明，含量均為重量百分比含量。本發明的另一個目的是提供上述650HB級耐磨鋼板的製造方法，該方法包括冶煉、鑄造、加熱、軋制、冷卻、淬火和回火等步驟；其中，加熱步驟中，加熱溫度為1000-1300°C，保溫時間為90-240min ;軋制步驟中，採用自由軋制，軋後空冷；淬火步驟中， 淬火溫度為(Ac3-10) V -(Ac3+80) °C，淬火時間為30_120min ;回火步驟中，回火溫度為100-400°C，回火時間為 45-180min。優選地，在所述加熱過程中，加熱溫度為1080-1250°C，既可使合金元素充分溶解，又以防奧氏體晶粒過分長大及鋼坯表面嚴重氧化。優選地，淬火溫度為(Ac3+5) V -(Ac3+70) °C，淬火時間為30-90分鐘，出爐後水冷，有利於細化組織，提高強韌性。鋼中含有較高的碳及一定量的Si、Mn、Cr、Mo和Ni等合金元素，需要在高溫下充分固溶，但溫度不宜過高以防奧氏體晶粒過分長大及鋼坯表面嚴重氧化；Cr、Mo等元素可提高鋼板淬透性，在水冷條件下可以生產耐磨鋼厚板。優選地，回火溫度為130_300°C，回火時間為45-120分鐘，出爐後空冷。元素Cr、Mo等可以提高回火穩定性，保證鋼板的具有較高的硬度及韌性。更優選，回火溫度為150-260°C，回火時間為60-120分鐘空冷採用堆垛或冷床冷卻，可以減緩冷卻速度，防止鋼板開裂。本發明通過合理的成分設計以及特定的生產工藝製造的650HB級耐磨鋼板，與現有技術的耐磨鋼板比較，具有高硬度和較高的韌性，同時具有可焊性，適用於需要焊接的工程機械使用領域；本發明的650HB級耐磨鋼板可以進行切割、彎曲等機械加工，具有較強的應用性；由於本發明工藝中在鋼板淬火後進行低溫回火，既可消除淬火後鋼板的內應力，又可使鋼板保有較高的硬度和韌性；本發明的650HB級耐磨鋼板布氏硬度可達650HB，-20°C夏比V型縱向衝擊功可達40J以上，保證了鋼板在惡劣工況下仍具有優異的耐磨性能。


圖I為本發明實施例3的650HB級耐磨鋼板的顯微組織，由圖可知該鋼板的顯微組織為馬氏體；圖2是本發明的耐磨鋼進行焊接試驗中，斜Y坡口焊接裂紋試件的形狀和尺寸。
具體實施例方式以下通過結合實施例對本發明進行較為詳細的說明。本發明通過元素種類及含量如下科學設計，在添加少量合金元素基礎上實現了650HB級耐磨鋼板的高硬和良好的韌性的匹配，確保了鋼的高耐磨性。碳含量控制在O. 45-0. 55%範圍內。碳是耐磨鋼中最基本、最重要的元素，可以顯著提高鋼的強度和硬度，進而提高鋼的耐磨性。碳對鋼的韌性和焊接性能不利。因此，應合理控制鋼中的碳含量，在獲得高強度、高硬度的同時保證鋼板的韌性及焊接性能。
矽含量控制在O. 10-0. 35%範圍內。矽固溶在鐵素體和奧氏體中提高它們的硬度和強度，然而矽含量過高會導致鋼的韌性急劇下降。同時考慮到矽與氧的親和力比鐵強，焊接時容易產生低熔點的矽酸鹽，增加了熔渣和熔化金屬的流動性，影響焊縫質量，因此含量不易過多。矽含量過高會影響鋼板表面質量，降低使用性能。優選為，Si :0. 1-0. 33%，更優選地，Si 0. 15-0. 30%。錳含量控制在O. 20-1. 00%範圍內。錳強烈增加鋼的淬透性，降低馬氏體轉變溫度和鋼的臨界冷卻速度。但錳含量較高時，有使晶粒粗化的傾向，並增加鋼的回火脆敏感性，而且容易導致鑄坯中出現偏析 和裂紋，降低鋼板的力學性能和機械加工成型性能等。優選地，Mn 0. 30-1. O%，更優選地，Mn 0. 35-0. 96%。鉻含量控制在O. 20-1. 00%範圍內。鉻可以降低臨界冷卻速度、提高鋼的淬透性。鉻在鋼中可以形成(Fe，Cr)3C、(Fe, Cr)7C3和(Fe，Cr)23C7等多種碳化物，提高強度和硬度。鉻在回火時能阻止或減緩碳化物的析出與聚集，可以提高鋼的回火穩定性。優選地，Cr 0. 30-1. O %，更優選地，Cr 0. 35-0. 99%。鑰含量控制在O. 10-0. 80%範圍內。鑰可以細化晶粒，提高強度和韌性。鑰在鋼中存在於固溶體相和碳化物相中，因此，含鑰鋼同時具有固溶強化和碳化物彌散強化的作用。鑰是減小回火脆性的元素，可以提高回火穩定。優選地,Mo :0. 10-0. 70%，優選地，Mo
O.15-0. 60%。鎳含量控制在O. 50-2. 00%範圍內。鎳可以降低臨界冷卻速度、提高鋼的淬透性。鎳能與鐵以任何比例互溶，具有明顯降低冷脆轉變溫度的作用，對提高耐磨鋼的低溫韌性具有明顯的作用。但其含量過高易導致鋼板表面氧化皮難以脫落及成本增加，因此需控制其含量。優選地，Ni :0. 50-1. 80%，更優選地，Ni :0. 50-1. 60%。鈮含量控制在O. 010-0. 080%範圍內。Nb的細化晶粒和析出強化作用，對提高材料強韌性貢獻是極為顯著的，是強烈的C、N化物的形成元素，強烈地抑制奧氏體晶粒長大。Nb通過晶粒細化同時提高鋼的強度和韌性，Nb主要通過析出強化和相變強化來改善和提高鋼的性能。優選地，Nb :0. 010-0. 070%，更優選地，Nb :0. 015-0. 065%。鈦含量控制在O. 001-0. 10%範圍內。鈦是強碳化物形成元素之一，與碳形成細微的TiC顆粒。TiC顆粒細小，分布在晶界，達到細化晶粒的效果。鈦可以形成鈦氮化物，起到固定氮的作用。優選地，Ti :0. 010-0. 050%，更優選地，Ti 0. 015-0. 050% 鋁含量控制在O. 001-0. 10%範圍內。鋁和鋼中氮能形成細小難溶的AlN顆粒，細化顯微組織。鋁不僅是脫氧劑，還有促進亞穩定奧氏體形成的作用。鋁能抑制和延緩過冷奧氏體的碳化物分解，提高韌性。優選地，Al :0. 020-0. 080%，更優選地，Al :0. 020-0. 076%。硼含量控制在O. 0005-0. 004%範圍內。硼增加鋼的淬透性。硼對鋼淬火成馬氏體後的抗回火軟化作用沒有影響，含硼鋼需採取較低的回火溫度和較短的回火時間。鋼中的硼含量超過0.007%，將導致熱脆現象，影響鋼的熱加工性能。優選地，B:
O.0010-0. 0030%，更優選地，B 0. 0010-0. 0020%。鎂含量控制在O. 001 O. 01%範圍內。鎂與硫、氧有極大的親和力，可發生劇烈的冶金反應，去除鑄鋼中的硫和氧，減少鋼中的氧化物和硫化物夾雜。適量的鎂可使鋼中夾雜物變得細小、分散，它可以改善鋼的韌性。鎂加入過量，由於反應過於劇烈，將使上浮到鋼液表面的MgS、MgO等夾雜重新捲入鋼液中，對鋼的質量產生不利的影響。優選地，Mg O.001-0. 009%，更優選地，Mg 0. 002-0. 009%。鈣含量控制在O. 001-0. 010%範圍內。鈣對鑄鋼中夾雜物的變質具有顯著作用，鑄鋼中加入適量鈣可將鑄鋼中的長條狀硫化物夾雜轉變為球狀的CaS或(Ca，Mn) S夾雜，鈣所形成的氧化物及硫化物夾雜密度小，易於上浮排除。鈣還顯著降低硫在晶界的偏聚，這些都有益於提高鑄鋼的質量，進而提高鋼的性能。優選地，Ca :0. 001-0. 009%，更優選地，Ca
O.002-0. 009%，。磷與硫在耐磨鋼中，硫與磷均為有害元素，它們的含量要嚴格控制，本發明所涉及鋼種中磷含量小於O. 020%，硫含量小於O. 010%。優選地，P < 0.015%。優選地，S 彡 O. 006% ο矽、錳的部分作用相類似，可以部分取代，但矽、錳含量同時較高時，對焊接性能十分不利，因此又要加以限制，另外，加入適量的錳可以改善由高矽鋼的韌性，因此其含量限制在(Si+Mn) ( I. 10%範圍。 鑰是減小回火脆性的元素，可以提高回火穩定。鉻可以提高淬透性，但對韌性不利，需要加入適量的鑰進行調節，但鑰會增加成本，因此含量需要控制，綜合考慮含量控制在以下範圍(Cr+Mo) ^ O. 80%o鋁降低奧氏體的穩定性，減小奧氏體轉變時的過冷度，降低鋼的淬透性，提高臨界淬火冷卻速度。鈦均能形成細小顆粒進而細化晶粒，鋁可以與保證細小鈦顆粒的形成，充分發揮鈦的細化晶粒作用，故其範圍如下0. 04%彡(Al+Ti) ( O. 11%。本發明的650HB級耐磨鋼板的製造方法，包括，冶煉、鑄造、加熱、軋制、冷卻、淬火和回火等步驟；其中，加熱步驟中，加熱溫度為1000-1300°C，保溫時間為90-240min ;軋制步驟中，採用自由軋制，軋後空冷；淬火步驟中，淬火溫度為(Ac3-10) °〇到(Ac3+80) °C，保溫時間為30-120min ;回火步驟中，回火溫度為100-400°C，保溫時間為45_180min。優選地，在所述加熱過程中，加熱溫度為1080-1250°C，保溫時間為120_240min，既可使合金元素充分溶解，又以防奧氏體晶粒過分長大及鋼坯表面嚴重氧化。優選地，淬火溫度為(Ac3+5) V到(Ac3+70) V，淬火時間為30-90分鐘，出爐後水冷，有利於細化組織，提高強韌性。鋼中含有較高的碳及一定量的Si、Mn、Cr、Mo和Ni等合金元素，需要在高溫下充分固溶，但溫度不宜過高以防奧氏體晶粒過分長大及鋼坯表面嚴重氧化；Cr、Mo等元素可提高鋼板淬透性，在水冷條件下可以生產耐磨鋼厚板。優選地，回火溫度為130_300°C，回火時間為45-120分鐘，出爐後空冷。元素Cr、Mo等可以提高回火穩定性，保證鋼板的具有較高的硬度及韌性。更優選，回火溫度為150-260°C，回火時間為60-120分鐘。空冷採用堆垛或冷床冷卻，可以減緩冷卻速度，防止鋼板開裂。優選地，鋼板厚度為10-30_。實施例本發明實施例1-11的650HB級耐磨鋼板及對比鋼I的化學成分如表I所示。
權利要求
1.一種耐磨鋼板，其成分重量百分比為c 0. 45-0. 55 %，Si 0. 10-0. 35 %，Mn 0. 20-1. 00 %, P ^ O. 020 %, S ^ O. 010 %, Cr 0. 20-1. 00 %, Mo 0. 10-0. 80 %,Ni 0. 50-2. 00 %, Nb :0. 010-0. 080 %，Ti :0. 001-0. 06 %, Al :0. 010-0. 10 %, B O. 0005-0. 0040 %, Mg :0. 001-0. 01 %, Ca :0. 001-0. OlOwt. %，其中還同時滿足(Si+Mn) ^ I. 10%, (Cr+Mo) ^ 0. 80%,0. 04%^ (Al+Ti)彡 0. 11 %，餘量為 Fe 和不可避免的雜質。
2.如權利要求I所述的耐磨鋼板，其特徵在於，Si:0. 10-0. 33 %,優選地，Si O. 10-0. 30%。
3.如權利要求I或2所述的耐磨鋼板，其特徵在於，Mn:0. 30-1.0%，優選地，Mn035-0. 96%。
4.如權利要求1-3任一所述的耐磨鋼板，其特徵在於，P^O.0150%。
5.如權利要求1-4任一所述的耐磨鋼板，其特徵在於，S< O. 006%。
6.如權利要求1-5任一所述的耐磨鋼板，其特徵在於，Cr:0. 30-1. O %，優選地，Cr O. 35-0. 99%。
7.如權利要求1-6任一所述的耐磨鋼板，其特徵在於，Mo:0. 10-0. 70%，優選地，Mo O. 15-0. 60%。
8.如權利要求1-7任一所述的耐磨鋼板，其特徵在於，Ni:0. 50-1. 80%，優選地，Ni O.50-1. 60%。
9.如權利要求1-8任一所述的耐磨鋼板，其特徵在於，Nb:0. 010-0. 070%，優選地，Nb O.015-0. 065% ο
10.如權利要求1-9任一所述的耐磨鋼板，其特徵在於，Ti:0. 010-0. 050%，優選地，Ti :0. 015-0. 050% ο
11.如權利要求1-10任一所述的耐磨鋼板，其特徵在於，B:0. 0010-0. 0030%，優選地，B 0. 0010-0. 0020% ο
12.如權利要求1-11任一所述的耐磨鋼板，其特徵在於，Al:0. 020-0. 080%，優選地，Al 0. 020-0. 076% ο
13.如權利要求1-12任一所述的耐磨鋼板，其特徵在於，Mg:0. 001-0. 009%，優選地，Mg 0. 002-0. 009% ο
14.如權利要求1-13任一所述的耐磨鋼板，其特徵在於，Ca:0. 001-0. 009%，優選地，Ca 0. 002-0. 009% ο
15.如權利要求1-14任一所述的耐磨鋼板，其特徵在於，所述耐磨鋼板的硬度為650HB。
16.如權利要求1-15任一所述的耐磨鋼板的製造方法，包括如下步驟經冶煉、鑄造的鋼坯在1000-1300°C加熱並保溫90-240min後進行自由軋制，軋後空冷； 在(Ac3-10) V -(Ac3+80) °〇溫度淬火，保溫時間為30_120min ； 淬火後在100-400°C溫度回火，保溫時間為60-180min。
17.如權利要求16所述的耐磨鋼板的製造方法，其特徵在於，在所述加熱過程中，加熱溫度為 1080-1250°C。
18.如權利要求16或17所述的耐磨鋼板的製造方法，其特徵在於，所述軋制步驟中，軋後空冷採用堆垛或冷床冷卻。
19.如權利要求16-18任一所述的耐磨鋼板的製造方法，其特徵在於，淬火溫度為(Ac3+5) V -(Ac3+70) °C，出爐後水冷。
20.如權利要求16-19任一所述的耐磨鋼板的製造方法，其特徵在於，回火溫度130-300°C，出爐後空冷。
全文摘要
本發明涉及一種耐磨鋼板，其成分重量百分比為C0.45-0.55％，Si0.10-0.35％，Mn0.20-1.00％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr0.20-1.00％，Mo0.10-0.80％，Ni0.50-2.00％，Nb0.010-0.080％，Ti0.001-0.060％，Al0.010-0.10％，B0.0005-0.0040％，Mg0.001-0.010％，Ca0.001-0.010％，還同時滿足(Si+Mn)≤1.10％，(Cr+Mo)≥0.80％，0.04％≤(Al+Ti)≤0.11％，餘量為Fe和不可避免的雜質。其製造方法，包括冶煉、鑄造和鋼坯在1000-1300℃加熱、進行自由軋制，軋後空冷；在(Ac3-10)℃-(Ac3+g0)℃溫度淬火，然後在100-400℃溫度回火。得到的耐磨鋼板的硬度典型值為650HB，具有高強、高硬和良好的韌性相匹配，並保證耐磨鋼板具有良好的應用性能，如耐磨性、焊接性及機械加工等，有益於耐磨鋼在工程上的廣泛應用。
文檔編號C21D1/18GK102953016SQ20111024752
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月25日 優先權日2011年8月25日
發明者李紅斌, 姚連登 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司