CN102312174B - 一种非调质的高强耐磨钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非调质的高强耐磨钢及其生产方法。其化学成分的含量按重量百分比为：C：0.18％～0.23％、Si：0.51％～0.65％、Mn：1.26％～1.75％、P≤0.020％，S≤0.010％，Ni：0.26～0.55％、Cr：0.80～1.10％、Mo：0.40％～0.55％、Nb：0.03％～0.05％、V：0.04～0.06％、Ti：0.02～0.04％、B：0.001％～0.003％、Als：0.005％～0.04％，其余为Fe以及不可避免的杂质。其屈服强度波动范围为1180～1280MPa，抗拉强度波动范围为1420～1530MPa，布氏硬度为430～450。
Description
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，特别涉及到一种非调质的高强度耐磨用钢及其生产技术方法。
背景技术
在科学技术和现代工业高速发展的今天，机械设备的运转速度越来越高，许多工件和设备由于磨损而迅速失效，造成的材料浪费和经济损失相当惊人，耐磨材料的发展已成为影响现代生产效率的重要因素。耐磨钢广泛地应用于冶金、矿山、建材、电力、铁路和军事等各个部门中，如挖掘机斗齿、球磨机衬板、破碎机颚板、破碎壁、轧臼壁、拖拉机履带板、风扇磨冲击板和铁路道岔等等。
目前生产的耐磨钢综合性能较低，如较早的高锰耐磨钢，需要在强烈的冲击载荷或挤压载荷下受力表面被加工硬化，硬度提高才具有较好的耐磨性，其使用范围较窄；一些低合金耐磨钢因为碳当量较高而不利于焊接使用，且大都需要进行离线热处理，存在生产能耗大、生产效率低等问题，如以下几个专利：
武汉钢铁集团公司申请的名为“高抗拉强度的耐冲刷磨蚀钢及其生产方法”，专利号为CN 101381847A，提供一种抗拉强度为800Mpa左右的耐磨钢，含有Cr1.0～6.5％，使其成本较高；而且其1200℃左右的开轧温度，导致其奥氏体晶粒过分长大且能源消耗较多。
武汉钢铁集团公司申请的另一名为“一种超高强度耐磨钢及其生产方法”，公开号为CN 101250673A的专利，提供一种抗拉强度为1300Mpa左右的耐磨钢，具有较好的耐磨性，但其需要进行950℃淬火+500℃回火的调质工艺，生产能耗大、生产效率低。
日本NKK公司发明的“An abrasion resistant steel”欧洲专利，专利号为EP 0527276，该钢同时申请了“Abrasion-resistant steel”美国专利，专利号为US 5403410，该钢具有硬度值HB最大为503，抗拉强度约为1230MPa，因此具有优异的耐磨性能。但是该专利实施例中HB＞300级别耐磨钢的碳含量为0.19～0.34％，典型成分为0.30％，将导致钢材的冲击韧性和焊接性降低；而且该钢也采取了离线淬火工艺生产。
美国Armco公司申请的名为“Galling and wear resistant steelalloy”的美国专利，专利号为US 4494988，该钢HRC达到45左右，具有较好的耐磨性。但该钢含有较高的合金含量Cr4～6％，Ni4～6％，必将提高炼钢成本；而且该钢含有0.07％的P，将导致钢材的韧性下降，不利于加工和焊接。
由以上对比专利可知，目前可用于机械设备等构件的耐磨钢存在如下不足：1、需要进行热处理，生产工序复杂，工艺能耗大、成本高、生产节奏较低；2、含有较高的Cr、Ni等合金元素，生产成本较高；3、碳含量较高，降低钢的韧性，且不利于焊接。
发明内容
针对上述问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种成分设计合理、不需离线热处理、具有高强度、高耐磨性和易焊接性的耐磨钢板，其抗拉强度达到1530MPa左右，布氏硬度HB在450左右。技术方案具体如下：
本发明以较低的合金含量、不需热处理为基本特征，在本发明中，其化学成分的含量(Wt％)：C 0.18％～0.23％、Si 0.51％～0.65％、Mn 1.26％～1.75％、P≤0.020％，S≤0.010％，Ni 0.26～0.55％、Cr 0.80～1.10％、Mo 0.40％～0.55％、Nb 0.03％～0.05％、V 0.04～0.06％、Ti0.02～0.04％、B 0.001％～0.003％、Als 0.005％～0.04％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
本发明所以选择以上合金元素种类及其含量是因为：C：是影响低合金耐磨钢组织性能的关键元素，其变化幅度很大，碳含量不同可获得硬度和韧性的不同匹配关系，也是提高钢材硬度最便宜最直接的元素，但是高碳合金硬度高而韧性不足，也不利于结构件的焊接，低碳合金韧性较高而硬度偏低，本发明确定最适合的碳含量0.18％～0.23％；
Si：硅是炼钢脱氧的必要元素，具有一定固溶强化的作用。也能抑制第一类回火脆性，改善马氏体的回火稳定性，提高回火温度，获得较好性能，本发明硅的含量范围为0.51％～0.65％；
Mn：锰是提高强度和韧性的主要元素，能显著提高钢淬透性的元素，成本十分低廉，是主要添加元素，但Mn过高会使钢的延展性降低，本发明的含量限定在1.26％～1.75％；
Al：铝是脱氧元素，可以作为AlN形成元素，有效地细化晶粒，为了达到很好的脱氧效果本发明的Al含量的范围为0.005％～0.04％；
Ni：对钢的强度贡献较小，但钢中添加适当的Ni能显著改善钢的韧性，尤其是能显著提高钢的低温韧性，但含量超过一定值后效果就不再明显，故本发明中，Ni的含量控制在0.26％～0.55％；
Cr能扩大铁素体区，提高淬火硬化、耐蚀性的优点，但过高的Cr对韧性造成损害，故本发明中加入Cr含量为0.80％～1.10％；
Mo有提高硬度和耐磨性的作用，同时具有不降低钢的低温冲击功的优点，但含量过高会导致钢的脆化，本发明中的Mo含量为0.40％～0.55％；
Nb、V、Ti在钢中形成碳化物，能提高屈服强度、抗拉强度和硬度，但会使冲击功下降，所以一般不超过0.1％，本发明中含量分别为Nb0.03％～0.05％、V0.04％～0.06％、Ti0.02％～0.04％；
B能显著提高钢材的淬透性，但会降低钢材的冲击功，本发明的B的含量为0.001％～0.003％；
钢中杂质元素P≤0.020％，S≤0.010％，以减少杂质元素的有害作用。
以上是添加各种元素的含量范围以及作用，本发明生产布氏硬度为430～470的耐磨用钢所用的生产工艺特征如下：
经冶炼、浇铸成所需大小的钢锭，在中厚板轧机上进行轧制，轧前的加热温度控制在1200～1250℃以保证细小的奥氏体晶粒，保温90～120分钟，使奥氏体均匀化的同时起到轧后细化晶粒的作用。板坯开轧温度控制在1100～1150℃之间，二阶段开轧温度在900～950℃，终轧温度大于等于880℃，即刻入水进行快速冷却，冷却速度在27～47℃/S，开冷温度大于等于850℃，返红温度在120～300℃之间。
按上述方案生产的耐磨钢具有以下有益效果：1、不需要进行调质等热处理工艺，生产效率高、成本低；2、具有良好的冲击韧性，且具有良好的焊接性；3、具有较高的强度和硬度，屈服强度波动范围为1180～1280MPa，抗拉强度波动范围为1420～1530MPa，布氏硬度为430～450。
具体实施方式
本实施例采取200Kg真空感应电炉进行冶炼，浇铸成65Kg的钢锭，在500mm中厚板试验轧机上进行轧制，轧前的加热温度控制在1220℃，以保证细小的奥氏体晶粒，保温100分钟，然后出炉进行轧制。
本发明的化学成分及生产工艺，其熔炼成分如表1，本发明的实际工艺参数如表2，本发明的实物性能检验结果如表3。
表1 熔炼成分，Wt％
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Mo | Ti | Nb | V | B | AlS |
| 1 | 0.18 | 0.65 | 1.70 | 0.015 | 0.0044 | 0.93 | 0.49 | 0.44 | 0.038 | 0.051 | 0.05 | 0.0028 | 0.013 |
| 2 | 0.23 | 0.57 | 1.27 | 0.015 | 0.0097 | 1.05 | 0.505 | 0.508 | 0.036 | 0.036 | 0.061 | 0.0019 | 0.0145 |
| 3 | 0.21 | 0.51 | 1.48 | 0.014 | 0.0079 | 0.82 | 0.48 | 0.466 | 0.037 | 0.029 | 0.058 | 0.0012 | 0.0114 |
| 4 | 0.22 | 0.55 | 1.55 | 0.015 | 0.0091 | 1.00 | 0.50 | 0.50 | 0.035 | 0.036 | 0.051 | 0.0018 | 0.0143 |
| 5 | 0.21 | 0.53 | 1.49 | 0.014 | 0.0089 | 0.95 | 0.49 | 0.48 | 0.038 | 0.039 | 0.05 | 0.0014 | 0.0114 |
表2本发明实际工艺参数
表3本发明实物检验结果
Claims (1)
1.一种非调质的高强耐磨钢，其特征在于：其化学成分的含量按重量百分比为：C 0.18％～0.23％、Si 0.51％～0.65％、Mn 1.26％～1.75％、P≤0.020％，S≤0.010％，Ni 0.26～0.55％、Cr 0.80～1.10％、Mo 0.40％～0.55％、Nb 0.03％～0.05％、V 0.04～0.06％、Ti 0.02～0.04％、B 0.001％～0.003％、Als 0.005％～0.04％，其余为Fe以及不可避免的杂质；经冶炼、浇铸成钢锭后进行轧制，轧前的加热温度控制在1200～1250℃，保温90～120分钟，板坯开轧温度控制在1100～1150℃之间，二阶段开轧温度在900～950℃，终轧温度大于等于880℃，即刻入水进行快速冷却，冷却速度在27～47℃/S，开冷温度大于等于850℃，返红温度在120～300℃之间。
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