CN102676922A

CN102676922A - 低合金耐磨钢及其制造方法

Info

Publication number: CN102676922A
Application number: CN2012101461928A
Authority: CN
Inventors: 周平; 孙新军; 麻衡; 雍岐龙; 马光亭; 董瀚; 杨建勋; 夏志伟; 李昭东; 李生根
Original assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Laiwu Steel Group Yinshan Section Steel Co Ltd
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2032-05-11
Also published as: CN102676922B

Abstract

本发明公开了一种低合金耐磨钢及其制造方法。该低合金耐磨钢包含0.13-0.50wt.％的C、0.10-0.50wt.％的Si、0.30-1.50wt.％的Mn、0.125-0.40wt.％的V、0.05-0.30wt.％的Mo、低于0.020wt.％的P、低于0.010wt.％的S以及余量的Fe和不可避免的杂质。该低合金耐磨钢的成本低、强度系列化、低温韧性优异、焊接碳当量低，可广泛应用于要求高强度、高耐磨性能的工程、采矿、建筑、水泥生产、港口、电力以及冶金等机械产品上。

Description

低合金耐磨钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种耐磨钢，具体地说，本发明涉及一种V/Mo协同作用的低合金耐磨钢及其制造方法。

背景技术

耐磨钢板广泛应用于要求高强度、高耐磨性能的工程、采矿、建筑、水泥生产、港口、电力以及冶金等机械产品上，如推土机、装载机、挖掘机、自卸车及各种矿山机械、抓斗、堆取料机、输料弯曲结构等。现有耐磨板为了提高淬透性，获得沿钢板厚度方向组织和性能均匀的淬火马氏体组织，普遍采用较高的碳含量及合金元素含量，特别是含有较多的Mo、Ni、Cr等贵重合金元素，提高了钢板生产成本，恶化了焊接性能，对低温韧性也有不利影响。因此，低碳、低合金是耐磨钢板的一个重要发展趋势。研究表明，某些特定合金元素的组合对淬透性的影响存在“协同作用”，即多元少量合金元素对淬透性的影响明显大于单一合金元素的影响，尽管前者总量要少于后者。其中，特别是V/Mo的协同作用尤其明显。例如，P.L.Mangonon(Relativehardenability and interaction effects of Mo and V in 4330 alloy steel.Metall.Trans.13A(1982)319.)指出，中碳4340钢复合添加0.1％V和0.1％Mo对提高其淬透性的作用大于单一添加0.3％Mo的作用。这一点对于降低合金元素总添加量、降低生产成本及提高焊接性能具有重要意义。

然而，V/Mo协同作用尚未得到钢铁企业的充分重视和广泛应用。目前已公布的关于低合金耐磨钢板的专利文献(例如CN101555574A、CN101353763A)中尽管都涉及到了Cr、Ni、Mo等合金元素，但大都不含V或只含有微量V(不高于0.12wt％)；有些专利文献(例如CN1140205A、CN1710134A)涉及到大于0.2wt.％的较高V含量，但属于中合金钢或超高碳钢范畴。

总之，现有低合金耐磨钢没有充分利用V/Mo协同作用提高淬透性，其合金元素总添加量较高，因而钢材成本高，焊接性能较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够解决以上多个技术问题中的至少一个技术问题的低合金耐磨钢及其制造方法。

根据本发明的低合金耐磨钢的制造方法包括以下步骤：采用转炉或电炉冶炼低合金耐磨钢，然后采用连铸将低合金耐磨钢铸成坯或采用模铸将低合金耐磨钢铸成锭，所述低合金耐磨钢包含0.13-0.50wt.％的C、0.10-0.50wt.％的Si、0.30-1.50wt.％的Mn、0.125-0.40wt.％的V、0.05-0.30wt.％的Mo、低于0.020wt.％的P、低于0.010wt.％的S以及余量的Fe和不可避免的杂质；对铸成的坯或锭进行加热，加热温度为1100-1300℃，加热时间为1-5小时；采用中厚板轧机轧制、炉卷轧机轧制或热连轧将加热的坯或锭轧制成钢板；以及对钢板进行淬火和回火，淬火加热温度为Ac3+0～80℃并且在840-950℃的范围内，Ac3为加热过程中奥氏体转变终了温度，淬火加热时间为1-30分钟，回火温度为100-350℃，回火保温时间为10-60分钟，保温后空冷，其中，在中厚板轧机轧制步骤中，粗轧轧制3-8道次，精轧轧制5-14道次，终轧温度为750-950℃，轧后空冷或加速冷却，终冷温度为300-700℃，空冷过程中或加速冷却后对钢板进行矫直，在炉卷轧机轧制步骤中，粗轧轧制3-8道次，精轧轧制5-14道次，终轧温度为750-950℃，轧后空冷或加速冷却，经空冷或层流冷却后卷取成钢卷，卷取温度为300-700℃，将钢卷开平后剪切成钢板，并在矫直机上进行矫直，在热连轧步骤中，粗轧轧制3-8道次，将铸坯轧制成20-60mm厚度的中间坯，然后经6或7机架热连轧，终轧温度为750-950℃，轧后经空冷或层流冷却后卷取成钢卷，卷取温度为300-700℃，将钢卷开平后剪切成钢板，并在矫直机上进行矫直。

根据本发明的低合金耐磨钢包含0.13-0.50wt.％的C、0.10-0.50wt.％的Si、0.30-1.50wt.％的Mn、0.125-0.40wt.％的V、0.05-0.30wt.％的Mo、低于0.020wt.％的P、低于0.010wt.％的S以及余量的Fe和不可避免的杂质。

根据本发明的一个实施例，该低合金耐磨钢还包含0.005-0.04wt.％的Ti、0.0005-0.003wt.％的B和0.01-0.06wt.％的Al。

根据本发明的一个实施例，该低合金耐磨钢还包含不超过0.50wt.％的Cr、不超过0.50wt.％的Ni、不超过0.40wt.％的Cu、不超过0.05wt.％的Nb、0.005-0.04wt.％的Ti、0.0005-0.003wt.％的B、0.01-0.06wt.％的Al中的至少一种。

附图说明

图1是示出了本发明示例5的低合金耐磨钢板的微观组织的扫描电子显微照片。

图2是比较了传统耐磨钢、日本JFE公司新开发的高韧性耐磨钢(JFE-EH500LE)及本发明示例5的低合金耐磨钢板的-40℃纵向冲击功的示图。

图3示出了不同温度下的本发明示例5的低合金耐磨钢板的冲击功。

具体实施方式

本发明的低合金耐磨钢包含0.13-0.50wt.％的C、0.10-0.50wt.％的Si、0.30-1.50wt.％的Mn、0.125-0.40wt.％的V、0.05-0.30wt.％的Mo、低于0.020wt.％的P、低于0.010wt.％的S以及余量的Fe和不可避免的杂质。

为了进一步提高本发明的低合金耐磨钢的性能，本发明的低合金耐磨钢可进一步包含0.005-0.04wt.％的Ti、0.0005-0.003wt.％的B和0.01-0.06wt.％的Al。为了进一步提高本发明的低合金耐磨钢的性能，本发明的低合金耐磨钢可进一步包含不超过0.50wt.％的Cr、不超过0.50wt.％的Ni、不超过0.40wt.％的Cu、不超过0.05wt.％的Nb、0.005-0.04wt.％的Ti、0.0005-0.003wt.％的B、0.01-0.06wt.％的Al中的至少一种。

以下详细说明本发明的低合金耐磨钢中的各元素的作用或不利影响及选取各元素的上述限定量的理由。

碳(C)：作为最主要的固溶强化元素，对马氏体钢的强度和硬度起决定性的作用；此外，碳还显著提高钢的淬透性。根据本发明的低合金耐磨钢的碳含量范围为0.13-0.50wt.％，对应的布氏硬度(HBW)范围为360-600。如果碳含量低于0.13wt.％，则硬度不能满足高强耐磨板的要求；如果碳含量高于0.50wt.％，则钢的韧性和焊接性能恶化。

硅(Si)：钢中脱氧元素之一，同时具有较强的固溶强化作用，但过量的Si将恶化钢的韧性及焊接性能。综合上述考虑，本发明的低合金耐磨钢的硅含量范围为0.1-0.50wt.％。

锰(Mn)：明显提高钢的淬透性，同时具有一定的固溶强化作用。但Mn含量较高时，其在铸坯中的偏析倾向增加，钢的回火脆性敏感性增大，另外对焊接性能不利。基于上述原因，本发明的低合金耐磨钢的Mn含量范围为0.30-1.50wt.％。

钼(Mo)：显著提高钢的淬透性，减少回火脆性，提高钢的耐延迟断裂性能。Mo/V复合添加时上述作用效果还将增加。如果Mo含量低于0.05wt.％，则难以起到上述作用，如果Mo含量超过0.30wt.％，则作用效果达到饱和，且成本较高。因此，本发明的低合金耐磨钢的Mo含量范围为0.05-0.30wt.％。

钒(V)：钒在钢中以两种形式存在，即固溶于钢中的钒和碳氮化钒析出相。固溶钒能够明显提高钢的淬透性，特别是与Mo复合添加时其作用效果尤其显著。碳氮化钒析出相能够细化晶粒，同时还具有一定的沉淀强化作用，但在一定程度上会降低钢的淬透性。如果V含量低于0.125wt.％，则提高淬透性的效果不明显，如果V含量高于0.40wt.％，则作用效果饱和，且成本较高。因此，本发明的低合金耐磨钢的V含量范围为0.125-0.40wt.％。

铬(Cr)：提高钢的淬透性和耐大气腐蚀性能，但较高的Cr将降低焊接性能，所以其含量应控制在0.50wt.％以内。

镍(Ni)：提高钢的淬透性，明显改善低温韧性，提高钢的抗大气腐蚀性能，但其价格价高，应控制在0.50wt.％以内。

铜(Cu)：提高钢的淬透性和耐大气腐蚀性能，时效析出的纳米级Cu相粒子具有较强的沉淀强化作用，但含Cu钢由于表面选择性氧化而易于产生热脆问题。基于上述考虑，Cu含量控制在0.40wt.％以内。

铌(Nb)：固溶于奥氏体的Nb能够提高淬透性，Nb(C，N)析出相具有细化晶粒作用但降低淬透性。Nb含量应控制在0.05wt.％以内；如果Nb含量更高，则由于未溶Nb(C，N)数量增加反而对淬透性不利。

钛(Ti)：本发明的低合金耐磨钢中加入少量Ti是为了形成纳米级尺寸的TiN粒子，其可以细化铸坯加热过程中奥氏体晶粒。Ti含量应控制在0.005-0.04wt.％范围内。如果Ti含量低于0.005wt.％，则所形成的TiN数量稀少，细化晶粒作用很小；如果Ti含量高于0.04wt.％，将形成微米级尺寸的液析TiN，不仅无法细化晶粒，而且对钢板韧性有害。

硼(B)：强烈偏聚于奥氏体晶界及其它晶体缺陷处，加入微量B即可显著提高淬透性，但硼含量超过0.003wt.％后上述作用饱和，而且还可能形成各种对热加工性能和韧性不利的含B析出相。因此，本发明的低合金耐磨钢的硼含量应控制在0.0005-0.003wt.％范围内。

铝(Al)：铝是强脱氧元素，还可与N结合形成AlN，能够起到细化晶粒作用。因此，本发明的低合金耐磨钢的Al含量应控制在0.01-0.06wt.％范围内。

磷(P)和硫(S)：钢中杂质元素，显著降低塑韧性和焊接性能，其含量应分别控制在0.020wt.％和0.010wt.％以内。

本发明的低合金耐磨钢可以以钢板的形式存在。在这种情况下，可以采用冶炼、铸造、中厚板轧机轧制、炉卷轧机轧制或热连轧、热处理来制造本发明的低合金耐磨钢板。

在冶炼、铸造步骤中，可以采用转炉或电炉冶炼本发明的低合金耐磨钢(即，钢水)，然后采用连铸或模铸进行铸造。

进行中厚板轧机轧制、炉卷轧机轧制或热连轧之前，首先对连铸坯或铸锭进行加热。具体地讲，将连铸坯或铸锭开坯后在加热炉中加热，加热温度为1100-1300℃，时间为1-5小时，加热后进行轧制。在中厚板轧机轧制步骤中，粗轧轧制3-8道次，精轧轧制5-14道次，终轧温度为750-950℃，轧后空冷或加速冷却，终冷温度为300-700℃，空冷过程中或加速冷却后对钢板进行矫直。在炉卷轧机轧制步骤中，粗轧轧制3-8道次，精轧轧制5-14道次，终轧温度为750-950℃，轧后空冷或加速冷却，经空冷或层流冷却后卷取成钢卷，卷取温度为300-700℃，将钢卷开平后剪切成钢板，并在矫直机上进行矫直。在热连轧步骤中，粗轧轧制3-8道次，将铸坯轧制成20-60mm厚度的中间坯，然后经6或7机架热连轧，终轧温度为750-950℃，轧后经空冷或层流冷却后卷取成钢卷，卷取温度为300-700℃，将钢卷开平后剪切成钢板，并在矫直机上进行矫直。

热处理步骤包括淬火和回火。淬火加热温度为Ac3+0～80℃(Ac3为加热过程中奥氏体转变终了温度)，加热时间为1-30分钟。根据钢的不同成分其淬火加热温度也应该不同，但应控制在840-950℃范围内。钢板加热后可以水淬，但不限于此。回火温度为100-350℃，保温时间10-60分钟，保温后空冷。

在本发明的低合金耐磨钢中，采用V/Mo协同作用原理提高钢的淬透性，可以减少合金元素总添加量，由此制成的钢板具有成分简单、合金化成本低且低温韧性和焊接性能优异等特点。另外，在其它合金元素基本不变的情况下，通过改变碳含量可以获得不同的硬度，形成HBW360-600不同级别系列产品。

通过改变碳含量及采用合理的加热和轧制工艺、冷却制度、淬火和回火工艺等，可以获得不同级别的高强耐磨钢板。本发明的低合金耐磨钢的成本低、强度系列化、低温韧性优异、焊接碳当量低，可广泛应用于要求高强度、高耐磨性能的工程、采矿、建筑、水泥生产、港口、电力以及冶金等机械产品上。

下面结合示例对本发明的低合金耐磨钢及其制造方法做进一步的说明，但是本发明的低合金耐磨钢及其制造方法不限于此。

示例1-示例7

在示例1-示例7中，采用转炉冶炼、连铸成坯、将连铸坯加热后进行热连轧或中厚板轧机轧制，轧后对钢板进行淬火和回火处理。表1列出了示例1-示例7的低合金耐磨钢板的化学成分，表2列出了示例1-示例7的低合金耐磨钢板的制造方法的主要工艺参数(包括铸坯加热温度、终轧温度、终冷(或卷取)温度、淬火加热温度、回火温度)、力学性能(包括表面布氏硬度、-40℃纵向冲击功)以及厚度。其中，示例1-示例7的低合金耐磨钢板不含有Cr、Ni、Cu和Nb或含有极微量的Cr、Ni、Cu和Nb(其含量不会对钢的性质产生实质作用)。

表1

表2

图1是示出了示例5的低合金耐磨钢板的微观组织的扫描电子显微照片，显示微观组织为板条马氏体且原奥氏体晶粒尺寸较为细小。

图2比较了传统耐磨钢、日本JFE公司新开发的高韧性耐磨钢(JFE-EH500LE)及本发明示例5的低合金耐磨钢板的-40℃纵向冲击功，可见本发明的低合金耐磨钢板的冲击性能明显优于JFE-EH500LE。图2中JFE-EH500LE的数据来自于Murota Yasuhiro，Abe Takashi，HashimotoMasayuki.High performance steel plates for construction and industrialmachinery use，JFE Technical Report，5(2005)：60-65。

图3给出了不同温度下的示例5的低合金耐磨钢板的冲击功，可见本发明的低合金耐磨钢板的低温冲击韧性优异，-80℃冲击功仍高达约45焦耳。

Claims

1.一种低合金耐磨钢的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

采用转炉或电炉冶炼低合金耐磨钢，然后采用连铸将低合金耐磨钢铸成坯或采用模铸将低合金耐磨钢铸成锭，所述低合金耐磨钢包含0.13-0.50wt.％的C、0.10-0.50wt.％的Si、0.30-1.50wt.％的Mn、0.125-0.40wt.％的V、0.05-0.30wt.％的Mo、低于0.020wt.％的P、低于0.010wt.％的S以及余量的Fe和不可避免的杂质；

对铸成的坯或锭进行加热，加热温度为1100-1300℃，加热时间为1-5小时；

采用中厚板轧机轧制、炉卷轧机轧制或热连轧将加热的坯或锭轧制成钢板；以及对钢板进行淬火和回火，淬火加热温度为Ac3+0～80℃并且在840-950℃的范围内，Ac3为加热过程中奥氏体转变终了温度，淬火加热时间为1-30分钟，回火温度为100-350℃，回火保温时间为10-60分钟，保温后空冷，

其中，在中厚板轧机轧制步骤中，粗轧轧制3-8道次，精轧轧制5-14道次，终轧温度为750-950℃，轧后空冷或加速冷却，终冷温度为300-700℃，空冷过程中或加速冷却后对钢板进行矫直，

在炉卷轧机轧制步骤中，粗轧轧制3-8道次，精轧轧制5-14道次，终轧温度为750-950℃，轧后空冷或加速冷却，经空冷或层流冷却后卷取成钢卷，卷取温度为300-700℃，将钢卷开平后剪切成钢板，并在矫直机上进行矫直，

在热连轧步骤中，粗轧轧制3-8道次，将铸坯轧制成20-60mm厚度的中间坯，然后经6或7机架热连轧，终轧温度为750-950℃，轧后经空冷或层流冷却后卷取成钢卷，卷取温度为300-700℃，将钢卷开平后剪切成钢板，并在矫直机上进行矫直。

2.根据权利要求1所述的低合金耐磨钢的制造方法，其特征在于所述低合金耐磨钢还包含0.005-0.04wt.％的Ti、0.0005-0.003wt.％的B和0.01-0.06wt.％的Al。

3.根据权利要求1所述的低合金耐磨钢的制造方法，其特征在于所述低合金耐磨钢还包含不超过0.50wt.％的Cr、不超过0.50wt.％的Ni、不超过0.40wt.％的Cu、不超过0.05wt.％的Nb、0.005-0.04wt.％的Ti、0.0005-0.003wt.％的B、0.01-0.06wt.％的Al中的至少一种。

4.一种低合金耐磨钢，其特征在于包含0.13-0.50wt.％的C、0.10-0.50wt.％的Si、0.30-1.50wt.％的Mn、0.125-0.40wt.％的V、0.05-0.30wt.％的Mo、低于0.020wt.％的P、低于0.010wt.％的S以及余量的Fe和不可避免的杂质。

5.根据权利要求4所述的低合金耐磨钢，其特征在于所述低合金耐磨钢还包含0.005-0.04wt.％的Ti、0.0005-0.003wt.％的B和0.01-0.06wt.％的Al。

6.根据权利要求4所述的低合金耐磨钢，其特征在于所述低合金耐磨钢还包含不超过0.50wt.％的Cr、不超过0.50wt.％的Ni、不超过0.40wt.％的Cu、不超过0.05wt.％的Nb、0.005-0.04wt.％的Ti、0.0005-0.003wt.％的B、0.01-0.06wt.％的Al中的至少一种。

7.根据权利要求4所述的低合金耐磨钢，其特征在于所述低合金耐磨钢以钢板的形式存在。