CN103266269A - 一种hb500级热连轧高强耐磨钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

一种HB500级热连轧高强耐磨钢，其组分及含量为：C:0.21～0.30％，Si:≤0.20％，Mn:0.8～1.60％，P:≤0.015％，S:≤0.005％，Mo：0.10～0.40％，Ti:0.050～0.20％，B：0.0005～0.0030％，N≤0.0050%，并满足：Ti/N≥10,Mo/Ti≥2；生产步骤：冶炼并连铸成坯；对铸坯直接加热；连续轧制；卷取；精整切分；热处理炉加热保温；用辊压式淬火机淬火；水冷至室温；低温回火并空冷至室温。本发明生产成本较低，热处理后钢板布氏硬度达到480～520，-40℃KV₂≥30J，且钢板板形优良，长度方向不平度≤13mm/1000mm；钢板冷弯成型性良好。

Description

一种HB500级热连轧高强耐磨钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及耐磨钢及其生产方法，具体地属于HB500级热连轧高强耐磨钢及其生产方法。

背景技术

耐磨钢是广泛用于冶金、矿山、建材、电力、铁路和军事等各种磨损工况的一类耐磨材料，是目前我国工程机械行业最重要的钢种之一。近年来，随着制造业的发展，薄规格高强耐磨钢成为新的需求方向。由于耐磨钢工作环境较为恶劣，要求其必须具备足够的硬度抵御磨损，同时具备一定的韧性防止冲击破坏，此外薄规格高强耐磨钢热处理后还必须保证良好的板形以及优良的冷弯成型性能以满足加工需求。 

目前国内外耐磨钢的生产技术发展较快，已形成***的标准体系与完善的产品系列。但在这些钢种中，为保证良好的力学性能，通常通过加入Ni、Cr、Nb、V等贵重合金来实现，如经检索的：

中国专利申请号为的CN201010185080专利文献，其公开了一种500HB级耐磨钢板，其化学元素质量百分配比为：C：0.23～0.33％；Si：0.10～0.50％、Mn：0.50～1.50％、Cr≤1.50％；Mo≤0.80％、Al：0.01～0.10％、Ti：0.01～0.10％、B：0.0005～0.0040％、RE：0.01～0.08％、Ca：0.002～0.010％、Ni≤2.50％、P≤0.050％、S≤0.030％、余量为Fe和其他不可避免的杂质；且上述各化学元素的质量百分含量满足：1.50％≥(Si+Mn)≥0.50％；0.15％≥(Al+Ti)≥0.03％。加工步骤为：冶炼、铸造、加热、轧制、冷却、淬火、回火。通过该方法制得的钢板具有良好的机械加工性能，且硬度能够达到508-523HB以上，-20℃夏比纵向冲击功48-73J。

中国专利申请号为CN200910090637的专利文献，其公开了一种低合金超高硬度耐磨钢板生产工艺方法，具体来说，将轧后的钢板进行强化控制冷却，开冷温度为850～780℃，冷却速度控制在15～30℃/s，终冷温度350～550℃；之后空冷至室温，再加热10min～120min淬火至室温，淬火温度为950～900℃；对淬火后的钢板进行100～400℃回火，回火时间在20min～180min。成分按重量百分比为C：0.2～0.25％、Si：0.3～2.0％、Mn：1.5～1.9％、Cr：0.7～1.4％、B：0.002～0.005％、Ni≤0.5％、Mo≤0.4％、Nb≤0.1％、V≤0.07％、Ti≤0.04％、合金总量小于6％，其余为Fe和不可避免的杂质，钢板厚度为10-50mm，硬度大于500HB。

中国专利申请号为CN201210002787的专利文献，其公开了一种高强度耐磨钢板及其制备方法,该钢板包括如下组分(wt％)：C 0.28～0.35％、Si 0.10～0.60％、Mn 0.7～1.0％、P≤0.025％、S≤0.010％、Cr 0.4～0.8％、Mo 0.10～0.60％、Nb 0.01～0.05％、V 0.01～0.08％、Ti 0.005～0.05％、B 0.001～0.003％、其余为Fe和杂质；该制备方法包括冶炼、连铸、控轧、在线淬火和低温回火等工序。本发明通过对合金成分及生产工艺进行合理设计，制得的产品布氏硬度值＞500HB，硬度分布均匀，-20℃冲击韧性≥24J，微观组织为回火马氏体，焊接、冷弯性能和钢板板型均良好，且生产工艺简单，周期短，成本低，可广泛用于工程机械制造。

中国专利申请号为CN201110326202.1的专利文献，其公开了《一种布氏硬度为470～520的装载机和挖掘机铲刀刃用钢及生产方法》。其化学成分及重量百分比为：C 0.26～0.35％、Si≤0.20～0.50％、Mn 1.0～1.50％、P≤0.020％、S≤0.015％、Cr 0.20～0.70％、Ti 0.020～0.06％、Mo≤0.35％、B 0.0005～0.0050％、Cu≤0.3％、As≤0.018％、其余为Fe及不可避免的杂质。生产步骤：进行铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空处理，全流程保护浇注成连铸坯；连铸坯加热；初轧；精轧；待用（淬火；回火）。本发明成分简单，工艺稳定，力学性能优异，性价比高，焊接性能好，调质钢板可在不预热时直接焊接，且冷弯性能好，-40℃KV₂≥18-36J。

上述的现有技术，均不同程度地添加了Ni、Cr、Nb、V贵重合金，导致了生产成本的增加与资源的浪费；并且上述钢种的产品规格集中在单张轧制中厚板产品（即厚度规格≥15mm）,小于15mm厚的热连轧薄板产品未曾涉及。

     本专利的主要技术特点是以C、Mn作为基本元素，利用价格相对低廉的Ti作为主要强化元素，添加少量的Mo控制Ti析出物尺寸，再配合微量的B提高钢板淬透性，通过Mo、Ti的复合作用，在轧制、热处理过程中得到大量弥散分布的纳米尺寸（5-10nm）的含Ti析出物，提高钢板的强韧性，钢板合金成本较低。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术金属元素多，添加贵重元素多，生产成本高的不足，提供一种能在保证钢板的硬度、强度等力学性能的前提下，不仅使用金属元素少，贵重元素除Mo外均为普通元素，生产成本能降低20%的HB500级热连轧高强耐磨钢及其生产方法。

实现上述目的的措施：

一种HB500级热连轧高强耐磨钢，其组分及重量百分比含量为：C:0.21～0.30％，Si: ≤0.20％，Mn:0.8～1.60％，P:≤0.015％，S:≤0.005％，Mo：0.10～0.40％，Ti:0.050～0.20％，B：0.0005～0.0030％，N ≤0.0050%，其余为Fe和不可避免的杂质，并满足：Ti/N≥10,Mo/Ti≥2。

优选的：C：0.24～0.30%，Si:≤0.08％，Mn: 0.9～1.40%，Mo：0.15～0.40%，Ti: 0.06～0.15%，B：0.0005～0.0020%。

生产一种HB500级热连轧高强耐磨钢的方法，其步骤：

1）冶炼并连铸成坯；

2）对铸坯加热：下线铸坯直接入加热炉，控制入炉温度不低于700℃，加热温度为1280～1350℃，加热时间在150～180分钟；

3）进行连续轧制，控制粗轧出口温度在1030～1070℃，精轧终轧温度在800～840℃；

4）进行卷取，控制卷取温度在480～520℃；

5）进行精整切分；

6）在热处理炉进行加热保温，加热温度870～890℃，保温时间为：以毫米为单位的板厚H+20毫米之和的数据，时间单位为分钟；

7）采用辊压式淬火机进行淬火，淬火温度控制在870～890℃；

8）水冷至室温，喷水射流角度控制在20～30°，并控制钢板上下表面的水量比在0.6～0.9；

9）进行低温回火，回火温度控制在180℃～220℃，回火保温时间为：以毫米为单位的板厚H+70毫米之和的数据，时间单位为分钟；回火保温结束后，空冷至室温。

本发明中合金元素及主要工艺点的作用机理

C：本发明钢中C的含量为0.21-0.30%, C是钢中不可缺少的提高钢材强度的元素之一，为了保证高韧性、优良的焊接性及冷成型等，将C含量限制在0.21-0.30%之间，既可保证钢的强度又适合生产操作。

Mn：是提高钢的抗拉强度和屈服强度的元素，它并不显著恶化钢的变形能力。一般说来，Mn含量在2%以下对提高焊缝金属的韧性是有利的。为了保证钢的强度以及淬透性， Mn含量选择在0.8～1.6%。。

Si：Si对钢的强度有一定的强化效果，但是，Si对钢的塑性和韧性是有害的，必须控制其在钢中的含量。 

P，S：P在钢中具有容易造成偏析、恶化焊接性能、限制降低钢的低温冲击韧性、提高韧脆转变温度等不利影响。而是则与容易与钢中的Mn结合形成MnS夹杂，从而影响钢的低温冲击韧性。因此，本发明中，应尽量减少P、S元素对钢性能的不利影响，因而将其控制在P≤0.015%，S＜0.005%。

Mo：Mo能有效延长珠光体转变的孕育期，使铁素体和珠光体区域右移，但对贝氏体相变的影响很小。Mo能降低碳化物形成元素如Ti等的扩散能力，从而阻碍碳化物的形成，推迟碳化物的析出过程,有效的增加钢种纳米尺寸的TiC析出物数量。

Ti：Ti是本发明的主要合金元素，加入Ti元素可以起到弥散强化和细化晶粒的作用，Ti在连铸连轧钢流程中的析出情况如下：1）在连铸和冷却阶段，以TiN和液析（约占总Ti含量的15%）；2）在均热阶段；TiN粒子粗化；3）连轧阶段，TiC在奥氏体中变形诱导析出；4）层冷阶段发生TiC相间析出；5）卷取阶段TiC在铁素体中析出。实验证明，Ti在铁素体中析出的粒子尺寸明显小于奥氏体中析出粒子的尺寸，强化效果更明显，所以更希望得到卷取过程中析出的细小TiC，因此控制Ti的析出阶段和粒子尺寸是合理利用Ti的关键。

B： B可显著提高钢的淬透性，但加入过量的B会在晶界富集对钢的韧性不利，因此其含量控制在0.0005～0.0020％。

N: 钢中的N可与Ti结合，在连铸过程中形成大颗粒的TiN，在随后的铸坯加热过程中，这种TiN颗粒基本不溶解，对性能造成不利影响，同时也减少了对性能有利的纳米级TiC的析出量，因此冶炼过程中必须低N控制，N含量控制在0.0050%以下。

Ti/N：钢种Ti首先与N结合形成TiN，为保证剩余Ti与C结合获得足够的弥散析出TiC质点，充分发挥Ti的析出强化作用，钢中Ti与N的化学配比Ti/N≥10。

Mo/Ti≥2: Mo元素的添加可细化了钢中含Ti析出相的尺寸，更为重要的是Mo直接参与了析出相的析出从而增加了析出相的数量，同时还可抑制或大幅度减慢析出相在奥氏体温度下的长大。，Mo、Ti的复合加入得到的细小纳米尺寸（5-10nm）的析出相得含量明显高于单一加入Ti的钢。为保证足够的Mo元素参与含Ti析出物析出，得到对强韧性有利的细小纳米尺寸析出相并在随后的加热过程中抑制其长大，钢中Mo/Ti的化学成分配比必须≥2。

在工艺中：通过连铸坯下线直装工艺（连铸坯表面温度≥700℃），可大幅节约能源，同时高温时铸坯塑性较好，可有效防止铸坯冷却过程中热应力释放不充分导致的断坯事故；较低的精轧终轧温度（精轧终轧温度800-840℃）可保证本发明钢板在未再结晶区轧制时获得扁平化的奥氏体晶粒，获得较大的形变储能；较低的卷取温度（480～520℃）可细化晶粒同时减小卷取过程中Ti-Mo复合析出相的尺寸；合适的淬火温度（870-890℃）和保温时间可保证钢板完全奥氏体化，同时奥氏体晶粒不发生长大，可在淬火过程中获得细小的板条马氏体；淬火过程喷水射流角度控制在20～30°之间并控制钢板上下表面的水量比在0.6～0.9，可有效控制钢板上下表面变形，保证淬火后钢板不平度；合适的回火温度（回火温度控制在180-220℃）与保温时间可减少淬火应力，提高钢板韧性，最终获得强韧性匹配的钢板。

本发明与传统高强耐磨钢相比具有以下优点：   

（1）性价比高，与传统高强耐磨钢Ni、V、Nb作为主要合金元素相比，采用了成本相对低廉的Ti作为主要合金元素配合少量Mo元素，使得生产成本较低，具有良好的经济效益和社会效益；

（2）经热处理后，钢板布氏硬度达到480～520，-40℃KV₂≥30J，完全满足用户使用要求；

（3）经热处理后钢板板形优良，长度方向不平度≤13mm/1000mm；

（4）钢板冷弯成型性良好，采用B=30mm冷弯试样，横向冷弯D=4a弯曲180°合格。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的化学成分取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要轧制工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例热处理工艺列表；

表4 为本发明各实施例及对比例力学性能检验结果。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

其步骤：

1）冶炼并连铸成坯；

2）对铸坯加热，连铸机下线铸坯直接入炉，控制入炉温度不低于700℃，加热温度为1280～1350℃，加热时间在150～180分钟；

3）进行连续轧制，控制粗轧出口温度在1030～1070℃，精轧终轧温度在800～840℃；

4）进行卷取，控制卷取温度在480～520℃；

5）进行精整切分；

6）钢板入热处理炉进行加热保温，加热温度870～890℃，保温时间为：以毫米为单位的板厚H+20毫米之和的数据，时间单位为分钟；

7）采用辊压式淬火机进行淬火，淬火温度控制在870～890℃；

8）水冷至室温，，喷水射流角度控制在20～30°之间并控制钢板上下表面的水量比在0.6～0.9；

9）进行低温回火，回火温度控制在180℃～220℃，回火保温时间为：以毫米为单位的板厚H+70毫米之和的数据，时间单位为分钟；回火保温结束后，空冷至室温。

表1 本发明各实施例及对比例化学成分（Wt%）

序号	C	Si	Mn	P	S	Mo	Ti	B	N	Ti/N	Mo/Ti
												1	0.30	0.02	0.90	0.015	0.004	0.24	0.12	0.0009	0.0031	38	2.0
2	0.28	0.02	1.05	0.011	0.001	0.32	0.15	0.0030	0.0042	36	2.1
												3	0.25	0.08	1.40	0.013	0.002	0.15	0.06	0.0027	0.0028	28.5	2.5
4	0.24	0.05	1.21	0.006	0.002	0.28	0.12	0.0012	0.0036	33	2.3
												5	0.24	0.05	1.37	0.011	0.005	0.40	0.08	0.0018	0.0050	16	5.0
6	0.27	0.07	1.13	0.008	0.001	0.36	0.13	0.0005	0.0043	30	2.76
												对比1	0.25	0.06	1.20	0.012	0.003	—	0.10	0.0020	0.0035	29	—
对比2	0.23	0.03	1.18	0.014	0.004	0.30	0.02	0.0022	0.0040	5	15

表2 本发明各实施例及对比例热连轧工艺

表3    本发明各实施例及对比例热处理工艺

表4 本发明各实施例及对比例性能试验结果

   注：8mm、10mm钢板冲击韧性测试采用7.5*10*55mm非标准试样。 

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (3)

1.一种HB500级热连轧高强耐磨钢，其组分及重量百分比含量为：C:0.21～0.30％，Si: ≤0.20％，Mn:0.8～1.60％，P:≤0.015％，S:≤0.005％，Mo：0.10～0.40％，Ti:0.050～0.20％，B：0.0005～0.0030％，N ≤0.0050%，其余为Fe和不可避免的杂质，并满足：Ti/N≥10,Mo/Ti≥2。

2.如权利要求1所述的一种HB500级热连轧高强耐磨钢，其特征在于：C：0.24～0.30%，Si:≤0.08％，Mn: 0.9～1.40%，Mo：0.15～0.40%，Ti: 0.06～0.15%，B：0.0005～0.0020%。

3.生产权利要求1所述的一种HB500级热连轧高强耐磨钢的方法，其步骤：

1）冶炼并连铸成坯；

2）对铸坯加热：下线铸坯直接入加热炉，控制入炉温度不低于700℃，加热温度为1280～1350℃，加热时间在150～180分钟；

3）进行连续轧制，控制粗轧出口温度在1030～1070℃，精轧终轧温度在800～840℃；

4）进行卷取，控制卷取温度在480～520℃；

5）进行精整切分；

6）在热处理炉进行加热保温，加热温度870～890℃，保温时间为：以毫米为单位的板厚H+20毫米之和的数据，时间单位为分钟；

7）采用辊压式淬火机进行淬火，淬火温度控制在870～890℃；

8）水冷至室温，喷水射流角度控制在20～30°，并控制钢板上下表面的水量比在0.6～0.9；

9）进行低温回火，回火温度控制在180℃～220℃，回火保温时间为：以毫米为单位的板厚H+70毫米之和的数据，时间单位为分钟；回火保温结束后，空冷至室温。