CN103667992B - 一种高硬度耐磨损钢板 - Google Patents

Abstract

本发明涉一种高硬度耐磨损钢板，主要用于制造清理污泥及河沙的船用管道。本发明所述钢板特征在于：化学成分为C0.67-0.73，Si0.17-0.37；Mn1.4-1.8；Al0.02-0.04；V0.08-0.16；Cr1.3-1.5；Ni0.3-0.5；Mo 0.15-0.25 ；P≤0.025；S≤0.010；Cu≤0.20，[N]≤0.0120,[O]≤0.0030，余量为Fe。所述制造方法包括冶炼、轧制及热处理，最终钢板淬火温度850℃-870℃，保温时间60min-120min，水冷。本发明实现了所述钢板的高硬度要求，具有优异的耐磨损性能，满足使用要求。

Description

一种高硬度耐磨损钢板

技术领域

本发明涉及一种高硬度耐磨损钢板材料及其制造方法。主要用于制造清理污泥及河沙的船用管道，以及其他耐磨损材料。

技术背景

目前清理污泥和河沙的船用管道，广泛利用复合钢板卷曲而成，该复合板由具有一定耐磨特性的耐磨钢板与低合金高强度钢复合而成，而所采用较典型的耐磨钢板是GB/T 711所规定的60Mn等优质碳素结构钢，其缺点是硬度较低，正火态硬度不高于30HRC，耐磨性差，抗沙石冲击磨损性能不高，导致管道正常使用3-5天便需更换，造成资源极大浪费。因此，急需开发一种新型耐磨钢板，该耐磨板需具有较高的硬度，同时，为了易于卷曲成管，该钢板还要求有一定的加工工艺性能。

传统的60Mn等优质碳素结构钢热轧钢板价格便宜，但其不含或含有极少量的Cr、Mo、V等碳化物形成合金元素，硬度较低，不能有效的满足高级别耐磨损钢板的硬度要求。设计一种适合的合金化组合，辅以合适的轧钢、热处理工艺，在钢基体内形成大量的硬相——碳化合物，以此提升耐磨钢板的硬度，从而增加钢板抗磨损能力，成为开发高级别耐磨损钢板急需解决的问题之一。

由于制管工艺需要，新型高硬度耐磨损钢板还必须具备一定的可加工工艺性能，即依靠适当的热处理工艺发挥出材料的潜在性能，在不同的热处理状态下，钢板具有相应的、适宜的加工工艺性能。制管过程中，钢板分别在多个热处理状态下完成产品加工过程，且新型高硬度耐磨损钢板合金含量相对优质碳素结构钢较高，因此对热处理工艺区间要求极窄，实现新型高硬度耐磨损钢板窄区间热处理，满足生产工艺性能指标，是发明新型高硬度耐磨损钢板的又一迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高硬度耐磨损钢板，该钢板可用于制造清理污泥和河沙的船用管道，克服常规优质碳素结构钢硬度低，耐磨性弱的缺点，减少材料的消耗，提升生产效率；另外，该钢板也可用于钢板硬度要求较高的其他场合，如抛丸机内衬板、矿山机械等。

本发明的目的是这样实现的：

高硬度耐磨损钢板材料包括以下质量百分比的化学成分：C 0.67-0.75，Si 0.17-0.37；Mn 1.4-1.8；Al 0.02-0.04；V 0.08-0.16；Cr 1.3-1.5；Ni 0.3-0.5；Mo 0.15-0.25 ；P ≤0.025；S ≤0.010；Cu ≤0.20，[N] ≤0.0120, [O] ≤0.0030，余量为Fe及不可避免的杂质。

该钢板的具体生产步骤为：电炉-精炼-真空脱气-模铸-缓冷-轧制-热处理-精检-性能检测-包装入库。

轧制的开轧温度1050℃±10℃。

所述热处理工艺，其中回火温度为660±10℃，保温时间（hX4min/mm±10min），h为板厚，空冷；淬火温度850℃-870℃，保温时间60min-120min，水冷。

本发明的高硬度耐磨损钢板材料的有效化学成分设计的依据及限定含量范围的理由如下：

C是影响耐磨损钢铁硬度、韧性最重要的元素。碳含量高，则相应的碳化物数量多，材料的硬度高，耐磨损性能优越，但韧性降低，加工困难，且在使用中易破碎；反之亦然。为了保证该钢板在热处理过程中能得到韧性良好的球化组织，且在加工过程中不出现裂纹等缺陷，因此C含量严格控制在共析钢范围以内，以0.67-0.75为宜。

Mn在钢铁材料中是一种有益的元素。在此钢中，锰大部分溶于铁素体中，形成置换固溶体，并使铁素体强化，少部分锰溶于Fe3C中，形成合金渗碳体，提高钢的强度；同时，Mn能与钢中夹杂物S化合成为MnS，以减轻S的有害作用。本发明Mn含量的范围确定为1.40-1.80%；

V是碳化物和氮化物的形成元素。V的作用是通过形成V（C，N）影响钢的组织和性能，主要在奥氏体晶界的铁素体中沉淀析出，在轧制过程中能抑制奥氏体的再结晶并阻止晶粒长大，从而起到细化铁素体晶粒、提高钢的强度和韧性。

Cr是中等碳化物形成元素，能显著提高强度、硬度和耐磨性。加热时溶入奥氏体的Cr强烈提高淬透性。钢中的Cr，一部分置换铁形成合金渗碳体，提高稳定性；一部分溶入铁素体中，产生固溶强化，提高铁素体的强度和硬度。过高的Cr含量降低了钢的塑性和韧性。本发明Cr含量的范围确定为1.30～1.50%；

Ni是非碳化物形成元素。Ni以固溶形式存在于钢中。与Cr配合使用时，可显著提高钢的淬透性。Ni降低共析点的含C量，增加珠光体的体积分数，有利于提高强度。Ni降低Ar3转变温度，使铁素体晶粒变细，同时，可使珠光体片间距减小，有利于韧性的提高。本发明Ni含量的范围确定为0.30-0.50%；

Mo以固溶体和碳化物的形式存在于钢中。Mo能有效的固溶强化钢体，改善钢的淬透性和回火稳定性，还能细化晶粒，改善碳化物不均匀性，从而提高钢的强度和韧性。本发明Mo含量的范围确定为0.15～0.25%；

本发明制造方法的主要工艺条件的选择依据是：选择高的淬火温度（Ac3温度为 777℃），主要有利于碳化物充分固溶析出，提高钢体硬度及组织的均匀性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

该钢板硬度显著的高于常规优质碳素结构钢热轧钢板，极大的提升了钢板的耐磨性能，该钢板工艺性能优良，能满足制管弯曲要求，满足了产品的使用要求。本发明专利通过合理的制造方法及工艺参数，最终管道内壁表面洛氏硬度65-75HRC，抗沙石冲击磨损性能强，满足用户要求。

附图说明

图1为本发明方法的最终50mm厚钢板淬火热处理工艺曲线图。

图2为该钢种升温及降温过程相变曲线

图3为660℃回火后2000倍SEM照片。

图4为660℃回火后500倍金相照片。

图5为740℃退火后的2000倍SEM照片。

具体实施方式

本发明涉及的一种高硬度耐磨损钢板的生产，化学成分为C0.67-0.75，Si0.17-0.37；Mn1.4-1.8；Al0.02-0.04；V0.08-0.16；Cr1.3-1.5；Ni0.3-0.5；Mo0.15-0.25 ；P ≤0.025；S ≤0.010；Cu ≤0.20，[N] ≤0.0120, [O] ≤0.0030,余量为Fe及不可避免的杂质，具体可参见下表中的实施例：

成分	C	Si	Mn	Al	P	S	Cr	Mo	Ni	Cu	V	Fe
													实施	0.69	0.23	0.1.58	0.025	0.016	0.003	1.39	0.20	0.41	0.08	0.12	余量

上述实施例中高级别耐磨钢的制造方法为：电炉-精炼-真空脱气-模铸-缓冷-轧制-热处理-精检-性能检测-包装入库。

其热处理包括回火、退火和淬火，所述淬火温度850℃-870℃,保温时间60min-120min，水冷。

上述热处理工艺的优选条件为：淬火温度为850℃，保温时间90min，水冷，参见图1。

本项发明所得到的钢板，根据该钢板的主要性能，命名其为“优硬70”，意思为优质高硬度钢板，硬度达到70±5HRC。

产品使用效果

常规船用输沙管道满负荷工作寿命为6-10天；以“优硬70”为主要原料的船用输沙管道寿命60-80天；常规抛丸机内衬板Mn13铸铁寿命为10-15天，以“优硬70”为主要原料的抛丸机垫板，寿命长达120天。

Claims (3)

1.一种高硬度耐磨损钢板的制造方法，该钢板化学成分为C 0.67-0.75，Si 0.17-0.37；Mn 1.4-1.8；Al 0.02-0.04；V 0.08-0.16；Cr 1.3-1.5；Ni 0.3-0.5；Mo 0.15-0.25 ；P ≤0.025；S ≤0.010；Cu ≤0.20;[N] ≤0.0120; [O] ≤0.0030;余量为Fe及不可避免的杂质；其特征在于：所述制造方法包括热轧及热处理工艺；所述热处理工艺，其中回火温度为660±10℃，保温时间hX4min/mm±10min，h为板厚，空冷；淬火温度850℃-870℃，保温时间60min-120min，水冷。

2.根据权利要求1所述的一种高硬度耐磨损钢板的制造方法，其特征在于：所述热轧的开轧温度1050℃±10℃。

3.根据权利要求1所述的一种高硬度耐磨损钢板的制造方法，其特征在于：所述方法的具体步骤为：电炉-精炼-真空脱气-模铸-缓冷-轧制-热处理-精检-性能检测-包装入库。