CN104711487B

CN104711487B - 一种高性能经济型耐磨钢板及其制备方法

Info

Publication number: CN104711487B
Application number: CN201510068137.5A
Authority: CN
Inventors: 麻衡; 马光亭; 张长宏; 刘丰业; 闫伟; 黄少文; 陈爱娇; 魏军广; 金鑫; 石大勇; 尹训强; 冯文义
Original assignee: Shandong Iron and Steel Group Co Ltd SISG
Current assignee: Laiwu Steel Group Yinshan Section Steel Co Ltd
Priority date: 2015-02-09
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2017-10-17
Anticipated expiration: 2035-02-09
Also published as: CN104711487A

Abstract

本发明公开了一种高性能经济型耐磨钢板及其制备方法。该钢板按重量百分比由以下成分组成：C：0.20‑0.30％、Si：1.60‑1.80％、Mn：0.30‑0.60％、P≤0.015％、S≤0.010％、Ti：0‑0.030％、Cr：0.20‑0.50％、Ni：0‑0.30％、Mo：0.05‑0.20％、B：0.0010‑0.0030％，其余为Fe和不可避免的夹杂。其制备方法包括冶炼、浇铸、板坯装炉、板坯加热、轧制以及热处理工序。本发明钢板产品硬度达到HBW430‑480级别，其成本低，兼备优异的冷弯性能和焊接性能。

Description

一种高性能经济型耐磨钢板及其制备方法

技术领域

本发明涉及钢材生产技术领域，特别涉及一种高性能经济型耐磨钢板及其制备方法。

背景技术

耐磨钢板广泛应用于高耐磨性能的工程、采矿、建筑、水泥生产、港口、电力以及冶金等机械产品上，如矿山翻斗车、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。因此，该种耐磨钢板要求有较高的硬度，同时要有一定的塑韧性和良好的焊接性能。目前国内的耐磨钢一般合金含量较高，虽然能满足硬度的要求，但冷弯性和焊接方面的性能相对较差，在一定程度上影响了其在不同机械领域上的应用。

武汉钢铁公司发明专利申请CN101250673A公开了“一种超高强度耐磨钢及其生产方法”，该钢的成分范围为：C 0.10-0.17％，Si 0.25-0.50％，Mn 1.20-1.50％，P≤0.018％，S≤0.008％，Cr 0.20-0.50％，Ni 0.25-0.50％，Mo 0.10-0.40％，Als 0.02-0.06％，B≤0.005％，RE≤150g/吨钢；该钢采用控轧+调质的生产工艺，该钢成分中不含V，抗拉强度约1300MPa，布氏硬度值HB达到400左右。但是该钢含有较高的Ni、Mo等贵重金属元素，成本相对较高。

宝山钢铁股份有限公司申请的“耐磨钢板及其制造方法”专利(申请号201010235350.8)，该钢的化学成分添加贵重元素V：0.005-0.10％。生产工艺采用TMCP工艺，未进行离线淬火+回火工艺，这样就直接导致钢板内应力无法释放，容易出现开裂等质量问题。

舞阳钢铁公司的发明专利申请CN101451220A公开了“一种高强度耐磨板及其制备方法”和以及发明专利申请CN101451218A公开了“一种调质型耐磨钢及其热处理方法”，其成分分别为：C 0.12-0.16％，Si 0.10-0.70％，Mn 0.90-1.50％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr 0.20-0.70％，Ni 0.05-0.30％，V 0.03-0.08％，Nb0.01-0.06％，Mo 0.10-0.50％，Ti0.01-0.06％，Al 0.02-0.08％，B 0.0005-0.0030％；C 0.14-0.18％，Si 0.20-0.40％，Mn1.20-1.40％，P≤0.015％，S≤0.005％，Cr0.50-0.70％，Ni 0.40-0.55％，V 0.03-0.08％，Nb 0.02-0.03％，Ti 0.015-0.030％，Mo 0.40-0.50％，Al 0.02-0.045％，B 0.0015-0.0030％；两个专利申请中均添加了不同含量的Nb、Ni、Mo、V等贵金属元素，大大增加了生产成本。

因此，寻找一种低成本、高性能的耐磨钢板是十分必要的。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种高性能经济型耐磨钢板，满足用户对耐磨钢板表面布氏硬度为HBW430-480的要求，同时具备良好冷弯性能和焊接性能的高性能低成本需要。

本发明的另一目的在于提供一种上述钢板的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高性能经济型耐磨钢板，该钢板按重量百分比由以下成分组成：C：0.20-0.30％、Si：1.60-1.80％、Mn：0.30-0.60％、P≤0.015％、S≤0.010％、Ti：0-0.030％、Cr：0.20-0.50％、Ni：0-0.30％、Mo：0.05-0.20％、B：0.0010-0.0030％，其余为Fe和不可避免的夹杂。

在上述高性能经济型耐磨钢板中，在保证产品硬度、冷弯性能和焊接性能的前提下，为了将成本控制在更低的水平，作为一种优选实施方式，所述钢板按重量百分比由以下成分组成：C：0.20-0.27％、Si：1.65-1.80％、Mn：0.35-0.60％、P≤0.015％、S≤0.005％、Cr：0.25-0.50％、Mo：0.05-0.20％、B：0.0010-0.0030％，其余为Fe和不可避免的夹杂。在该优选的钢板成分配比中不含有Ti和Ni。

在上述高性能经济型耐磨钢板中，在保证产品硬度、冷弯性能和焊接性能的前提下，如果即要控制成本还要保证产品晶粒得到更好地细化，作为一种优选实施方式，所述钢板按重量百分比由以下成分组成：C：0.20-0.27％、Si：1.65-1.80％、Mn：0.35-0.60％、P≤0.015％、S≤0.005％、Ti：0.005-0.015％、Cr：0.25-0.50％、Mo：0.05-0.20％、B：0.0010-0.0030％，其余为Fe和不可避免的夹杂。

本发明钢板成分设计的原理及其各成分的作用如下：

碳：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。本发明钢的碳含量范围为0.20～0.30％，对应的布氏硬度(HBW)范围为430-480。碳含量低于0.19％，硬度不能满足该硬度范围的要求；碳含量高于0.31％，则钢的韧性和焊接性能恶化。

硅：钢中脱氧元素之一，同时具有较强的固溶强化作用，对提高钢的硬度、耐磨性效果明显，考虑到经济性，硅含量控制在1.60-1.80％。

锰：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，本发明钢Mn含量范围控制为0.30-0.60％。

磷和硫：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0.015％和0.010％以内。

钛：本发明钢中可以加入少量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含量优选应控制在0.005-0.015wt％范围内，低于0.005wt％所形成TiN数量稀少，细化晶粒作用变小；高于0.03wt％将形成微米级尺寸的液析TiN，不仅无法细化晶粒作用，而且对钢板韧性有害。另外，在保证产品硬度、冷弯性能和焊接性能的前提下，如还需进一步降低成本，则可以不加入钛。

铬：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，应控制在0.2-0.50％以内。

镍：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。但其价格高，增加生产成本，因此本发明优选的不添加镍元素。

钼：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含量低于0.05％时，难以起到上述作用，超过0.20％时，作用效果达到饱和，且成本较高。因此，本发明钢Mo含量范围为0.05-0.20％。

硼：加入微量B即可显著提高淬透性，但硼含量超过0.003％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，因此硼含量应控制在0.0010-0.003wt％范围内。

一种上述钢板的制备方法，依次包括冶炼、浇铸、板坯装炉、板坯加热、轧制以及热处理工序，其中：

在所述热处理工序中，首先进行淬火处理，然后进行回火处理。

在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述板坯装炉工序中，所述板坯采用温装，入炉时所述板坯表面温度为180-300℃(比如190℃、210℃、250℃、280℃、295℃)。本发明采用板坯温装的目的主要是为了防止冷坯入炉加热速度快导致板坯开裂等质量问题。

在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述板坯加热工序中，所述板坯加热温度为1160～1240℃(比如1170℃、1190℃、1200℃、1220℃、1235℃)，均热时间不少于60min(比如65min、70min、75min、85min)；更优选地，所述板坯加热时间按8-10min/cm，以保证钢坯烧匀烧透。

在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述轧制工序中，包括粗轧和精轧两个阶段，所述粗轧在1000℃以上(比如1020-1100℃、1050-1120℃、1080-1140℃、1100-1180℃、1150-1200℃、1180-1250℃)条件下进行完全再结晶轧制，粗轧共轧制3-9道次(比如4道次、6道次、7道次、8道次)，所述粗轧阶段钢坯展宽完毕，最后三个道次的单道次压下率≥15％(比如16％、17％、18％、20％、24％)，粗轧后中间钢坯的厚度为成品钢板厚度的3-4倍；所述精轧的开轧温度为880-980℃(比如885℃、900℃、910℃、920℃、940℃、960℃、970℃)，精轧共轧制5-11道次(比如6道次、7道次、9道次、10道次)，终轧温度控制在≥750℃(比如750℃、770℃、790℃、820℃、840℃)，所述精轧阶段累计压下率≥50％(比如51％、53％、55％、57％、60％、70％)。

在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述轧制工序和所述热处理工序之间还依次包括轧后控冷以及矫直工序，在所述轧后控冷工序中，终冷温度为150-660℃；在所述矫直工序中，视冷却后钢板板形情况进行矫直。

在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述热处理工序中，所述淬火时加热温度为900-940℃(比如905℃、910℃、918℃、920℃、925℃、930℃、937℃)，炉内保温时间为15-35min(比如18min、23min、27min、32min、34min)，保温后钢板进行水淬；所述回火时的回火温度为100-200℃(比如110℃、130℃、150℃、180℃、190℃)，保温时间为10-20min(比如11min、13min、15min、18min、19min)，保温后空冷。

在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述冶炼工序中，铁水脱硫后送转炉冶炼，接着再送入LF精炼炉精炼，精炼完毕后送入真空脱气炉进行真空处理。

在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述浇铸工序中，采用连铸机进行连铸，所述连铸采用全程氩气保护浇铸，采用轻压下技术确保铸坯内部质量，浇铸过热度控制在30℃以内(比如20℃、24℃、26℃、29℃)。

在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述钢板的厚度为10-50mm。

在上述制备方法中，未详细说明的工艺为本领域常规技术。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明采用添加一定量可提高耐磨性的廉价硅元素替代Nb、Ni、V等贵重金属元素，通过淬火加回火热处理，可使耐磨钢板产品硬度达到HBW430-480级别，本发明钢板成本低，兼备优异的冷弯性能和焊接性能。本发明的高性能经济型耐磨钢板可广泛应用于工程机械、采矿、建筑、水泥生产、港口、电力以及冶金等机械产品耐磨部件上。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的特征和效果进行详细说明，但本发明并不限于此。

本发明中，除非另有指明，含量均指重量百分比含量。

为实现本发明提供硬度为HBW430-480级别的耐磨钢板，特别是实现成本低、冷弯性能和焊接性能优异目的。本发明列举了四个实施例，分别按表1所示化学成分进行转炉冶炼并浇注成连铸坯，将连铸坯温装、加热后在宽厚板生产线轧机轧制，轧后对钢板进行淬火和回火处理。具体如下：

(1)冶炼：将铁水脱硫，再送转炉冶炼，再送入LF精炼炉精炼，精炼完毕后，进行真空脱气炉(RH炉)真空处理；

(2)浇铸：将步骤(1)处理后的钢水送连铸机，连铸采用全程氩气保护浇铸，采用轻压下技术确保铸坯内部质量，浇铸过热度控制在30℃以内；

(3)板坯装炉：板坯采用温装，入炉表面温度在180-300℃之间，各实施例的板坯入炉表面温度参见表2；

(4)加热：板坯加热温度为1160～1240℃，各实施例的板坯加热温度参见表2，加热参考时间按9min/cm以保证钢坯烧匀烧透，均热时间总时间为70min，加热后进行轧制；

(5)轧制：利用宽厚板轧机完成粗轧和精轧两阶段轧制。粗轧阶段在≥1000℃的完全再结晶轧制，粗轧轧制6道次，保证钢坯展宽完毕最后三个道次压下率分别为16％、18％、20％，粗轧后各使实施例的中间钢坯厚度参见表3。精轧阶段开轧温度控制在880-980℃，精轧轧制7道次，终轧温度控制在≥750℃，保证该阶段累计压下率为65％。四个实施例中在粗轧和精轧工序中所采用的其他参数值参见表3。

(6)轧后控冷以及矫直工序，在轧后控冷工序中，终冷温度为150-660℃，各实施例采用的终冷温度和冷却速度参见表2；在矫直工序中，视冷却后钢板板形情况进行矫直。

(7)热处理：将矫直后的钢板加热至900-940℃进行淬火处理，炉内保温时间为30min，钢板保温后水淬至室温；然后将钢板再加热至100-200℃进行回火，保温时间为15min，保温后空冷室温，得到本发明所述钢板，各实施例制备的钢板厚度、采用的具体淬火温度和回火温度参见表2。

表1 实施例1-4高性能低成本耐磨钢板的化学成分(wt％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Mo	Cr	B
									1	0.22	1.65	0.35	0.015	0.005	0.08	0.25	0.0015
2	0.25	1.70	0.40	0.012	0.003	0.10	0.30	0.0020
									3	0.26	1.75	0.50	0.013	0.001	0.15	0.40	0.0018
4	0.21	1.78	0.55	0.010	0.004	0.18	0.45	0.0022

表2 实施例1-4高性能低成本耐磨钢板制备过程中主要生产工艺参数(一)

表3 实施例1-4高性能低成本耐磨钢板制备过程中主要生产工艺参数(二)

对本发明实施例1-4的高性能低成本耐磨钢板进行力学性能测试，测试结果见表4。

表4 实施例1-4的高性能低成本耐磨钢板力学性能

对本发明实施例1-4的高性能低成本耐磨钢板进行焊接性能试验(小铁研试验，参照国标标准GB4675.1)，测试结果见表5。

表5 实施例1-4的高性能低成本耐磨钢板焊接性能试验结果

通过实施例1-4及相应检测结果可以看出，按照本发明成分设计、轧制工艺及热处理工艺要求所生产的耐磨钢板，硬度在HBW430-480之间，钢板具有优异的冷弯性能和焊接性能，实现了高性能低成本耐磨钢板制造，更好的满足用户的使用期望。

本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。

Claims

1.一种高性能经济型耐磨钢板，其特征在于，所述钢板按重量百分比由以下成分组成：C：0.20-0.30％、Si：1.60-1.80％、Mn：0.30-0.60％、P≤0.015％、S≤0.010％、Ti：0-0.030％、Cr：0.20-0.50％、Ni：0-0.30％、Mo：0.05-0.20％、B：0.0010-0.0030％，其余为Fe和不可避免的夹杂；

所述钢板的制备方法依次包括冶炼、浇铸、板坯装炉、板坯加热、轧制、轧后控冷、矫直以及热处理工序，其中：

在所述浇铸工序中，采用连铸机进行连铸，所述连铸采用全程氩气保护浇铸，采用轻压下技术确保铸坯内部质量，浇铸过热度控制在30℃以内；

在所述板坯装炉工序中，所述板坯采用温装，入炉时所述板坯表面温度为180-300℃；

在所述板坯加热工序中，所述板坯加热温度为1160～1240℃，均热时间不少于60min；

在所述轧制工序中，包括粗轧和精轧两个阶段，所述粗轧在1000℃以上条件下进行完全再结晶轧制，粗轧共轧制3-9道次，所述粗轧阶段钢坯展宽完毕，最后三个道次的单道次压下率≥15％，粗轧后中间钢坯的厚度为成品钢板厚度的3-4倍；所述精轧的开轧温度为880-980℃，精轧共轧制5-11道次，终轧温度控制在≥750℃，所述精轧阶段累计压下率≥50％；

在所述轧后控冷工序中，终冷温度为150-660℃；

在所述矫直工序中，视冷却后钢板板形情况进行矫直；

在所述热处理工序中，首先进行淬火处理，然后进行回火处理；所述淬火时，加热温度为900-937℃，炉内保温时间为23-35min，保温后钢板进行水淬；所述回火时，回火温度为110-200℃，保温时间为10-20min，保温后空冷。

2.根据权利要求1所述的高性能经济型耐磨钢板，其特征在于，所述钢板按重量百分比由以下成分组成：C：0.20-0.27％、Si：1.65-1.80％、Mn：0.35-0.60％、P≤0.015％、S≤0.005％、Cr：0.25-0.50％、Mo：0.05-0.20％、B：0.0010-0.0030％，其余为Fe和不可避免的夹杂。

3.根据权利要求1所述的高性能经济型耐磨钢板，其特征在于，所述钢板按重量百分比由以下成分组成：C：0.20-0.27％、Si：1.65-1.80％、Mn：0.35-0.60％、P≤0.015％、S≤0.005％、Ti：0.005-0.015％、Cr：0.25-0.50％、Mo：0.05-0.20％、B：0.0010-0.0030％，其余为Fe和不可避免的夹杂。

4.根据权利要求1-3任一所述的高性能经济型耐磨钢板，其特征在于，所述钢板的厚度为10-50mm。