CN110396641B

CN110396641B - 一种淬透性良好的非调质hb360级中厚板耐磨钢及其生产方法

Info

Publication number: CN110396641B
Application number: CN201810370540.7A
Authority: CN
Inventors: 何亚元; 尹云洋; 徐进桥; 蔡珍; 马玉喜; 杜明; 王世森; 李德发; 王媛
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2018-04-24
Filing date: 2018-04-24
Publication date: 2021-04-27
Anticipated expiration: 2038-04-24
Also published as: CN110396641A

Abstract

本发明公开了一种淬透性良好的非调质HB360级中厚板耐磨钢，其化学成分按重量百分比为：C：0.12%~0.20%，Si：0.70%~0.10%，Mn:2.0%~3.0%，Ni：0.20%~0.30%，Mo：0.10%~0.28%，V：0.10%~0.22%，P≤0.015%，S≤0.010%，同时需满足0.3%≤V+Mo≤0.4%，其余为Fe及不可避免的夹杂。本发明通过合理的成分设计提高淬透性，采用在线淬火工艺，不需离线淬火，降低对淬火工艺和设备要求，避免钢板重新加热时产生裂纹，缩短工艺路线和制造周期，组织性能均匀性显著提高，开裂风险和生产成本明显降低。

Description

一种淬透性良好的非调质HB360级中厚板耐磨钢及其生产方法

技术领域

本发明属于耐磨钢制造领域，特别涉及一种淬透性良好的非调质HB360级中厚板耐磨钢及生产方法。

背景技术

耐磨钢是重要的基础材料之一，广泛应用于矿山机械、煤炭采运、工程机械、建材、电力机械、铁路运输等领域，按金相组织分类，分为奥氏体型耐磨钢、马氏体型耐磨钢和贝氏体型耐磨钢，其中马氏体耐磨钢一般采用Mn、Mo、Cr、Ni等元素合金化，有时也添加Nb、V、Ti等微合金元素，通过淬火+回火得到以马氏体为主的组织，在实际应用中显示出了优良综合力学性能。

淬火均匀性控制对于马氏体耐磨钢尤其关键，国外耐磨钢优势企业的淬火技术与设备对国内实行技术封锁，国内企业无从借鉴参考，导致我国耐磨钢在力学性能和使用性能等方面存在一定的差距，高级别耐磨钢生产难度大，淬火均匀性尤其是中厚板的淬火均匀性难以得到质的提高，导致产品类型以跟随国外离线淬火+回火工艺的中低碳低合金产品为主，集中在HB360～400级别产品，国际上HB400～500级别产品生产较多，年消耗量在30～60万吨。

公开号为CN101676425A的专利公开了一种高强度马氏体耐磨钢，其化学成分按重量百分比计为：0.1％≤C≤0.2％，0.5％≤Si≤1.0％，1.0％≤Mn≤2.0％，P≤0.009％，S≤0.004％，Al≤0.03％，0.02％≤Nb≤0.04％，0.02％≤Ti≤0.03％，0.015％≤V≤0.060％，0.0015％≤B≤0.0020％，其余为Fe以及其它不可避免的杂质；生产工艺为：转炉或电炉冶炼-真空炉二次精炼-铸坯或铸锭-钢坯或钢锭再加热-TMCP+快速冷却工艺-钢板，该钢具有极高的强度、硬度、韧性以及耐磨性，但快速冷却后的钢板可能由于冷速不均导致钢板存在较大的内应力，未经回火可能限制韧性。

公开号为CN102676922A的专利公开了一种低合金耐磨钢及其制造方法，该低合金耐磨钢主要包含0.13％≤C≤0.50％，0.1％≤Si≤0.5％，0.3％≤Mn≤1.5％，0.125％≤V≤0.4％，0.05％≤Mo≤0.3％，P＜0.020％，S＜0.010％以及余量的Fe和不可避免的杂质，该钢可广泛应用于高强高耐磨性的工程、采矿、建筑、水泥生产、港口、电力以及冶金等机械产品上，考虑了V和Mo元素对淬透性提高的协同作用，但低温韧性欠佳，且P、S的含量较高，提高了耐磨钢开裂的风险。

公开号为CN107513661A公开了一种具有耐腐蚀性能耐磨钢板及其生产方法，钢板化学成分组成及质量百分含量为：0.18％≤C≤0.23％，0.60％≤Si≤0.80％，1.20％≤Mn≤1.60％，P≤0.010％，S≤0.002％，0.85％≤Cr≤1.15％，0.25％≤Mo≤0.35％，0.60％≤Al≤0.80％，0.20％≤Ni≤0.30％，0.04％≤V≤0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质；钢板生产方法包括冶炼+连铸、电渣重熔、加热、轧制、扩氢、淬火、回火工序。本发明通过对钢板化学成分调整，结合合适的冶炼、加热、轧制、热处理等工艺技术，生产的钢板力学性能优良，耐腐蚀性能也显著提高，但该钢采用淬火+回火的工艺路线，生产路线较繁琐，还需电渣重熔，生产成本进一步提高。

国内低合金马氏体耐磨钢存在淬透性不高、对淬火工艺和设备要求高的现实难题，因此有必要进行新的合金化设计，优化生产工艺，提高淬透性和组织性能均匀性，降低生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种淬透性良好的非调质HB360级中厚板耐磨钢及生产方法，通过合理的成分设计提高淬透性，采用在线淬火工艺，不需离线淬火，降低对淬火工艺和设备要求，避免钢板重新加热时产生裂纹，缩短工艺路线和制造周期，组织性能均匀性显著提高，开裂风险和生产成本明显降低。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种淬透性良好的非调质HB360级中厚板耐磨钢，其化学成分按重量百分比为：C：0.12％～0.20％，Si：0.70％～0.10％，Mn：2.0％～3.0％，Ni：0.20％～0.30％，Mo：0.10％～0.28％，V：0.10％～0.22％，P≤0.015％，S≤0.010％，同时需满足0.3％≤V+Mo≤0.4％，其余为Fe及不可避免的夹杂。

优选地，上述淬透性良好的非调质HB360级中厚板耐磨钢，其化学成分按重量百分比为：C：0.14％～0.19％，Si：0.75％～0.95％，Mn:2.4％～3％，Ni：0.25％～0.30％，Mo：0.12％～0.25％，V：0.12％～0.20％，P≤0.012％，S≤0.008％，同时需满足0.3％≤V+Mo≤0.35％，其余为Fe及不可避免的夹杂。

按上述方案，所述中厚板耐磨钢的厚度在10～70mm。

按上述方案，所述中厚板耐磨钢的抗拉强度1100Mpa以上，布氏硬度HBW350～390，组织形态为回火索氏体。

本发明上述淬透性良好的非调质HB360级中厚板耐磨钢中各元素含量控制的机理及作用如下：

1)C是提高材料耐磨性能最廉价的元素，也是钢中合金元素形成碳化物必不可少的元素，随着含碳量的增加，硬度、强度和耐磨性提高，但塑韧性和焊接性能降低。综合考虑，C重量百分含量为0.12％～0.20％，优选0.14％～0.19％。

2)Si可缩小奥氏体相区，在碳含量较低的情况下，Si可显著降低钢的临界冷却速度，使最终产物形成细化的马氏体组织。在常见的固溶元素中，Si仅次于P，固溶于铁素体和奥氏体中，可提高它们的硬度和强度，Si可降低碳在铁素体中的扩散速度，使回火时析出的碳化物不易聚集，提高回火稳定性。Si可减少摩擦发热时的氧化作用，提高钢的冷变形硬化率和耐磨性，硅锰钢的耐磨性随Si含量的增加而提高。综合考虑，Si重量百分含量为0.70％～0.10％，优选0.75％～0.95％为宜。

3)Mn是最经济的提高淬透性的元素，可显著降低钢的Ar1温度、奥氏体的分解速度和马氏体转变温度，锰还可显著降低钢的临界淬火速度，与Fe无限固溶能提高硬度和强度。但Mn含量若太高，会增加钢的回火脆性，同时也易使晶粒粗化，综合考虑，Mn重量百分含量为2.0％～3.0％，优选2.4％～3％为宜。

4)Ni可提高淬透性，与Mo结合时，淬透性更优，Ni既可以提高钢的强度，又可使韧性保持极高的水平，综合考虑，Ni重量百分含量为0.20％～0.30％，优选0.25％～0.30％为宜。

5)Mo显著抑制贝氏体和铁素体转变，在调质态低合金耐磨钢中，Mo能细化晶粒，同时增加抗腐蚀能力，Mo固溶于铁素体和奥氏体时，可使C曲线右移，提高淬透性，另外，Mo还能避免钢在400～500℃左右回火时出现的脆化现象(第二类回火脆性)，提高回火稳定性，使得钢在较高的温度下回火时，更有效地消除或降低残余应力，综合考虑，Mo重量百分含量为0.10％～0.28％，优选0.12％～0.25％。

6)V在钢中主要是碳化物形式存在，主要作用是细化钢的组织和晶粒，提高钢的综合性能，V增加淬火钢的回火稳定性，并产生二次硬化效应。在调质钢中主要是提高钢的强度和屈强比，细化晶粒，降低过热敏感性。综合考虑，V重量百分含量为0.12％～0.20％，优选为0.12％～0.20％。

7)P、S是钢中有害的杂质元素，钢中P易在钢中形成偏析，降低钢的韧性和焊接性能，S已形成塑性硫化物，使钢板产生分层，恶化钢板性能，故P、S含量越低越好，综合考虑，将钢的P、S含量为P≤0.015％，S≤0.010％，优选为P≤0.012％，S≤0.008％。

8)多元少量合金元素对淬透性的影响明显大于单一合金的影响，同时添加V和Mo比单独添加Mo元素对淬透性的提高作用更大，尽管前者总量少于后者。因此，本发明中优选V+Mo≥0.3％，主要是为了充分发挥协同作用，但由于已经添加了2.4％～3％的Mn，V+Mo过高，会造成元素的富余，提高了生产成本，因此综合考虑，要求0.3％≤V+Mo≤0.4％，优选0.3％≤V+Mo≤0.35％。

本发明上述淬透性良好的非调质HB360级中厚板耐磨钢，其生产工艺特征如下：

第一，经冶炼、浇注成铸坯后，在中厚板轧机上进行轧制，加热温度采用低温加热，控制在1150℃～1200℃，以保证细小的奥氏体晶粒，保温150min～180min，使奥氏体均匀化；

第二，轧制工艺采取热机械控制工艺(TMCP)工艺，开轧温度1080℃～1150℃，精轧开轧温度890℃～930℃，终轧温度780℃～810℃，末三道次累计压下率20％～40％，主要目的在于促使晶粒细化均匀；轧后采用在线淬火，迅速喷水冷却，开冷温度720℃～770℃，冷速30℃/s～40℃/s，返红温度200℃～270℃；

第三，进行高温回火热处理工艺，回火温度500℃～550℃，回火时间为板厚×2.5-3.5min/mm。

优选地，本发明上述淬透性良好的非调质HB360级中厚板耐磨钢，其生产工艺特征如下：

第一，经冶炼、浇注成铸坯后，在中厚板轧机上进行轧制，加热温度采用低温加热，控制在1150℃～1190℃，以保证细小的奥氏体晶粒，保温155min～172min，使奥氏体均匀化；

第二，轧制工艺采取热机械控制工艺(TMCP)工艺，开轧温度1090℃～1120℃，精轧开轧温度895℃～925℃，终轧温度785℃～805℃，末三道次累计压下率25％～35％；轧后采用在线淬火，迅速喷水冷却，开冷温度745℃～770℃，冷速32℃/s～36℃/s，返红温度210℃～255℃；

第三，进行高温回火热处理工艺，回火温度500℃～530℃，回火时间为板厚×3min/mm。

与现有技术相比，本发明所述淬透性良好的非调质HB360级中厚板耐磨钢的有益效果是：

1.淬透性好，组织性能均匀，避免耐磨钢重复高温加热可能带来的微裂纹源，应用过程中出现开裂的风险显著降低；

2.组织为回火索氏体，抗拉强度可达1100Mpa以上，布氏硬度350以上；

3.采用TMCP+回火工艺代替常规的离线淬火+回火工艺，降低了能源消耗，缩短生产周期，生产成本显著降低。

附图说明

图1为本发明实施例所得淬透性良好的非调质HB360级中厚板耐磨钢金相组织图，为回火索氏体。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1-4

淬透性良好的非调质HB360级中厚板耐磨钢，其化学成分按重量百分比为：C：0.12％～0.20％，Si：0.70％～0.10％，Mn:2.0％～3.0％，Ni：0.20％～0.30％，Mo：0.10％～0.28％，V：0.10％～0.22％，P≤0.015％，S≤0.010％，同时需满足0.3％≤V+Mo≤0.4％，其余为Fe及不可避免的夹杂。实施例1-3，淬透性良好的非调质HB360级中厚板耐磨钢具体各化学成分及其重量百分比如表1所示；对比例1-2，中厚板耐磨钢具体各化学成分及其重量百分比也如表1所示。

表1

	厚度	C/％	Si/％	Mn/％	P/％	S/％	Ni/％	Mo/％	V/％	Ti	B
												实施例1	20mm	0.14	0.76	2.4	0.011	0.008	0.25	0.12	0.20	—	—
实施例2	30mm	0.17	0.80	2.5	0.010	0.006	0.26	0.15	0.16	—	—
												实施例3	55mm	0.18	0.85	2.7	0.010	0.007	0.27	0.16	0.15	—	—
实施例4	70mm	0.19	0.94	2.9	0.012	0.006	0.29	0.22	0.12	—	—
												对比例1	30mm	0.16	0.30	1.35	0.012	0.005	—	0.30	—	0.010	0.0010
对比例2	55mm	0.19	0.25	1.3	0.010	0.008	—	—	—	0.018	0.0015

上述淬透性良好的非调质HB360级中厚板耐磨钢的生产工艺，首先采取冶炼，浇注成铸坯后，在中厚板轧机上进行轧制，随后进行回火处理；其生产工艺特征具体如下：

第三，进行高温回火热处理工艺，回火温度500℃～550℃，回火时间为板厚×3min/mm。实施例1-3和对比例1-2中生产工艺特征的具体工艺数据见表2。

根据GB/T228和GB/T231国家标准，测试实施例1-4所述淬透性良好的非调质HB360级中厚板耐磨钢以及对比例1-2的性能如表3所示。可见，实施例4种工艺下生产的NM360抗拉强度和硬度与实施例基本处于同一水平，说明实施例在缩短工艺路线的前提下，并未降低其力学性能，厚度方向心部硬度至少达表面硬度的94％以上；而对比例中仅能达到表面硬度的75～83％，说明实施例的淬透性比对比例更好，显微组织为回火索氏体，表面硬度均匀也可反应显微组织均匀性，组织性能的均匀性好，残余应力小，且可避免耐磨钢重复高温加热可能带来的微裂纹源，应用过程中出现开裂的风险显著降低。

表2

表3

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种淬透性良好的非调质HB360级中厚板耐磨钢，其特征在于，所述耐磨钢的化学成分按重量百分比为：C：0.14%~0.19%，Si：0.75%~0.95%，Mn:2.4%~3%，Ni：0.25%~0.30%，Mo：0.12%~0.25%，V：0.15%~0.20%，P≤0.012%，S≤0.008%，同时需满足0.3%≤V+Mo≤0.35%，其余为Fe及不可避免的夹杂；

所述耐磨钢的抗拉强度1100MPa以上，布氏硬度HBW350~390 ，组织形态为回火索氏体。

2.根据权利要求1所述的一种淬透性良好的非调质HB360级中厚板耐磨钢，其特征在于，所述中厚板耐磨钢的厚度10~70mm。

3.权利要求1所述的淬透性良好的非调质HB360级中厚板耐磨钢的生产工艺，其特征在于，第一，经冶炼、浇注成铸坯后，在中厚板轧机上进行轧制，加热温度采用低温加热，控制在1150℃~1200℃，保温150min~180min；

第二，轧制工艺采取热机械控制工艺，开轧温度1080℃~1150℃，精轧开轧温度890℃~930℃，终轧温度780℃~810℃，末三道次累计压下率20%~40%；轧后采用在线淬火，迅速喷水冷却，开冷温度720℃~770℃，冷速30℃/s~40℃/s，返红温度200℃~270℃；

第三，热处理工艺采用高温回火，回火温度500℃~550℃，回火时间为板厚×2.5-3.5min/mm。

4.根据权利要求3所述的淬透性良好的非调质HB360级中厚板耐磨钢的生产工艺，其特征在于，经冶炼、浇注成铸坯后，在中厚板轧机上进行轧制，加热温度采用低温加热，控制在1150℃~1190℃，保温155min~172min。

5.根据权利要求3所述的淬透性良好的非调质HB360级中厚板耐磨钢的生产工艺，其特征在于，轧制工艺采取热机械控制工艺，开轧温度1090℃~1120℃，精轧开轧温度895℃~925℃，终轧温度785℃~805℃，末三道次累计压下率25%~35%；轧后采用在线淬火，迅速喷水冷却，开冷温度745℃~770℃，冷速32℃/s~36℃/s，返红温度210℃~255℃。

6.根据权利要求3所述的淬透性良好的非调质HB360级中厚板耐磨钢的生产工艺，其特征在于，高温回火热处理工艺中，回火温度500℃~530℃，回火时间为板厚×3min/mm。