CN110527920A

CN110527920A - 一种60～80mm特厚耐磨钢板及其生产方法

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Publication number: CN110527920A
Application number: CN201910984149.0A
Authority: CN
Inventors: 习天辉; 黄大军; 杜涛; 卜勇; 尹云洋; 苏亮; 鲍海燕; 严明; 张欢; 余宏伟
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Echeng Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Echeng Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2019-12-03
Anticipated expiration: 2039-10-16
Also published as: CN110527920B

Abstract

本发明公开了一种60～80mm特厚耐磨钢板及其生产方法，所述特厚耐磨钢板含有下述质量百分比含量的化学成分：C：0.10～0.26%，Si：0.10～0.70%，Mn：0.80～1.40%，P≤0.015%，S≤0.0070%，Cr：0.37～0.56%，Mo：0.17～0.32%，Ti：0.012～0.020%，Nb：0.010～0.030%，B≤0.0020%，Ca≤0.0040%，N≤0.0050%，其余为Fe和不可避免的杂质，且上述元素同时需满足如下关系：0.41%≤CEV≤0.60%，CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15；本发明通过合理的成分改进+特殊的轧制工艺+热处理工艺，有效改善了60～80mm特厚耐磨钢板心部质量，提高特厚耐磨钢板厚度方向组织均匀性，使钢板心部硬度达到表层硬度的85%以上。

Description

一种60～80mm特厚耐磨钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及钢铁材料技术领域，特别是一种60～80mm特厚耐磨钢板及其生产方法。

背景技术

60～80mm特厚耐磨钢板是国民经济发展的重要原材料，因受铸坯尺寸、变形均匀性、压缩比、淬火机压力及水量等因素的影响，钢板沿厚度方向硬度下降得很快，尤其是心部硬度甚至达不到表层硬度60％，严重影响使用寿命。鉴于技术难度大、生产能力受到限制，60～80mm特厚耐磨钢板仍以进口为主。

60～80mm特厚耐磨钢板属于低合金耐磨钢。按照传统的控制轧制控制冷却理论，在粗轧所处的高温阶段，应采用单道次大压下工艺，以发挥合金元素抑制奥氏体再结晶的作用，轧制一定道次后待温，直至精轧阶段的开始；通过精轧阶段的累积形变，得到细化的奥氏体晶粒，从而提高钢材的性能。然而，粗轧阶段轧件温度高，变形难以渗透到轧件心部，使得心部晶粒粗大，这种厚度方向不均匀的组织将会遗传到热处理后的钢板上，导致心部硬度大大低于表层，降低了耐磨钢的使用寿命。

差温轧制技术是近几年发展起来的一种生产特厚钢板的轧制技术，关于差温轧制技术的文献、专利并不多见，目前已经公开的差温轧制工艺设计思路，大都是在轧制生产线上新增冷却装置，对轧件进行强制冷却，使轧件表面温度低于心部温度后再进行轧制，具体应用到专用品种的专利更是寥寥无几，如：

CN 104911503 A“一种特厚调质海洋工程用EH40钢及其制备方法”中，对冶炼工艺的真空保持时间、连铸过热度、拉坯速度、坯料厚度(370mm或以上)、控轧控冷工艺过程中的中间坯厚度、淬火回火温度和时间都做出了限定，生产的厚度为100～120mm调质海洋工程用EH40钢性能良好。该发明虽然涉及到专用品种，但仍属于传统的厚坯料—控轧控冷—热处理范畴。

CN 104451389 A“一种100mm厚抗大线能量焊接E36海洋工程用钢板”中，在对钢的成分提出权利要求后，再分别对冶炼、连铸、铸坯加热、TMCP工艺、正火处理作出了限定，如保证压缩比≥3.0，连铸坯厚度需≥300mm，连铸坯采用TMCP工艺轧制成100mm厚度钢板，再采用910±30℃正火处理。虽然涉及专用品种的特厚钢板，但并没有涉及到差温轧制的内容。

CN 108823495 A“一种厚度方向组织均匀的厚板与特厚板及其制备方法”提供一种沿钢板厚度方向组织均匀的厚板与特厚板及其制备方法。通过两阶段控制轧制及控制冷却方式制得40～80mm厚板及特厚板，沿钢板厚度方向组织性能均匀一致，高强度、高韧性和高塑性，制备方法简单易操作，有效节约成本，提高生产效率。具体实施过程中并未涉及“差温轧制”工艺技术。

CN 106363029 A“一种基于倾斜喷射流的特厚板加速冷却方法”是在常规轧制或两阶段轧制结束，再经预矫直机矫直后，在倾斜喷射流冷却***进行加速冷却。通过不同温度段的冷速控制、表面冷却温度控制、返温时间控制及相应水冷参数的匹配设定，实现特厚板加速冷却，102mm厚A572Gr50特厚钢板返红温度达到为450～600℃。该专利侧重点在轧后加速冷却工艺方面。

可见，上述发明虽然都提及到特厚板，但涉及专用品种的专利仍属于传统的厚坯料—控轧控冷—热处理范畴，并没有涉及到采用差温轧制的内容，所制得的特厚耐磨钢板也仍然没有解决钢板心部硬度大大低于表层硬度而降低耐磨钢使用寿命的问题。

发明内容

本发明的目的就是针对现有60～80mm特厚耐磨钢板心部硬度大大低于表层硬度而降低耐磨钢使用寿命的问题，提供一种60～80mm特厚耐磨钢板及其生产方法。

本发明的一种60～80mm特厚耐磨钢板，所述特厚耐磨钢板含有下述质量百分比含量的化学成分：C：0.10～0.26％，Si：0.10～0.70％，Mn：0.80～1.40％，P≤0.015％，S≤0.0070％，Cr：0.37～0.56％，Mo：0.17～0.32％，Ti：0.012～0.020％，Nb：0.010～0.030％，B≤0.0020％，Ca≤0.0040％，N≤0.0050％，其余为Fe和不可避免的杂质，且上述元素同时需满足如下关系：0.41％≤CEV≤0.60％，CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。

所述特厚耐磨钢板的表层硬度HBW10/3000为390～430，心部硬度HBW10/3000为340～400，钢板的心部硬度为表层硬度的85％以上。

本发明的一种60～80mm特厚耐磨钢板的生产方法，包括铸坯加热—强制冷却+粗轧—精轧—淬火+回火热处理工艺，其中：

(1)所述铸坯加热，是将铸坯加热到1220±30℃，均热时间≥30min；

(2)所述强制冷却+粗轧，是对加热好的铸坯，利用四辊可逆式精轧机自身的高压除鳞水，对铸坯进行3～5次强制冷却，轧件表层温度强制冷却到所轧耐磨钢的相变温度Ar1以上，表面与心部形成120～300℃温度差后立即进行轧制，每次压下量为20～35mm，此时，轧件厚度减薄，表面积增大，快速返温至表层与心部温度趋于一致，轧件温度下降20～60℃；根据需要，多次重复上述强制冷却+粗轧过程，直至轧件厚度达到成品厚度的1.5～2.0倍，此时，即使经过返温，轧件表层和心部的温度均≤950℃；

(3)所述精轧工艺，是将步骤(2)所得轧件直接进行成形道次轧制，不需要传统的粗轧工艺与精轧工艺之间的待温过程；

(4)所述淬火+回火热处理，是将步骤(3)所得的钢板进行热处理，淬火温度为900±10℃，在炉时间为(H+30)min/mm，回火温度为270±10℃，在炉时间为(3.0×H)min/mm，其中H为钢板厚度，单位mm。

所述铸坯厚度为250～300mm。

所述步骤(2)中高压除鳞水的喷水压力为20～22MPa，每道次喷水量为130～380m³/次。

本发明钢材属于NM400耐磨钢，由于对钢板的性能进行了改进，因此对其合金成分也进行了重新设计，重新设计的合金成分能更好的达到钢材各项力学性能要求。以下详述本发明中各化学元素及碳当量CEV限定量的理由。

C：在钢中以间隙原子形式存在起固溶强化的作用，与强碳化物形成元素形成碳化物析出起到沉淀强化的作用，C还能够提高钢的淬透性，对于后续需通过淬火+回火热处理，获得回火马氏体组织的耐磨钢来说，0.10％的C含量是必需的。但太高的C含量对钢的延性、韧性、止裂性能不利，碳含量高会恶化焊接性能，所以限定C含量范围为0.10～0.26％。

Si：含量选择在0.10～0.75％。Si是常用的脱氧元素，适量的Si能降低钢中碳的石墨化倾向，并以固溶强化形式提高钢的强度，Si还能降低钢的临界冷却速度，使淬火产物形成细小的马氏体板条。但Si会加剧杂质元素在晶界的偏聚，故其含量不宜高，以免降低钢的韧性和焊接性，增加耐磨钢开裂的倾向。

Mn：是低合金高强钢最重要的合金元素之一，通过固溶强化提高钢的强度，以补偿因C含量降低而引起的钢材强度损失，Mn还可提高钢的韧性及止裂性能。Mn含量过高时，易在钢板厚度中心位置产生偏析，降低钢材厚度方向的性能。因此Mn含量限定为0.80％～1.40％。

P：含量越少越好，但是工业生产中使P含量降低需要很高的成本，所以从综合性能与经济性考虑，限定其含量上限为0.015％。

S：含量过高则使钢材具有各向异性且韧性降低，所以限定其含量上限为0.007％。

Cr：能提高钢的淬透性，因此对于特厚钢板而言需添加一定量的Cr提高淬透性以弥补厚度带来的强度损失；Cr也是中等强度碳化物形成元素，在钢中可以形成碳化物以提高钢材的强度。但太高的Cr和Mn同时加入钢中，在轧钢过程中易形成表面裂纹，同时会严重恶化焊接性能。因此Cr含量限定为0.37～0.56％。

Mo：是强碳化物形成元素，在钢中可以形成碳化物以提高钢材的强度；Mo提高淬透性的能力高于Cr，特厚钢板中添加适量的Mo可以提高厚度方向的性能均匀性；Mo还是提高钢材回火稳定性的元素，提高钢材的抗氢脆能力。但Mo属于贵金属，含量太高的Mo对成本不利，故其含量限制在0.17～0.32％。

Ti：是一种强碳、氮化物形成元素，在钢中形成的TiN、TiC或Ti(CN)可有效地阻碍钢坯加热时的奥氏体晶粒长大，还可以对钢中夹杂物起到变性作用。过高的Ti含量易产生含Ti夹杂物，对钢材的塑性、韧性不利，故其含量限制在0.012～0.020％。

Nb：是一种强碳、氮化物形成元素，在钢中形成的NbC、Nb(CN)等第二相质点，可阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒，提高钢材的强度和低温韧性；但Nb含量过高易产生晶间裂纹，故其含量控制在0.010～0.030％。

B：主要是提高钢的淬透性，保证钢的力学性能。B的原子半径小，极易偏聚到晶界，使近邻区域位错密度增高，作为氢陷阱，从而诱发此处发生晶界开裂，所以限定B含量为≤0.0020％。

Ca：可以控制硫化物的形态，改善钢板的各向异性，其含量少于0.001％时效果不明显，而过高时会产生CaO、CaS等大型夹杂物，对钢的韧性造成损害，甚至影响钢的焊接性能。所以限定Ca含量为≤0.0040％。

N：在耐磨钢中属于有害元素，它增加材料的脆性，增加耐磨钢开裂的倾向，但使N含量降低需要耗费很长的作业时间和很高的成本，综合性能要求，限定N含量上限为0.0050％。

此外，上述几个元素还应满足如下关系：0.41％≤CEV≤0.60％，CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。CEV是碳当量，反映钢材焊接性能的指标，基于各元素限定量的理由，CEV≥0.41％，但碳当量过高时，影响耐磨钢的焊接质量，限定CEV≤0.60％。

本发明的生产工艺包括铸坯加热—强制冷却+粗轧—精轧—淬火+回火热处理工艺，整个工艺过程中强制冷却+粗轧为核心工艺，通过对强制冷却时喷水的道次、喷水量的设定，使得轧件表层温度与心部温度形成120～300℃温度差，再设定粗轧道次压下量，达到差温轧制的目的，随后对所得钢板进行淬火+回火热处理，获得综合质量优良的60～80mm特厚耐磨钢板。

本发明相对现有技术，具有如下优点：

(1)提高特厚耐磨钢板厚度方向组织均匀性，为后续热处理奠定良好的组织基础，热处理后的特厚耐磨钢板的厚度方向均匀性得以提高，心部硬度达到表层硬度的85％以上；

(2)利用宽厚板精轧机自身的高压除鳞水***实现差温轧制，不增加道次间冷却装置；

(3)改善内部质量，避免特厚耐磨钢板生产过程中常见的分层现象；

(4)抑制特厚耐磨钢板生产过程中因终轧温度较高而生成的氧化铁皮，改善钢板的表面质量，差温轧制方法生产钢板的表面氧化铁皮均匀、连续，不容易剥落；

(5)不需要传统的粗轧工艺与精轧工艺之间的待温过程，提高了生产效率；减少了轧件侧向双鼓形等板形缺陷，提高成材率。

具体实施方式

为了更好地解释本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明，下述实施例仅仅是示例性的说明本发明的技术方案，并不以任何形式限制本发明。

下表1为本发明实施例1-6中各实施例化学成分取值列表。

下表2为本发明实施例1-6中各实施例主要工艺参数取值列表。

下表3为本发明实施例1的粗轧过程的主要工艺参数取值列表。

下表4是本发明实施例2的粗轧过程的主要工艺参数取值列表。

下表5是本发明实施例3的粗轧过程的主要工艺参数取值列表。

下表6是本发明实施例4的粗轧过程的主要工艺参数取值列表。

下表7是本发明实施例5的粗轧过程的主要工艺参数取值列表。

下表8是本发明实施例6的粗轧过程的主要工艺参数取值列表。

下表9是本发明实施例1-6及对比例1制得的成品钢板的主要性能参数列表。

实施例1和实施例2的成分是表1中的成分例1,坯料厚度为250mm，实施例3和实施例4的成分是表1中的成分例2,坯料厚度为300mm，实施例5和实施例6的成分是表1中的成分例3,坯料厚度为300mm。

对比例1是采用与实施例2同一炉生产的铸坯(相同成分、相同厚度)加热到1217℃后，采用常规轧制工艺与热处理工艺生产得到的，对比例1中铸坯加热到1217℃后，均热时间36min，经过5道次粗轧至117.9mm厚度中间坯，每道次压下量为20～35mm，道次间仅用高压水除去轧件表层氧化铁皮，粗轧终轧温度为1057℃。经过4min降温至941℃进行成形道次轧制，钢板厚度为78mm。将此钢板进行热处理，淬火温度为902℃，在炉时间为108min，回火温度为269℃，在炉时间为234min。

本发明各实施例的一种60～80mm特厚耐磨钢板的生产方法，包括铸坯加热—强制冷却+粗轧—精轧—淬火+回火热处理工艺，其中：

所述铸坯厚度为250～300mm。

表1本发明实施例1-6中各实施例化学成分取值列表(质量分数，％)。

下表2为本发明实施例1-6中各实施例的主要工艺参数取值列表。

下表9是实施例1-6及对比例1制得的成品钢板的主要性能参数。

表9中表层硬度、1/4厚度硬度、心部硬度栏中的数据，第一行是测试的三个硬度值，第二行是第一行三个值的算术平均值。

由表9可以看出，采用差温轧制方法生产的60～80mm特厚耐磨钢板，按照表层硬度→1/4厚度硬度→心部硬度的厚度方向顺序，硬度值是逐渐降低的。如采用250mm厚度坯料生产的78mm厚度特厚耐磨钢板(实施例2)，其表层硬度、1/4厚度硬度、心部硬度分别为401、391、344，但下降的幅度并不大，心部硬度与表层硬度的比值为86％，而对比例1的表层硬度、1/4厚度硬度、心部硬度分别为401、330、236，心部硬度与表层硬度的比值为59％，还达不到60％，将严重影响使用寿命。而本发明几个实施例中的心部硬度与表层硬度的比值均在85％以上。可见，本发明采用在粗轧阶段采用强制冷却，将轧件表层温度强制冷却到所轧耐磨钢的相变温度Ar1以上后，尽快进行轧制，差温轧制时的每道次压下量为20～35mm，然后再进行多次强制冷却—返温—轧制过程，表面与心部形成120～300℃温度差异，表面温度低于心部，变形抗力较大，不易变形，而心部温度较高，较易变形，变形深入到轧件心部，有效改善60～80mm特厚耐磨钢板内部质量，提高特厚耐磨钢板厚度方向组织均匀性，也为后续热处理奠定良好的组织基础，热处理后的特厚耐磨钢板的厚度方向均匀性得以提高，心部硬度达到表层硬度的85％以上。

Claims

1.一种60～80mm特厚耐磨钢板，其特征在于，所述特厚耐磨钢板含有下述质量百分比含量的化学成分：C：0.10～0.26%，Si：0.10～0.70%，Mn：0.80～1.40%，P≤0.015%，S≤0.0070%，Cr：0.37～0.56%，Mo：0.17～0.32%，Ti：0.012～0.020%，Nb：0.010～0.030%，B≤0.0020%，Ca≤0.0040%，N≤0.0050%，其余为Fe和不可避免的杂质，且上述元素需同时满足如下关系：0.41%≤CEV≤0.60%，CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。

2.根据权利要求1所述的一种60～80mm特厚耐磨钢板，其特征在于：所述特厚耐磨钢板的表层硬度HBW10/3000为390～430，心部硬度HBW10/3000为340～400，钢板的心部硬度为表层硬度的85%以上。

3.如权利要求1所述的一种60～80mm特厚耐磨钢板的生产方法，包括铸坯加热—强制冷却+粗轧—精轧—淬火+回火热处理工艺，其特征在于：

（1）所述铸坯加热，是将铸坯加热到1220±30℃，均热时间≥30min；

（2）所述强制冷却+粗轧，是对加热好的铸坯，利用四辊可逆式精轧机自身的高压除鳞水，对铸坯进行3～5次强制冷却，轧件表层温度强制冷却到所轧耐磨钢的相变温度Ar1以上，表面与心部形成120～300℃温度差后立即进行轧制，每次压下量为20～35mm，此时，轧件厚度减薄，表面积增大，快速返温至表层与心部温度趋于一致，轧件温度下降20～60℃；根据需要，多次重复上述强制冷却+粗轧过程，直至轧件厚度达到成品厚度的1.5～2.0倍，此时，即使经过返温，轧件表层和心部的温度均≤950℃；

（3）所述精轧工艺，是将步骤（2）所得轧件直接进行成形道次轧制，不需要传统的粗轧工艺与精轧工艺之间的待温过程；

（4）所述淬火+回火热处理，是将步骤（3）所得的钢板进行热处理，淬火温度为900±10℃，在炉时间为（H+30）min/mm，回火温度为270±10℃，在炉时间为(3.0×H)min/mm，其中H为钢板厚度，单位mm。

4.根据权利要求2所述的一种60～80mm特厚耐磨钢板的生产方法，其特征在于：所述铸坯厚度为250～300mm。

5.根据权利要求2所述的一种60～80mm特厚耐磨钢板的生产方法，其特征在于：所述步骤（2）中高压除鳞水的喷水压力为20～22MPa，每道次喷水量为130～380m³/次。