CN111074169B - 一种贝氏体超高强耐磨钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金技术领域，具体提供了一种贝氏体超高强耐磨钢板及其生产方法。本发明提供的钢板由以下重量百分含量的成分组成：C：0.46%～0.51%，Si：1.90%～2.30%，Mn：1.60%～1.90%，P≤0.025%，S≤0.005%，Cr：1.00%～1.50%，Mo：0.20%～0.50%，Al：0.015%～0.045%，余量为Fe和不可避免的杂质；生产过程包括冶炼、连铸、加热、轧制、高温回火等步骤。本发明提供的钢板具有极高的强度和耐磨性，钢板强度可达到2000MPa以上；提供的生产方法工序简单，不仅缩短了生产周期，还降低了生产成本。

Description

一种贝氏体超高强耐磨钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种贝氏体超高强耐磨钢板及其生产方法。
背景技术
耐磨钢主要用于矿山机械、工程机械、运输机械类的一些耐磨损构件，如刮板机、球磨机、衬板、振动筛等等，要求钢有很好的耐磨性，又按具体用途，分为不同等级。而该贝氏体超高强耐磨钢板经不同处理后，可代替多个级别耐磨钢使用，因此，贝氏体超高强耐磨钢的成功开发是耐磨钢技术领域的新突破。
发明内容
本发明的目的在于提供一种贝氏体超高强耐磨钢板及其生产方法，所提供的钢板具有极高的强度和耐磨性，钢板强度可达到2000MPa以上；所提供的生产方法工序简单，不仅缩短了生产周期，还降低了生产成本。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种贝氏体超高强耐磨钢板，其由以下重量百分比的成分组成：C：0.46%～0.51%，Si：1.90%～2.30%，Mn：1.60%～1.90%，P≤0.025%，S≤0.005%，Cr：1.00%～1.50%，Mo：0.20%～0.50%，Al：0.015%～0.045%，余量为Fe和不可避免的杂质
本发明还提供了一种贝氏体超高强耐磨钢板的生产方法，包括下述步骤：
（1）冶炼：钢水先经电炉冶炼，然后送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1645℃～1655℃时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块或直径为1cm的Fe-Ca线，所述CaSi块的加入量为≥100kg/炉，所述Fe-Ca线的加入量为100m/炉；
（2）连铸：采用低碳保护渣，浇铸连铸结晶器内，拉出铸坯，切割铸坯料，堆垛7～9小时，清理后转连续炉进行加热；
（3）加热：最高加热温度为1280℃，均热温度为1100℃～1260℃，总加热时间为6h～8h，均热时间≥3h；
（4）轧制：加热温度1100℃～1260℃，开轧温度1050℃～1100℃，奥氏体再结晶区低速大压下轧制，终轧≥880℃，总压下率达到≥60%，轧后带温及时切割；
（5）回火：轧后钢板装炉回火，回火温度660℃～700℃，保温4min/mm～5min/mm，总在炉时间≥4h。
所述生产方法中，步骤(1)中真空脱气处理的真空度≤66.7MPa，真空保持时间≥20min。
所述生产方法中：步骤(2)中浇注温度为1525℃～1560℃。
所述生产方法，钢板的厚度范围为12mm～50mm。
本发明提供的贝氏体超高强耐磨钢板，是在普通耐磨钢的基础上，加入高含量的Si、Mn、Cr制备而成，Mn可起固溶强化作用，Si、Cr可细化晶粒，增加钢板强度。本发明提供的钢板在热轧状态就有极高的强度和耐磨性，钢板强度达到2000MPa，是国内最高强度级别耐磨钢。
钢板中各组分及含量在本发明中的作用是：
C：钢中含碳量决定钢的基体硬度，对耐磨钢而言，钢中的碳一部分进入钢的基体中引起固溶强化；另外一部分碳将和合金元素中的碳化物形成元素结合成合金碳化物。对耐磨钢而言,这种合金碳化物除少量残留的以外，还要求它在回火过程中在热轧态组织基体上弥散析出产生两次硬化现象，从而由均匀分布的残留合金碳化合物和轧态组织来决定热作模具钢的性能。由此可见，钢中的含C量不能太低。因此本发明厚度的钢板，将碳含量控制范围设定为0.46%～0.51%。
Si：硅在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，同时Si也能起到固溶强化作用，硅能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，但含硅量超过3%时，将显著降低钢的塑性和韧性。故设定硅含量为1.90%～2.30%。
Mn：锰成本低廉，能增加钢的韧性、强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；锰量过高，容易在大钢锭中心产生偏析，且使钢的共析点碳含量降低，从而增加组织中珠光体的含量，对韧性不利，故设定控制范围为Mn：1.60%～1.90%。
Cr：铬能提高碳素钢轧制状态的强度、硬度和耐磨性而不使钢变脆。经回火后具有较好的综合力学性能，形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。在热处理时不易脱碳，有良好的回火稳定性。本发明厚度的钢板，将铬含量控制范围设定为1.00%～1.50%。
Mo：钼在钢中能提高淬透性和热强性，防止回火脆性，在耐磨钢中，钼还能保持钢比较稳定的硬度，增加对变形开裂和磨损等的抗力。含0.20%～0.50%范围的钼具有耐磨性、回火硬度和红硬性等。
P、S：在一般情况下，磷和硫都是钢中有害元素，增加钢的脆性。磷使焊接性能降低，降低塑性，使冷弯性能变差；硫降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。因此，应尽量减少磷和硫在钢中的含量(P≤0.025%，S≤0.005%)。
Al：铝在钢中的主要作用是细化晶粒、固定钢中的氮，从而显著提高钢的冲击韧性，降低冷脆倾向和时效倾向性。故设定控制范围为0.015%～0.045%。
本发明采用连铸及精炼工艺，生产的钢水P、S含量低，钢质纯净；采用奥氏体再结晶区控制轧制工艺，充分发挥了合金元素在钢中的强化作用。
本发明提供的贝氏体超高强耐磨钢板的生产方法具有以下优点：
①本发明采用连铸成材，冶炼浇铸工艺成本较模铸低，不需开坯，可直接成材。采用奥氏体再结晶区控制轧制工艺，轧制连续，避免轧制过程晾钢，轧制时间短，加快了生产节奏，提高了轧制产量。
②本发明热处理只采用回火的生产工艺，不同于普通的淬火+回火工艺，不仅节约了生产成本，还缩短了生产周期，实现了快速交货，促进了钢铁行业的技术进步，也为耐磨钢的生产工艺提供了相关技术储备。
③本发明提供的生产方法制备的钢板，具有国内最高强度级别，达到2000MPa，具有良好的硬度和耐磨性，代替了进口，为国家矿工、机械行业作出了巨大贡献。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
（1）本发明提供的的贝氏体超高强耐磨钢板，采用高硅高锰高铬强化，提高了钢板的硬度和耐磨性；加入少量的Mo、Al复合强化，钢板硬度增加的同时，强度也得到进一步提高，达到国内最高强度级别。
（2）本发明提供的生产方法，采用热轧后高温回火工艺代替普通的控轧后淬火+回火，得到的钢板组织均匀细化，具有良好的硬度均匀性，且经回火后钢板消除了应力，易于切割，加工。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步地说明；
实施例1
本实施例的钢种为48Si2Mn2Cr1Mo，钢板厚度为12mm，其由以下重量百分比的成分组成：C：0.46%，Si：1.95%，Mn：1.80%，P：0.015%，S：0.004%，Cr：1.20%，Mo：0.50%，Al：0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质；。
本实施例的钢板生产过程包括以下步骤：
（1）冶炼：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1650℃时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块，加入量为100kg/炉；真空脱气处理的真空度为66.5MPa，真空保持时间为25分钟；
（2）连铸：采用低碳保护渣，浇铸温度1525℃，浇铸完铸坯堆垛8小时后，清理后转连续炉进行加热；
（3）加热：最高加热温度为1280℃，均热温度为1240℃，总加热时间为6h，均热时间4h；
（4）轧制：加热温度1250℃，开轧温度1050℃，奥氏体再结晶区低速大压下轧制，终轧930℃，总压下率达到90%，轧后带温及时切割。
（5）回火：轧后钢板装炉回火，回火温度680℃，保温4 min/mm，总在炉时间5h。
经检测，12mm厚48Si2Mn2Cr1Mo成品钢板检验的力学性能结果显示钢板有良好的综合机械性能，钢板抗拉强度2030MPa，硬度580HB。
实施例2
本实施例的钢种为48Si2Mn2Cr1Mo，钢板厚度为50mm，由以下重量百分比的成分组成：C：0.51%，Si：2.10%，Mn：1.90%，P：0.013%，S：0.003%，Cr：1.00%，Mo：0.40%，Al：0.044%，余量为Fe和不可避免的杂质；
本实施例的钢板生产过程包括以下步骤：
（1）冶炼：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1645℃时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入直径为1cm的Fe-Ca线，加入量为100m/炉；真空脱气处理的真空度为66MPa，真空保持时间为20分钟；
（2）连铸：采用低碳保护渣，浇铸温度1540℃，浇铸完堆垛7小时，清理后转连续炉进行加热；
（3）加热：最高加热温度为1280℃，均热温度为1250℃，总加热时间为8h，均热时间4h；
（4）轧制：加热温度1240℃，开轧温度1060℃，奥氏体再结晶区低速大压下轧制，终轧880℃，总压下率达到80%，轧后带温及时切割。
（5）回火：轧后钢板装炉回火，回火温度700℃，保温4.5 min/mm，总在炉时间8h。
经检测，50mm厚48Si2Mn2Cr1Mo成品钢板检验的力学性能结果显示钢板有良好的综合机械性能，钢板抗拉强度2100MPa，硬度590HB。
实施例3
本实施例的钢种为48Si2Mn2Cr1Mo，钢板厚度为35mm，由以下重量百分比的成分组成：C：0.48%，Si：2.25%，Mn：1.60%，P：0.020%，S：0.002%，Cr：1.50%，Mo：0.20%，Al：0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质；
本实施例的钢板生产过程包括以下步骤：
（1）冶炼：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1655℃时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块，加入量为120kg/炉；真空脱气处理的真空度为66.2MPa，真空保持时间为22分钟；
（2）连铸：采用低碳保护渣，浇铸温度1535℃，浇铸完堆垛8小时，清理后转连续炉进行加热；
（3）加热：最高加热温度为1280℃，均热温度为1160℃，总加热时间为8h，均热时间5h；
（4）轧制：加热温度1200℃，开轧温度1100℃，奥氏体再结晶区低速大压下轧制，终轧950℃，总压下率达到92%，轧后带温及时切割。
（5）回火：轧后钢板装炉回火，回火温度670℃，保温4.5 min/mm，总在炉时间7h。
经检测，35mm厚48Si2Mn2Cr1Mo成品钢板检验的力学性能结果显示钢板有良好的综合机械性能，钢板抗拉强度2090MPa，硬度620HB。
实施例4
本实施例的钢种为48Si2Mn2Cr1Mo，钢板厚度为20mm，由以下重量百分比的成分组成：C：0.50%，Si：2.30%，Mn：1.75%，P：0.012%，S：0.003%，Cr：1.30%，Mo：0.30%，Al：0.033%，余量为Fe和不可避免的杂质；本实施例的钢板生产过程包括以下步骤：
（1）冶炼：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1650℃时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入直径为1cm的Fe-Ca线，加入量为100m/炉；真空脱气处理的真空度为65.7MPa，真空保持时间为23分钟；
（2）连铸：采用低碳保护渣，浇铸温度1560℃，浇铸完堆垛9小时，清理后转连续炉进行加热；
（3）加热：最高加热温度为1280℃，均热温度为1100℃，总加热时间为7h，均热时间4h；
（4）轧制：加热温度1150℃，开轧温度1090℃，奥氏体再结晶区低速大压下轧制，终轧970℃，总压下率达到95%，轧后带温及时切割。
（5）回火：轧后钢板装炉回火，回火温度660℃，保温5 min/mm，总在炉时间6h。
经检测，35mm厚48Si2Mn2Cr1Mo成品钢板检验的力学性能结果显示钢板有良好的综合机械性能，钢板抗拉强度2050MPa，硬度595HB。
实施例5
本实施例的钢种为48Si2Mn2Cr1Mo，钢板厚度为40mm，由以下重量百分比的成分组成：C：0.47%，Si：2.05%，Mn：1.80%，P：0.010%，S：0.002%，Cr：1.20%，Mo：0.45%，Al：0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质；
本实施例的钢板生产过程包括以下步骤：
（1）冶炼：钢水先经电炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1650℃时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块，加入量为120kg/炉；真空脱气处理的真空度为65MPa，真空保持时间为26分钟；
（2）连铸：采用低碳保护渣，浇铸温度1550℃，浇铸完堆垛8小时，清理后转连续炉进行加热；
（3）加热：最高加热温度为1280℃，均热温度为1240℃，总加热时间为8h，均热时间5h；
（4）轧制：加热温度1230℃，开轧温度1060℃，奥氏体再结晶区低速大压下轧制，终轧920℃，总压下率达到88%，轧后带温及时切割。
（5）回火：轧后钢板装炉回火，回火温度690℃，保温4.5 min/mm，总在炉时间5.5h。
经检测，40mm厚48Si2Mn2Cr1Mo成品钢板检验的力学性能结果显示钢板有良好的综合机械性能，钢板抗拉强度2110MPa，硬度625HB。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种贝氏体超高强耐磨钢板，其特征在于：所述钢板由以下重量百分比的成分组成：C：0.46%～0.51%，Si：1.90%～2.30%，Mn：1.60%～1.90%，P≤0.025%，S≤0.005%，Cr：1.00%～1.50%，Mo：0.20%～0.50%，Al：0.015%～0.045%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述贝氏体超高强耐磨钢板采用以下方法生产而成：
（1）冶炼：钢水先经电炉冶炼，然后送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1645℃～1655℃时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块或直径为1cm的Fe-Ca线，所述CaSi块的加入量为≥100kg/炉，所述Fe-Ca线的加入量为100m/炉；
（2）连铸：采用低碳保护渣，浇铸连铸结晶器内，拉出铸坯，切割铸坯料，堆垛7～9小时，清理后转连续炉进行加热；
（3）加热：最高加热温度为1280℃，均热温度为1100℃～1260℃，总加热时间为6h～8h，均热时间≥3h；
（4）轧制：加热温度1100℃～1260℃，开轧温度1050℃～1100℃，奥氏体再结晶区低速大压下轧制，终轧≥880℃，总压下率达到≥60%，轧后带温及时切割；
（5）回火：轧后钢板装炉回火，回火温度660℃～700℃，保温4min/mm～5min/mm，总在炉时间≥4h。
2.一种如权利要求1所述的贝氏体超高强耐磨钢板的生产方法，其特征在于：包括下述步骤：
（1）冶炼：钢水先经电炉冶炼，然后送入LF精炼炉精炼，当钢水温度达到1645℃～1655℃时转入VD炉真空脱气处理，VD前加入CaSi块或直径为1cm的Fe-Ca线，所述CaSi块的加入量为≥100kg/炉，所述Fe-Ca线的加入量为100m/炉；
（2）连铸：采用低碳保护渣，浇铸连铸结晶器内，拉出铸坯，切割铸坯料，堆垛7～9小时，清理后转连续炉进行加热；
（3）加热：最高加热温度为1280℃，均热温度为1100℃～1260℃，总加热时间为6h～8h，均热时间≥3h；
（4）轧制：加热温度1100℃～1260℃，开轧温度1050℃～1100℃，奥氏体再结晶区低速大压下轧制，终轧≥880℃，总压下率达到≥60%，轧后带温及时切割；
（5）回火：轧后钢板装炉回火，回火温度660℃～700℃，保温4min/mm～5min/mm，总在炉时间≥4h。
3.根据权利要求2所述的一种贝氏体超高强耐磨钢板的生产方法，其特征在于：所述步骤(1)中真空脱气处理的真空度≤66.7MPa，真空保持时间≥20min。
4.根据权利要求2所述的一种贝氏体超高强耐磨钢板的生产方法，其特征在于：所述步骤(2)中浇铸 温度为1525℃～1560℃。
5.根据权利要求2～4任意一项所述的一种贝氏体超高强耐磨钢板的生产方法，其特征在于：钢板的厚度范围为12mm～50mm。
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