CN111254351B

CN111254351B - 一种高性能热轧耐磨钢薄板及其生产方法

Info

Publication number: CN111254351B
Application number: CN202010071563.5A
Authority: CN
Inventors: 张涛; 纪汶伯; 林田子; 侯华兴; 杨颖�; 张哲�
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2021-07-20
Anticipated expiration: 2040-01-21
Also published as: CN111254351A

Abstract

一种高性能热轧耐磨钢薄板及其生产方法，钢中化学成分按重量百分比计含有：C0.15％～0.20％、Si0.9％～1.2％、Mn0.5％～0.7％，Al0.5％～0.7％、Cr0.8％～1.2％、Nb0.02％～0.04％、Ti0.010％～0.020％，Al+Si≤1.7％，余量为Fe及不可避免的杂质；P≤0.015％，S≤0.005％，[N]≤0.0040％，[H]≤0.00015％，[O]≤0.0020％。本发明产品钢板厚度为3‑8mm的高强度热轧耐磨钢板，钢板表面硬度大于HB370；‑20度低温韧性大于30J；不需要回火热处理；成分简单，不含贵重合金；具有良好的成型性和耐蚀性。

Description

一种高性能热轧耐磨钢薄板及其生产方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种高性能热轧耐磨钢薄板及其生产方法，可用于矿用车、自卸车、渣土车、混凝土搅拌车等工程机械的耐磨备件制作。

背景技术

高性能耐磨钢薄板广泛应用于矿用车、自卸车、渣土车、混凝土搅拌车等领域，采用薄规格耐磨钢板不仅可以降低车身等的自重，增加车辆载重量，而且可以大幅度提升汽车箱体等的使用寿命，延迟检修周期，节能降耗，减少环境污染、节约资源。因此近年来，薄规格(3-8毫米)高性能耐磨钢板的使用量也在逐年增加。

高性能耐磨薄钢板一方面要求具有良好的加工性能，能够满足复杂结构的冷成型和焊接工艺要求；另一方面要求耐磨钢板能够具有足够的硬度和耐蚀性从而获得良好的复杂工况的耐磨性能。

普通低合金耐磨钢中厚板一般采用淬火加低温回火的生产方法，组织为低碳回火马氏体。但是薄规格尤其是厚度8mm以下耐磨钢板淬火时板型控制难度大，容易变形。且由于耐磨钢薄板热处理后强度高，受回火温度低和回火时间短的制约，造成钢板内应力大，矫平及切割使用时困难。因此薄规格耐磨钢板的生产难度较大，一定程度上制约了国内高性能薄规格耐磨钢板的生产和应用。

国内外高性能薄规格耐磨钢板的生产技术已经多有公开，例如：

1、专利号为CN201410807637.1的中国专利文件，公开了“一种具有良好加工性能的耐磨热轧薄钢板及其制造方法”，解决现有的热轧耐磨钢板存在的折弯性能差、焊接性能不良、不能同时满足湿介质和干介质工况条件下耐磨性要求的技术问题。该发明提供的一种具有良好加工性能的耐磨热轧薄钢板，其化学成分重量百分比为：C:0.17％～0.23％，Si：0.05％～0.40％，Mn:1.20％～1.80％，P≤0.015％，S≤0.015％，Al:0.015％～0.050％，Ti:0.10％～0.45％，Cu：0.15％～0.28％，余量为铁和不可避免夹杂。可用于工程机械、自卸车、浆体运输管道等行业。该发明还提供了一种所述耐磨钢板的制造方法，连铸板坯于1220℃～1260℃，加热200～280min后进行热轧，其中连铸板坯在1100℃-1200℃温度区间的升温速度为130-150℃/h；所述的热轧为两段式轧制工艺，粗轧为6道次连轧，在奥氏体再结晶温度以上轧制，粗轧结束温度为1020～1070℃；精轧为7道次连轧，在奥氏体非再结晶温度区轧制，精轧结束温度为820℃～860℃，精轧压下率大于75％，卷取温度为500℃～600℃。该发明为耐磨热轧薄钢板，其组织为细晶粒块状铁素体+粒状贝氏体+少量珠光体，所述组织晶粒度为10～12级。其2～8mm厚热轧钢板屈服强度≥450MPa，抗拉强度≥550MPa，断后伸长率≥24％，180°弯曲试验，d＝1a合格，硬度HBW180-200，0℃冲击功≥80J。在湿介质条件下的所述的耐磨热轧薄钢板的耐磨性能是普通Q345热轧钢板的1.6～2.0倍，是高强度热轧结构钢S700钢板的1.4～1.8倍；在干介质条件下的所述的耐磨热轧薄钢板的耐磨性能是普通Q345热轧钢板的1.5～1.8倍，是高强度热轧结构钢S700钢板的1.3～1.6倍。，通过该方法制得的钢板具有良好的机械加工性能，且硬度能够达到HBW180-200。该专利成型性能好，但硬度较低，Ti含量高，冶炼连铸困难；且只能满足0℃冲击功的要求，无法适应寒冷区域使用要求。

2、专利号为CN107217202A的中国专利文件，公开了“一种布氏硬度500级的耐磨钢及其制造方法”，化学成分按质量百分比为：C 0.25～0.28％，Si 0.22～0.28％，Mn 1.15～1.24％，P≤0.01％，S≤0.005％，Cr 0.2～0.25％,Cu 0.01～0.015％，Al 0.03～0.05％，Ni 0.04～0.045％，Mo 0.01～0.02％,Ti 0.03～0.04％，V 0.007～0.018％，B≤0.004％，其余为铁和不可避免的杂质。该发明提供了一种布氏硬度500级耐磨钢薄板的制造方法。该发明钢板具有优良耐磨性和较高韧性，并使其表面具有均匀压应力，增强其耐磨性能和抗疲劳性能，该发明耐磨性好，可生产15毫米及以下薄规格钢板，但需采用离线淬火加回火的工艺生产，工艺复杂，交货周期长，回火时间短，内应力大，钢板板型不易保证。

3、专利号为CN107099731A的中国专利文件公开了“一种在线淬火生产薄规格高Ti耐磨钢NM360的方法”，该钢板包括如下组分(wt％)：C为0.12～0.20wt％，Si为0.2～0.4wt％，Mn为0.75～1.5wt％，Mo为0.15～0.20wt％，Cr为0.30～0.50wt％，Nb为0.03～0.06wt％，Ti为0.1～0.15wt％，B为0.0005～0.0010wt％，P<0.015wt％，S<0.010wt％，其余为Fe及不可避免的杂质；该专利选用微量Mo、Cr、Nb、Ti、B合金进行微合金化，通过控制轧制后超快速冷却淬火控制微观组织，充分发挥合金的性能强化作用，减少合金加入量及贵重合金使用量；制备工艺：冶炼并连铸成坯；均热；轧制；层流冷却；卷取。该发明热轧结构钢薄板的屈服强度(ReL)≥700MPa，抗拉强度(Rm)≥750MPa，且耐磨性能较好，能以热代冷，以薄代厚，可以满足工程结构用高强度钢的需求。简化了传统耐磨钢热轧后进行离线淬火+回火工艺，缩短了工艺流程，减少合金加入量，轧后直接超快速冷却后钢板的淬透性比传统再加热淬火工艺增大了1.4～1.5倍，提高钢的强韧配比。该专利硬度低，含较多贵重合金Mo,成本高；且Ti含量较高，冶炼、连铸难度较大。

4、专利号为CN200880016192.8的专利文件公开了一种加工性优良的耐磨钢板，其特征在于，以质量％计，含有：C：0.05～0.35％、Si：0.05～1.0％、Mn：0.1～2.0％、Ti：0.1～1.2％、Al：0.1％以下，还含有Cu：0.1～1.0％、Ni：0.1～2.0％、Cr：0.1～1.0％、Mo：0.05～1.0％、W：0.05～1.0％、B：0.0003～0.0030％中的1种或2种以上，余量由Fe及不可避免的杂质构成，。生产方法为，将具有上述成分的钢板进行热轧后，以2℃/s以下的冷却速度冷却至400℃以下。热轧中920℃以下时的轧制率为30％以上，并且使轧制结束温度为900℃以下。该发明的耐磨钢板，不需要在热轧后实施热处理，可以使用于热轧状态下需要弯曲加工的各种用途钢板的拉伸强度(TS)＜800MPa、屈服强度(YS)＜600MPa,并且具有极好的冲击磨损性能。该专利强度低，Cu、Ni、Mo、W等合金含量高，成本高，冶炼连铸高Ti钢困难。

5、热轧温度制度对高强度热轧耐磨卷板性能的影响

[会议论文]唐文军,张汉谦,江来珠，2006-第二届全国宝钢学术年会

实验室研究了均热温度、终轧温度和卷取温度等热轧工艺对含Ti低碳微合金钢组织和性能的影响。该方法为高Ti高强钢，硬度低，冶炼连铸困难。

6、薄规格耐磨钢板XCHD500的板形控制工艺研究

[期刊论文]王小双，邓云飞，Wang Xiaoshuang,Deng Yunfei-《宽厚板》2014年6期；

针对3500mm炉卷轧机生产5mm厚度耐磨钢板XCHD500初期瓢曲严重的问题，兴澄特钢通过优化轧制设备及工艺参数，显著改善了耐磨钢板的板形，为后续热处理创造了良好的板形条件，从而确保最终交付的钢板满足平直度要求，使兴澄特钢在耐磨钢板平直度的控制方面达到国内领先水平。该生产工艺为热轧后离线淬火加回火。

7、1150MPa级超高强度热轧耐磨钢组织和性能研究

[会议论文]唐文军,江来珠,徐鼎华，2006-2006全国低合金钢、微合金非调质钢学术年会；

在宝钢2050热连轧机组成功试制抗拉强度为1150MPa级的超高强度耐磨热轧带钢,3mm厚卷板轧态的典型力学性能为,屈服强度825MPa、抗拉强度1165MPa、延伸率14％、-40℃冲击功6.8J。该方法为V，Ti非调质钢，成本高，冶炼连铸困难。.

8、自卸车车箱用500CX高强度钢板的开发

[学位论文]邸爱英，2014-东北大学：冶金工程；

就通钢生产500CX高强度车箱板的炼钢、精炼、连铸、轧钢工艺参数进行研究，同时结合通钢的生产技术及生产设备，深入地研究了通钢生产自卸车车箱用500CX高强度钢板的开发技术。

生产的500CX高强度车箱板屈服强度ReL≥500MPa，抗拉强度Rm＝550～700MPa，冷弯(试样的宽度b＝35mm，弯心直径d＝3.0a(试样厚度))合格，常温下冲击功AK在90～140J之间，成分和性能均满足产品的要求。该方法产品强度低，耐磨性差。

从以上公开的现有技术可知，现有薄规格耐磨钢板存在以下不足：

1、热处理工艺复杂，需离线淬火加回火；

2、含0.1％～0.5％Ti，冶炼连铸困难；

3、硬度低于HB370；

4、低温韧性不能满足-20度寒冷地区要求。

发明内容

本发明提供了一种高性能热轧耐磨钢薄板及其生产方法，可生产产品钢板厚度为3-8mm的高强度热轧耐磨钢板，钢板表面硬度大于HB370；-20度低温韧性大于30J；不需要回火热处理；成分简单，不含贵重合金；具有良好的成型性和耐蚀性。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种高性能热轧耐磨钢薄板，钢中化学成分按重量百分比计含有：C 0.15％～0.20％、Si 0.9％～1.2％、Mn 0.5％～0.7％，Al 0.5％～0.7％、Cr 0.8％～1.2％、Nb0.02％～0.04％、Ti 0.010％～0.020％，Al+Si≤1.7％，余量为Fe及不可避免的杂质；钢中的杂质元素控制：P≤0.015％，S≤0.005％，[N]≤0.0040％，[H]≤0.00015％，[O]≤0.0020％。

本发明所设计元素的理由为：

C：为了保证钢板高的强度、HB370以上的硬度需要相当的碳含量做保证，在一定范围内钢板的硬度随碳含量的增加而相应的增加，同时一定的碳含量可以和Cr形成碳化物析出，增加耐磨性。碳含量过高则塑性、韧性会降低，焊接性能下降，为了保证钢板具有高的表面硬度及良好的焊接性能、成型性能、低温韧性，因此本发明中C含量控制在0.15％～0.20％；

Si：是非碳化物形成元素，主要作用是抑制碳化物的析出，提高钢板的塑形，同时起固溶强化和脱氧作用，但过多时Si会使焊接性能下降，同时会影响韧性，因此本发明中Si含量控制在0.9％～1.2％；

Mn：主要作用是固溶强化，含量大于0.5％时可以提高马氏体中碳的过饱和度，有利于强度和硬度的提高，且成本低廉，但含量高于0.7时易形成中心偏析，造成心部碳含量较高时，会使板坯中心有易发裂纹的倾向；因此本发明中Mn含量控制在0.5％～0.7％

Nb：是强碳和氮化合物形成元素，主要作用是通过在钢中形成细小碳氮化物抑制加热时晶粒长大，卷曲时又具有一定的析出强化的作用；Nb加入钢中，通过抑制奥氏体晶粒界面运动，从而提高钢板的再结晶温度。钢板中加入适量的Nb，高温奥氏体化时，未溶解的NbC起到钉轧奥氏体晶界的作用，从而阻碍奥氏体晶界过分粗化。溶解在奥氏体中的Nb在控制轧制过程中抑制奥氏体再结晶，细化奥氏体晶粒。但Nb含量过高，则会形成粗大的NbC，影响钢板的力学性能。因此，本发明中Nb的加入量为0.02％～0.04％。

Ti：与其它合金元素相比，价格便宜，可以与氮、碳和硫形成化合物，钢中形成细小钛的碳氮化物能有效抑制加热时晶粒的长大，钛与氮的化合物形成温度较高。因此本专利添加大于等于0.01％的钛，但含量过高时(大于0.02％)时钢中会形成过多的粗大的TiN，降低钢板的低温韧性和冷弯性能，因此本发明中Ti的加入量控制在0.010％～0.020％，且控制[N]≤0.0040％，避免过多TiN的形成。

Cr：能够促进钢的表面钝化，并且随着Cr含量的增加，趋于稳定的钝化膜会显著降低钢的腐蚀速率，提高钢的耐蚀性；另外Cr可以降低临界冷却速度，提高钢板的淬透性，有利于形成马氏体组织。铬是强碳化物形成元素，在钢中可形成多种碳化物，提高钢板300-400℃卷曲后的强度和硬度，从而提高耐磨性。Cr含量大于0.8％时强化和耐腐性效果明显，Cr过多加入，会使焊接性降低，因此本发明控制Cr：0.8％～1.2％。

Al：是非碳化物形成元素，主要作用是抑制碳化物的析出，提高钢板的低温韧性和塑形，同时起固溶强化和脱氧作用，另外Al还有提高耐蚀能力的作用，可在内锈层的尖晶石氧化物(Fe₃0₄)中，形成稳定的尖晶石型复杂氧化物(FeAl₂0₄)，使锈层具备阳离子选择性而抑制氯离子的侵入。但含量超过0.7后就会增加连铸水口堵塞的风险。因此本发明控制Al：0.5％～0.7％。

由于Al、Si有共同促进抑制碳化物的析出的作用，为防止合金元素过多加入影响焊接性能，因此本发明控制AL+Si≤1.7％。

一般低合金高强度耐磨钢板均需采用在线或离线淬火加离线低温回火的工艺生产，本发明钢板的特点是不需进行上述热处理，热轧、卷曲后空冷即可达到布氏硬度370以上的硬度和良好的韧性。

成品钢板厚度3-8mm，表面硬度大于HB370，-20℃低温韧性大于30J。

一种高性能热轧耐磨钢薄板的生产方法，包括铁水预处理、转炉冶炼、精炼、板坯连铸、铸坯缓冷、加热、轧制、层流冷却、卷取、进罩缓冷工艺过程；

进行铁水预处理，采用转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，进行精炼处理，并进行微合金化，控制钢中杂质含量在上述成分范围；精炼时要严格控制钢水[N]≤0.0040％，[O]≤0.0020％，[H]≤0.00015％，连铸采用电磁搅拌或轻压下，减少中心偏析；

连铸后需进行加热缓冷，入炉温度≥500℃，升温速度≤50℃/H，在600-700℃缓冷时间≥30小时，加热缓冷可有效去除钢坯中的氢含量和铸造内应力。缓冷到板坯温度在100～200℃时，进行板坯带温清理；可减少铸造缺陷，同时可避免切割裂纹的发生。

轧制工艺铸坯厚度135～230mm，入炉温度需≥600℃，轧前加热温度1200℃～1250℃，为保证合金能充分固溶，加热保温时间需控制在1.0-1.5分/毫米；

轧制时采用两阶段控轧，目的在于充分细化热轧态组织，粗轧阶段轧制开轧温度≥1100℃，终轧温度控制在≥1030℃；粗轧阶段轧制过程中，奥氏体发生动态再结晶、静态再结晶和动态回复的过程，奥氏体晶粒得以细化；

入精轧温度1030～1080℃，轧制速度为5～15m/s，终轧温度850～890℃；冷速≥20℃/s，在300～400℃卷取，卷取后进入缓冷罩进行缓冷，缓冷罩保温缓冷时间≥36小时，冷却到200℃以下，再空冷到室温。

本发明采用了低温卷曲后缓冷的生产工艺，低温卷曲既能保持钢板较高的强度和硬度，卷曲后采用保温罩长时间缓冷，有利于获得高的塑性和较好的韧性；又降低了钢板的残余应力。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明一种高性能热轧耐磨钢薄板及其生产方法，可生产产品钢板厚度为3-8mm的高强度热轧耐磨钢板，钢板表面硬度大于HB370；-20度低温韧性大于30J；不需要回火热处理；成分简单，不含贵重合金；具有良好的成型性和耐蚀性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明：

本发明实施例钢种化学成分见表1，每个化学成分的实施例采用两种轧制工艺参数(见表2)，本发明实施例性能检验结果见表3、表4、表5。

表1本发明实施例钢种的化学成分，wt％

表2本发明实施例的轧制工艺参数

表3本发明实施例的力学性能

表4本发明实施例180℃冷弯性能

表5本发明实施例拉伸力学性能

Claims

1.一种高性能热轧耐磨钢薄板，其特征在于，钢中化学成分按重量百分比计含有：C0.15％～0.20％、Si 1.0％～1.5％、Mn 0.5％～0.7％，Al 0.5％～0.7％、Cr 0.8％～1.2％、Nb 0.010％～0.03％、Ti 0.010％～0.030％，Al+Si≤1.7％，余量为Fe及不可避免的杂质；钢中的杂质元素控制：P≤0.015％，S≤0.005％，[N]≤0.0040％，[H]≤0.00015％，[O]≤0.0020％；

所述的高性能热轧耐磨钢薄板的生产方法，包括铁水预处理、转炉冶炼、精炼、板坯连铸、铸坯缓冷、加热、轧制、层流冷却、卷取、进罩缓冷工艺过程；

精炼时控制钢水[N]≤0.0040％，[O]≤0.0020％，[H]≤0.00015％，连铸采用电磁搅拌或轻压下；

连铸后进行加热缓冷，入炉温度≥500℃，升温速度≤50℃/H，在600-700℃缓冷时间≥30小时，缓冷到板坯温度在100～200℃时，进行板坯带温清理；

轧制工艺铸坯厚度135～230mm，入炉温度≥600℃，轧前加热温度1200℃～1250℃，加热保温时间控制在1.0-1.5分/毫米；

粗轧阶段轧制开轧温度≥1100℃，终轧温度控制在≥1030℃；

2.根据权利要求1所述的一种高性能热轧耐磨钢薄板，其特征在于，成品钢板厚度3-8mm，表面硬度大于HB370，-20℃低温韧性大于30J。