CN111593264A - 一种免回火型耐磨热轧带钢及生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种免回火型耐磨热轧带钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.08~0.22%，Si：0.1~0.55%，Mn：0.8~1.5%，P≤0.012%，S≤0.005%，Als：0.01~0.055%，Ti：0.005~0.019%，N≤0.007%；生产方法：经脱硫铁水，冶炼并浇铸成坯；对铸坯加热；粗轧；精轧；快冷；卷取；常规平整。本发明在保证钢板抗拉强度≥1100MPa，延伸率≥12%的前提下，钢板表面布氏硬度在330~390，心部硬度达到表面硬度的95%以上，使钢板厚度方向硬度均匀性更好且使使用寿命较同级别耐磨钢提高20%以上；合金元素简单，无昂贵元素添加，且不需回火，仅在线进行淬火，使生产流程短，能耗可降低至少15%，不平度达到不超过4.5mm/m。

Description

一种免回火型耐磨热轧带钢及生产方法
技术领域
本发明涉及一种耐磨钢及生产方法，具体涉及一种免回火型耐磨热轧带钢及生产方法，其特别适用于工程机械用钢厚度在3~12mm的耐磨钢板及生产，可应用于自卸车车厢、挖掘机铲斗等对耐磨部件的制造。
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，国外耐磨钢如瑞典奥克隆德的HARDOX系列、德国蒂森克虏伯的XAR系列、日本JFE的EVERHARD系列，在研发与生产方面处于领先地位，厚度规格可覆盖3~100mm的HB300~600各级别产品。
近年来我国在耐磨钢的研发生产方面进展明显，有企业能够稳定批量供应HB450硬度级别以下的耐磨钢板，质量可靠，受到市场认可，但其生产工艺为传统的离线调质工艺，即需要对钢板进行离线进行热处理，存在合金成本较高和流程较长等问题，相对能耗也较高。
中国专利公开号为CN1109919A的文献，公开了《一种低合金耐磨钢》，其成分重量百分比为：C：0.5~0.6%，Si：0.9~1.2%，Mn：1.4~1.7%，Cr：1.35~1.60%，Mo：0.3~0.5%，V：0.05~0.10%，Ti：0.03~0.06%，Re：0.02~0.04%，强度和耐磨性均较好，但大量添加提高Mo、Cr等淬透性的合金元素，成本较高，且C、Si含量高易产生淬火裂纹，可能影响用户使用。
中国专利公开号为CN103114253A的文献，公开了《一种极薄规格超高强度钢板的生产方法》，其生产工艺为采用纯净钢冶炼、热连轧成型、卷板开平、热轧基板淬火回火，并控制铸坯加热温度、发挥轧制时大压下作用、挖掘热处理最大潜能，以工艺手段保证组织超细化，生产出成品厚度3～10mm的极薄规格、抗拉强度为1000-1500Mpa的超高强度度钢板，具有优异的低温韧性指标，碳当量小于等于0.4%，具有良好的焊接性能，适合大规模生产。但其需离线淬火、回火，工艺路线长，能源消耗大，生产成本较高，未充分利用轧后余热。在钢铁行业朝着短流程、低能耗的方向发展的背景下，市场竞争力不强。
在线淬火工艺理论上可实现对于离线淬火工艺的全面替代，但由于在线淬火的冷却速度和冷却水量特别大，钢板精轧后除带有一定的张力外，基本处于自由状态，如何在超高冷速下保证钢板良好的卷形和板形是在线淬火工艺成败的关键。
可见，现有耐磨钢存在合金成本高、需离线淬火及回火，导致工艺流程长等不足，进而使生产成本高，市场竞争力不足。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种在保证钢板抗拉强度≥1100MPa，延伸率≥12%的前提下，钢板表面布氏硬度在330~390，心部硬度达到表面硬度的95%以上，无需添加昂贵元素，且不需回火，仅在线进行淬火的免回火型耐磨热轧带钢及生产方法。
实现上述目的的技术措施：
一种免回火型耐磨热轧带钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.08~0.22%，Si：0.1~0.55%，Mn：0.8~1.5%，P≤0.012%，S≤0.005%，Als：0.01~0.055%，Ti：0.005~0.019%，N≤0.007%，其余为Fe及杂质，进行组织为板条马氏体。
优选地：添加B的重量百分比含量在≤0.005%。
优选地：C的重量百分比含量为0.08～0.15%。
优选地：Mn的重量百分比含量为0.8～1.38%。
优选地：Ti的重量百分比含量为0.005～0.015%。
优选地：Als的重量百分比含量为0.01～0.048%。
Si的重量百分比含量为0.10～0.46%。
生产一种免回火型耐磨热轧带钢的方法，其步骤：
1）经脱硫铁水，冶炼并浇铸成坯；
2）对铸坯加热：加热温度控制在1220~1270℃，并在此温度下保温不低于60min；总在炉时间控制在不低于140min；控制板厚方向温差不超过5℃；
3）进行粗轧，控制粗轧结束温度在1050~1110℃；结束时中间板厚度在30~50mm；
4）进行精轧，控制其开轧温度在950℃~1050℃，轧制速度在2m/s~7m/s，精轧终轧温度在830℃~880℃；
5）进行快冷，在冷却速度为40℃/s~150℃/s冷却至350℃以下，并控制上下冷却水比在45:55~75:80；
6）进行卷取，控制卷取温度在300℃~400℃；卷取张力控制在10~20吨；
7）进行常规平整，控制不平度不超过4.5mm/m。
优选地：铸坯加热温度在1228~1263℃。
优选地：卷取温度在275~340℃。
本发明中各组分及主要工艺的机理及作用
C：C是提高材料耐磨性能最廉价的元素，随着含碳量增加，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0.08~0.22%，优选地C的重量百分比含量在0.08～0.15%。当C含量高于范围上限时，可能存在强度硬度过高，但塑韧性显著下降的风险，一旦用户进行折弯，极易发生开裂风险，当C含量低于范围下限时，就需要添加过多提高淬透性的元素，会显著增加成本。
Si：其可显著降低钢的临界冷却速度，使最终产物形成细化马氏体组织。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，还可减少摩擦发热时氧化作用，提高冷变形硬化率和耐磨性，但当Si含量高于范围上限时，会导致氧化铁皮过多，表面质量差，会影响用户使用及成品表面质量，当Si含量低于范围下限时，奥氏体稳定性变差，显微组织中可能只有马氏体组织，没有奥氏体的软相作用，导致成品屈强比升高，加工性能变差，不仅影响矫直后的板形质量，也不利于用户对于钢板的加工使用。综合考虑，Si重量百分含量在0.1~0.8%，优选地Si的重量百分比含量为0.10～0.46%。
Mn：其元素能显著降低钢的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，导致严重的中心偏析，综合考虑，Mn重量百分含量在0.8~1.8%，优选地Mn的重量百分比含量为0.08～1.38%。
Als：其在本发明钢中不仅脱氧，也起细化晶粒的作用，综合考虑，选择Als在0.01%～0.06%，优选地Als的重量百分比含量为0.01～0.048%。
Ti：Ti与N、O、C都有极强的亲和力，与S的亲和力比铁强，是一种良好的脱氧去气剂及固定N和C的有效元素，可提高钢的强度，综合考虑，Ti重量百分含量为0.005~0.03%，优选地Ti的重量百分比含量为0.005～0.015%。
B：B能显著提高钢的淬透性，但B过高，易在晶界富集，对韧性不利，综合考虑，B重量百分含量不超过0.005%。
N：N对钢材性能的影响与C、P相似，随着N含量增加，强度显著提高，塑性特别是韧性显著降低，可焊性变差，冷脆性加剧，同时增加时效倾向，N在钢中易与B结合形成BN，降低B对于提高淬透性的作用，有效B含量降低，因此综合考虑，N≤0.005%。
P、S：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易形成塑性硫化物，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≤0.012%，S≤0.005%。
本发明之所以在粗轧结束时控制中间板厚度在30~50mm，是由于中间坯厚度＞50mm时，将加大精轧阶段压下率，压下率的增大一方面使得晶粒细化，使得成品的屈强比提高，降低可加工性能，使得冷后钢卷开平过程板形改善的难度大大增加，另一方面，较大的压下率使得精轧过程的轧制负荷过大，不利于生产极薄规格钢板，也不利于得到优异的轧后板形，而当中间坯厚度＜30mm时，意味着粗轧阶段的压下率过大，轧制负荷大，易超出设备极限，影响设备正常运行，同时意味着精轧阶段压下率过小，成品力学性能难以保证。
本发明之所以在精轧阶段控制轧制速度在2m/s~7m/s，精轧终轧温度在830℃~880℃，是由于轧制速度的区间有利于冷却过程的均匀控制，太大或太小的轧制速度将不利于保证冷后板形质量，板形质量是该方法的控制关键。终轧温度过高，将加大冷却阶段的冷却强度，超快冷条件下的高冷却强度将恶化冷后板形质量，而终轧温度过低，易使得钢板进入两相区轧制，不仅影响轧制过程稳定性，也易使得成品组织中出现铁素体，降低性能。
本发明之所以在冷却速度为40℃/s~150℃/s下冷却至350℃以下，实现在线淬火，并控制上下冷却水比在45:55~75:80，是由于在该成分体系下，太低的冷却速度，不易保证钢板特别是厚规格钢板厚度方向的冷却均匀性，太高的冷却速度使得无论在什么工艺下，都使得冷后钢板的板形质量难以稳定。冷却至350℃以下，才能稳定得到马氏体组织，而且也可发生一定程度的C的配分，促使奥氏体更加稳定，有利于得到马氏体+残奥的混合组织。上下冷却水比在此范围内可，减少上表面冷却水的无序流动，使得上下表面冷却均匀，提高厚度截面的均匀性。
本发明之所以控制卷取温度在300℃~400℃，卷取张力控制在10~20吨，是由于在该成分体系下，此范围内的卷取温度有利于钢板发生一定程度的自回火，并可得到一定的残余奥氏体，有利于钢板加工性能的提升，降低开平过程中板形改善的难度，优化成品钢板板形，合适的卷取张力既可以保证优异的原卷卷形，也可以保证钢板尾部失张后的原卷板形优异。
本发明与现有技术相比，在保证钢板抗拉强度≥1100MPa，延伸率≥12%的前提下，钢板表面布氏硬度在330~390，心部硬度达到表面硬度的95%以上，使钢板厚度方向硬度均匀性更好且使使用寿命较同级别耐磨钢提高20%以上；合金元素简单，无昂贵元素添加，且不需回火，仅在线进行淬火，使生产流程短，能耗可降低至少15%，不平度达到不超过4.5mm/m。
附图说明
图1为本发明钢的金相组织图。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
表1为本发明各实施例及对比例化学成分取值列表；
表2为本发明各实施例及对比例主要工艺参数取值列表；
表3为本发明各实施例及对比例性能检测及结果列表；
各实施例均按照以下步骤生产：
1）经脱硫铁水，冶炼并浇铸成坯；
2）对铸坯加热：加热温度控制在1220~1270℃，并在此温度下保温不低于60min；总在炉时间控制在不低于140min；控制板厚方向温差不超过5℃；
3）进行粗轧，控制粗轧结束温度在1050~1110℃；结束时中间板厚度在30~50mm；
4）进行精轧，控制其开轧温度在950℃~1050℃，轧制速度在2m/s~7m/s，精轧终轧温度在830℃~880℃；
5）进行快冷，在冷却速度为40℃/s~150℃/s冷却至350℃以下，并控制上下冷却水比在45:55~75:80；
6）进行卷取，控制卷取温度在300℃~400℃；卷取张力控制在10~20吨；
7）进行常规平整，控制不平度不超过4.5mm/m。
表1 本发明各实施例及对比例的化学成分列表（wt%）
Figure DEST_PATH_IMAGE001
表2 本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表
Figure 323803DEST_PATH_IMAGE002
续表2
Figure 539146DEST_PATH_IMAGE003
表3 本发明各实施例及对比例的力学性能检测结果列表
Figure 597844DEST_PATH_IMAGE004
从表3可以看出，在化学成分更低（无Cr无Nb无Mo）的情况下，布氏硬度在341~379之间，厚度方向心部硬度至少达表面硬度的96%以上；冷弯性能可满足D=4a，180°合格，而对比例中合金含量更高，心部仅能达到表面硬度的90~94%，冷弯性能仅能满足D=4a，90°合格，
以上实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (10)

1.一种免回火型耐磨热轧带钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.08~0.22%，Si：0.1~0.55%，Mn：0.8~1.5%，P≤0.012%，S≤0.005%，Als：0.01~0.055%，Ti：0.005~0.019%，N≤0.007%，其余为Fe及杂质，进行组织为板条马氏体。
2.如权利要求1所述的一种免回火型耐磨热轧带钢，其特征在于：添加B的重量百分比含量在≤0.005%。
3.如权利要求1所述的一种免回火型耐磨热轧带钢，其特征在于：C的重量百分比含量为0.08～0.15%。
4.如权利要求1所述的一种免回火型耐磨热轧带钢，其特征在于：其特征在于：Mn的重量百分比含量为0.08～1.38%。
5.如权利要求1所述的一种免回火型耐磨热轧带钢，其特征在于：Ti的重量百分比含量为0.005～0.015%。
6.如权利要求1所述的一种免回火型耐磨热轧带钢，其特征在于：Als的重量百分比含量为0.01～0.048%。
7.如权利要求1所述的一种免回火型耐磨热轧带钢，其特征在于：Si的重量百分比含量为0.10～0.46%。
8.生产如权利要求1所述的一种免回火型耐磨热轧带钢的方法，其步骤：
1）经脱硫铁水，冶炼并浇铸成坯；
2）对铸坯加热：加热温度控制在1220~1270℃，并在此温度下保温不低于60min；总在炉时间控制在不低于140min；控制板厚方向温差不超过5℃；
3）进行粗轧，控制粗轧结束温度在1050~1110℃；结束时中间板厚度在30~50mm；
4）进行精轧，控制其开轧温度在950℃~1050℃，轧制速度在2m/s~7m/s，精轧终轧温度在830℃~880℃；
5）进行快冷，在冷却速度为40℃/s~150℃/s冷却至350℃以下，并控制上下冷却水比在45:55~75:80；
6）进行卷取，控制卷取温度在300℃~400℃；卷取张力控制在10~20吨；
7）进行常规平整，控制不平度不超过4.5mm/m。
9.如权利要求8所述的生产一种免回火型耐磨热轧带钢的方法，其特征在于：铸坯加热温度在1228~1263℃。
10.如权利要求8所述的生产一种免回火型耐磨热轧带钢的方法，其特征在于：卷取温度在325~380℃。
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