CN111607735B - 一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢及生产方法 - Google Patents
一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢及生产方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢,其组分及wt%为:C:0.15~0.30%,Si:0.95~1.6%,Mn:1.5~2.5%,P≤0.010%,S≤0.003%,Cr:0.28~0.5%,Als:0.01~0.07%,Nb:0.005~0.015%,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≥1350MPa,延伸率≥8%的前提下,钢板表面布氏硬度在420~467之间,冷弯性能可满足D=5a,90°合格,生产成本比现有技术可降低至少20%,不平度不超过4.5mm/m。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐磨钢及生产方法,具体涉及一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢及生产方法,其特别适用于机械工程用钢厚度在2~15mm的耐磨钢板及生产。
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%,其虽强度和耐磨性均较好,但大量添加提高淬透性的合金元素,成本较高,且C、Si含量高易产生淬火裂纹,会影响用户使用。
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》,其成分C:0.12~0.15%,Si:0~0.1%,Mn:0.9~1.3%,P≤0.0015%,S≤0.008%,Ni:0.35~0.60%,Cr:0.15~0.30%,Mo:0.25~0.40%,Ti:0.008~0.035%,Al:0.03~0.05%;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。但其由于未充分利用轧后余热,需进行离线淬火、回火,使得工艺路线长,能源消耗大,生产成本较高,市场竞争力不强。
可见,现有耐磨钢存在合金成本高、工艺流程长等现实难题,因此有必要进行成分工艺设计,缩短工艺流程,降低生产成本,提高市场竞争力。
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≥1350MPa,延伸率≥8%的前提下,钢板表面布氏硬度在420~467之间,冷弯性能满足D=5a,90°合格,生产成本可降低至少20%的布氏硬度≥420的热轧耐磨钢及生产方法。
实现上述目的的技术措施:
一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢,其组分及重量百分比含量为:C:0.15~0.30%,Si:0.95~1.6%,Mn:1.5~2.5%,P≤0.010%,S≤0.003%,Cr:0.28~0.5%,Als:0.01~0.07%,Nb:0.005~0.015%,N≤0.007%,其余为Fe及杂质,金相组织为板条马氏体。
其在于:添加Mo的重量百分比含量不超过0.35%。
优选地:C的重量百分比含量为0.18~0.25%。
优选地:Mn的重量百分比含量为1.85~2.45%。
优选地:Nb的重量百分比含量为0.005~0.012%。
优选地:Als的重量百分比含量为0.017~0.058%。
优选地:Si的重量百分比含量为1.27~1.45%。
生产一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢的方法,其步骤:
1)经脱硫铁水,冶炼并浇铸成坯;
2)对铸坯加热:控制加热炉第一加热段结束温度不低于1200℃;控制第二加热段结束温度及均热段温度在1260~1320℃,并控制第二加热段加热时间及均热段均热时间总计不低于70min;控制总在炉时间不低于150min;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1100~1130℃;结束时中间板厚度在35~55mm;
4)进行精轧,控制其开轧温度在990~1060℃,轧制速度在2.5~7.5m/s,精轧终轧温度在830~890℃;
5)进行快冷,在冷却速度为50℃/s~160℃/s冷却至卷取温度,并控制上下冷却水比在55:60~75:90,水压在1.0~2.5bar,采用交叉侧喷水全开方式;
6)进行卷取,控制卷取温度在100℃~200℃;卷取张力控制在15~30吨;
7)进行常规平整,控制不平度不超过4.5mm/m。
优选地:冷却速度为65~150℃/ s。
优选地:卷取温度在115~185℃。
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0.15~0.30%,优选地C的重量百分比含量为0.18~0.28%。
Si:Si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Si过高易产生淬火裂纹,超快冷下裂纹倾向更大。综合考虑,Si重量百分含量为0.95~1.6%,优选地Si的重量百分比含量为1.27~1.45%。
Mn:Mn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重量百分含量为1.5~2.5%,优选地Mn的重量百分比含量为1.85~2.45%。
Als:Als在钢中可脱氧,也能起到细化晶粒的作用,综合考虑,Als在0.01~0.07%,优选地Als的重量百分比含量为0.017~0.058%。
Nb:Nb在钢中与C、N具有极强的亲和力,可与之形成稳定的Nb(C,N)化合物,在控制轧制过程中诱导析出,沿奥氏体晶界弥散分布,作为相变的形核质点,可有效阻止再结晶,提高铁素体形核率,对细化晶粒作用显著,综合考虑,Nb重量百分含量为0.005~0.015%,优选地Nb的重量百分比含量为0.005~0.012%。
Cr:Cr能提高淬透性,但过高的Cr降低加工性和焊接性,而且可以取消贵重元素如Mo等含量,经济性显著,综合考虑,Cr重量百分含量为0.28~0.5%为宜。
N:N对钢材性能的影响与C和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≤0.007%。
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≤0.010%,S≤0.003%。
本发明之所以在粗轧结束时控制中间板厚度在35~55mm,是由于在该成分体系下,中间坯厚度>55mm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<35mm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2.5 ~7.5m/s,精轧终轧温度在830℃~890℃,是由于在该成分体系下,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50 ~160℃/s,并控制上下冷却水比在55:60~75:90,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,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100℃~200℃,卷取张力控制在15~30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≥1350MPa,延伸率≥8%的前提下,钢板表面布氏硬度在420~467之间,冷弯性能可满足D=5a,90°合格,生产成本比现有技术可降低至少20%,不平度不超过4.5mm/m。
附图说明
图1为本发明钢的冷弯实物图。
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:控制加热炉第一加热段结束温度不低于1200℃;控制第二加热段结束温度及均热段温度在1260~1320℃,并控制第二加热段加热时间及均热段均热时间总计不低于70min;控制总在炉时间不低于150min;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1100~1130℃;结束时中间板厚度在35~55mm;
4)进行精轧,控制其开轧温度在990~1060℃,轧制速度在2.5~7.5m/s,精轧终轧温度在830~890℃;
5)进行快冷,在冷却速度为50℃/s~160℃/s冷却至卷取温度,并控制上下冷却水比在55:60~75:90,水压在1.0~2.5bar,采用交叉侧喷水全开方式;
6)进行卷取,控制卷取温度在100℃~200℃;卷取张力控制在15~30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%)
表2 本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表
续表2
表3 本发明各实施例及对比例的力学性能检测结果列表
从表3可以看出,在无Cr无Ti无B的情况下,且工艺流程显著缩短,既保证了钢板抗拉强度≥1350MPa,延伸率≥8%,又使钢板表面布氏硬度在420~467之间,冷弯性能可满足D=5a,90°合格,生产成本可降低21%以上。
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 (5)
1.一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢,其组分及重量百分比含量为:C:0.15~0.19%,Si:0.95~1.6%,Mn:1.5~2.5%,P≤0.010%,S≤0.002%,Cr:0.28~0.46%,Als:0.01~0.07%,Nb:0.005~0.015%,N≤0.007%,其余为Fe及杂质,金相组织为板条马氏体;
所述布氏硬度≥420的热轧耐磨钢的生产方法:
1)经脱硫铁水,冶炼并浇铸成坯;
2)对铸坯加热:控制加热炉第一加热段结束温度不低于1200℃;控制第二加热段结束温度及均热段温度在1260~1320℃,并控制第二加热段加热时间及均热段均热时间总计不低于70min;控制总在炉时间不低于150min;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1100~1130℃;结束时中间板厚度在35~55mm;
4)进行精轧,控制其开轧温度在990~1026℃,轧制速度在2.5~4.6m/s,精轧终轧温度在830~849℃;
5)进行快冷,在冷却速度为71℃/s~160℃/s冷却至卷取温度,并控制上下冷却水比在55:60~75:90,水压在1.0~2.5bar,采用交叉侧喷水全开方式;
6)进行卷取,控制卷取温度在100℃~200℃;卷取张力控制在15~30吨;
7)进行常规平整,控制不平度不超过4.5mm/m。
2.如权利要求1所述的一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢,其特征在于:添加Mo的重量百分比含量不超过0.35%。
3.如权利要求1所述的一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢,其特征在于:Nb的重量百分比含量为0.005~0.012%。
4.生产如权利要求1所述的一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢的方法,其步骤:
1)经脱硫铁水,冶炼并浇铸成坯;
2)对铸坯加热:控制加热炉第一加热段结束温度不低于1200℃;控制第二加热段结束温度及均热段温度在1260~1320℃,并控制第二加热段加热时间及均热段均热时间总计不低于70min;控制总在炉时间不低于150min;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1100~1130℃;结束时中间板厚度在35~55mm;
4)进行精轧,控制其开轧温度在990~1026℃,轧制速度在2.5~4.6m/s,精轧终轧温度在830~849℃;
5)进行快冷,在冷却速度为71℃/s~160℃/s冷却至卷取温度,并控制上下冷却水比在55:60~75:90,水压在1.0~2.5bar,采用交叉侧喷水全开方式;
6)进行卷取,控制卷取温度在100℃~200℃;卷取张力控制在15~30吨;
7)进行常规平整,控制不平度不超过4.5mm/m。
5.如权利要求4所述的生产一种布氏硬度≥420的热轧耐磨钢的方法,其特征在于:冷却速度为71~150℃/ s。
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GR01 | Patent grant | ||
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