CN111926249A - 一种hb硬度600级别钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种HB硬度600级别钢板及其生产方法，钢板化学成分组成及质量百分含量为：C：0.6～0.8%、Si：0.30～0.70%、P≤0.025%、S≤0.025%、Mn：2.0～3.0%、Cr：0.5～0.8%，V：0.15～0.20%，Ti：0.035～0.045%,其余为Fe和不可避免的杂质元素；生产方法包括加热、轧制、热处理工序。本发明提供的钢板屈服强度≥1800MPa、抗拉强度≥1900MPa、延伸率≥7%、常温U型冲击韧性在12J以上，HB硬度为600‑670，最大厚度达30mm，且生产成本低。

Description

一种HB硬度600级别钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种HB硬度600级别钢板及其生产方法。
背景技术
我国合金工具模具行业发展迅速，总产量增长明显，国产模具总产量仅次于美国，已经跃居世界第二位，成为名符其实的模具大国。能有如此成就主要源于我国得天独厚的广阔市场以及相对低廉的资源与劳动力优势，以非常明显的性价比在国际压铸件贸易市场中占据着较大优势，根据形势来看，未来我国压铸行业发展前景十分广阔。
虽然我国的工具钢在近年来有了重大的突破，但是其国际知名度排位仍然靠后，产量虽日益攀升但是大多数压铸模具仅供于国内。由于技术的制约产品质量难以突破，尤其是工艺成本与性能之间矛盾逐渐加深，国内的一些大型需求企业频频向国外的压铸模具企业伸出橄榄枝，严重的贸易逆差使得国内压铸企业举步维艰。
工具钢是各种要求高硬度、有韧性和高耐磨性的模具、刃具和量具等使用的优质钢种的总称，大致可分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢三大类。目前高端合金工具钢应该具备：①在使用温度下硬度高，耐磨性好；②容易热处理, 不易产生热处理变形和淬裂；③有韧性，耐冲击或弯曲载荷的性能足够高，以及④在加热时保持硬度等特性。因此，往往需要添加各种合金元素并须通过适当的热处理才能保证所要求的各种性能。尤其是近年来，对于工具钢硬度和韧性的要求日益提高，并不断要求延长工具的使用寿命。为此，除了积极进行上述各类工具钢组改善和新钢种的开发之外, 对于新型工具材料的开发亦日益关注。
本发明提供了一种HB硬度600级别钢板及其生产方法，由于该钢的技术含量高、开发难度大，在国内生产尚属首次，开发该钢种具有以产顶进实现国产化的效应，而且具有良好的市场前景。该钢材的主要特点在于：（1）钢板厚度大，达到30mm规格；（2）强度级别高，达到1800Mpa级别，保证钢的耐磨性能；（3）无Mo、Ni加入的工艺设计，降低生产成本。（4）优化的热处理制度，保证钢板具有一定的韧性指标。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种HB硬度600级别钢板，所提供的钢板屈服强度≥1800Mpa、抗拉强度≥1900MPa、延伸率≥7%、常温U型冲击韧性在12J以上，HB硬度为600-670，最大厚度可达30mm，且生产成本低。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种HB硬度600级别钢板，其化学成分组成及质量百分含量为C：0.6～0.8%、Si：0.30～0.70%、P≤0.025%、S≤0.025%、Mn：2.0～3.0%、Cr：0.5～0.8%，V：0.15～0.20%，Ti：0.035～0.045%,其余为Fe和不可避免的杂质元素。
本发明还提供了一种HB硬度600级别的钢板的生产方法，包括加热、轧制、热处理工序，其中热处理工序采用淬火+回火方式进行。
本发明所述的HB硬度600级别钢板的生产方法，其中，加热工序为：钢坯在脱模12小时内装均热坑中，装炉时均热坑温度500-600℃，钢坯料以不高于80℃/h的加热速度升温至1000℃，保温至少10小时后升温至1280-1350℃，保温时间不低于36小时。
本发明所述的HB硬度600级别钢板的生产方法，其中，轧制工序采用热轧制模式。
本发明所述的HB硬度600级别钢板的生产方法，其中，钢板淬火的介质为水和煤油的混合物，所述混合物中煤油的重量比为55%-65%。
本发明所述的HB硬度600级别钢板的生产方法，其中，钢板淬火工艺为：淬火温度980-1050℃，保温1.5-2.0min/mm。
本发明所述的HB硬度600级别钢板的生产方法，其中，钢板淬火后1-5小时内进行回火，回火温度：180-200℃，保温1-1.5min/mm。
本发明所述的HB硬度600级别钢板厚度为12-30mm，钢板组织类型为：回火马氏体。
本发明提供的HB硬度600级别钢板各种化学成分作用如下：
C：C在钢中的作用是固溶强化，增加耐磨钢的硬度，提高耐磨性。对于大厚度轨道用钢，强度和耐磨性是关键指标，因此碳含量设计在：0.6～0.8%。
Si：Si可缩小奥氏体相圈，提高钢的淬火温度。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，增加钢的回火稳定性，Si含量较高的钢可明显降低回火脆性，可在较低温度回火，既能降低钢中的内应力，亦使钢板具有较高的硬度。Si可减少摩擦发热时的氧化作用，提高钢的冷变形硬化率和耐磨性，硅锰钢的耐磨性随Si含量的增加而提高。另外，Si与氧的亲和力比铁强，焊接时容易产生低熔点的硅酸盐，会增加熔渣和熔化金属的流动性，影响焊缝质量。因此，综合考虑Si对钢的淬透性、强度、回火稳定性、耐磨性和焊接的影响，Si含量范围优选0.30～0.70%。
Mn：Mn可扩大铁碳平衡相圈的奥氏体相区，其稳定奥氏体组织的能力仅次于Ni。Mn能够显著增加钢的淬透性，降低马氏体转变温度和钢的临界冷却速度。Mn和Fe可形成固溶体，提高铁素体和奥氏体的硬度和强度。因此，加入Mn可增加钢的硬度和耐磨性，但若Mn含量太高，并会增加钢的回火脆性。对于调质处理的耐磨钢板来说，一方面需增加Mn含量以提高钢板的硬度，另一方面需控制Mn含量以降低钢板的回火脆性。因此，Mn含量范围优选2.0～3.0%。
P、S为有害元素，尽可能的降低其含量。
Cr：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用，可提高高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆。铬在调质结构钢中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性，含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性，有良好的回火稳定性。在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。Cr含量范围优选0.5～0.8%。
V：在钢中能提高淬透性和热强性，防止回火脆性，增加剩磁和矫顽力以及在某些介质中的抗蚀性。在调质钢中，钼能使较大断面的零件淬深、淬透，提高钢的抗回火性或回火稳定性，使零件可以在较高温度下回火，从而更有效地消除（或降低）残余应力，提高塑性。V含量范围优选0.15～0.20%。
Ti：细化晶粒力，降低时效敏感性和冷脆性，改善焊接性能。Ti与C形成特殊碳化物TiC，TiC 熔点高、硬度大，与基体有良好的润湿性和结合性，是良好的弥散强化增强体。Ti对钢铁的强化作用，主要来自TiC与基体界面的应变强化，以及由于TiC 与基体的密度同而导致的体积强化。在回火过程中，Ti减缓C在O相中的扩散，减缓Fe、Mn等碳化物的析出与长大，增加回火稳定性，并可能通过析出TiC而起到二次硬化作用。Ti含量范围优选0.035～0.045%。
本发明采用较低合金含量的化学成分设计，且不加入Mo、Ni，因此生产成本大大降低；生产过程中，通过对热处理方式进行优化，产品性能得到充分保证，此外，所得钢板具有更细小的组织结构和更佳的加工型，可满足客户的市场需求。
本发明提供的钢板力学性能如下：屈服强度≥1800MPa、抗拉强度≥1900MPa、延伸率≥7%、常温U型冲击韧性在12J以上，HB硬度为600-670，最大厚度可达30mm。
附图说明
图1 实施例1钢板的组织图（100X）。
图2 实施例2钢板的组织图（100X）。
图3 实施例3钢板的组织图（100X）。
图4 实施例4钢板的组织图（100X）。
图5 实施例5钢板的组织图（100X）。
图6 实施例6钢板的组织图（100X）。
具体实施方式
实施例1
本实施例钢板厚度为12mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.6%、Si：0.32%、P：0.015%、S：0.005%、Mn：2.1%、Cr：0.52%，V：0.155%，Ti：0.035%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
本实施例钢板的生产方法包括加热、轧制以及热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）钢坯脱模10.5小时后装入均热坑中，装炉时均热坑温度520℃，钢坯料以50℃/h的加热速度升温至1000℃，保温10小时后升温到1280℃，保温时间36小时。
（2）钢板采用热轧制模式生产。
（3）钢板采用淬火+回火方式进行热处理，钢板淬火的介质为水和煤油的混合物，其中煤油占混合物的重量比为55%，钢板淬火温度980℃，保温1.5min/mm；钢板淬火后2小时进行回火，回火温度：180℃，保温1min/mm。
本实施例钢板力学性能：屈服强度1820MPa、抗拉强度1910MPa、延伸率7.5%、常温U型冲击韧性为20J、22J、21J，HB硬度：610。
钢板组织图见图1，钢板组织为回火马氏体。
实施例2
本实施例钢板厚度为18mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.65%、Si：0.42%、P：0.010%、S：0.003%、Mn：2.3%、Cr：0.62%，V：0.17%，Ti：0.038%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
本实施例钢板的生产方法包括加热、轧制以及热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）钢坯脱模10小时后装入均热坑中，装炉时均热坑温度540℃，钢坯料以60℃/h的加热速度升温至1000℃，保温10小时后升温到1280℃，保温时间38小时。
（2）钢板采用热轧制模式生产。
（3）钢板采用淬火+回火方式进行热处理，钢板淬火的介质为水和煤油的混合物，其中煤油占混合物的重量比为58%，钢板淬火温度1000℃，保温1.7min/mm；钢板淬火后1小时进行回火，回火温度：190℃，保温1min/mm。
本实施例钢板力学性能：屈服强度1850MPa、抗拉强度1980MPa、延伸率：10.5%，常温U型冲击韧性:43J、51J、45J，HB硬度：620。
钢板组织图见图2，钢板组织为回火马氏体。
实施例3
本实施例钢板厚度为25mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.72%、Si：0.55%、P：0.012%、S：0.001%、Mn：2.7%、Cr：0.73%，V：0.18%，Ti：0.038%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
本实施例钢板的生产方法包括加热、轧制以及热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）钢坯脱模11小时后装入均热坑中，装炉时均热坑温度570℃，钢坯料以75℃/h的加热速度升温至1000℃，保温10小时后升温到1320℃，保温时间38小时。
（2）钢板采用热轧制模式生产。
（3）钢板采用淬火+回火方式进行热处理，钢板淬火的介质为水和煤油的混合物，其煤油占混合物的重量比为63%，钢板淬火温度1020℃，保温1.8min/mm；钢板淬火后4小时进行回火，回火温度：190℃，保温1.3min/mm。
本实施例钢板力学性能：钢板屈服强度1870MPa、抗拉强度1960MPa、延伸率：9.5%，常温U型冲击韧性:37J、45J、40J，HB硬度：650。
钢板组织图见图3，钢板组织为回火马氏体。
实施例4
本实施例钢板厚度为30mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.8%、Si：0.7%、P：0.018%、S：0.003%、Mn：3.0%、Cr：0.8%，V：0.2%，Ti：0.045%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
本实施例钢板的生产方法包括加热、轧制以及热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）钢坯脱模12小时后装入均热坑中，装炉时均热坑温度600℃，钢坯料以80℃/h的加热速度升温至1000℃，保温10小时后升温到1350℃，保温时间38小时。
（2）钢板采用热轧制模式生产。
（3）钢板采用淬火+回火方式进行热处理，钢板淬火的介质为水和煤油的混合物，其中煤油占混合物的重量比为65%，钢板淬火温度1050℃，保温2min/mm；钢板淬火后3小时进行回火，回火温度：200℃，保温1.5min/mm。
本实施例钢板力学性能：钢板屈服强度1880MPa、抗拉强度1990MPa、延伸率：10%，常温U型冲击韧性:39J、42J、43J，HB硬度：670。
钢板组织图见图4，钢板组织为回火马氏体。
实施例5
本实施例钢板厚度为22mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.76%、Si：0.64%、P：0.022%、S：0.021%、Mn：2.5%、Cr：0.5%，V：0.15%，Ti：0.042%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
本实施例钢板的生产方法包括加热、轧制以及热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）钢坯脱模11.5小时后装入均热坑中，装炉时均热坑温度500℃，钢坯料以55℃/h的加热速度升温至1000℃，保温12小时后升温到1300℃，保温时间40小时。
（2）钢板采用热轧制模式生产。
（3）钢板采用淬火+回火方式进行热处理，钢板淬火的介质为水和煤油的混合物，其中煤油占混合物的重量比为60%，钢板淬火温度1035℃，保温1.6min/mm；钢板淬火后5小时进行回火，回火温度：195℃，保温1.2min/mm。
本实施例钢板力学性能：钢板屈服强度1860MPa、抗拉强度1950MPa、延伸率：9%，常温U型冲击韧性:38J、40J、41J，HB硬度：640。
钢板组织图见图5，钢板组织为回火马氏体。
实施例6
本实施例钢板厚度为28mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.7%、Si：0.3%、P：0.012%、S：0.008%、Mn：2.0%、Cr：0.76%，V：0.19%，Ti：0.040%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
本实施例钢板的生产方法包括加热、轧制以及热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）钢坯脱模11小时后装入均热坑中，装炉时均热坑温度590℃，钢坯料以65℃/h的加热速度升温至1000℃，保温11小时后升温到1330℃，保温时间37小时。
（2）钢板采用热轧制模式生产。
（3）钢板采用淬火+回火方式进行热处理，钢板淬火的介质为水和煤油的混合物，其中煤油占混合物的重量比为62%，钢板淬火温度1050℃，保温2min/mm；钢板淬火后3小时进行回火，回火温度：185℃，保温1.1min/mm。
本实施例钢板力学性能：钢板屈服强度1810MPa、抗拉强度1940MPa、延伸率：8%，常温U型冲击韧性:43J、47J、49J，HB硬度：630。
钢板组织图见图6，钢板组织为回火马氏体。

Claims (8)

1.一种HB硬度600级别钢板，其特征在于：所述钢板化学成分组成及质量百分含量为：C：0.6～0.8%、Si：0.30～0.70%、P≤0.025%、S≤0.025%、Mn：2.0～3.0%、Cr：0.5～0.8%，V：0.15～0.20%，Ti：0.035～0.045%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
2.一种如权利要求1所述的HB硬度600级别钢板的生产方法，其特征在于：所述生产方法包括轧制、冷却、热处理工序，其中热处理工序采用淬火+回火方式进行。
3.根据权利要求2所述的一种HB硬度600级别钢板的生产方法，其特征在于：所述加热工序为：钢坯在脱模12小时内装均热坑中，装炉时均热坑温度500-600℃，钢坯料以不高于80℃/h的加热速度升温至1000℃，保温至少10小时后升温至1280-1350℃，保温时间不低于36小时。
4.根据权利要求2所述的一种HB硬度600级别钢板的生产方法，其特征在于：所述轧制工序采用热轧制模式。
5.根据权利要求2所述的一种HB硬度600级别钢板的生产方法，其特征在于：所述热处理工序中钢板淬火的介质为水和煤油的混合物，其中煤油占混合物的重量比为55%-65%。
6.根据权利要求2所述的一种HB硬度600级别钢板的生产方法，其特征在于：所述热处理工序中钢板淬火工艺为：淬火温度980-1050℃，保温1.5-2.0min/mm。
7.根据权利要求2所述的一种HB硬度600级别钢板的生产方法，其特征在于：所述热处理工序中钢板淬火后1-5小时内进行回火，回火温度：180-200℃，保温1-1.5min/mm。
8.根据权利要求2所述的一种HB硬度600级别钢板的生产方法，其特征在于，所述钢板厚度为12～30mm，钢板组织类型为：回火马氏体。
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