CN113584378A - 含有铁素体的hb400级热连轧耐磨钢及生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢及生产方法，属于冶金技术领域。其中，该热连轧耐磨钢包括如下质量百分比的各化学组分：C：0.14～0.25％，Si：0.08～1.0％，Mn：1.0～3.0％，P≤0.015％，S≤0.005％，Als：0.01～0.06％，Nb：0.005～0.015％，V：0.005～0.02％，Ti：0.005～0.02％，B≤0.005％，其余为Fe及杂质；其工艺过程包括采用高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、LF+RH精炼、连铸、加热、轧制、冷却、卷取、开平横切工艺路线。本发明制得的耐磨钢性能稳定且优异，更重要的是生产效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种热连轧耐磨钢，属于冶金技术领域，具体地涉及一种 含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢及生产方法。
背景技术
国内主流钢铁企业如宝钢、鞍钢、涟钢、南钢、舞钢等主要采用离线 淬火+回火工艺生产耐磨钢，组织类型主要为回火马氏体，质量稳定，性能 优异，得到了下游行业认可。
中国发明专利(CN105543676A)公开了一种马氏体-铁素体双相耐磨 钢板及其制备方法，其中马氏体组织的体积分数大于90％，硬度在 480～560HB之间，采用特定用量的C、Si、Mn、P、S、Nb、V、Ti、Mo、 Ni、Cr、Al、B、N、Fe等元素制备得到。其制备的马氏体-铁素体双相耐 磨钢板具有高硬度的同时还具有良好的低温韧性和耐磨性能，有助于在严 酷环境下尤其是极低温条件下机械零件的制造。且其马氏体-铁素体双相耐 磨钢板的制备方法工艺简单，能够得到马氏体-铁素体双相组织，综合提高 所得马氏体-铁素体双相耐磨钢板的硬度、低温韧性和耐磨性能，适于大规 模生产。
中国发明专利(CN106917051A)公开了一种耐腐蚀双相耐磨钢板及其 生产方法，钢板化学成分的重量百分含量如下：C≤0.13％，Si≤0.60％， Mn：1.60％，P≤0.015％，S≤0.003％，Al≤0.060％，Cr≤1.20％，Mo≤0.30％， 余量为Fe和不可避免的杂质。其生产方法包括加热、轧制和热处理工序。 其化学成分设计采用C、Mn、Cr、Mo固溶强化，使钢板具有良好的组织、 力学性能、耐腐蚀性能、耐磨性能和焊接性能，可广泛用于耐腐蚀耐磨环 境中。
中国发明专利(CN108396248A)公开了一种屈服强度690级耐腐蚀双 相耐磨钢板及其生产方法，其化学成分的重量百分含量为：C≤0.15％， Si≤0.60％，Mn≤1.20％，P≤0.015％，S≤0.003％，Al≤0.60％，Cr≤1.20％， Mo≤0.40％，B≤0.0030％，Ti≤0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。其 钢板化学成分设计采用C、Mn、Cr、Mo固溶强化，添加微量B元素提高 钢的淬透性，使钢板具有良好的组织、力学性能、耐腐蚀性能、耐磨性能 和焊接性能，同时强度级别较低、屈强比较低适于卷管，耐腐蚀双相耐磨 钢耐磨性能与NM360E的保持一致，但是其强度和硬度都远远低于 NM360E的强度和硬度，能够更好的满足耐腐蚀耐磨用钢的要求，-30℃冲 击韧性优良，可广泛用于耐腐蚀耐磨环境中，应用前景广阔。
然而，上述现有的耐磨钢存在合金含量高、强度级别较低等技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种含有铁素体的HB400级热连 轧耐磨钢及生产方法，该生产方法在合理成分及工艺设计下，得到的耐磨 钢性能稳定且优异。
为实现上述目的，本发明公开了一种含有铁素体的HB400级热连轧耐 磨钢，它包括如下质量百分比的各化学组分：
C：0.14～0.25％，Si：0.08～1.0％，Mn：1.0～3.0％，P≤0.015％，S≤0.005％，Als：0.01～0.06％，Nb：0.005～0.015％，V：0.005～0.02％，Ti：0.005～0.02％， B≤0.005％，其余为Fe及杂质。
进一步地，所述碳元素满足，C：0.16～0.22％。
进一步地，所述锰元素满足，Mn：1.0～2.8％；所述铌元素满足，Nb： 0.008～0.014％；所述钒元素满足，V：0.006～0.013％；所述钛元素满足，Ti： 0.008～0.02％。
进一步地，所述硼元素满足，0.003％≤B≤0.004％。
进一步地，所述热连轧耐磨钢为采用高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、 LF+RH精炼、连铸、加热、轧制、冷却、卷取、开平横切工艺制得，且所 述热连轧耐磨钢厚度为2～15mm。
进一步地，所述加热工艺包括：
第二段加热温度和均热末段温度均为1200～1300℃，且第二段加热与 均热段的总时间不低于60min，总在炉时间≥140min。
进一步地，所述冷却、卷取工艺如下：
出FT7后立即冷却，以10～100℃/s的冷却速度冷却至600℃～750℃， 空冷2～10s，继续控制冷却速度为10～100℃/s，冷却至150～400℃进行卷取， 并实现在线淬火。
此外，本发明还公开了一种含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢的制 备方法，它包括如下工艺流程：
采用高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、LF+RH精炼、连铸、加热、轧 制、冷却、卷取、开平横切工艺；
所述加热工艺包括：
第二段加热温度和均热末段温度均为1200～1300℃，且第二段加热与 均热段的总时间不低于60min，总在炉时间≥140min；
所述轧制包括粗轧和精轧，且所述粗轧出口温度为1000～1100℃，中 间坯厚度为30～50mm，所述精轧开轧温度为950～1050℃，轧制速度为 3～8m/s，精轧终轧温度为800～900℃；
所述冷却、卷取工艺如下：
出FT7后立即冷却，以10～100℃/s的冷却速度冷却至600℃～750℃， 空冷2～10s，继续控制冷却速度为10～100℃/s，冷却至150～400℃进行卷取， 并实现在线淬火。
进一步地，所述加热工艺包括：
第二段加热温度和均热末段温度均为1221～1280℃，且第二段加热与 均热段的总时间为62～90min，总在炉时间为145～180min；
所述轧制工艺包括：
所述粗轧出口温度为1000～1090℃，所述精轧开轧温度为950～1040℃， 精轧终轧温度为800～870℃。
进一步地，所述冷却、卷取工艺包括：
第一段冷却速度，即出FT7后的冷却速度，为40～80℃/s，第二段冷却 速度为50～95℃/s。
本发明的有益效果主要体现在如下几个方面：
1、本申请设计的制备工艺相对简单，且生产效率高。
2、本申请设计得到的热连轧耐磨钢屈强比低，相对耐磨性较好，且板 形性能稳定且优异，冷弯性能也较好，适用于应用多种环境。
附图说明
图1为本发明制备的热连轧耐磨钢的微观结构示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢，它包括如下 质量百分比的各化学组分：
C：0.14～0.25％，Si：0.08～1.0％，Mn：1.0～3.0％，P≤0.015％，S≤0.005％，Als：0.01～0.06％，Nb：0.005～0.015％，V：0.005～0.02％，Ti：0.005～0.02％， B≤0.0005％，其余为Fe及杂质。
进一步地，所述碳元素满足，C：0.16～0.22％。
进一步地，所述锰元素满足，Mn：1.0～2.8％；所述铌元素满足，Nb： 0.008～0.014％；所述钒元素满足，V：0.006～0.013％；所述钛元素满足，Ti： 0.008～0.02％。
进一步地，所述硼元素满足，0.0003％≤B≤0.0004％。
本发明设计采用上述含量的各合金元素的原理如下：
碳(C)：是提高材料强度最廉价的元素，随着含碳量增加，硬度、强 度提高，但塑韧性和焊接性能降低。综合考虑，C重量百分含量为 0.14～0.25％即可；本发明进一步优选0.16～0.22％达到最优。
硅(Si)：对淬透性作用较弱，远不如Cr和Mn，Si能降低碳在铁素体 中的扩散速度，但Si过高易产生淬火裂纹，也会恶化表面质量。综合考虑， Si重量百分含量为0.08～1.0％为宜；
锰(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，增加最终组织中的残奥含量，提高综合性能，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 1.0～3.0％为宜，本发明进一步优选1.0～2.8％达到最优。
酸溶铝(Als)：在钢中可脱氧，也能起到细化晶粒的作用，综合考虑， Als在Als：0.01～0.06％。
铌(Nb)：在钢中与C、N具有极强的亲和力，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％为宜；本发明进一步优选 0.008～0.014％达到最优。
钒(V)：V的碳化物V4C3比较稳定，可以抑制晶界移动和晶粒长大， 沉淀强化作用显著，跟Nb一起复合添加可节约合金元素，显著缩小晶粒， 比单独添加效果更加优异，综合考虑，V重量百分含量为：0.005～0.02％为 宜；本发明进一步优选0.006～0.013％达到最优。
钛(Ti)：在钢的凝固过程中能与N结合生成稳定的TiN，可强烈阻碍 奥氏体晶界迁移，从而细化奥氏体晶粒。Ti与C结合生成TiC，可起到沉 淀强化作用，添加微量Ti可提高强韧性，综合考虑，Ti重量百分含量为 0.005～0.02％为宜；本发明进一步优选0.008～0.02％达到最优。
硼(B)：钢中加入微量的B可极大提高淬透性，但B过多时，易在晶 界富集，会降低晶界结合能，使钢板受到冲击载荷时更倾向于沿晶断裂， 降低钢板的低温冲击功，因此，本发明中B的加入量为≤0.005％，本发明 进一步优选0.003％≤B≤0.004％达到最优。
磷(P)、硫(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≤0.015％， S≤0.005％。
此外，本发明还公开了上述含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢的制 备方法，它包括如下工艺流程：
采用高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、LF+RH精炼、连铸、加热、轧 制、冷却、卷取、开平横切工艺；
所述加热工艺包括：
第二段加热温度和均热末段温度均为1200～1300℃，且第二段与均热 段的总加热时间不低于60min，总在炉时间≥140min；本发明优选第二段 加热温度和均热末段温度均为1221～1280℃，且第二段加热与均热段的总 时间为62～90min，总在炉时间为145～180min；这样操作的目的是保证Mn、 Nb、Ti、V等合金元素完全固溶及充分奥氏体化，并在充分奥氏体化前提 下使板坯温度均匀，为后续轧制及冷却工艺奠定基础。
所述轧制包括粗轧和精轧，且所述粗轧出口温度为1000～1100℃，中 间坯厚度为30～50mm，所述精轧开轧温度为950～1050℃，轧制速度为 3～8m/s，精轧终轧温度为800～900℃；本发明优选粗轧出口温度为 1000～1090℃，所述精轧开轧温度为950～1040℃，精轧终轧温度为 800～870℃。本申请选择较高的精轧入口温度有利于降低F1-F4机架轧制负荷，也有利于精轧阶段的轧制负荷分配，精轧阶段总压下率不宜过大，本 申请限定为20～40％，在该范围内的总压下率下，既可以降低精轧负荷，也 有利于精轧阶段塑性变形的均匀性，促使轧后钢板内应力更加均匀，得到 更好的轧后板形。
所述冷却、卷取工艺如下：
出FT7后立即冷却，以10～100℃/s的冷却速度冷却至600℃～750℃， 空冷2～10s目的是得到含量大概为5％～30％的铁素体，继续控制冷却速度 为10～100℃/s，冷却至150～400℃进行卷取，并实现在线淬火。本发明优选 第一段冷却速度为40～80℃/s，第二段冷却速度为50～95℃/s。
本申请选择控制冷却速度，目的是在于根据不同的厚度，采用合适的 冷却速度，防止冷却速度过快，热胀冷缩效应显著，恶化板形质量和内应 力分布，同时，通过控制卷取温度，避免卷取温度太高难以得到马氏体， 无法保证强度、硬度和耐磨性，温度太低无法保证钢卷自回火工艺的温度， 可能在用户使用过程中出现开裂等应用问题。
经过上述工艺制得的钢板厚度为2～15mm。
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主 要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
本发明设计了10个实施例及4个对比例，其中，各实施例及对比例的 耐磨钢包含的各化学组分以质量百分比计入表1所示：
表1各实施例及对比例的化学组分含量(wt％)
| C/％ | Si/％ | Mn/％ | P/％ | S/％ | Als/％ | Nb/％ | V/％ | Ti/％ | B/％ | |
| 实施例1 | 0.22 | 0.18 | 1 | 0.012 | 0.001 | 0.05 | 0.011 | 0.006 | 0.02 | 0.003 |
| 实施例2 | 0.16 | 0.9 | 2.5 | 0.007 | 0.002 | 0.01 | 0.005 | 0.008 | 0.017 | 0.003 |
| 实施例3 | 0.24 | 0.88 | 2.2 | 0.011 | 0.004 | 0.03 | 0.015 | 0.013 | 0.016 | 0.004 |
| 实施例4 | 0.16 | 0.77 | 3 | 0.006 | 0.005 | 0.02 | 0.01 | 0.011 | 0.01 | 0.004 |
| 实施例5 | 0.21 | 0.85 | 1.7 | 0.009 | 0.002 | 0.05 | 0.014 | 0.008 | 0.009 | 0.005 |
| 实施例6 | 0.24 | 0.68 | 2.4 | 0.008 | 0.005 | 0.02 | 0.015 | 0.013 | 0.014 | 0.002 |
| 实施例7 | 0.2 | 0.57 | 2.9 | 0.007 | 0.003 | 0.01 | 0.011 | 0.005 | 0.013 | 0.003 |
| 实施例8 | 0.15 | 0.6 | 2.8 | 0.009 | 0.004 | 0.06 | 0.008 | 0.009 | 0.008 | 0.003 |
| 实施例9 | 0.18 | 0.58 | 1.5 | 0.008 | 0.005 | 0.03 | 0.014 | 0.009 | 0.02 | 0.003 |
| 实施例10 | 0.2 | 0.84 | 2 | 0.011 | 0.004 | 0.02 | 0.014 | 0.01 | 0.012 | 0.003 |
| 对比例1 | 0.25 | 0.35 | 1.5 | 0.01 | 0.003 | 0.04 | 0.03 | 0.02 | 0.085 | 0.005 |
| 对比例2 | 0.19 | 0.32 | 1.8 | 0.012 | 0.003 | 0.035 | 0.05 | 0.005 | 0.09 | 0.005 |
| 对比例3 | 0.26 | 0.18 | 0.8 | 0.012 | 0.001 | 0.05 | 0.004 | 0.025 | 0.022 | 0.0055 |
| 对比例4 | 0.10 | 0.18 | 3.5 | 0.008 | 0.005 | 0.03 | 0.004 | 0.004 | 0.004 | 0.0060 |
且采用上述表1列举的合金进行冶炼制备耐磨钢的工艺参数分别如表 2、表3所示；
表2各实施例及对比例的工艺参数列表(一)
表3各实施例及对比例的工艺参数列表(二)
根据GB/T228和GB/T231国家标准，测试实施例1-10所述一种含有 铁素体的HB400级热连轧耐磨钢以及对比例1-2的性能如表4所示。
表4各实施例及对比例的性能列表
图1为本发明实施例1制得的耐磨钢微观结构示意图，结合图1可知 在特定的工艺下，其显微组织为细小均匀的回火马氏体和5％～10％左右的 铁素体。
结合表1、表2、表3及表4可知，采用本发明设计的合金元素及制备 工艺，制得的耐磨钢屈强比低，相对耐磨性较好，且板形性能稳定且优异， 硬度级别为HB400级，延伸率大于12％，如果进一步横切后板形质量在 5mm/m以内。
此外，本发明制备的耐磨钢冷弯性能优异，横向冷弯d＝4a，弯曲90° 合格，d＝5a，弯曲180°合格，可适用于多种应用环境。
本领域技术人员知晓的，生产热连轧耐磨钢需要热处理工艺，并且在 线淬火后还需要平整，工艺比较复杂，而本申请的制备工艺相对简单，不 需要热处理，在线淬火后也不需平整，直接横切交货即可，生产效率比较 高。
以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除 上述实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形 成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢，其特征在于，它包括如下质量百分比的各化学组分：
C：0.14～0.25％，Si：0.08～1.0％，Mn：1.0～3.0％，P≤0.015％，S≤0.005％，Als：0.01～0.06％，Nb：0.005～0.015％，V：0.005～0.02％，Ti：0.005～0.02％，B≤0.005％，其余为Fe及杂质。
2.根据权利要求1所述含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢，其特征在于，所述碳元素满足，C：0.16～0.22％。
3.根据权利要求1所述含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢，其特征在于，所述锰元素满足，Mn：1.0～2.8％；所述铌元素满足，Nb：0.008～0.014％；所述钒元素满足，V：0.006～0.013％；所述钛元素满足，Ti：0.008～0.02％。
4.根据权利要求1所述含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢，其特征在于，所述硼元素满足，0.003％≤B≤0.004％。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢，其特征在于，所述热连轧耐磨钢为采用高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、LF+RH精炼、连铸、加热、轧制、冷却、卷取、开平横切工艺制得，且所述热连轧耐磨钢厚度为2～15mm。
6.根据权利要求5所述含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢，其特征在于，所述加热工艺包括：
第二段加热温度和均热末段温度均为1200～1300℃，且第二段加热与均热段的总时间不低于60min，总在炉时间≥140min。
7.根据权利要求5所述含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢，其特征在于，所述冷却、卷取工艺如下：
出FT7后立即冷却，以10～100℃/s的冷却速度冷却至600℃～750℃，空冷2～10s，继续控制冷却速度为10～100℃/s，冷却至150～400℃进行卷取，并实现在线淬火。
8.一种含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢的制备方法，其特征在于，它包括如下工艺流程：
采用高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、LF+RH精炼、连铸、加热、轧制、冷却、卷取、开平横切工艺；
所述加热工艺包括：
第二段加热温度和均热末段温度均为1200～1300℃，且第二段加热与均热段的总时间不低于60min，总在炉时间≥140min；
所述轧制包括粗轧和精轧，且所述粗轧出口温度为1000～1100℃，中间坯厚度为30～50mm，所述精轧开轧温度为950～1050℃，轧制速度为3～8m/s，精轧终轧温度为800～900℃；
所述冷却、卷取工艺如下：
出FT7后立即冷却，以10～100℃/s的冷却速度冷却至600℃～750℃，空冷2～10s，继续控制冷却速度为10～100℃/s，冷却至150～400℃进行卷取，并实现在线淬火。
9.根据权利要求8所述含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢的制备方法，其特征在于，所述加热工艺包括：
第二段加热温度和均热末段温度均为1221～1280℃，且第二段加热与均热段的总时间为62～90min，总在炉时间为145～180min；
所述轧制工艺包括：
所述粗轧出口温度为1000～1090℃，所述精轧开轧温度为950～1040℃，精轧终轧温度为800～870℃。
10.根据权利要求8所述含有铁素体的HB400级热连轧耐磨钢的制备方法，其特征在于，所述冷却、卷取工艺包括：
第一段冷却速度为40～80℃/s，第二段冷却速度为50～95℃/s。
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