CN115074641A

CN115074641A - 一种hb400级别高耐磨可冷弯钢板及其生产方法

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Publication number: CN115074641A
Application number: CN202210756320.4A
Authority: CN
Inventors: 张涛; 纪汶伯; 杨颖�; 林田子; 张哲�; 王玉博
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2022-06-30
Filing date: 2022-06-30
Publication date: 2022-09-20
Anticipated expiration: 2042-06-30
Also published as: CN115074641B

Abstract

一种HB400级别高耐磨可冷弯钢板及其生产方法，钢中化学成分按重量百分比计为C0.14％～0.18％、Si1.1％～1.50％、Mn0.7％～1.0％、Nb0.12％～0.20％、Cr0.15％～0.35％、Ni0.4％～0.6％；C*Nb≤0.03、1.5％≤Si+Ni≤2.0％、Al0.040％～0.060％，余量为Fe及不可避免的杂质。与现有的技术相比，本发明的有益效果是：可连铸生产；表面硬度大于HB400,‑40℃AKV≥40J；耐磨性为同等硬度低合金耐磨钢板1.4倍以上；具有良好冷成型性能180°冷弯D＝3a合格。

Description

一种HB400级别高耐磨可冷弯钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种HB400级别高耐磨可冷弯钢板及其生产方法，可用于工程机械、矿山、冶金、煤机等领域耐磨备件制作。

背景技术

一般低合金耐磨钢采用马氏体基体和Cr、Mo、V、Ti等低硬度碳化物强化耐磨性的设计，采用淬火加低温回火的热处理方式生产，HB400硬度级别普通低合金布氏耐磨钢寿命一般约为Q345B的2倍，在工程机械、煤矿机械等领域应用广泛，但冷弯性能相比较差。改善耐磨钢耐磨性一般可通过提高钢板碳含量与合金含量来实现，因此会导致钢材加工性能、焊接性能变差，冷弯成型性能更差。

近年来，在筑路机械、重型矿车、煤机、电厂、水泥等行业的生产过程中，由于物料硬，运动快，对设备磨损非常严重，造成备件磨损快，检修周期短，迫切需要一种高耐磨性HB400级别耐磨钢板，在不增加硬度的情况下延长备件使用寿命。同时部分形状复杂的耐磨备件，制备过程需要经过弯曲成型，普通低合金马氏体耐磨钢冷弯性难以满足其要求。

为提高低合金钢板的耐磨性，近年来国内外一些钢厂在低合金耐磨钢中增加Ti、V含量，利用马氏体基体加高硬度TiC、VC析出增强耐磨性，虽然耐磨性增强，但塑、韧性较差，不能进行冷弯加工，难以大量推广。

天津雷公焊接材料有限公司，雷万钧；陈泽荣；徐丽霞；伍珠良，申请的公告号为CN103725976A的中国专利文件“高耐磨双金属复合耐磨板”该发明涉及一种高耐磨双金属复合耐磨板，包括低碳钢板或低碳合金钢板，所述低碳钢板或低碳合金钢板上焊接有耐磨合金层，其特征在于：占耐磨合金层总质量的百分比计，所述耐磨合金层中各成分含量如下：C：0.35～0.55％；Si：2～2.4％；Mn：2.7～3.2％；Cr：11～12.5％；Mo：2.5～2.9％；V：0.7～1.8％；W：2.2～3.6％；B：0.7～1.1％；其余为铁。该发明的优点是能够保证耐磨板表面的平整光滑，耐磨性好。该发明为双金属复合堆焊的工艺生产，工序复杂，成本高，由于堆焊层硬度高，钢板不能成型加工。

宝山钢铁股份有限公司，李红斌，姚连登，苗雨川等申请的公开(公告)号：CN103146997A的专利文件“一种低合金高韧性耐磨钢板及其制造方法”，涉及一种低合金高韧性耐磨钢板及其制造方法，其化学成分(wt％)为：C：0.08-0.20％，Si：0.10-0.60％，Mn：1.00-2.00％，B：0.0005-0.0040％，Cr≤1.50％，Mo≤0.80％，Ni≤1.50％，Nb≤0.080％，V≤0.080％，Ti≤0.060％，Al：0.010-0.080％，Ca：0.0010-0.0080％，N≤0.0080％，O≤0.0080％，H≤0.0004％，P≤0.015％，S≤0.010％，且满足0.20％≤(Cr/5+Mn/6+50B)≤0.55％，0.02％≤(Mo/3+Ni/5+2Nb)≤0.45％，0.01％≤(Al+Ti)≤0.13％，其余为Fe和不可避免的杂质。该发明减少碳及合金元素含量，充分利用Nb、Ti等微合金元素的细化、强化等特点及通过TMCP工艺，耐磨钢板强硬度高，韧性佳，易焊接，耐磨性优异，适用于各种机械设备中易磨损部件。其力学性能：抗拉强度大于1200MPa，延伸率大于12％，布氏硬度大于400HB，-40℃夏比V型纵向冲击功大于60J。该发明强度、塑形、焊接等性能较高，但耐磨性和同等硬度普通马氏体耐磨钢相当。

江阴兴澄特种钢铁有限公司，刘俊，李国忠，许晓红等公开(公告)号：CN111996441A的专利文件“一种高韧性折弯性能良好的TiC增强型马氏体耐磨钢板及其制造方法”，涉及一种高韧性折弯性能良好的TiC增强型马氏体耐磨钢板及其制造方法，元素含量：C：0.18～0.30％，Si：≤0.30％，Mn：0.60～1.20％，Ti：0.20～0.40％,Al：0.04～0.08％，Ni：≤0.10％，Cu：≤0.10％，Cr：0.20～1.00％，Mo：0.10～0.60％，B：0.0010～0.0040％，Ca：0.001～0.005％，P：≤0.015％，S：≤0.003％，O：≤0.0015％，N：≤0.0030％，H：≤0.0002％，余量为Fe；且满足0.13≤C-Ti/4≤0.25，由此形成TiC后马氏体基体硬度达到400～480HB；碳当量CEV：≤0.65％，机加工焊接性能可满足高耐磨性设备制造要求。工艺流程为：转炉或电炉炼钢->LF精炼->真空脱气->Ca处理->连铸->加热->热轧->淬火->低温回火。延伸率A50≥8％；低温冲击韧性：-40℃Akv≥20J，钢板的冷弯性能：d＝5a冷弯90°不开裂。耐磨性达到低合金马氏体耐磨钢NM450的1.4倍及以上。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HBW400-480。该发明成型性能好，但Ti含量高，冶炼连铸困难。

杰富意钢铁株式会社，寺泽祐介；高山直树；林谦次；长谷和邦的日本专利文件，申请公布号CN109072367A，“耐磨损钢板及耐磨损钢板的制造方法”，公开了具有下述成分组成和组织，所述成分组成以质量％计含有：C：0.10～0.23％，Si：0.01～1.0％，Mn：0.30～3.00％，P：0.025％以下，S：0.02％以下，Cr：0.01～2.00％，Al：0.001～0.100％，及N：0.01％以下，余量由Fe及不可避免的杂质构成，所述组织中，距所述耐磨损钢板的表面1mm的深度处的马氏体的体积率为90％以上，所述耐磨损钢板的板厚中心部的原奥氏体粒径为80μm以下，距所述耐磨损钢板的表面1mm的深度处的硬度以布氏硬度计为360～490HBW 10/3000耐磨损钢板及耐磨损钢板的制造方法。该钢板合金成分复杂，成本高，只具有普通耐磨性。

可见现有HB400耐磨钢板存在以下不足：

1、成分、工艺复杂，需异质复合或堆焊；

2、冶炼连铸困难；

3、不能冷弯成型；

4、耐磨性不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种HB400级别高耐磨可冷弯钢板及其生产方法，本发明在低合金耐磨钢的基础上采用新的耐磨理念，合理增加钢中Nb含量，利用弥散析出高硬度碳化铌质点增强耐磨性，具有同等硬度普通耐磨钢板1.4倍以上的耐磨性。采用独特的冶炼、轧制、热处理生产工艺，对钢板表面进行了形成部分脱碳层的止裂处理，加上合理的残余奥氏体含量控制，生产出布氏硬度400HB级别具有良好的塑性和韧性可进行冷弯加工的高耐磨性低合金耐磨钢。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种HB400级别高耐磨可冷弯钢板，钢中化学成分按重量百分比计为：C 0.14％～0.18％、Si 1.1％～1.50％、Mn 0.7％～1.0％、Nb 0.12％～0.20％、Cr 0.15％～0.35％、Ni0.4％～0.6％、Al 0.040％～0.060％、P≤0.012％、S≤0.002％、[N]≤0.0030％、[H]≤0.00015％、[O]≤0.0015％；余量为Fe及不可避免的杂质；且C*Nb≤0.0004％、1.5％≤Si+Ni≤2.0％。

本发明钢板化学成分设计以碳、铌、硅微合金化为主要特征，合金含量相对较低，便于冶炼、连铸。通过连铸、控轧控冷后进行低温回火热处理，得到具有良好塑韧性及耐磨性的HB400级别钢板。

本发明所设计元素的理由为：

C：为了保证钢板高的强度和硬度，稳定钢中残余奥氏体量，需要相当的碳含量做保证。同时碳可以和Nb形成碳化物析出，增加耐磨性。碳含量过高则焊接性能下降，还影响钢中Nb的固溶和析出，为了保证钢板具有高的耐磨性及良好的焊接性能、成型性能、耐磨性，因此本发明中C含量控制在0.14％～0.18％，同时C*Nb≤0.03；

Si：本发明重点添加元素。是非碳化物形成元素，主要作用是抑制碳化物的析出，稳定钢中残余奥氏体含量，有利于提高钢板的低温韧性和塑性，保证良好的冷弯能力。同时起稳定脱碳层厚度的作用，但Si过多时会使焊接性能下降，因此本发明中Si含量控制在1.1％～1.5％；

Mn：主要作用是提高淬透性，同时促进Nb的固溶。有利于强度和耐磨性的提高，但含量过高时易形成中心偏析，使板坯中心有易发裂纹的倾向；不利于冷成型，因此本发明中Mn含量控制在0.7％～1.0％；

Nb：本发明重要添加元素。主要作用：增加耐磨性和塑性。Nb是强碳和氮化合物形成元素，在钢中与C、N结合可形成NbC、Nb(C，N)等化合物。具有高的化学稳定性、高硬度的特征，可形成普通耐磨钢1.4倍的的耐磨性能，另外Nb元素的添加，使得低温奥氏体组织在轧制过程中应变诱导析出大量的碳氮化物，具有增加淬透性和析出强化的作用；溶解在奥氏体中的Nb，在两阶段轧制过程中抑制奥氏体再结晶，细化奥氏体晶粒。有利于钢板的冷弯性能。但Nb含量过高，则会影响钢板的力学性能。因此，本发明中Nb的加入量为0.12％～0.20％。

Ni：非碳化物形成元素，主要作用是改善钢的韧性和塑性，Ni含量<0.4％则达不到要求的效果，而如果Ni含量大于0.6％，成本过高，在淬火时可能残留奥氏体过多。本发明控制Ni：0.4％～0.6％，由于Si和Ni都有促进残余奥氏体含量的作用，本发明控制残余奥氏体含量5～10％，为防止残余奥氏体量过多或过少，对Si+Ni的总量进行控制，因此本发明1.5％≤Si+Ni≤2.0％。

Al：脱氧和固氮的有效元素。可减少钢中氧化物夹杂并纯净钢质，有利于提高钢板的成型性能，含量过高将会造成浇铸困难，会在钢中形成大量Al₂O₃夹杂物，导致延展性变差，固氮可保证铌主要与碳化合。因此本发明中Al：0.04％～0.06％％。

Cr：增加钢的淬透性的作用。铬是强碳化物形成元素，可提高的强度和硬度。Cr过多加入会影响焊接性，因此本发明控制Cr：0.15％～0.35％。

杂质元素：为保证钢板具有良好的塑性和韧性，避免磨损时的碎裂、冷弯时裂纹的发生，本发明控制P≤0.012％，S≤0.002％，[H]≤0.00015％，[O]≤0.0015％。

钢中残余奥氏体含量5％～10％，钢板表面部分脱碳层厚度1～2毫米。

在同等实验条件下钢板耐磨性达到同等硬度NM400钢板的1.4倍以上，冷成型性能180°冷弯D＝3a。

一种HB400级别高耐磨可冷弯钢板的生产方法，生产工艺流程为：冶炼→精炼→板坯连铸→铸坯加热缓冷→加热→控制轧制→控制冷却→回火热处理，包括如下方法：

1)冶炼：本发明精炼时进行了RH脱气时间控制，RH真空循环时间≥15min，通过长时间真空处理，可控制钢水[N]≤0.0030％，[O]≤0.0015％，[H]≤0.00015％。连铸的特征为：适当加大连铸二冷区冷速，采用中等冷却强度模式，连铸二冷区给水量占比60％～80％，控制连铸坯拉速为1.1～1.5m/min；目的为避免高温区铌的粗大碳化物过度析出。铸坯厚度200～250mm，连铸时采用电磁搅拌或轻压下，减少中心偏析。本发明控制中心偏析≤B0.5，中间裂纹≤0.5级，目的在于保证冷弯时钢板的内部缺陷最低。连铸后铸坯加热至550～650℃，随炉缓冷不少于48小时；可有效去除钢坯中氢含量，同时600℃左右的缓冷有利于铌的细小碳化物充分析出。

2)轧制：采用氧化性气氛加热均热段温度1250～1310℃，均热时间不低于2.5小时；较高的加热温度和较长的保温时间目的：1)保证较高的铌能充分固溶；2)利于中心偏析元素的均匀化；3)利于轧后表面形成1-2毫米部分脱碳层的形成，可有效改善轧后钢板冷弯性能。

在轧制时采用粗轧和精轧两阶段控轧，目的在于充分细化和均匀化热轧态组织。粗轧阶段轧制开轧温度≥1100℃，终轧温度控制在≥1050℃，粗轧的单道次压下率不低于15％；保证轧制力的深透和促进碳化铌的析出；精轧开轧温度970～1030℃，变形率不低于70％，目的在于破碎粗大的碳化铌和改善心部缺陷组织，精轧终轧温度900～950℃。

轧后水冷，采用超快冷+层流冷却，超快冷入水温度870～920℃，超快冷冷速≥20℃/s，超快冷终冷温度600～650℃；层流冷速5～10℃/s，返红温度200～250℃，空冷到室温。

前段采用超快冷，超快冷入水温度870～920℃，超快冷冷速≥20℃/s，超快冷终冷温度600～650℃；可减少铌的碳氮化物缓冷时在晶界的聚集，同时细化奥氏体晶粒有利于塑韧性和耐磨性。后段采用层流冷却，冷速5～10℃/s，返红温度200～250℃，空冷到室温；后段弱冷并控冷到高于200℃，可减少钢板内应力，保留少量残余奥氏体含量，保证板型平直度在5毫米/米以下和冷弯性能。

3)热处理：回火温度为200～250℃，回火保温时间为8～12min/mm。本发明采用高于常规(3～5min/mm)的回火时间，目的在于充分去除淬火内应力，提高钢板的塑性，保证钢板的冷成型性能。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种10-30毫米厚度HB400级别高耐磨可冷弯成型钢板及其生产方法。

1、可连铸生产；

2、表面硬度大于HB400,-40℃AKV≥40J；

3、耐磨性为同等硬度低合金耐磨钢板1.4倍以上；

4、具有良好冷成型性能180°冷弯D＝3a合格。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的实施方式进一步说明：

根据本发明的化学成分及生产工艺，冶炼本发明的钢种实际化学成分如表1，冶炼工艺见表2，本发明钢实例的实际轧制工艺参数如表3，控冷工艺见表4，热处理工艺参数见表5，本发明实物性能检验结果如表6，耐磨性实验结果见表7。

表1本发明钢种的冶炼成分实例，wt％

序号	C	Si	Mn	Nb	Cr	Ni	Al	P	S	H	0	N	Si+Ni	C*Nb
															1	0.14	1.5	1.0	0.12	0.35	0.40	0.040	0.009	0.0013	0.00012	0.0014	0.0030	1.90	0.00017
2	0.15	1.3	0.9	0.14	0.25	0.50	0.045	0.011	0.014	0.00014	0.0015	0.0022	1.82	0.00021
															3	0.17	1.2	0.8	0.17	0.25	0.55	0.052	0.008	0.016	0.00015	0.0011	0.0025	1.75	0.00029
4	0.18	1.1	0.7	0.20	0.15	0.60	0.055	0.010	0.016	0.00008	0.0009	0.0020	1.72	0.00036

表2本发明钢种的冶炼工艺

表3本发明钢实例的实际轧制工艺参数

表4本发明钢实例的实际控冷工艺参数

表5本发明钢实例的热处理工艺

表6本发明钢实施例的力学性能

在MLS-225型湿砂橡胶轮式磨损试验机对本发明高耐磨钢板与普通NM400钢板进行对比实验，施加压力为70N，砂轮转速为：200r/min,总转数：2000r，试验时间约10分钟。实验结果见表7。

表7本发明实施例耐磨性对比

钢种	磨损量ΔM/g	耐磨性对比
			普通NM400	0.06500	1.00
1-1	0.04452	1.46
			1-2	0.04392	1.48
2-1	0.04483	1.45
			2-2	0.04545	1.43
3-1	0.04610	1.41
			3-2	0.04545	1.43
4-1	0.04483	1.45
			4-2	0.04392	1.48

可见本发明钢板的耐磨性达到普通耐磨钢板NM400的1.4倍以上。

Claims

1.一种HB400级别高耐磨可冷弯钢板，其特征在于，钢中化学成分按重量百分比计为：C0.14％～0.18％、Si 1.1％～1.50％、Mn 0.7％～1.0％、Nb 0.12％～0.20％、Cr 0.15％～0.35％、Ni 0.4％～0.6％、Al 0.040％～0.060％、P≤0.012％、S≤0.002％、[N]≤0.0030％、[H]≤0.00015％、[O]≤0.0015％；余量为Fe及不可避免的杂质；且C*Nb≤0.0004％、1.5％≤Si+Ni≤2.0％。

2.根据权利要求1所述的一种HB400级别高耐磨可冷弯钢板，其特征在于，钢中残余奥氏体含量5％～10％，钢板表面部分脱碳层厚度1～2毫米。

3.根据权利要求1所述的一种HB400级别高耐磨可冷弯钢板，其特征在于，其特征在于，在同等实验条件下钢板耐磨性达到同等硬度NM400钢板的1.4倍以上，冷成型性能180°冷弯D＝3a。

4.一种如权利要求1-3其中任意一项所述的HB400级别高耐磨可冷弯钢板的生产方法，其特征在于，包括如下方法：

1)冶炼：RH真空循环时间≥15min，控制连铸坯拉速为1.1～1.5m/min；连铸二冷区给水量占比60％～80％，钢坯中心偏析≤B0.5，中间裂纹≤0.5级，连铸后铸坯加热至550～650℃，随炉缓冷不少于48小时；

2)轧制：采用氧化性气氛加热均热段温度1250～1310℃，均热时间不低于2.5小时；

在轧制时采用粗轧和精轧两阶段控轧，粗轧阶段轧制开轧温度≥1100℃，终轧温度控制在≥1050℃，粗轧的单道次压下率不低于15％；精轧开轧温度970～1030℃，变形率不低于70％，精轧终轧温度900～950℃；

轧后水冷，采用超快冷+层流冷却，超快冷入水温度870～920℃，超快冷冷速≥20℃/s，超快冷终冷温度600～650℃；层流冷速5～10℃/s，返红温度200～250℃，空冷到室温；

3)热处理：回火温度为200～250℃，回火保温时间为8～12min/mm。