CN115852252A - 一种高强度耐磨钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及合金材料制备技术领域，尤其涉及一种高强度耐磨钢及其制备方法。本发明通过引入钨元素以及控制钢的元素组成及配比，将原料经电炉熔炼、钢包精炼、真空脱气、连铸和热处理等工序制得具有高强度和耐磨性的钢，利用此钢通过热轧工艺制得的无缝钢管与传统Q345B钢制得的无缝钢管相比，其抗拉强度和硬度均获得明显提高，耐磨性增加，可作为氧化铝行业溶出工段中使用的无缝钢管的原料钢。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料制备技术领域，尤其涉及一种高强度耐磨钢及其制备方法。
背景技术
Q345B钢是一种低合金钢，是目前国内使用最为普遍的钢铁产品，广泛应用于管道(固态、液态)输送、压力容器、桥梁和船舶等领域。其中，GB6479-2013标准中的Q345B牌号无缝钢管多用于氧化铝行业溶出工段套管内管设备，但是在实际生产过程中，具有较高的固含量的矿浆会以一定的流速和压力在管道内持续运动，在此过程中会对管道内壁产生严重的磨料磨损和冲蚀磨损，导致钢管的强度和厚度有所降低，溶出机组必须定期监测和维护保养甚至更换管道。如果能够减少维护保养频率或管道更换次数，则可带来更多经济效益。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提供一种高强度耐磨钢及其制备方法，将钨元素引入至Q345B钢中，采用特定的元素配比和制备工艺，制得高强度耐磨钢。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种高强度耐磨钢，以质量百分比计，由以下组分构成：C 0.15％-0.20％，Mn1.40％-1.60％，Cr 0.10％-0.25％，Si 0.30％-0.80％，P≤0.012％，S≤0.009％，V0.03％-0.12％，Mo 0.03％-0.10％，W 0.80％-1.20％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明提供的高强度耐磨钢，钨元素的引入一方面可以与碳形成碳化钨，增加钢的硬度；另一方面，钨还可以溶入基体相中形成固溶体，产生固溶强化的作用，从而使钢的强度和硬度得到提升；碳可以促使钢形成单相奥氏体组织，增强钢的强度，但是碳含量应控制在一定范围，避免碳含量过高而使钢的抗冲击性降低；铬具有增加钢的淬透性和二次硬化的作用，可以在提高钢的硬度和耐磨性的同时而不增加钢的脆性；硅能溶于钢的铁素体和奥氏体，从而提高钢的强度和硬度，还具有优异的脱氧效果；钒的加入可以产生细化晶粒的作用，提高钢的变形阻力，在应力作用下可提高钢加工硬化能力，使钢的耐磨性增加；锰加入钢中可以作为脱氧剂和脱硫剂，可以消除或减弱硫元素引起的钢的热脆性，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，细化珠光体；钼可以在渗碳层中降低碳化物在晶界上形成连续网状的倾向，减少渗碳层中残留的奥氏体，相对增加表面层的耐磨性。
本发明的第二方面，提供一种高强度耐磨钢的制备方法，将原料经电炉熔炼、钢包精炼、真空脱气、连铸和热处理工序，制得高强度耐磨钢。
本发明提供的制备方法结合钢中的组分及配比，通过电炉熔炼、钢包精炼、真空脱气和连铸等工序间的相互配合，制得的钢在具有高强度的同时，耐磨性也得到提高。
结合第二方面，所述电炉熔炼工序中，熔炼温度为1400-1500℃。
结合第二方面，所述电炉熔炼工序中原料熔速为1.5-2.5kg/min。
结合第二方面，所述钢包精炼工序中精炼温度为1550-1650℃，精炼时间为1-2h，钢包升温速率为2-4℃/min，在精炼过程始终保持氩气氛围。
结合第二方面，所述钢包精炼工序中添加造渣剂，所述造渣剂包括石灰、萤石和预熔型精炼渣，造渣剂的使用可以去除钢中的硫和夹杂物。
结合第二方面，所述真空脱气工序中，真空度不高于70Pa，脱气时间不少于15min，通过在该条件下真空脱气可以去除钢水中大部分的氢、氧和氮。
通过电炉冶炼、钢包精炼和真空脱气各工序中各个参数之间的相互配合，能够提高钢的强度，防止硫、磷等有害元素或夹杂物残留过多而影响钢的质量。
结合第二方面，所述连铸工序中，浇注温度为1480-1580℃，浇注速度为150-250kg/min，此浇注温度和浇注速度可以保证钢水的粘度适中，不会加重钢内部的偏析。
结合第二方面，所述热处理工序采用表面淬火的方式，将铸坯表面温度升至900-1000℃，迅速降温冷却，该表面淬火方式和温度条件可以在提高钢的耐磨性的同时而不降低其韧性。
本发明的第三方面，提供了上述高强度耐磨钢或按上述制备方法制得的高强度耐磨钢在制备氧化铝行业溶出工段无缝钢管中的应用。
本发明通过控制钢的元素组成及配比，采用具有特定工艺参数的制备方法与钢的元素组成相互配合，得到具有高强度和耐磨性的钢，可以考虑作为传统Q345B钢的产品无缝钢管在氧化铝行业溶出工段中的替代钢。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明实施例提供一种高强度耐磨钢，其制备方法如下：
(1)电炉熔炼：按照高强度耐磨钢中的元素组分进行配料，组分构成如下：C0.16％，Mn 1.45％，Cr 0.12％，Si 0.35％，V 0.05％，Mo 0.04％，W 0.85％，余量为Fe及不可避免的杂质；将各原料在1410-1430℃熔化，原料熔速为2.0kg/min；
(2)钢包精炼：将步骤(1)得到的钢水转入钢包中进行精炼，以4℃/min的升温速率升温至1560-1580℃，精炼1.5h，在精炼过程始终保持氩气氛围；分批加入包括石灰、萤石和预熔型精炼渣的造渣剂，去除钢水中的硫以及其他夹杂物，除渣过程中进行取样，测试各元素含量，分析测试结果，以本实施例高强度耐磨钢的组分要求为标准调整组分含量，并控制出钢前P≤0.010％，S≤0.006％；
(3)真空脱气：将步骤(2)制得的钢水转入真空脱气设备中真空度为65Pa，脱气20min；
(4)连铸：将步骤(3)脱气后的钢水在1490-1510℃下以150 160kg/min的浇注速度浇注，浇注全程使用氩气保护；
(5)热处理：采用表面淬火的方式，将铸坯表面温度升至900-910℃，迅速降温冷却，即得高强度耐磨钢。
实施例2
本发明实施例提供一种高强度耐磨钢，其制备方法如下：
(1)电炉熔炼：按照高强度耐磨钢中的元素组分进行配料，组分构成如下：C0.19％，Mn 1.58％，Cr 0.23％，Si 0.75％，V 0.10％，Mo 0.08％，W1.15％，余量为Fe及不可避免的杂质；将各原料在1480-1490℃熔化，原料熔速为1.5kg/min；
(2)钢包精炼：将步骤(1)得到的钢水转入钢包中进行精炼，以4℃/min的升温速率升温至1620-1640℃，精炼2h，在精炼过程始终保持氩气氛围；分批加入包括石灰、萤石和预熔型精炼渣的造渣剂，去除钢水中的硫以及其他夹杂物，除渣过程中进行取样，测试各元素含量，分析测试结果，以本实施例高强度耐磨钢的组分要求为标准，调整组分含量，并控制P≤0.010％，S≤0.006％；
(3)真空脱气：将步骤(2)制得的钢水转入真空脱气设备中真空度为60Pa，脱气25min；
(4)连铸：将步骤(3)脱气后的钢水在1530-1540℃下以240 250kg/min的浇注速度浇注，浇注全程使用氩气保护；
(5)热处理：采用表面淬火的方式，将铸坯表面温度升至970-980℃，迅速降温冷却，即得高强度耐磨钢。
实施例3
本发明实施例提供一种高强度耐磨钢，其制备方法如下：
(1)电炉熔炼：按照高强度耐磨钢中的元素组分进行配料，组分构成如下：C0.17％，Mn 1.50％，Cr 0.18％，Si 0.55％，V 0.08％，Mo 0.06％，W1.00％，余量为Fe及不可避免的杂质；将各原料在1450-1460℃熔化，原料熔速为1.7kg/min；
(2)钢包精炼：将步骤(1)得到的钢水转入钢包中进行精炼，以4℃/min的升温速率升温至1590-1600℃，精炼时间为2h，在精炼过程始终保持氩气氛围；分批加入包括石灰、萤石和预熔型精炼渣的造渣剂，去除钢水中的硫以及其他夹杂物，除渣过程中进行取样，测试各元素含量，分析测试结果，以本实施例高强度耐磨钢的组分要求为标准，调整组分含量，并控制P≤0.010％，S≤0.006％；
(3)真空脱气：将步骤(2)制得的钢水转入真空脱气设备中真空度为55Pa，脱气15min；
(4)连铸：将步骤(3)脱气后的钢水在1560-1570℃下以190 200kg/min的浇注速度浇注，浇注全程使用氩气保护；
(5)热处理：采用表面淬火的方式，将铸坯表面温度升至940-950℃，迅速降温冷却，即得高强度耐磨钢。
对比例1
本发明对比例提供一种高强度耐磨钢，其成分与实施例3相似，不同之处仅在于原料组分中不含钨元素。制备方法同实施例3。
对比例2
本发明对比例提供一种高强度耐磨钢，其成分与实施例3相似，不同之处仅在于原料组分中钨含量为0.2％-0.3％。制备方法同实施例3。
对比例3
本发明对比例提供一种高强度耐磨钢，其成分同实施例3，制备方法与实施例3相似，不同之处仅在于未对铸坯进行热处理工序。
实验例
对各实施例及对比例制得的高强度耐磨钢经热轧工艺轧制变形后制得的无缝钢管进行拉伸测试(参照GB/T 228.1-2010)、硬度测试(参照GB/T 231.1-2018)和耐磨性测试(参照GB/T 12444-2006，在0.1N的试验力下，转速为200r/min，磨损20min)，分别测试3次取平均值，结果如下表所示。
表1实施例和对比例的性能测试
由表1可以看出，钨元素的加入以及各元素与制备工序之间的相互配合，使制得的钢的强度和耐磨性与Q345B型钢相比均获得明显提高，可考虑作为氧化铝行业溶出工段所使用的无缝钢管的原料钢。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高强度耐磨钢，其特征在于，以质量百分比计，由以下组分构成：C 0.15％-0.20％，Mn 1.40％-1.60％，Cr 0.10％-0.25％，Si 0.30％-0.80％，P≤0.012％，S≤0.009％，V 0.03％-0.12％，Mo 0.03％-0.10％，W 0.80％-1.20％，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.一种权利要求1所述的高强度耐磨钢的制备方法，其特征在于，原料经电炉熔炼、钢包精炼、真空脱气、连铸和热处理工序，制得高强度耐磨钢。
3.根据权利要求2所述的高强度耐磨钢的制备方法，其特征在于，所述电炉熔炼工序中，熔炼温度为1400-1500℃；和/或
所述电炉熔炼工序中原料熔速为1.5-2.5kg/min。
4.根据权利要求2所述的高强度耐磨钢的制备方法，其特征在于，所述钢包精炼工序中精炼温度为1550-1650℃，精炼时间为1-2h，钢包升温速率为2-4℃/min。
5.根据权利要求2所述的高强度耐磨钢的制备方法，其特征在于，所述钢包精炼工序中添加造渣剂，所述造渣剂包括石灰、萤石和预熔型精炼渣。
6.根据权利要求2所述的高强度耐磨钢的制备方法，其特征在于，所述真空脱气工序中，真空度不高于70Pa，脱气时间不少于15min。
7.根据权利要求2所述的高强度耐磨钢的制备方法，其特征在于，所述连铸工序中，浇注温度为1480-1580℃，浇注速度为150-250kg/min。
8.根据权利要求2所述的高强度耐磨钢的制备方法，其特征在于，所述热处理工序采用表面淬火的方式，将铸坯表面温度升至900-1000℃，迅速降温冷却。
9.一种权利要求1所述的高强度耐磨钢或按权利要求2-8所述的制备方法制得的高强度耐磨钢在制备氧化铝行业溶出工段无缝钢管中的应用。
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| CN109072367A (zh) * | 2016-04-19 | 2018-12-21 | 杰富意钢铁株式会社 | 耐磨损钢板及耐磨损钢板的制造方法 |
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