CN116254459A - 一种高折弯性能的耐磨钢板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高折弯性能的耐磨钢板及其制备方法。该高折弯性能的耐磨钢板中：A、B、C、D类非金属夹杂物中细系列和粗系列均不大于1.5级；带状组织不大于2级；碳当量CEV≤0.43。上述高折弯性能的耐磨钢板，通过适当降低残留元素P、S、Mn等的含量，使得A、B、C、D类非金属夹杂物中细系列和粗系列均不大于1.5级，且带状组织不大于2级，从而有利于减少元素偏析带聚集，减少裂纹源的发生；并且，通过合理调整成分使得碳当量CEV≤0.43，从而有利于提高耐磨钢板的韧性。综上，有利于提高耐磨钢板的折弯性能，降低耐磨钢板发生开裂的风险。
Description
技术领域
本发明涉及耐磨钢技术领域，特别是涉及一种高折弯性能的耐磨钢板及其制备方法。
背景技术
耐磨钢是一种广泛应用于各种磨损工况的耐磨材料，其中低合金耐磨钢是二十世纪七八十年代发展起来的被广泛应用于矿山机械、工程机械、耐磨衬板、农业机械、建材、电力机械、铁路运输等部门，例如自卸车的车厢、混凝土搅拌机的筒体和叶片、以及各种机械设备的内衬板、挡板和底板。耐磨钢板服役环境恶劣，要求极高的强度、硬度及耐磨性。随着各类机械设备的复杂化、轻量化，对耐磨钢板在原有的高强度、高硬度及高耐磨性的基础上提出了更高的要求，低合金耐磨钢板还须具备良好的折弯性能，保证加工成型能力。
由于耐磨钢工作环境较为恶劣，要求其必须具备足够的硬度抵御磨损，但是对于耐磨钢板来说，硬度提升的同时带来的是韧性、折弯性能的降低，难以满足装备大型化、轻量化、长寿命化制造的需求。为了耐磨钢板能最大程度的适应市场需求，就需要对高强耐磨钢热处理后性能提出更高的要求，具备一定的韧性防止冲击破坏以及优良的冷弯成型性能以满足加工需求。目前车厢用耐磨钢板在加工成型和使用过程中开裂现象仍比较严重，一定程度上制约了低合金耐磨钢的发展。
低合金耐磨钢板的耐磨性是用来衡量钢板服役过程中的实际使用性能，而耐磨钢板的折弯性能用来衡量钢板的加工成型性能。随着自卸车车厢以及各类机械设备的衬板、零部件的复杂化、轻量化的发展，对耐磨钢板的加工成型能力提出了更高的要求。目前，耐磨钢板的折弯开裂仍是影响耐磨钢加工成型能力的主要因素，如何在保证耐磨钢板强度、硬度不降低的前提下提高耐磨钢板的折弯性能，是发展低合金耐磨钢面临的关键技术难题。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术中耐磨钢板无法在具有较高的强度、硬度及耐磨性的同时兼顾具有较佳的折弯性能，导致加工成型或使用过程中容易出现开裂现象的问题，提供一种改善上述缺陷的高折弯性能的耐磨钢板及其制备方法。
一种高折弯性能的耐磨钢板，所述耐磨钢板中：A、B、C、D类非金属夹杂物中细系列和粗系列均不大于1.5级；带状组织不大于2级；碳当量CEV≤0.43。
在其中一个实施例中，所述耐磨钢板中N的重量百分比为≤0.0040%。
在其中一个实施例中，所述耐磨钢板的组分及重量百分比为：
C：0.15%～0.25%；Si：0.15%～0.45%；Mn：1.0%～1.5%；Cr：0.1%～0.5%；Nb：0.01%～0.05%；Ti：0.01%～0.04%；N≤0.0040%；P≤0.012%；S≤0.001%；其余为Fe及不可避免的夹杂物。
在其中一个实施例中，所述耐磨钢板的厚度为3mm～25mm。
如上任一实施例中所述的高折弯性能的耐磨钢板的制造方法，包括炼钢、连铸成坯、轧制、横切开平和热处理的步骤，在所述炼钢步骤中包括RH精炼工序。
在其中一个实施例中，在所述连铸成坯步骤中，当拉速在1.2m/min～1.8m/min时，比水量控制在0.75 L/KG～0.9L/KG。
在其中一个实施例中，所述热处理步骤包括单板淬火工序和单板回火工序。
在其中一个实施例中，所述单板淬火工序中，淬火温度为870℃～930℃，保温时长为10min～20min。
在其中一个实施例中，所述单板淬火工序中，加热到所述淬火温度的加热时长为（1.0 min/mm～1.8 min/mm）×h，其中h为耐磨钢板的厚度。
在其中一个实施例中，所述单板回火工序中，回火温度为190℃～250℃，保温时长为15min～30min。
上述高折弯性能的耐磨钢板及其制备方法，通过适当降低残留元素P、S、Mn等的含量，使得A、B、C、D类非金属夹杂物中细系列和粗系列均不大于1.5级，且带状组织不大于2级，从而有利于减少元素偏析带聚集，减少裂纹源的发生；并且，通过合理调整成分使得碳当量CEV≤0.43，从而有利于提高耐磨钢板的韧性。综上，有利于提高耐磨钢板的折弯性能，降低耐磨钢板发生开裂的风险。
附图说明
图1为本发明一实施例中高折弯性能的耐磨钢板的制造方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
本申请的发明人通过大量的实验和分析得知，耐磨钢板的裂纹处存在明显的Mn、S以及P等元素的偏析带，导致局部区域硬度偏差较大，局部受力变形时易在硬度显著变化处产生裂纹源，从而引起开裂。为了解决耐磨钢板容易开裂的问题。
本发明一实施例提供了一种高折弯性能的耐磨钢板，该耐磨钢板中：A、B、C、D类非金属夹杂物中细系列和粗系列均不大于1.5级；带状组织不大于2级；碳当量CEV≤0.43。
上述高折弯性能的耐磨钢板，通过适当降低残留元素P、S、Mn等的含量，使得A、B、C、D类非金属夹杂物中细系列和粗系列均不大于1.5级，且带状组织不大于2级，从而有利于减少元素偏析带聚集，减少裂纹源的发生；并且，通过合理调整成分使得碳当量CEV≤0.43，从而有利于提高耐磨钢板的韧性。综上，有利于提高耐磨钢板的折弯性能，降低耐磨钢板发生开裂的风险。
需要说明的是，碳当量计算公式为CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15，通过对耐磨钢板的成分进行调整使得CEV≤0.43，从而有利于提高耐磨钢板的韧性，进而有利于提高耐磨钢板的折弯性能，降低耐磨钢板发生开裂的风险。
需要说明的是，A、B、C、D类非金属夹杂物的评级请参见GB/T 10561-2005《钢中非金属杂质物显微评定方法》，带状组织的评级请参见GB/T 13299-19 91《钢的显微组织评定方法》，在此不作赘述。
本申请的发明人通过大量的实验和分析还得知，耐磨钢板的断口处存在夹杂物聚集的现象，以NbN、TiN夹杂为主，该类夹杂的聚集导致在折弯过程中应力微裂纹出现，微裂纹逐渐扩展长大，引起耐磨钢板宏观开裂。为了进一步降低耐磨钢板开裂的风险，具体到实施例中，耐磨钢板中N的重量百分比为≤0.0040%，从而减少NbN、TiN等夹杂物，避免该类夹杂物聚集，减少裂纹源的发生，有利于降低耐磨钢板发生开裂的风险。
可选地，耐磨钢板的组分及重量百分比为：
C：0.15%～0.25%；Si：0.15%～0.45%；Mn：1.0%～1.5%； Cr：0.1%～0.5%；Nb：0.01%～0.05%；Ti：0.01%～0.04%；N≤0.0040%；P≤0.012%；S≤0.001%；其余为Fe及不可避免的夹杂物。
可选地，耐磨钢板的厚度为3mm～25mm。优选地，耐磨钢板的厚度为3 mm、6 mm、10mm、12 mm、14 mm或18 mm。
基于上述高折弯性能的耐磨钢板，本发明还提供了一种如上任一实施例中所述的高折弯性能的耐磨钢板的制造方法。请参见图1所示，该制造方法包括以下步骤：S10、炼钢；S20、连铸成坯；S30、轧制；S40、横切开平；S50、热处理。其中，在步骤S10中包括RH精炼工序。如此，在炼钢步骤中增加RH精炼（全称为：RH真空循环脱气精炼法）工序，有利于降低残余元素（P、S）含量，减少元素偏析聚集形成偏析带，降低裂纹发生率，有利于降低耐磨钢板发生开裂的风险。
具体到实施例中，在步骤S20中，当拉速在1.2m/min～1.8m/min时，比水量控制在0.75 L/KG～0.9L/KG，从而通过合理地控制板坯拉速与二冷区冷却强度间的比例关系，减少元素偏析及夹杂物聚集，降低裂纹发生率，有利于降低耐磨钢板发生开裂的风险。
本发明的实施例中，步骤S50包括单板淬火工序和单板回火工序，从而通过单板淬火工序和单板回火工序以对耐磨钢板完成热处理强化，其中单板淬火有利于提高热处理过程的冷却均匀性，使耐磨钢板各处的强度、硬度更加均匀，减少裂纹源的发生；单板回火有利于消除耐磨钢板内应力，使强度和韧性达到最佳状态的匹配效果，以此来提高耐磨钢板的折弯性能，有利于降低耐磨钢板发生开裂的风险。
可选地，单板淬火工序中，淬火温度为870℃～930℃，保温时长为10 min～20min。进一步地，单板淬火工序中，加热到淬火温度的加热时长为（1.0min/mm～1.8min/mm）×h，其中h为耐磨钢板的厚度。如此，通过对淬火温度、加热时长和保温时长的合理设计，进一步使得耐磨钢板各处的强度、硬度更加均匀，减少裂纹源的发生，有利于降低耐磨钢板发生开裂的风险。
可选地，单板回火工序中，回火温度为190℃～250℃，保温时长为15min～30min。如此，通过对回火温度和保温时长的合理设计，进一步消除耐磨钢板内应力，使强度和韧性达到最佳状态的匹配效果，以此来提高耐磨钢板的折弯性能，有利于降低耐磨钢板发生开裂的风险。
以下通过六个实施例，对本发明作进一步说明和阐述：
六个实施例中，均通过炼钢、连铸成坯、轧制、横切开平和热处理的步骤得到耐磨钢板，且炼钢步骤中包括RH精炼工序。在连铸成坯步骤中，当拉速在1.2m/min～1.8m/min时，比水量控制在0.75 L/KG～0.9L/KG。热处理步骤包括单板淬火工序和单板回火工序。单板淬火工序中，淬火温度为870℃～930℃，加热到淬火温度的加热时长为（1.0 min/mm～1.8 min/mm）×h，保温时长为10 min～20min。单板回火工序中，回火温度为190℃～250℃，保温时长为15min～30min。
六个实施例中耐磨钢板的厚度分别为3mm、6 mm、10 mm、12 mm、14 mm、18 mm，并且均采用以下参数：A、B、C、D类非金属夹杂物中细系列和粗系列均不大于1.5级；带状组织不大于2级；碳当量CEV≤0.43；耐磨钢板中C的重量百分比为0.1915%、Si的重量百分比为0.2537%、Mn的重量百分比为1.1083%、Nb的重量百分比为0.02%、Ti的重量百分比为0.03%、P的重量百分比为0.0105%、S的重量百分比为0.0008%、Cr的重量百分比为0.1673%、N的重量百分比为0.0030%。
六个实施例中的耐磨钢板的冷弯实验结果如下表所示：
| 实施例编号 | 钢板厚度/mm | 折弯直径/mm | 折弯角度/° | 结果 |
| 实施例1 | 3 | 12 | 180 | 无明显裂纹 |
| 实施例2 | 6 | 30 | 180 | 无明显裂纹 |
| 实施例3 | 10 | 50 | 180 | 无明显裂纹 |
| 实施例4 | 12 | 60 | 180 | 无明显裂纹 |
| 实施例5 | 14 | 70 | 180 | 无明显裂纹 |
| 实施例6 | 18 | 90 | 180 | 无明显裂纹 |
由上表可知，本发明的六个实施例中的耐磨钢板在冷弯实验中均无明显裂纹。本发明中，炼钢过程增加RH精炼工序，从而降低残余元素（P、S）含量；控制N含量≤40ppm，减少TiN夹杂物；合理控制板坯拉速与二冷区冷却强度间的比例关系，当拉速在1.2m/min～1.8m/min时，比水量控制在0.75 L/KG～0.9 L/KG，降低裂纹发生率，减少元素偏析及夹杂物聚集。合理调整成分使得碳当量CEV≤0.43，提高耐磨钢板的韧性；采用横切开平+单板淬火+单板回火的热处理方式，单板淬火有利于提高热处理过程的冷却均匀性，使钢板各处强度、硬度更加均匀，减少裂纹源的发生；单板回火有利于消除钢板内应力，使强度和韧性达到最佳状态的匹配效果，以此来提高耐磨钢板的折弯性能。
也就是说，本发明通过控制以上工艺参数生产出的耐磨钢板在保证强度、硬度的前提下大幅提高了钢板的折弯性能，使得耐磨钢板满足更多复杂设备加工成型的要求，加快应用到对加工成型性能有较高要求的矿山机械、工程机械、耐磨衬板、农业机械、建材、电力机械、铁路运输等行业，具有良好的应用前景。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种高折弯性能的耐磨钢板，其特征在于，所述耐磨钢板中：A、B、C、D类非金属夹杂物中细系列和粗系列均不大于1.5级；带状组织不大于2级；碳当量CEV≤0.43。
2.根据权利要求1所述的高折弯性能的耐磨钢板，其特征在于，所述耐磨钢板中N的重量百分比为≤0.0040%。
3.根据权利要求1所述的高折弯性能的耐磨钢板，其特征在于，所述耐磨钢板的组分及重量百分比为：
C：0.15%～0.25%；Si：0.15%～0.45%；Mn：1.0%～1.5%；Cr：0.1%～0.5%；Nb：0.01%～0.05%；Ti：0.01%～0.04%；N≤0.0040%；P≤0.012%；S≤0.001%；其余为Fe及不可避免的夹杂物。
4.根据权利要求1所述的高折弯性能的耐磨钢板，其特征在于，所述耐磨钢板的厚度为3mm～25mm。
5.如权利要求1至4任一项所述的高折弯性能的耐磨钢板的制造方法，包括炼钢、连铸成坯、轧制、横切开平和热处理的步骤，其特征在于，在所述炼钢步骤中包括RH精炼工序。
6.根据权利要求5所述的高折弯性能的耐磨钢板的制造方法，其特征在于，在所述连铸成坯步骤中，当拉速在1.2m/min～1.8m/min时，比水量控制在0.75 L/KG～0.9L/KG。
7.根据权利要求5所述的高折弯性能的耐磨钢板的制造方法，其特征在于，所述热处理步骤包括单板淬火工序和单板回火工序。
8.根据权利要求7所述的高折弯性能的耐磨钢板的制造方法，其特征在于，所述单板淬火工序中，淬火温度为870℃～930℃，保温时长为10min～20min。
9.根据权利要求8所述的高折弯性能的耐磨钢板的制造方法，其特征在于，所述单板淬火工序中，加热到所述淬火温度的加热时长为（1.0 min/mm～1.8 min/mm）×h，其中h为耐磨钢板的厚度。
10.根据权利要求7所述的高折弯性能的耐磨钢板的制造方法，其特征在于，所述单板回火工序中，回火温度为190℃～250℃，保温时长为15min～30min。
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