CN116904871B - 一种hb400级高韧性耐磨钢及生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种HB400级高韧性耐磨钢，其组分及wt％：C：0.10～0.18％，Mn：0.2～1.3％，P≤0.020％，S≤0.010％，Als：0.03～0.06％，Nb：0.010～0.02％，Ti：0.005～0.02％，Si：≤0.020％或B：≤0.003％或两者以任意比例的复合添加；生产方法：常规冶炼并浇铸成坯；对铸坯加热后热轧；卷取后连续开卷并淬火；高速冷却；按定尺横切后回火；自然冷却至室温。本发明在保证产品硬度HB不低于400、屈服强度不低于930MPa、抗拉强度不低于1100MPa、延伸率不低于10％前提下，‑40℃冲击功不低于50J，且组分简单、生产成本可降低至少2％。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械工程用耐磨钢及生产方法，具体属于一种适于-40℃环境使用的HB400级高韧性耐磨钢及方法。
背景技术
低合金高强度耐磨钢应用于冶金、矿山、建材、铁路、电力、煤炭等机械装备中，随着国家重大战略的深入推进，商用车、工程机械等下游行业对于耐磨钢需求量与日俱增，然而，当前耐磨钢-40℃低温韧性只能达到10～20J水平，难以满足低温环境应用要求。
由于耐磨钢主要采用组织强化来保证组织和性能，马氏体强度高，淬火后原始奥氏体晶粒粗大，导致耐磨钢强度通常虽高达1200MPa～1400MPa级别，但低温回火后的韧性较差，强韧性难以同时满足。
中国专利公开号为CN102605234A的文献，公开了《一种耐磨钢板及其制造方法》，其成分重量百分比为：C：0.08-0.24％、Si：0.10-0.30％、Mn：0.70-1.70％、P：≤0.050％、S：≤0.030％、Cr：≤1.00％、Mo：≤0.60％、Al：0.01-0.10％、B：0.0005-0.0040％、Ti：0.005-0.06％，且满足：0.15≤Cr+Mo≤1.20％，0.011％≤Al+Ti≤0.15％，余量为Fe和不可避免的杂质。采用铸造-控轧-调质热处理工艺生产，性能优良，适用于制造工程机械中易磨损设备，不足之处在于其低温韧性，一般只能达到10～20J水平，如应用于-40℃低温环境下，会产生开裂的风险。
可见，现有耐磨钢存在低温韧性差易开裂等技术问题，因此有必要重新设计成分、工艺，提高产品质量和生产效率。
发明内容
本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种在保证产品硬度HB不低于400、屈服强度不低于930MPa、抗拉强度不低于1100MPa、延伸率不低于10％前提下，-40℃冲击功不低于50J，且组分简单、生产成本可降低至少2％的采用CSP生产的HB400级高韧性耐磨钢及生产方法。
实现上述目的的措施：
一种HB400级高韧性耐磨钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.10～0.18％，Mn：0.2～1.3％，P≤0.020％，S≤0.010％，Als：0.03～0.06％，Nb：0.010～0.02％，Ti：0.005～0.02％，Si：≤0.020％或B：≤0.003％或两者以任意比例的复合添加，其余为Fe及杂质。
优选地：Si的重量百分比含量在0.015～0.16％。
优选地：Ti的重量百分比含量为0.005～0.013％。
优选地：Als的重量百分比含量为0.035～0.05％。
优选地：：B的重量百分比含量为0.001～0.0026％。
一种HB400级高韧性耐磨钢的生产方法，其步骤：
1)常规冶炼并浇铸成坯，其间，在冶炼过程中，采用加入稀土方式对夹杂物进行改性；
控制铸坯厚度在40～80mm；
2)对铸坯常规加热后进行热轧，控制终轧温度FT7在800～830℃，卷取温度CT在550～580℃；
3)经常规卷取后连续开卷并进行淬火，控制淬火温度在850～950℃，控制淬火时间在5～10分钟；
4)进行高速冷却，在冷却速度为50～100℃/s下冷却至50～150℃；
5)按定尺横切后进行回火，控制回火温度在200～240℃，回火时间在30～100min；
6)自然冷却至室温。
优选地：淬火温度在863～935℃。
优选地：在冷却速度为58～93℃/s下冷却至57～138℃。
优选地：回火温度在205～233℃，回火时间在36～75min。
本发明中各元素及主要工艺的作用及机理
C：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0.10～0.18％即可。
Si：Si能降低碳在铁素体中的扩散速度，促进铁素体形成，也会恶化表面质量。综合考虑，Si重量百分含量为0～0.2％为宜。
Mn：Mn能显著降低Ar1温度、奥氏体分解速度，提高过冷奥氏体稳定性，促进奥氏体释放应力，增加最终组织中的残奥含量，提高冷弯性能，但Mn含量若太高，会增加回火脆性，导致严重中心偏析，综合考虑，Mn重量百分含量为0.2～1.3％为宜。
Als：Als在钢中可脱氧，降低夹杂物含量，也能起到细化晶粒的作用，综合考虑，Als在0.03～0.06％。
Nb：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0.010～0.02％为宜。
Ti：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。综合考虑，Ti重量百分含量为0.005～0.02％为宜。
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≤0.0003％。
P、S：P、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0.005％≤P≤0.020％，S≤0.010％。P含量不小于0.005％的原因在于与Cu配合，可进一步提高抗大气腐蚀性能。
本发明之所以控制终轧温度FT7在800～830℃，是由于当终轧温度较高时，易引起晶粒粗大，在较低的终轧温度时，有利于轧制过程中的晶粒细化，而当终轧温度低于800℃时，
容易造成混晶，影响最终组织和性能。
本发明之所以控制卷取温度CT在550℃～580℃，是由于钢卷厚度较薄，当卷取温度低于550℃时，难以抵抗热应力，恶化钢板板形和卷形，当卷取温度高于580℃时，冷却阶段的冷却速度不够，奥氏体晶粒粗大，对于成品的性能也有不利影响。
本发明之所以控制淬火温度在850～950℃，优选地淬火温度在863～935℃控制淬火，是由于当淬火温度低于850℃时，钢板不能完全奥氏体化，钢板会出现混晶组织，影响成品钢板的组织、性能均匀性，当淬火温度高于950℃时，原始奥氏体晶粒粗大，转变成马氏体后，板条尺寸大，韧性受到严重影响。
本发明之所以控制在冷却速度为50～100℃/s下冷却至50～150℃，优选地在冷却速度为58～93℃/s下冷却至57～138℃，是由于在此工艺下，能够防止奥氏体在冷却过程中长大，同时在冷却过程中，急冷至马氏体区域，得到均匀细小的马氏体组织。另外，冷却至50～150℃时，有利于残余奥氏体的稳定化，保证最终韧性的提升。
本发明之所以控制控制回火温度在200～240℃，回火时间30～100分钟，优选地回火温度在205～233℃，回火时间在36～75min是由于当回火温度低于200℃或回火时间低于30min，回火效果不佳，对于板形和内应力的改善能力弱，当回火温度高于240℃或回火时间高于100min，马氏体中过饱和的碳易析出，固溶度下降，强度和硬度的影响较大，性能不合的风险较大。
本发明与现有技术相比，本发明在保证产品硬度HB不低于400、屈服强度不低于930MPa、抗拉强度不低于1100MPa、延伸率不低于10％前提下，-40℃冲击功不低于50J，且组分简单、生产成本可降低至少2％。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
表1为本发明各实施例及对比例的化学成分列表；
表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；
表3为本发明各实施例及对比例的性能检测情况列表。
本发明各实施例按照以下步骤生产
1)常规冶炼并浇铸成坯，其间，在冶炼过程中，采用加入稀土方式对夹杂物进行改性；控制铸坯厚度在40～80mm；
2)对铸坯常规加热后进行热轧，控制终轧温度FT7在800～830℃，卷取温度CT在550～580℃；
3)经常规卷取后连续开卷并进行淬火，控制淬火温度在850～950℃，控制淬火时间在5～10分钟；
4)进行高速冷却，在冷却速度为50～100℃/s下冷却至50～150℃；
5)按定尺横切后进行回火，控制回火温度在200～240℃，回火时间在30～100min；
6)自然冷却至室温。
表1本发明各实施例及对比例的化学成分列表(wt％)
表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表
表3本发明各实施例及对比例的力学性能检测结果列表
从表3可以看出，本专利在成分设计更简单，合金含量更低的情况下，通过工艺创新，在强度不降低的情况下，低温韧性较传统工艺耐磨钢实现了本质提升，达到了对比工艺性能的1.5～2倍的水平。
本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。
Claims (8)
1.生产一种HB400级高韧性耐磨钢的方法，其步骤：
1)常规冶炼并浇铸成坯，其间，在冶炼过程中，采用加入稀土方式对夹杂物进行改性；
控制铸坯厚度在40～80mm；
2)对铸坯常规加热后进行热轧，控制终轧温度FT7在800～830℃，卷取温度CT在550～580℃控制；
3)经常规卷取后连续开卷并进行淬火，控制淬火温度在850～950℃，控制淬火时间在5～10分钟；
4)进行高速冷却，在冷却速度为50～100℃/s下冷却至50～150℃；
5)按定尺横切后进行回火，控制回火温度在200～240℃，回火时间在30～100min；
6)自然冷却至室温；
所述HB400级高韧性耐磨钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.10～0.18％，Mn：0.2～1.3％，P≤0.020％，S≤0.010％，Als：0.03～0.06％，Nb：0.010～0.02％，Ti：0.005～0.02％，Si：≤0.020％或B：≤0.003％或两者以任意比例的复合添加，其余为Fe及杂质。
2.如权利要求1所述的一种HB400级高韧性耐磨钢的生产方法，其特征在于：淬火温度在863～935℃。
3.如权利要求1所述的一种HB400级高韧性耐磨钢的生产方法，其特征在于：在冷却速度为58～93℃/s下冷却至57～138℃。
4.如权利要求1所述的一种HB400级高韧性耐磨钢的生产方法，其特征在于：回火温度在205～233℃，回火时间在36～75min。
5.如权利要求1所述的一种HB400级高韧性耐磨钢的生产方法，其特征在于：Si的重量百分比含量在0.015～0.16％。
6.如权利要求1所述的一种HB400级高韧性耐磨钢的生产方法，其特征在于：Ti的重量百分比含量为0.005～0.013％。
7.如权利要求1所述的一种HB400级高韧性耐磨钢的生产方法，其特征在于：Als的重量百分比含量为0.035～0.05％。
8.如权利要求1所述的一种HB400级高韧性耐磨钢的生产方法，其特征在于：B的重量百分比含量为0.001～0.0026％。
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