CN117144259A - 一种适于-40℃环境使用的hb450级耐磨钢及生产方法 - Google Patents

一种适于-40℃环境使用的hb450级耐磨钢及生产方法 Download PDF

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Abstract

一种适于‑40℃环境使用的HB450级耐磨钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.15～0.22％，Mn：0.2～1.3％，P≤0.020％，S≤0.010％，Als：0.03～0.06％，Nb：0.010～0.02％，Si：≤0.1％或Cr：≤0.3％或B：≤0.0003％或其中两种及两种以上的复合添加；生产方法：常规冶炼并浇铸成坯；对铸坯加热并热轧；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420、屈服强度不低于1150MPa、抗拉强度不低于1270MPa、延伸率不低于9％前提下，‑40℃冲击功不低于45J，且组分简单。

Description

一种适于-40℃环境使用的HB450级耐磨钢及生产方法
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HB450级耐磨钢及方法。
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，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。
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，不足之处在于耐磨钢强度达1200MPa～1400MPa级别，较高的强度会恶化低温韧性，如应用于-40℃低温环境下，会产生开裂的风险。
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。
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420、屈服强度不低于1150MPa、抗拉强度不低于1270MPa、延伸率不低于9％前提下，-40℃冲击功不低于45J，且组分简单的采用CSP生产的HB450级耐磨钢及生产方法。
实现上述目的的措施：
一种适于-40℃环境使用的HB450级耐磨钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.15～0.22％，Mn：0.2～1.3％，P≤0.020％，S≤0.010％，Als：0.03～0.06％，Nb：0.010～0.02％，Si：≤0.1％或Cr：≤0.3％或B：≤0.0003％或其中两种及两种以上的复合添加，其余为Fe及杂质。
优选地：Mn的重量百分比含量为0.30～1.20％。
优选地：Als的重量百分比含量为0.04～0.06％。
优选地：Si的重量百分比含量≤0.06％。
优选地：Cr的重量百分比含量≤0.20％。
优选地：B的重量百分比含量≤0.002％。
一种适于-40℃环境使用的HB450级耐磨钢的生产方法，其步骤：
1)常规冶炼并浇铸成坯，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按800～830℃，卷取温度CT按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800～850℃，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150～200℃，回火时间在10～30min；
6)自然冷却至室温。
优选地：终轧温度FT7温度在808～825℃，卷取温度CT温度在557～575℃。
优选地：淬火温度在807～845℃。
优选地：回火温度在156～195℃。
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0.15～0.22％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0～0.1％为宜。
Mn：Mn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余奥氏体含量，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0.010～0.020％为宜。
Cr：Cr能提高淬透性，也能提高回火稳定性，降低得到马氏体的冷速，但过高的Cr降低加工性和焊接性，综合考虑，Cr重量百分含量为0～0.3％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P≤0.020％，S≤0.010％。
本发明之所以控制终轧温度FT7温度在800～830℃，优选地在808～825℃，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808℃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温度在550℃～580℃，优选地在557～575℃，是由于钢卷厚度较薄，当卷取温度低于557℃时，难以抵抗热应力，恶化钢板板形和卷形，当卷取温度高于575℃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800～850℃，控制淬火时间在5～10分钟，是由于当淬火温度低于800℃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850℃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℃，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150～200℃，回火时间10～30分钟，是由于当回火温度低于150℃或回火时间低于10min，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200℃或回火时间高于30min，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420、屈服强度不低于1150MPa、抗拉强度不低于1270MPa、延伸率不低于9％前提下，-40℃冲击功不低于45J，且组分简单。
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，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按800～830℃，卷取温度CT按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800～850℃，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150～200℃，回火时间在10～30min；
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，本发明在成分设计更简单，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 (10)

1.一种适于-40℃环境使用的HB450级耐磨钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.15～0.22％，Mn：0.2～1.3％，P≤0.020％，S≤0.010％，Als：0.03～0.06％，Nb：0.010～0.02％，Si：≤0.1％或Cr：≤0.3％或B：≤0.0003％或其中两种及两种以上的复合添加，其余为Fe及杂质。
2.如权利要求1所述的一种适于-40℃环境使用的HB450级耐磨钢，其特征在于：Mn的重量百分比含量为0.30～1.20％。
3.如权利要求1所述的一种适于-40℃环境使用的HB450级耐磨钢，其特征在于：Als的重量百分比含量为0.04～0.006％。
4.如权利要求1所述的一种适于-40℃环境使用的HB450级耐磨钢，其特征在于：Si的重量百分比含量≤0.06％。
5.如权利要求1所述的一种适于-40℃环境使用的HB450级耐磨钢，其特征在于：Cr的重量百分比含量≤0.20％。
6.如权利要求1所述的一种适于-40℃环境使用的HB450级耐磨钢，其特征在于：B的重量百分比含量≤0.0002％。
7.如权利要求1所述的一种适于-40℃环境使用的HB450级耐磨钢的生产方法，其步骤：
1)常规冶炼并浇铸成坯，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按800～830℃，卷取温度CT按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800～850℃，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150～200℃，回火时间在10～30min；
6)自然冷却至室温。
8.如权利要求7所述的一种适于-40℃环境使用的HB450级耐磨钢的生产方法，其特征在于：终轧温度FT7温度在808～825℃，卷取温度CT温度在557～575℃。
9.如权利要求7所述的一种适于-40℃环境使用的HB450级耐磨钢的生产方法，其特征在于：淬火温度在807～845℃。
10.如权利要求7所述的一种适于-40℃环境使用的HB450级耐磨钢的生产方法，其特征在于：回火温度在156～195℃。
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