一種薄規(guī)格耐磨鋼及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種薄規(guī)格耐磨鋼，該鋼板的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計為C：0.13～0.20%，Si：0.10～0.70%，Mn：1.00～2.00%，P≤0.015%，S≤0.005%，B：0.0005～0.004%，Ti：0.010～0.020%，Als：0.010～0.060%，Ca：0.0005～0.0020%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；厚度規(guī)格不大于20mm，碳當(dāng)量CEV 0.30～0.50，表面硬度360～460HB。上述耐磨鋼不添加生產(chǎn)成本相對昂貴的合金成分，厚度不超過20mm、碳當(dāng)量CEV達(dá)到0.30～0.50、表面硬度達(dá)到360～460HB的耐磨鋼板及其制造方法。
【專利說明】
一種薄規(guī)格耐磨鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于低合金耐磨鋼板制造領(lǐng)域，具體涉及一種薄規(guī)格耐磨鋼及其制造方 法，鋼板厚度彡20mm，布氏硬度達(dá)到360HB以上。
【背景技術(shù)】
[0002] 耐磨鋼按金相組織分類，主要分為奧氏體型耐磨鋼、馬氏體型耐磨鋼和貝氏體型 耐磨鋼。低合金馬氏體耐磨鋼在各類型耐磨鋼中，顯示出了優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和使用性 能。
[0003] 低合金馬氏體耐磨鋼采用猛Μη、絡(luò)Cr、鎳Ni和鉬Mo等元素合金化，同時添加銀Nb、 釩V、鈦Ti等微合金元素，一般合金元素總量< 5%。通過熱處理工藝一一淬火加回火，得到組 織為高硬度高強(qiáng)度以及較好韌性的馬氏體組織。低合金馬氏體耐磨鋼會有較小比例的過冷 奧氏體，比較穩(wěn)定?；鼗鹗菫榱私档突蛳慊鹨鸬臍堄鄳?yīng)力，并提高材料的塑韌性，降 低脆性，獲得硬度、塑性和韌性的適當(dāng)配合。低合金馬氏體鋼具有高硬度的板條狀馬氏體， 基體內(nèi)含有大量位錯，能夠較好地抵抗磨損時裂紋的擴(kuò)展。
[0004] 低合金馬氏體耐磨鋼的合金元素總量一般彡5%。國內(nèi)外各耐磨鋼板生產(chǎn)廠家，在 薄規(guī)格耐磨鋼板中，一般會添加總量達(dá)到1.5~3%的各類型合金元素。合金元素添加較多， 會較大幅度的提高碳當(dāng)量，使得碳當(dāng)量CEV達(dá)到0.40~0.60，增加了焊接技術(shù)難度，也會提 高冷裂紋敏感指數(shù)，增加鋼板開裂的風(fēng)險，進(jìn)而增加鋼板在各類型冷、熱加工過程中開裂的 風(fēng)險。
[0005] 根據(jù)使用環(huán)境的需要，耐磨鋼板需要一定的硬度均勻性。為了達(dá)到均勻性的目的， 需要大量添加 Cr、Mo等貴重合金。此外，為了提高產(chǎn)品的沖擊特性，也可以適當(dāng)?shù)奶砑影嘿F 的Ni元素。貴重合金元素的添加，提高了耐磨鋼產(chǎn)品的合金成本。
[0006] 專利CN104245989A公開了一種具有優(yōu)異韌性和可焊接性的耐磨鋼，采用碳C、硅 Si、錳Μη成分設(shè)計，具有良好的低溫韌性、焊接性能，但其錳含量達(dá)到了 2.5~4.5%，在鋼中 易產(chǎn)生帶狀組織和MnS。高的錳含量提高了碳當(dāng)量和冷裂紋敏感系數(shù)Pcm，使得鋼板的焊接 性能變差，也加劇了鋼板產(chǎn)生裂紋的風(fēng)險和傾向。
[0007] 專利CN102373384A公開了 一種高強(qiáng)度高韌性耐磨鋼板及其制造方法。該專利具有 如下特點：1)鋼板厚度規(guī)格6~25mm; 2)采用絡(luò)Cr、鎳Ni、鉬Mo、微鈦Ti復(fù)合成分設(shè)計，碳當(dāng)量 達(dá)到0.44~0.54，這對焊接性能不利，也增大了鋼板折彎和熱切割后產(chǎn)生裂紋的風(fēng)險;3)乳 后快速水冷替代離線淬火方式進(jìn)行生產(chǎn)，該生產(chǎn)方式雖然成本低廉，但鋼板硬度的均勻性 遠(yuǎn)不及離線淬火鋼板，以犧牲鋼板性能的均勻性換取了較低的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種薄規(guī)格耐磨鋼。該種鋼板能夠以合理的成分設(shè)計、較低 的成本、可靠的工藝設(shè)計，來實現(xiàn)高硬度和低溫沖擊韌性的匹配，同時，具有良好的冷熱切 割性能、焊接性能和冷彎性能。這種具有良好綜合性能的薄規(guī)格耐磨鋼板，有利于應(yīng)用在不 同的工程機(jī)械行業(yè)。
[0009] 本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案為:一種薄規(guī)格耐磨鋼，該鋼板的化學(xué)成 分按質(zhì)量百分比計為c :0.13~0.20%，Si :0.10~0.70%，Mn :1.00~2·00%，Ρ 彡 0.015%， S< 0.005%，B:0.0005~0.004%，Ti:0.010~0.020%，Als :0.010~0.060%，Ca: 0.0005~0.0020%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；厚度規(guī)格不大于20mm，碳當(dāng)量CEV 0.30~ 0.50，表面硬度360~460HB。
[0010] 本發(fā)明的有效化學(xué)成分設(shè)計的依據(jù)及限定含量范圍的理由如下： C是鋼中最有效的強(qiáng)化元素，碳原子的間隙固溶強(qiáng)化是淬火鋼中淬火馬氏體強(qiáng)化的最 主要的機(jī)制。低溫回火過程中脫溶得到的微細(xì)碳化物和滲碳體是淬火回火鋼中回火馬氏體 強(qiáng)化的最主要機(jī)制。無論是間隙固溶的碳還是興澄滲碳體的碳，均將明顯地?fù)p害鋼材的塑 性、韌性、焊接性能和冷成型性能，因此，C含量控制在0.13~0.20%。
[0011] Si脫氧能力較強(qiáng)，是煉鋼常用的脫氧劑，故一般鋼中均含Si，適量的硅可顯著地減 慢回火馬氏體在低溫(200°C)時的分解速度，增加回火穩(wěn)定性，并使回火時析出的碳化物不 易聚集，對抗裂紋性能有利。硅含量增加會造成Fe、Mn的硅酸鹽類夾雜物增加，塑性比硫化 物低，會降低鋼的各種力學(xué)性能，低熔點硅酸鹽會增加熔渣和融化金屬的流動性，影響焊縫 質(zhì)量。因此Si含量范圍為0.1~0.7%。
[0012] Μη在合金鋼中主要以固溶態(tài)存在。固溶的錳將產(chǎn)生一定的固溶強(qiáng)化作用。錳在低 碳鋼中可以使γ-α相變后的鐵素體晶粒尺寸比不含錳的鋼明顯細(xì)化。錳在普通低合金高 強(qiáng)度鋼中幾乎不會形成碳化物，但它能夠與鋼中殘存的硫化合成MnS。一般情況下，MnS是一 種對鋼材性能有害的夾雜物，但經(jīng)適當(dāng)?shù)目刂坪透男院?，可使其對鋼材性能的危害程度?顯降低。本發(fā)明Μη含量的范圍為1.0~2.0%。
[0013] Α1與氧有很強(qiáng)的化學(xué)親和力，可作為脫氧劑使用。同時酸溶鋁可形成Α1Ν，可以起 到一定的固定鋼液中氮的作用。本發(fā)明鋁含量在0.010~0.060%之間。
[0014] Ti與碳、氮可以無限制互溶，但由于TiC與TiN在奧氏體中的固溶度積相差甚遠(yuǎn)，因 而在高溫下主要形成TiN，可以很好的起到固定鋼中氮的作用。
[0015] 鋼中S、P是有害雜質(zhì)元素，鋼中P、S含量越低越好。當(dāng)鋼中S含量較多時，熱乳時 容易產(chǎn)生熱脆等問題;而鋼中P含量較多時，鋼容易發(fā)生冷脆，此外，磷還容易發(fā)生偏析。
[0016] B用于改善淬火回火鋼的淬透性，該作用隨著鋼中碳含量的減少而增大。硼與氮結(jié) 合后將使上述作用消失，因此，本發(fā)明加入一定的Ti來有效固氮。
[0017] 本發(fā)明的另一目的是提供制造上述薄規(guī)格耐磨鋼的方法，首先將冶煉原料依次經(jīng) KR鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉、RH真空精煉和連鑄，制造出滿足化學(xué)成分要求、厚度為 150mm及以上的連鑄坯;將連鑄坯再加熱至1210~1240 °C，在爐時間2.5小時以上；出爐后進(jìn) 行乳制，乳制方式為高溫快乳不控乳，終乳溫度控制在890°C以上，總道次壓下率>85%，乳 制完成后下線，堆冷至室溫;最后對鋼板進(jìn)行淬火+回火處理，淬火加熱溫度為AC3 +40~80 。(：，淬火在爐時間為30~50min，回火加熱溫度為200~240°C，回火在爐時間為50~70min， 出爐后即獲得鋼板成品。
[0018] 本發(fā)明提供了一種低成本、耐磨損、易加工、易焊接的耐磨鋼。不添加生產(chǎn)成本相 對昂貴的合金成分（如鎳Ni、鉬Mo、鉻Cr、鈮Nb和釩V)。
[0019] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種厚度不超過20mm、碳當(dāng) 量CEV達(dá)到0.30~0.50、表面硬度達(dá)到360~460HB的耐磨鋼板及其制造方法。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于： (1) 成分簡單，容易冶煉，成本較低廉； (2) 碳當(dāng)量低，焊接性能好； (3) 鋼板適用于各種類型的冷、熱切割，不會產(chǎn)生切割裂紋； (4) 具有良好的冷彎性能； (5) 根據(jù)本發(fā)明的熱處理方法進(jìn)行生產(chǎn)，產(chǎn)品可以獲得穩(wěn)定的性能； (6) 綜合性能優(yōu)異，具有廣泛的應(yīng)用適用性。
【具體實施方式】
[0021] 以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0022] 實施例1 本實施例的耐磨鋼板厚度為8mm，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計見表1，余量為Fe及不可 避免的雜質(zhì)元素。
[0023] 該8mm厚的耐磨鋼板的制造工藝為，按上述鋼板成品的化學(xué)組分配置冶煉原料并 依次經(jīng)KR鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉、RH真空精煉和連鑄，制造出滿足化學(xué)成分要求、厚 度為150mm左右的連鑄坯。將連鑄坯再加熱至1210~1235°C，在爐時間160min。出爐后進(jìn)行 高溫乳制，乳制方式為不控乳，終乳溫度890~920°C，總道次壓下率94.7%。乳制完成后下 線，堆冷至室溫。最后對鋼板進(jìn)行淬火+回火處理，淬火加熱溫度為920°C，淬火在爐時間為 30min，回火加熱溫度為240°C，回火在爐時間為60min，出爐后即獲得鋼板成品。
[0024] 經(jīng)由上述制造工藝制得的8mm耐磨鋼板，表面平均硬度377HB，綜合性能優(yōu)異，其機(jī) 械性能詳見表2。
[0025] 實施例2 本實施例的耐磨鋼板厚度為12_，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計見表1，余量為Fe及不 可避免的雜質(zhì)元素。
[0026] 該12_厚的耐磨鋼板的制造工藝為，按上述鋼板成品的化學(xué)組分配置冶煉原料并 依次經(jīng)KR鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉、RH真空精煉和連鑄，制造出滿足化學(xué)成分要求、厚 度為150mm左右的連鑄坯。將連鑄坯再加熱至1210~1235°C，在爐時間166min。出爐后進(jìn)行 高溫乳制，乳制方式為不控乳，終乳溫度890~910°C，總道次壓下率92%。乳制完成后下線， 堆冷至室溫。最后對鋼板進(jìn)行淬火+回火處理，淬火加熱溫度為920°C，淬火在爐時間為 30min，回火加熱溫度為220°C，回火在爐時間為60min，出爐后即獲得鋼板成品。
[0027] 經(jīng)由上述制造工藝制得的12mm耐磨鋼板，表面平均硬度407HB，綜合性能優(yōu)異，其 機(jī)械性能詳見表2。
[0028] 實施例3 本實施例的耐磨鋼板厚度為20mm，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計見表1，余量為Fe及不可 避免的雜質(zhì)元素。
[0029]該20mm厚的耐磨鋼板的制造工藝為，按上述鋼板成品的化學(xué)組分配置冶煉原料并 依次經(jīng)KR鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉、RH真空精煉和連鑄，制造出滿足化學(xué)成分要求、厚 度為150mm左右的連鑄坯。將連鑄坯再加熱至1210~1240°C，在爐時間158min。出爐后進(jìn)行 高溫乳制，乳制方式為不控乳，終乳溫度950~980°C，總道次壓下率86.7%。乳制完成后下 線，堆冷至室溫。最后對鋼板進(jìn)行淬火+回火處理，淬火加熱溫度為920°C，淬火在爐時間為 35min，回火加熱溫度為200°C，回火在爐時間為60min，出爐后即獲得鋼板成品。
[0030] 經(jīng)由上述制造工藝制得的20mm耐磨鋼板，表面平均硬度445HB，綜合性能優(yōu)異，其 機(jī)械性能詳見表2。
[0031] 檢驗 按照GB4675.1斜Y坡口焊接裂紋試驗方法，對本發(fā)明實施例1~3的耐磨鋼板各進(jìn)行 了 5組斜Y坡口焊接裂紋試驗。焊接規(guī)范為180A*28V*150mm/min，氣體流量25L/min。
[0032]首先焊接拘束焊縫，采用氣體保護(hù)焊焊接，使用CHW50C2焊絲，焊接過程中嚴(yán)格控 制試樣的角變形，等試樣冷卻至室溫后再進(jìn)行試驗焊縫的焊接。試驗焊縫在室溫(25°C)進(jìn) 行焊接。試驗焊縫焊好48小時后，檢驗焊縫表面裂紋、斷面裂紋和根部裂紋。經(jīng)過解剖試驗， 利用著色法對以上所述三個部位進(jìn)行檢查。焊接裂紋試驗結(jié)果見表3。
[0033]由表3可知，在不預(yù)熱條件下（環(huán)境溫度25°C)本發(fā)明實施例1~3焊后未發(fā)現(xiàn)裂 紋，說明本發(fā)明鋼板的室溫焊接性能良好。
[0034]表1各實施例的化學(xué)成分、CEV(wt%)
CEV計算公式:CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V) /5+(Ni +Cu) /15 表2各實施例所生產(chǎn)鋼板的機(jī)械性能
表3各實施例的斜Y坡口焊接裂紋試驗結(jié)果
除上述實施例外，本發(fā)明還包括有其他實施方式，凡采用等同變換或者等效替換方式 形成的技術(shù)方案，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種薄規(guī)格耐磨鋼，其特征在于：該鋼板的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計為c :0.13~ 0.20%，Si :0.10~0.70%，Mn :1.00~2·00%，Ρ 彡 0.015%，S 彡 0.005%，B :0.0005~ 0.004%，Ti:0.010~0.020%，Als : 0.010~0.060%，Ca : 0.0005~0.0020%，余量為Fe及不 可避免的雜質(zhì);厚度規(guī)格不大于20mm，碳當(dāng)量CEV 0.30~0.50，表面硬度360~460HB。2. -種制造權(quán)利要求1所述薄規(guī)格耐磨鋼的方法，其特征在于:首先將冶煉原料依次經(jīng) KR鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉、RH真空精煉和連鑄，制造出滿足化學(xué)成分要求、厚度為 150mm及以上的連鑄坯;將連鑄坯再加熱至1210~1240 °C，在爐時間2.5小時以上；出爐后進(jìn) 行乳制，乳制方式為高溫快乳不控乳，終乳溫度控制在890°C以上，總道次壓下率>85%，乳 制完成后下線，堆冷至室溫;最后對鋼板進(jìn)行淬火+回火處理，淬火加熱溫度為AC3 +40~80 。(：，淬火在爐時間為30~50min，回火加熱溫度為200~240°C，回火在爐時間為50~70min， 出爐后即獲得鋼板成品。
【文檔編號】C22C38/04GK105937008SQ201610476448
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】楊洋, 錢剛, 阮小江, 李經(jīng)濤, 吳小林, 林濤, 劉俊
【申請人】江陰興澄特種鋼鐵有限公司