CN105937008A

CN105937008A - 一种薄规格耐磨钢及其制造方法

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Publication number: CN105937008A
Application number: CN201610476448.XA
Authority: CN
Inventors: 杨洋; 钱刚; 阮小江; 李经涛; 吴小林; 林涛; 刘俊
Original assignee: Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Current assignee: Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Priority date: 2016-06-27
Filing date: 2016-06-27
Publication date: 2016-09-14

Abstract

本发明涉及一种薄规格耐磨钢，该钢板的化学成分按质量百分比计为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%，余量为Fe及不可避免的杂质；厚度规格不大于20mm，碳当量CEV 0.30～0.50，表面硬度360～460HB。上述耐磨钢不添加生产成本相对昂贵的合金成分，厚度不超过20mm、碳当量CEV达到0.30～0.50、表面硬度达到360～460HB的耐磨钢板及其制造方法。

Description

一种薄规格耐磨钢及其制造方法

技术领域

本发明属于低合金耐磨钢板制造领域，具体涉及一种薄规格耐磨钢及其制造方法，钢板厚度≤20mm，布氏硬度达到360HB以上。

背景技术

耐磨钢按金相组织分类，主要分为奥氏体型耐磨钢、马氏体型耐磨钢和贝氏体型耐磨钢。低合金马氏体耐磨钢在各类型耐磨钢中，显示出了优良的综合力学性能和使用性能。

低合金马氏体耐磨钢采用锰Mn、铬Cr、镍Ni和钼Mo等元素合金化，同时添加铌Nb、钒V、钛Ti等微合金元素，一般合金元素总量≤5%。通过热处理工艺——淬火加回火，得到组织为高硬度高强度以及较好韧性的马氏体组织。低合金马氏体耐磨钢会有较小比例的过冷奥氏体，比较稳定。回火是为了降低或消除淬火引起的残余应力，并提高材料的塑韧性，降低脆性，获得硬度、塑性和韧性的适当配合。低合金马氏体钢具有高硬度的板条状马氏体，基体内含有大量位错，能够较好地抵抗磨损时裂纹的扩展。

低合金马氏体耐磨钢的合金元素总量一般≤5%。国内外各耐磨钢板生产厂家，在薄规格耐磨钢板中，一般会添加总量达到1.5～3%的各类型合金元素。合金元素添加较多，会较大幅度的提高碳当量，使得碳当量CEV达到0.40～0.60，增加了焊接技术难度，也会提高冷裂纹敏感指数，增加钢板开裂的风险，进而增加钢板在各类型冷、热加工过程中开裂的风险。

根据使用环境的需要，耐磨钢板需要一定的硬度均匀性。为了达到均匀性的目的，需要大量添加Cr、Mo等贵重合金。此外，为了提高产品的冲击特性，也可以适当的添加昂贵的Ni元素。贵重合金元素的添加，提高了耐磨钢产品的合金成本。

专利CN104245989A公开了一种具有优异韧性和可焊接性的耐磨钢，采用碳C、硅Si、锰Mn成分设计，具有良好的低温韧性、焊接性能，但其锰含量达到了2.5～4.5%，在钢中易产生带状组织和MnS。高的锰含量提高了碳当量和冷裂纹敏感系数Pcm，使得钢板的焊接性能变差，也加剧了钢板产生裂纹的风险和倾向。

专利CN102373384A公开了一种高强度高韧性耐磨钢板及其制造方法。该专利具有如下特点：1）钢板厚度规格6～25mm；2）采用铬Cr、镍Ni、钼Mo、微钛Ti复合成分设计，碳当量达到0.44～0.54，这对焊接性能不利，也增大了钢板折弯和热切割后产生裂纹的风险；3）轧后快速水冷替代离线淬火方式进行生产，该生产方式虽然成本低廉，但钢板硬度的均匀性远不及离线淬火钢板，以牺牲钢板性能的均匀性换取了较低的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种薄规格耐磨钢。该种钢板能够以合理的成分设计、较低的成本、可靠的工艺设计，来实现高硬度和低温冲击韧性的匹配，同时，具有良好的冷热切割性能、焊接性能和冷弯性能。这种具有良好综合性能的薄规格耐磨钢板，有利于应用在不同的工程机械行业。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种薄规格耐磨钢，该钢板的化学成分按质量百分比计为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%，余量为Fe及不可避免的杂质；厚度规格不大于20mm，碳当量CEV 0.30～0.50，表面硬度360～460HB。

本发明的有效化学成分设计的依据及限定含量范围的理由如下：

C是钢中最有效的强化元素，碳原子的间隙固溶强化是淬火钢中淬火马氏体强化的最主要的机制。低温回火过程中脱溶得到的微细碳化物和渗碳体是淬火回火钢中回火马氏体强化的最主要机制。无论是间隙固溶的碳还是兴澄渗碳体的碳，均将明显地损害钢材的塑性、韧性、焊接性能和冷成型性能，因此，C含量控制在0.13 ～ 0.20%。

Si脱氧能力较强，是炼钢常用的脱氧剂，故一般钢中均含Si，适量的硅可显著地减慢回火马氏体在低温(200℃)时的分解速度，增加回火稳定性，并使回火时析出的碳化物不易聚集，对抗裂纹性能有利。硅含量增加会造成Fe、Mn的硅酸盐类夹杂物增加，塑性比硫化物低，会降低钢的各种力学性能，低熔点硅酸盐会增加熔渣和融化金属的流动性，影响焊缝质量。因此Si含量范围为0.1 ～ 0.7％。

Mn在合金钢中主要以固溶态存在。固溶的锰将产生一定的固溶强化作用。锰在低碳钢中可以使γ→α相变后的铁素体晶粒尺寸比不含锰的钢明显细化。锰在普通低合金高强度钢中几乎不会形成碳化物，但它能够与钢中残存的硫化合成MnS。一般情况下，MnS是一种对钢材性能有害的夹杂物，但经适当的控制和改性后，可使其对钢材性能的危害程度明显降低。本发明Mn含量的范围为1.0 ～ 2.0%。

Al与氧有很强的化学亲和力，可作为脱氧剂使用。同时酸溶铝可形成AlN，可以起到一定的固定钢液中氮的作用。本发明铝含量在0.010 ～ 0.060% 之间。

Ti与碳、氮可以无限制互溶，但由于TiC与TiN在奥氏体中的固溶度积相差甚远，因而在高温下主要形成TiN，可以很好的起到固定钢中氮的作用。

钢中S、P 是有害杂质元素，钢中P、S 含量越低越好。当钢中S 含量较多时，热轧时容易产生热脆等问题；而钢中P 含量较多时，钢容易发生冷脆，此外，磷还容易发生偏析。

B用于改善淬火回火钢的淬透性，该作用随着钢中碳含量的减少而增大。硼与氮结合后将使上述作用消失，因此，本发明加入一定的Ti来有效固氮。

本发明的另一目的是提供制造上述薄规格耐磨钢的方法，首先将冶炼原料依次经KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空精炼和连铸，制造出满足化学成分要求、厚度为150mm及以上的连铸坯；将连铸坯再加热至1210～1240℃，在炉时间2.5小时以上；出炉后进行轧制，轧制方式为高温快轧不控轧，终轧温度控制在890℃以上，总道次压下率＞85%，轧制完成后下线，堆冷至室温；最后对钢板进行淬火+回火处理，淬火加热温度为AC3 +40～80℃，淬火在炉时间为30～50min，回火加热温度为200～240℃，回火在炉时间为50～70min，出炉后即获得钢板成品。

本发明提供了一种低成本、耐磨损、易加工、易焊接的耐磨钢。不添加生产成本相对昂贵的合金成分( 如镍Ni、钼Mo、铬Cr、铌Nb和钒V)。

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种厚度不超过20mm、碳当量CEV达到0.30～0.50、表面硬度达到360～460HB的耐磨钢板及其制造方法。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）成分简单，容易冶炼，成本较低廉；

（2）碳当量低，焊接性能好；

（3）钢板适用于各种类型的冷、热切割，不会产生切割裂纹；

（4）具有良好的冷弯性能；

（5）根据本发明的热处理方法进行生产，产品可以获得稳定的性能；

（6）综合性能优异，具有广泛的应用适用性。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

本实施例的耐磨钢板厚度为8mm，其化学成分按质量百分比计见表1，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。

该8mm厚的耐磨钢板的制造工艺为，按上述钢板成品的化学组分配置冶炼原料并依次经KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空精炼和连铸，制造出满足化学成分要求、厚度为150mm左右的连铸坯。将连铸坯再加热至1210～1235℃，在炉时间160min。出炉后进行高温轧制，轧制方式为不控轧，终轧温度890～920℃，总道次压下率94.7%。轧制完成后下线，堆冷至室温。最后对钢板进行淬火+回火处理，淬火加热温度为920℃，淬火在炉时间为30min，回火加热温度为240℃，回火在炉时间为60min，出炉后即获得钢板成品。

经由上述制造工艺制得的8mm耐磨钢板，表面平均硬度377HB，综合性能优异，其机械性能详见表2。

实施例2

本实施例的耐磨钢板厚度为12mm，其化学成分按质量百分比计见表1，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。

该12mm厚的耐磨钢板的制造工艺为，按上述钢板成品的化学组分配置冶炼原料并依次经KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空精炼和连铸，制造出满足化学成分要求、厚度为150mm左右的连铸坯。将连铸坯再加热至1210～1235℃，在炉时间166min。出炉后进行高温轧制，轧制方式为不控轧，终轧温度890～910℃，总道次压下率92%。轧制完成后下线，堆冷至室温。最后对钢板进行淬火+回火处理，淬火加热温度为920℃，淬火在炉时间为30min，回火加热温度为220℃，回火在炉时间为60min，出炉后即获得钢板成品。

经由上述制造工艺制得的12mm耐磨钢板，表面平均硬度407HB，综合性能优异，其机械性能详见表2。

实施例3

本实施例的耐磨钢板厚度为20mm，其化学成分按质量百分比计见表1，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

该20mm厚的耐磨钢板的制造工艺为，按上述钢板成品的化学组分配置冶炼原料并依次经KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空精炼和连铸，制造出满足化学成分要求、厚度为150mm左右的连铸坯。将连铸坯再加热至1210～1240℃，在炉时间158min。出炉后进行高温轧制，轧制方式为不控轧，终轧温度950～980℃，总道次压下率86.7%。轧制完成后下线，堆冷至室温。最后对钢板进行淬火+回火处理，淬火加热温度为920℃，淬火在炉时间为35min，回火加热温度为200℃，回火在炉时间为60min，出炉后即获得钢板成品。

经由上述制造工艺制得的20mm耐磨钢板，表面平均硬度445HB，综合性能优异，其机械性能详见表2。

检验

按照GB4675.1 斜Y 坡口焊接裂纹试验方法，对本发明实施例1～3的耐磨钢板各进行了5组斜Y坡口焊接裂纹试验。焊接规范为180A*28V*150mm/min，气体流量25L/min。

首先焊接拘束焊缝，采用气体保护焊焊接，使用CHW50C2焊丝，焊接过程中严格控制试样的角变形，等试样冷却至室温后再进行试验焊缝的焊接。试验焊缝在室温(25℃)进行焊接。试验焊缝焊好48小时后，检验焊缝表面裂纹、断面裂纹和根部裂纹。经过解剖试验，利用着色法对以上所述三个部位进行检查。焊接裂纹试验结果见表3。

由表3 可知，在不预热条件下(环境温度25℃)本发明实施例1～3焊后未发现裂纹，说明本发明钢板的室温焊接性能良好。

表1 各实施例的化学成分、CEV(wt％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Als	Ti	Ca	B	CEV
											1	0.13	0.25	1.1	0.011	0.001	0.035	0.012	0.0014	0.0018	0.31
2	0.14	0.5	1.55	0.01	0.0009	0.033	0.012	0.0011	0.0021	0.398
											3	0.19	0.49	1.8	0.012	0.001	0.048	0.013	0.0013	0.0019	0.49

CEV计算公式：CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

表2 各实施例所生产钢板的机械性能

表3 各实施例的斜Y坡口焊接裂纹试验结果

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种薄规格耐磨钢，其特征在于：该钢板的化学成分按质量百分比计为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%，余量为Fe及不可避免的杂质；厚度规格不大于20mm，碳当量CEV 0.30～0.50，表面硬度360～460HB。

2.一种制造权利要求1所述薄规格耐磨钢的方法，其特征在于：首先将冶炼原料依次经KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空精炼和连铸，制造出满足化学成分要求、厚度为150mm及以上的连铸坯；将连铸坯再加热至1210～1240℃，在炉时间2.5小时以上；出炉后进行轧制，轧制方式为高温快轧不控轧，终轧温度控制在890℃以上，总道次压下率＞85%，轧制完成后下线，堆冷至室温；最后对钢板进行淬火+回火处理，淬火加热温度为AC3 +40～80℃，淬火在炉时间为30～50min，回火加热温度为200～240℃，回火在炉时间为50～70min，出炉后即获得钢板成品。