專利名稱：一種高強度耐磨鋼板及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強度耐磨鋼板及其制備方法，尤其涉及一種在線淬火工藝制備 高強度耐磨鋼板的方法，同時還涉及該耐磨鋼的熱處理方法，屬于低合金高強度鋼領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在科學技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)高速發(fā)展的今天，機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)速度越來越高，許多工 件和設(shè)備由于磨損而迅速失效，造成的材料浪費和經(jīng)濟損失相當驚人。據(jù)統(tǒng)計，機械裝備及 其零件的磨損所造成的經(jīng)濟損失占國民經(jīng)濟總產(chǎn)值4%左右。因此，解決磨損和延長部件的 使用壽命成為設(shè)計、制造和使用各種機械設(shè)備時所需要考慮的首要問題。耐磨鋼是廣泛用于各種磨損工況的一類耐磨材料，諸如冶金、礦山、建材、電力、鐵 路和軍事等各個部門中，如推土機，裝載機，挖掘機，自卸車及各種礦山機械、抓斗、堆取料 機、輸料彎曲結(jié)構(gòu)、破碎機顎板、破碎壁、軋白壁、拖拉機履帶板、風扇磨沖擊板和鐵路道岔等等。目前已經(jīng)有不少高強度耐磨鋼板的制造專利，生產(chǎn)方式大多是采用微合金化元 素提高淬透性，軋后對鋼板離線重新加熱后進行熱處理，以獲得高強度耐磨鋼的性能要 求，該類方法鋼板在重新加熱后基體晶粒明顯長大，影響鋼板性能，故需用更多合金元素 含量來達到性能要求，同時離線的淬火工藝在工序上重復加熱，存在生產(chǎn)成本偏高的不 足。例如，2009年6月10公開的，專利申請?zhí)枮?00710193075. 6，名稱“一種調(diào)質(zhì)型耐 磨鋼及其熱處理方法”，該專利化學成分質(zhì)量百分比為C 0. 14-0. 18%, Si 0. 20-0. 40%, Mn 1. 20-1. 40 %, P ^ 0. 015 %, S ^ 0. 005 %, Ni 0. 40-0. 55 %, Cr 0. 50-0. 70 %, Mo 0. 40-0. 50%, Nb 0. 02-0. 03%, V 0. 04-0. 55%, A10. 020-0. 045%, Ti 0. 015-0. 030%, B 0. 0015-0. 0030%，該專利采用控軋+調(diào)質(zhì)處理，強度、塑性及韌性都較低，但加入了一定量 的Nb和V，同時屬于離線淬火+回火處理，多加入的合金元素及多出的工序使得成本較高。 2010年3月24日公開的，專利申請?zhí)枮?00810200029. 9，名稱“高強度馬氏體耐磨鋼及其 生產(chǎn)工藝”，該專利采用控軋后直接淬火工藝得到耐磨鋼板，強度較高，但塑性較差，這主要 是由于淬火后的馬氏體組織是不穩(wěn)定的，系統(tǒng)中殘留了很大的內(nèi)應(yīng)力，這樣就導致了塑性 較差，而回火主要是使淬火得到的不穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定組織，降低淬火應(yīng)力以及提高耐 磨鋼的塑韌性，使耐磨鋼淬火后具有高的硬度和耐磨性，同時該專利提到采用控制軋制方 式，鋼板經(jīng)粗軋后需要進行待溫才能精軋，這樣就大大影響了軋制生產(chǎn)節(jié)奏。2004年第一期發(fā)表于《中國鑄造裝備與技術(shù)》文獻名為“生產(chǎn)破碎機錘頭的新型 抗磨鑄鋼”涉及到的耐磨鋼成分設(shè)計具有C、Mn含量高，若用連鑄工藝生產(chǎn)極易出現(xiàn)嚴重的 偏析，從而影響耐磨鋼良好的組織性能，若用模鑄生產(chǎn)鑄坯，將會大大影響生產(chǎn)節(jié)奏同時加 大生產(chǎn)成本的不足之處。專利號為ZL200380103628. 4、ZL200380103647. 7 和 ZL200380103648. 1 涉及的工 藝及板材，存在添加Nb、V微合金元素，存在成本高的不足。專利號為ZL 2003101109034.4 一種高硬度高韌性易火焰切割的耐磨鋼板，其特征在于該鋼板含有鐵和下述重量百分比的添加元素0. 10% 0. 17% C，0. 05% 0. 55% Si，0. 80% 1. 60%Mn,0. 01% 0. 10% Nb，0. 005% 0. 03% Ti，0. 0005%— 0. 003% Β，0· 05% 1.0% Cr，另外還可以含有至少 一種選自下組的添加元素0. 05% 0. 8% Ni，0. 05% 0. 60% Μο,Ο. 01% 0. 06% Al, 0. 05% 0. 50% Cu，0. 01% 0. 10% V, 0. 00001% 0. 006% Ca, 0. 00001% 0. 02% REM, 0. 00001. % 0. 006% Mg。采用軋后在線直接冷卻淬火或者軋后離線淬火工藝，以至少 10°C /秒的冷速從不低于Ar3轉(zhuǎn)變點的溫度淬火至至少低至Ms轉(zhuǎn)變點的淬火終了溫度。獲 得了硬度HB ^ 320，沖擊韌性Akv-40°C> 30J，在冬季北方地區(qū)，具有易火焰切割及良好焊 接性能的耐磨鋼板。該專利制備的耐磨鋼板與本發(fā)明相比，直接淬火后不經(jīng)過回火處理，鋼 板組織性能尚不穩(wěn)定，回火主要是使淬火得到的不穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定組織，降低淬火應(yīng) 力以及提高耐磨鋼的塑韌性，使耐磨鋼淬火后具有高的硬度和耐磨性，同時成分設(shè)計加入 了微合金元素Nb，增加了產(chǎn)品成本。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的提供一種高強度耐磨鋼板。本發(fā)明產(chǎn)品化學 成份設(shè)計合理，采用不添加Nb、V的成分體系，產(chǎn)品組織性能穩(wěn)定。本發(fā)明的另一目的是提供一種在線淬火工藝制備高強度耐磨鋼板的方法。軋制工 藝簡單，淬火工藝在線進行，生產(chǎn)節(jié)奏快效率高。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種高強度耐磨鋼板，其中鋼的化學成分的質(zhì)量百分比含量為C為 0. 12% -0. 22%,Si 為 0. 25% -0. 50%,Mn 為 1. 10% -1. 80%,Als 為 0. 025% -0. 055%,Cr 為 0. 30% -1. 00%,Ni 為 0. 20% -0. 60%,Mo 為 0. 10% -0. 50%,Ti 為 0. 010% -0. 050%, B為0. 0010% -0. 0050%,P^ 0. 020%,S^O. 015%，其余含量為Fe及不可避免的夾雜物。鋼種成分及工藝的確定首先保證良好的淬透性獲得強度和硬度的要求，在此保 證良好的塑性及韌性。采用中C含量、低Mn含量和Ni、Cr、Mo、B等元素進行合金化，使鋼 通過在線淬火后具有較高的硬度和足夠的塑性、韌性，確保材料具有良好的淬透性、淬硬性 以及耐磨性能，再通過回火使基體組織更加穩(wěn)定。所述的高強度耐磨鋼板，表面硬度達350-400HB，抗拉強度為 1150MPa-1400MPa, -20°C縱向沖擊 25-50J，延伸率 A50 為 13-17%。一種生產(chǎn)所述的在線淬火工藝制備高強度耐磨鋼板的方法，包括以下步驟鋼坯 加熱、常規(guī)車L制、在線淬火、離線回火，其特征在于采用常規(guī)軋制后，鋼板組織處于全部或部 分奧氏體，然后直接以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下(或Ms附近等溫)進行馬 氏體轉(zhuǎn)變，直接在線淬火及離線回火處理段的工藝控制。所述的在線淬火工藝，是指鋼板在熱軋完畢后，鋼板組織處于全部或部分奧氏體， 然后直接以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下(或Ms附近等溫)進行馬氏體轉(zhuǎn)變的 熱處理工藝。所述的離線回火工藝，是指鋼板經(jīng)在線淬火處理后，冷卻至室溫，重新加熱到在 ACl以下保溫一段時間后冷卻下來，減少或消除內(nèi)應(yīng)力得到穩(wěn)定回火馬氏體組織，使鋼板具 有高硬度和高耐磨性的熱處理工藝。本發(fā)明還提供一種制備高強度耐磨鋼板的方法，包括鋼坯加熱、常規(guī)軋制、精軋后直接在線淬火及離線回火工藝，其特征在于(1)所述鋼坯加熱工序中，在保證鋼坯的奧氏體晶粒度的同時，使得微合金元素充 分溶解，加熱溫度采用1190°C 1240°C，均熱時間60 IOOmin ；(2)所述常規(guī)軋制工序中，粗軋開軋溫度1100 1250°C，粗軋終軋溫度1000 1100°C，道次壓下率15% 28% ；粗軋結(jié)束后不進行待溫精軋直接進行開軋，開軋溫度 980 1100°C，精軋終軋溫度930 1000°C,(3)軋后鋼板直接進行在線淬火，鋼板獲得馬氏體基體；(4)所述離線回火工藝，回火加熱溫度200 350°C，在爐加熱時間按3 8min/ mmX鋼板厚度控制，鋼板最終得到穩(wěn)定的回火馬氏體組織。優(yōu)選的，所述在線淬火是指鋼板在熱軋完畢后溫度在880 1000°C，組織處于全 部或部分奧氏體，然后直接以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下(或Ms附近等溫) 進行馬氏體轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。本發(fā)明的創(chuàng)新點在于克服了 1、在線淬火后高強度耐磨鋼板的組織性能不穩(wěn)定； 2、因合金添加多、離線熱處理工序多造成成本高；3、軋制采用常規(guī)熱軋工藝，不需要進行待 溫，軋后直接進行在線淬火大大提高了生產(chǎn)節(jié)奏等技術(shù)難題。


圖1是實施例1在線淬火工藝制備的高強度耐磨鋼板回火后金相組織2是實施例2在線淬火工藝制備的高強度耐磨鋼板回火后金相組織3是實施例3在線淬火工藝制備的高強度耐磨鋼板回火后金相組織圖
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明，但不限于此。實施例1一種在線淬火工藝制備高強度耐磨鋼板的方法，其中鋼的化學成分質(zhì)量百分比含 量為C 為 0. 18%，Si 為 0. 35%，Mn 為 1. 30%，Als 為 0. 041%，0為0. 65%，Ni 為 0. 20%， Mo 為 0. 25%，Ti 為 0. 015%，B 為 0. 0020%，P 為 0. 013%，S 為 0. 080%，其余含量為 Fe 及 不可避免的夾雜物。(1)所述加熱工序中，在保證鋼坯基體一定奧氏體晶粒度的同時，使得微合金元素 得以充分溶解，加熱溫度采用1200°C，均熱時間SOmin ；(2)所述常規(guī)軋制工序中，粗軋開軋溫度1170°C，粗軋終軋溫度1050°C，道次壓下 率15% 28% ；粗軋結(jié)束后不進行待溫精軋直接進行開軋，開軋溫度992°C，精軋終軋溫度 935°C，軋后鋼板直接進行在線淬火，鋼板獲得馬氏體基體；(3)所述回火工藝，回火加熱溫度200°C，在爐加熱時間按50min控制，鋼板最終得 到穩(wěn)定的回火馬氏體組織。實施例2一種在線淬火工藝制備高強度耐磨鋼板的方法，其中鋼的化學成分質(zhì)量百分比含 量為C 為 0. 17%，Si 為 0. 41%，Mn 為 1. 32%，Als 為 0. 038%，Cr 為 0. 56%，Ni 為 0. 26%， Mo 為 0. 30%，Ti 為 0. 015%，B 為 0. 0020%，P 為 0. 013%，S 為 0. 070%，其余含量為 Fe 及不可避免的夾雜物。(1)所述加熱工序中，在保證鋼坯基體一定奧氏體晶粒度的同時，使得微合金元素 得以充分溶解，加熱溫度采用1210°C，均熱時間71min ；(2)所述常規(guī)軋制工序中，粗軋開軋溫度1800°C，粗軋終軋溫度ioerc,道次壓下 率15% 28% ；粗軋結(jié)束后不進行待溫精軋直接進行開軋，開軋溫度1009°C，精軋終軋溫 度946°C，軋后鋼板直接進行在線淬火，鋼板獲得馬氏體基體；(4)所述回火工藝，回火加熱溫度250°C，在爐加熱時間按60min控制，鋼板最終得 到穩(wěn)定的回火馬氏體組織。本發(fā)明的在線淬火工藝制備的高強度耐磨鋼，從圖1可以看出鋼板近表面金相基 體組織為細小板條回火馬氏體組織，從圖2可以看出鋼板心部金相基體組織為細小板條回 火馬氏體組織，組織均勻。實施例3一種在線淬火工藝制備高強度耐磨鋼板的方法，其中鋼的化學成分質(zhì)量百分比含 量為C 為 0. 19%，Si*0.35%，Mn* 1. 30%，Als 為 0. 041%，0為0. 60%，Ni 為 0. 20%， Mo 為 0. 25%，Ti 為 0. 015%，B 為 0. 0020%，P 為 0. 014%, S 為 0. 060%，其余含量為 Fe 及 不可避免的夾雜物。(1)所述加熱工序中，在保證鋼坯基體一定奧氏體晶粒度的同時，使得微合金元素 得以充分溶解，加熱溫度采用1230°C，均熱時間65min ；(2)所述常規(guī)軋制工序中，粗軋開軋溫度1185°C，粗軋終軋溫度1080°C，道次壓下 率15% 28% ；粗軋結(jié)束后不進行待溫精軋直接進行開軋，開軋溫度1060°C，精軋終軋溫 度958°C，軋后鋼板直接進行在線淬火，鋼板獲得馬氏體基體；(3)所述回火工藝，回火加熱溫度300°C，在爐加熱時間按70min控制，鋼板最終得 到穩(wěn)定的回火馬氏體組織。實施例4 產(chǎn)品性能的檢測對上述實施例中制備的鋼板沿頭部1/2厚度處取橫向試樣，在實驗室金相試驗機 上沿軋制方向面預(yù)磨、拋光，用硝酸進行侵蝕制成金相試樣，在光學顯微鏡下觀察，鋼板基 體組織均勻細??；沿鋼板頭部1/2厚度處取橫向試樣加工成耐磨鋼標準要求Φ 5棒狀試樣， 在實驗室拉伸試驗機上進行拉伸試驗，鋼板拉伸性能(見表1)穩(wěn)定；在實驗室試驗機上，對 按照要求加工成IOmmX IOmmX 55mm的沖擊試樣進行試驗，縱向沖擊韌性值穩(wěn)定(見表1)； 在實驗室硬度試驗機上進行布氏硬度測試，硬度值穩(wěn)定(見表1)完全滿足耐磨鋼標準要 求，耐磨鋼具有化學成份設(shè)計合理，采用不添加Nb、V的成分體系，軋制工藝簡單，淬火工藝 在線進行，生產(chǎn)節(jié)奏快效率高，產(chǎn)品組織性能穩(wěn)定。上述三種實施例所得到的性能如表1所示表1力學性能
權(quán)利要求
1.一種高強度耐磨鋼板，其中鋼的化學成分質(zhì)量百分比含量為c為0. 12% -0. 22%, Si 為 0. 25 % -0. 50 %，Mn 為 1. 10 % -1. 80 %，Als 為 0. 025 % -0. 055 %，Cr 為 0. 30% -1. 00%, Ni 為 0. 20% -0. 60%, Mo 為 0. 10% -0. 50%, Ti 為 0. 010% -0. 050%, B 為0. 0010% -0. 0050%, P ^ 0. 020%, S^O. 015%，其余含量為Fe及不可避免的夾雜物。
2.如權(quán)利要求1所述的高強度耐磨鋼板，其性能指標為表面硬度達350-400HB，抗拉 強度為 1150MPa-1400MPa，_20°C縱向沖擊 25-50J，延伸率 A5tl 為 13-17%。
3.一種制備權(quán)利要求1或2所述的高強度耐磨鋼板的方法，包括鋼坯加熱、常規(guī)軋 制、在線淬火和離線回火步驟，其特征在于，采用常規(guī)軋制后，鋼板組織處于全部或部分奧 氏體，然后直接以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下或Ms附近等溫進行馬氏體轉(zhuǎn)變， 直接在線淬火及離線回火處理。
4.如權(quán)利要求3所述的制備高強度耐磨鋼板的方法，包括鋼坯加熱、常規(guī)軋制、精軋后 直接在線淬火及離線回火工藝，其特征在于其特征在于(1)所述鋼坯加熱工序中，在保證鋼坯的奧氏體晶粒度的同時，使得微合金元素充分溶 解，加熱溫度采用1190°C 1240°C，均熱時間60 IOOmin ；(2)所述常規(guī)軋制工序中，粗軋開軋溫度1100 1250°C，粗軋終軋溫度1000 1100°C，道次壓下率15% 28% ；粗軋結(jié)束后不進行待溫精軋直接進行開軋，開軋溫度 980 1100°C，精軋終軋溫度930 1000°C,(3)軋后鋼板直接進行在線淬火，鋼板獲得馬氏體基體；(4)所述離線回火工藝，回火加熱溫度200 350°C，在爐加熱時間按3 8min/mmX 鋼板厚度控制，鋼板最終得到穩(wěn)定的回火馬氏體組織。
5.如權(quán)利要求3或4所述的制備高強度耐磨鋼板的方法，其特征在于，所述在線淬火 是指鋼板在熱軋完畢后溫度在880 IOOiTC，鋼板組織處于全部或部分奧氏體，然后直接 以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下(或Ms附近等溫)進行馬氏體轉(zhuǎn)變的熱處理工 藝。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強度耐磨鋼板及其制備方法。該鋼的化學成分質(zhì)量百分比含量為C為0.12％-0.22％，Si為0.25％-0.50％，Mn為1.10％-1.80％，Als為0.025％-0.055％，Cr為0.30％-1.00％，Ni為0.20％-0.60％，Mo為0.10％-0.50％，Ti為0.010％-0.050％，B為0.0010％-0.0050％，P≤0.020％，S≤0.015％，其余含量為Fe及不可避免的夾雜物。本發(fā)明還提供所述鋼種的制備方法。本發(fā)明耐磨鋼具有化學成份設(shè)計合理，采用不添加Nb、V成分體系，軋制工藝簡單，淬火工藝在線進行，生產(chǎn)節(jié)奏快，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于各種工況條件極其惡劣的機械設(shè)備中。
文檔編號C22C38/54GK102002645SQ201010567789
公開日2011年4月6日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者劉軍剛, 周平, 孫其家, 張長宏, 李燦明, 王建景, 麻衡 申請人:萊蕪鋼鐵股份有限公司