專利名稱：低合金耐磨鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐磨鋼，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種V/Mo協(xié)同作用的低合金耐磨鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
耐磨鋼板廣泛應(yīng)用于要求高強(qiáng)度、高耐磨性能的工程、采礦、建筑、水泥生產(chǎn)、港口、電力以及冶金等機(jī)械產(chǎn)品上，如推土機(jī)、裝載機(jī)、挖掘機(jī)、自卸車及各種礦山機(jī)械、抓斗、堆取料機(jī)、輸料彎曲結(jié)構(gòu)等?，F(xiàn)有耐磨板為了提高淬透性，獲得沿鋼板厚度方向組織和性能均勻的淬火馬氏體組織，普遍采用較高的碳含量及合金元素含量，特別是含有較多的Mo、Ni、Cr等貴重合金元素，提高了鋼板生產(chǎn)成本，惡化了焊接性能，對(duì)低溫韌性也有不利影響。因此，低碳、低合金是耐磨鋼板的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。研究表明，某些特定合金元素的組合對(duì)淬透性的影響存在“協(xié)同作用”，即多元少量合金元素對(duì)淬透性的影響明顯大于單一合金 元素的影響，盡管前者總量要少于后者。其中，特別是V/Mo的協(xié)同作用尤其明顯。例如，P. L. Mangonon(Relative hardenability and interaction effects of Mo and V in 4330alloy steel. Metall. Trans. 13A (1982) 319.)指出，中碳 4340 鋼復(fù)合添加 0. 1%乂和0.1%Mo對(duì)提高其淬透性的作用大于單一添加0. 3% Mo的作用。這一點(diǎn)對(duì)于降低合金元素總添加量、降低生產(chǎn)成本及提高焊接性能具有重要意義。然而，V/Mo協(xié)同作用尚未得到鋼鐵企業(yè)的充分重視和廣泛應(yīng)用。目前已公布的關(guān)于低合金耐磨鋼板的專利文獻(xiàn)(例如CN101555574A、CN101353763A)中盡管都涉及到了 Cr、Ni、Mo等合金元素，但大都不含V或只含有微量V(不高于0. 12wt% );有些專利文獻(xiàn)(例如CN1140205A、CN1710134A)涉及到大于0. 2wt. %的較高V含量，但屬于中合金鋼或超高碳鋼范疇?？傊?，現(xiàn)有低合金耐磨鋼沒(méi)有充分利用V/Mo協(xié)同作用提高淬透性，其合金元素總添加量較高，因而鋼材成本高，焊接性能較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠解決以上多個(gè)技術(shù)問(wèn)題中的至少一個(gè)技術(shù)問(wèn)題的低合金耐磨鋼及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明的低合金耐磨鋼的制造方法包括以下步驟采用轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉低合金耐磨鋼，然后采用連鑄將低合金耐磨鋼鑄成坯或采用模鑄將低合金耐磨鋼鑄成錠，所述低合金耐磨鋼包含 0. 13-0. 50wt. % 的 C、0. 10-0. 50wt. % 的 Si、0. 30-1. 50wt. % 的 Mn、0. 125-0. 40wt. % 的 V、0. 05-0. 30wt. % 的 Mo、低于 0. 020wt. % 的 P、低于 0. OlOwt. % 的 S以及余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)；對(duì)鑄成的坯或錠進(jìn)行加熱，加熱溫度為1100-1300°C，加熱時(shí)間為1-5小時(shí)；采用中厚板軋機(jī)軋制、爐卷軋機(jī)軋制或熱連軋將加熱的坯或錠軋制成鋼板；以及對(duì)鋼板進(jìn)行淬火和回火，淬火加熱溫度為Ac3+0 80°C并且在840-950°C的范圍內(nèi)，Ac3為加熱過(guò)程中奧氏體轉(zhuǎn)變終了溫度，淬火加熱時(shí)間為1-30分鐘，回火溫度為100-350°C，回火保溫時(shí)間為10-60分鐘，保溫后空冷，其中，在中厚板軋機(jī)軋制步驟中，粗軋軋制3-8道次，精軋軋制5-14道次，終軋溫度為750-950°C，軋后空冷或加速冷卻，終冷溫度為300-700°C，空冷過(guò)程中或加速冷卻后對(duì)鋼板進(jìn)行矯直，在爐卷軋機(jī)軋制步驟中，粗軋軋制3-8道次，精軋軋制5-14道次，終軋溫度為750-950°C，軋后空冷或加速冷卻，經(jīng)空冷或?qū)恿骼鋮s后卷取成鋼卷，卷取溫度為300-70(TC，將鋼卷開(kāi)平后剪切成鋼板，并在矯直機(jī)上進(jìn)行矯直，在熱連軋步驟中，粗軋軋制3-8道次，將鑄坯軋制成20-60mm厚度的中間坯，然后經(jīng)6或7機(jī)架熱連軋，終軋溫度為750-950°C，軋后經(jīng)空冷或?qū)恿骼鋮s后卷取成鋼卷，卷取溫度為300-70(TC，將鋼卷開(kāi)平后剪切成鋼板，并在矯直機(jī)上進(jìn)行矯直。根據(jù)本發(fā)明的低合金耐磨鋼包含0. 13-0. 50wt. %的C、0. 10-0. 50wt. %的Si、0. 30-1. 50wt. % 的 Mn、0. 125-0. 40wt. % 的 V、0. 05-0. 30wt. % 的 Mo、低于 0. 020wt. % 的 P、低于0. OlOwt. %的S以及余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該低合金耐磨鋼還包含0.005-0. 04wt. %的Ti、0. 0005-0. 003wt. %的 B 和 0. 01-0. 06wt. %的 Al。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該低合金耐磨鋼還包含不超過(guò)0. 50wt. %的Cr、不超過(guò) 0. 50wt. % 的 Ni、不超過(guò) 0. 40wt. % 的 Cu、不超過(guò) 0. 05wt. % 的 Nb、0. 005-0. 04wt. % 的Ti、0. 0005-0. 003wt. %的8、0. 01-0. 06wt. % 的 Al 中的至少一種。


圖I是示出了本發(fā)明示例5的低合金耐磨鋼板的微觀組織的掃描電子顯微照片。圖2是比較了傳統(tǒng)耐磨鋼、日本JFE公司新開(kāi)發(fā)的高韌性耐磨鋼(JFE-EH500LE)及本發(fā)明示例5的低合金耐磨鋼板的_40°C縱向沖擊功的示圖。圖3示出了不同溫度下的本發(fā)明示例5的低合金耐磨鋼板的沖擊功。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的低合金耐磨鋼包含0. 13-0. 50wt. %的C、0. 10-0. 50wt. %的Si、0. 30-1. 50wt. % 的 Mn、0. 125-0. 40wt. % 的 V、0. 05-0. 30wt. % 的 Mo、低于 0. 020wt. % 的 P、低于0. OlOwt. %的S以及余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)。為了進(jìn)一步提高本發(fā)明的低合金耐磨鋼的性能，本發(fā)明的低合金耐磨鋼可進(jìn)一步包含 0. 005-0. 04wt. % 的 Ti、0. 0005-0. 003wt. % 的 B 和 0. 01-0. 06wt. % 的 Al。為了進(jìn)一步提高本發(fā)明的低合金耐磨鋼的性能，本發(fā)明的低合金耐磨鋼可進(jìn)一步包含不超過(guò)0. 50wt. %的 Cr、不超過(guò) 0. 50wt. %的 Ni、不超過(guò) 0. 40wt. %的 Cu、不超過(guò) 0. 05wt. %的 Nb、0. 005-0. 04wt. %的打、0. 0005-0. 003wt. %的8、0. 01-0. 06wt. % 的 Al 中的至少一種。以下詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的低合金耐磨鋼中的各元素的作用或不利影響及選取各元素的上述限定量的理由。碳(C):作為最主要的固溶強(qiáng)化元素，對(duì)馬氏體鋼的強(qiáng)度和硬度起決定性的作用；此外，碳還顯著提高鋼的淬透性。根據(jù)本發(fā)明的低合金耐磨鋼的碳含量范圍為0. 13-0. 50wt. %，對(duì)應(yīng)的布氏硬度(HBW)范圍為360-600。如果碳含量低于0. 13wt. %，則硬度不能滿足高強(qiáng)耐磨板的要求；如果碳含量高于0. 50wt. %，則鋼的韌性和焊接性能惡化。硅(Si):鋼中脫氧元素之一，同時(shí)具有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，但過(guò)量的Si將惡化鋼的韌性及焊接性能。綜合上述考慮，本發(fā)明的低合金耐磨鋼的硅含量范圍為0. 1-0. 50wt. % o錳(Mn):明顯提高鋼的淬透性，同時(shí)具有一定的固溶強(qiáng)化作用。但Mn含量較高時(shí)，其在鑄坯中的偏析傾向增加，鋼的回火脆性敏感性增大，另外對(duì)焊接性能不利?；谏鲜鲈?，本發(fā)明的低合金耐磨鋼的Mn含量范圍為0. 30-1. 50wt. %。鑰(Mo):顯著提高鋼的淬透性，減少回火脆性，提高鋼的耐延遲斷裂性能。Mo/V復(fù)合添加時(shí)上述作用效果還將增加。如果Mo含量低于0. 05wt. %，則難以起到上述作用，如果Mo含量超過(guò)0. 30wt. %，則作用效果達(dá)到飽和，且成本較高。因此，本發(fā)明的低合金耐磨鋼的Mo含量范圍為0. 05-0. 30wt. %。釩(V):釩在鋼中以兩種形式存在，即固溶于鋼中的釩和碳氮化釩析出相。固溶釩能夠明顯提高鋼的淬透性，特別是與Mo復(fù)合添加時(shí)其作用效果尤其顯著。碳氮化釩析出相 能夠細(xì)化晶粒，同時(shí)還具有一定的沉淀強(qiáng)化作用，但在一定程度上會(huì)降低鋼的淬透性。如果V含量低于0. 125wt. %，則提高淬透性的效果不明顯，如果V含量高于0. 40wt. %，則作用效果飽和，且成本較高。因此，本發(fā)明的低合金耐磨鋼的V含量范圍為0. 125-0. 40wt. %。鉻(Cr):提高鋼的淬透性和耐大氣腐蝕性能，但較高的Cr將降低焊接性能，所以其含量應(yīng)控制在0. 50wt. %以內(nèi)。鎳(Ni):提高鋼的淬透性，明顯改善低溫韌性，提高鋼的抗大氣腐蝕性能，但其價(jià)格價(jià)高，應(yīng)控制在0. 50wt. %以內(nèi)。銅(Cu):提高鋼的淬透性和耐大氣腐蝕性能，時(shí)效析出的納米級(jí)Cu相粒子具有較強(qiáng)的沉淀強(qiáng)化作用，但含Cu鋼由于表面選擇性氧化而易于產(chǎn)生熱脆問(wèn)題。基于上述考慮，Cu含量控制在0. 40wt. %以內(nèi)。鈮(Nb):固溶于奧氏體的Nb能夠提高淬透性，Nb (C，N)析出相具有細(xì)化晶粒作用但降低淬透性。Nb含量應(yīng)控制在0. 05wt. %以內(nèi)；如果Nb含量更高，則由于未溶Nb (C，N)數(shù)量增加反而對(duì)淬透性不利。鈦(Ti):本發(fā)明的低合金耐磨鋼中加入少量Ti是為了形成納米級(jí)尺寸的TiN粒子，其可以細(xì)化鑄坯加熱過(guò)程中奧氏體晶粒。Ti含量應(yīng)控制在0. 005-0. 04wt. %范圍內(nèi)。如果Ti含量低于0. 005wt. %，則所形成的TiN數(shù)量稀少，細(xì)化晶粒作用很小；如果Ti含量高于0. 04wt. %，將形成微米級(jí)尺寸的液析TiN，不僅無(wú)法細(xì)化晶粒，而且對(duì)鋼板韌性有害。硼(B):強(qiáng)烈偏聚于奧氏體晶界及其它晶體缺陷處，加入微量B即可顯著提高淬透性，但硼含量超過(guò)0. 003wt. %后上述作用飽和，而且還可能形成各種對(duì)熱加工性能和韌性不利的含B析出相。因此，本發(fā)明的低合金耐磨鋼的硼含量應(yīng)控制在0. 0005-0. 003wt. %范圍內(nèi)。鋁(Al):鋁是強(qiáng)脫氧元素，還可與N結(jié)合形成A1N，能夠起到細(xì)化晶粒作用。因此，本發(fā)明的低合金耐磨鋼的Al含量應(yīng)控制在0. 01-0. 06wt. %范圍內(nèi)。磷(P)和硫(S):鋼中雜質(zhì)元素，顯著降低塑韌性和焊接性能，其含量應(yīng)分別控制在 0. 020wt. %和 0. OlOwt. % 以內(nèi)。本發(fā)明的低合金耐磨鋼可以以鋼板的形式存在。在這種情況下，可以采用冶煉、鑄造、中厚板軋機(jī)軋制、爐卷軋機(jī)軋制或熱連軋、熱處理來(lái)制造本發(fā)明的低合金耐磨鋼板。在冶煉、鑄造步驟中，可以采用轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉本發(fā)明的低合金耐磨鋼(S卩，鋼水)，然后采用連鑄或模鑄進(jìn)行鋳造。進(jìn)行中厚板軋機(jī)軋制、爐卷軋機(jī)軋制或熱連軋之前，首先對(duì)連鑄坯或鑄錠進(jìn)行加熱。具體地講，將連鑄坯或鑄錠開(kāi)坯后在加熱爐中加熱，加熱溫度為1100-1300°C，時(shí)間為
1-5小時(shí)，加熱后進(jìn)行軋制。在中厚板軋機(jī)軋制步驟中，粗軋軋制3-8道次，精軋軋制5-14道次，終軋溫度為750-950°C，軋后空冷或加速冷卻，終冷溫度為300-700°C，空冷過(guò)程中或加速冷卻后對(duì)鋼板進(jìn)行矯直。在爐卷軋機(jī)軋制步驟中，粗軋軋制3-8道次，精軋軋制5-14道次，終軋溫度為750-950°C，軋后空冷或加速冷卻，經(jīng)空冷或?qū)恿骼鋮s后卷取成鋼卷，卷取溫度為300-700°C，將鋼卷開(kāi)平后剪切成鋼板，并在矯直機(jī)上進(jìn)行矯直。在熱連軋步驟中，粗軋軋制3-8道次，將鑄坯軋制成20-60_厚度的中間坯，然后經(jīng)6或7機(jī)架熱連軋，終軋溫度為750-950°C，軋后經(jīng)空冷或?qū)恿骼鋮s后卷取成鋼卷，卷取溫度為300-700°C，將鋼卷開(kāi)平后剪切成鋼板，并在矯直機(jī)上進(jìn)行矯直。
熱處理步驟包括淬火和回火。淬火加熱溫度為Ac3+0 80°C (Ac3為加熱過(guò)程中奧氏體轉(zhuǎn)變終了溫度)，加熱時(shí)間為1-30分鐘。根據(jù)鋼的不同成分其淬火加熱溫度也應(yīng)該不同，但應(yīng)控制在840-950°C范圍內(nèi)。鋼板加熱后可以水淬,但不限于此?；鼗饻囟葹?00-350°C，保溫時(shí)間10-60分鐘，保溫后空冷。在本發(fā)明的低合金耐磨鋼中，采用V/Mo協(xié)同作用原理提高鋼的淬透性，可以減少合金元素總添加量，由此制成的鋼板具有成分簡(jiǎn)單、合金化成本低且低溫韌性和焊接性能優(yōu)異等特點(diǎn)。另外，在其它合金元素基本不變的情況下，通過(guò)改變碳含量可以獲得不同的硬度，形成HBW360-600不同級(jí)別系列產(chǎn)品。通過(guò)改變碳含量及采用合理的加熱和軋制エ藝、冷卻制度、淬火和回火エ藝等，可以獲得不同級(jí)別的高強(qiáng)耐磨鋼板。本發(fā)明的低合金耐磨鋼的成本低、強(qiáng)度系列化、低溫韌性優(yōu)異、焊接碳當(dāng)量低，可廣泛應(yīng)用于要求高強(qiáng)度、高耐磨性能的工程、采礦、建筑、水泥生產(chǎn)、港口、電カ以及冶金等機(jī)械產(chǎn)品上。下面結(jié)合示例對(duì)本發(fā)明的低合金耐磨鋼及其制造方法做進(jìn)ー步的說(shuō)明，但是本發(fā)明的低合金耐磨鋼及其制造方法不限于此。示例I-示例7在示例I-示例7中，采用轉(zhuǎn)爐冶煉、連鑄成坯、將連鑄坯加熱后進(jìn)行熱連軋或中厚板軋機(jī)軋制，軋后對(duì)鋼板進(jìn)行淬火和回火處理。表I列出了示例I-示例7的低合金耐磨鋼板的化學(xué)成分，表2列出了示例I-示例7的低合金耐磨鋼板的制造方法的主要エ藝參數(shù)(包括鑄坯加熱溫度、終軋溫度、終冷(或卷取)溫度、淬火加熱溫度、回火溫度)、力學(xué)性能(包括表面布氏硬度、-40°C縱向沖擊功)以及厚度。其中，示例I-示例7的低合金耐磨鋼板不含有Cr、Ni、Cu和Nb或含有極微量的Cr、Ni、Cu和Nb (其含量不會(huì)對(duì)鋼的性質(zhì)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)作用)。表I
權(quán)利要求
1.一種低合金耐磨鋼的制造方法，其特征在于包括以下步驟 采用轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉低合金耐磨鋼，然后采用連鑄將低合金耐磨鋼鑄成坯或采用模鑄將低合金耐磨鋼鑄成錠，所述低合金耐磨鋼包含0. 13-0. 50wt. %的C、0. 10-0. 50wt. %的Si、0. 30-1. 50wt. %的胞、0. 125-0. 40wt. %的乂、0. 05-0. 30wt. %的舭、低于0. 020wt. %的P、低于0. OlOwt. %的S以及余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)； 對(duì)鑄成的坯或錠進(jìn)行加熱，加熱溫度為1100-1300°C，加熱時(shí)間為1-5小時(shí)； 采用中厚板軋機(jī)軋制、爐卷軋機(jī)軋制或熱連軋將加熱的坯或錠軋制成鋼板；以及對(duì)鋼板進(jìn)行淬火和回火，淬火加熱溫度為Ac3+0 80°C并且在840-950°C的范圍內(nèi)，Ac3為加熱過(guò)程中奧氏體轉(zhuǎn)變終了溫度，淬火加熱時(shí)間為1-30分鐘，回火溫度為100-350°C，回火保溫時(shí)間為10-60分鐘，保溫后空冷， 其中，在中厚板軋機(jī)軋制步驟中，粗軋軋制3-8道次，精軋軋制5-14道次，終軋溫度為750-9500C，軋后空冷或加速冷卻，終冷溫度為300-700°C，空冷過(guò)程中或加速冷卻后對(duì)鋼板進(jìn)行矯直， 在爐卷軋機(jī)軋制步驟中，粗軋軋制3-8道次，精軋軋制5-14道次，終軋溫度為750-950°C，軋后空冷或加速冷卻，經(jīng)空冷或?qū)恿骼鋮s后卷取成鋼卷，卷取溫度為300-70(TC，將鋼卷開(kāi)平后剪切成鋼板，并在矯直機(jī)上進(jìn)行矯直， 在熱連軋步驟中，粗軋軋制3-8道次，將鑄坯軋制成20-60_厚度的中間坯，然后經(jīng)6或7機(jī)架熱連軋，終軋溫度為750-950°C，軋后經(jīng)空冷或?qū)恿骼鋮s后卷取成鋼卷，卷取溫度為300-70(TC，將鋼卷開(kāi)平后剪切成鋼板，并在矯直機(jī)上進(jìn)行矯直。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低合金耐磨鋼的制造方法，其特征在于所述低合金耐磨鋼還包含 0. 005-0. 04wt. %的打、0. 0005-0. 003wt. %的 B 和 0.01-0. 06wt. %的八1。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低合金耐磨鋼的制造方法，其特征在于所述低合金耐磨鋼還包含不超過(guò)0. 50wt. %的Cr、不超過(guò)0. 50wt. %的Ni、不超過(guò)0. 40wt. %的Cu、不超過(guò)0.05wt. %的 Nb、0. 005-0. 04wt. %的 Ti、0. 0005-0. 003wt. %的 B、0. 01-0. 06wt. % 的 Al 中的至少一種。
4.一種低合金耐磨鋼，其特征在于包含0. 13-0. 50wt. %的C、0. 10-0. 50wt. %的Si、0.30-1. 50wt. % 的 Mn、0. 125-0. 40wt. % 的 V、0. 05-0. 30wt. % 的 Mo、低于 0. 020wt. % 的 P、低于0. OlOwt. %的S以及余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低合金耐磨鋼，其特征在于所述低合金耐磨鋼還包含0.005-0. 04wt. %的打、0. 0005-0. 003wt. %的8 和 0. 01-0. 06wt. %的八1。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低合金耐磨鋼，其特征在于所述低合金耐磨鋼還包含不超過(guò)0.50wt. %的 Cr、不超過(guò) 0. 50wt. %的 Ni、不超過(guò) 0. 40wt. %的 Cu、不超過(guò) 0. 05wt. %的 Nb、0.005-0. 04wt. %的1^、0. 0005-0. 003wt. %的8、0. 01-0. 06wt. % 的 Al 中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低合金耐磨鋼，其特征在于所述低合金耐磨鋼以鋼板的形式存在。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種低合金耐磨鋼及其制造方法。該低合金耐磨鋼包含0.13-0.50wt.％的C、0.10-0.50wt.％的Si、0.30-1.50wt.％的Mn、0.125-0.40wt.％的V、0.05-0.30wt.％的Mo、低于0.020wt.％的P、低于0.010wt.％的S以及余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)。該低合金耐磨鋼的成本低、強(qiáng)度系列化、低溫韌性優(yōu)異、焊接碳當(dāng)量低，可廣泛應(yīng)用于要求高強(qiáng)度、高耐磨性能的工程、采礦、建筑、水泥生產(chǎn)、港口、電力以及冶金等機(jī)械產(chǎn)品上。
文檔編號(hào)C21D8/02GK102676922SQ20121014619
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者周平, 夏志偉, 孫新軍, 李昭東, 李生根, 楊建勛, 董瀚, 雍岐龍, 馬光亭, 麻衡 申請(qǐng)人:萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司