貝氏體-馬氏體-奧氏體復(fù)相耐磨鋼板及制造方法
【專利摘要】一種貝氏體-馬氏體-奧氏體復(fù)相耐磨鋼板及制造方法，屬于合金鋼【技術(shù)領(lǐng)域】。該鋼板的化學(xué)組成按重量百分含量為：C：0.20-0.40；Mn：0.30-1.50；Si：0.80-1.20；Cr：0.60-1.00；Ni：0.20-0.60；Mo：0.20-0.40；Cu：0.20-0.50；B：0.0005-0.003；S≤0.010，P≤0.015，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。其制造方法是：轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、鑄造、加熱、軋制、冷卻、熱處理。根據(jù)上述成分及工藝，軋材可得到貝氏體-馬氏體-殘余奧氏體復(fù)相組織，殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)5-15％，材料的屈服強(qiáng)度大于1000MPa，抗拉強(qiáng)度大于1300MPa，延伸率大于15％，硬度HB420-500，機(jī)加工性能及焊接性能滿足設(shè)備制造要求；磨粒磨損耐磨性達(dá)到Hardox450的1.3倍以上，弱酸性環(huán)境工況下達(dá)到Hardox450的1.5倍以上。
【專利說明】貝氏體-馬氏體-奧氏體復(fù)相耐磨鋼板及制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于合金鋼【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是提供了一種貝氏體-馬氏體-奧氏體復(fù)相組 織耐磨鋼板及制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 耐磨鋼廣泛應(yīng)用于工作條件特別惡劣，要求高強(qiáng)度、高耐磨性能的工程、采礦、建 筑、農(nóng)業(yè)、水泥生產(chǎn)、港口、電力以及冶金等機(jī)械產(chǎn)品上，如刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、挖掘機(jī)、自 卸車及各種礦山機(jī)械等。傳統(tǒng)低合金耐磨鋼的組織通常選擇單相馬氏體，提高其耐磨性的 主要方法是提高碳含量和馬氏體的硬度，據(jù)此開發(fā)出布氏硬度HB360?600不同級別耐磨 鋼。然而，隨著硬度的增加，鋼的加工性和焊接性將嚴(yán)重惡化，難以滿足裝備制造相關(guān)要求。 因此，如何在不提高硬度的前提下大幅改善鋼的耐磨性，成為當(dāng)前冶金和耐磨行業(yè)亟待解 決的關(guān)鍵技術(shù)難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種貝氏體-馬氏體-奧氏體復(fù)相耐磨鋼板及制造方法， 解決了現(xiàn)有高硬度耐磨鋼加工性能差、難以滿足設(shè)備制造要求的難題。
[0004] 本發(fā)明復(fù)相組織提高耐磨性的原理是：一方面，具有極高硬度的富碳馬氏體（局 部碳含量可達(dá)1%)彌散分布于貝氏體鐵素體基體中，起到支撐和保護(hù)基體作用，大大減輕 了磨料對基體的磨損；另一方面，殘余奧氏體在摩擦形變過程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，提高了表面 硬度，進(jìn)一步改善耐磨性。該復(fù)相組織耐磨鋼的耐磨性可達(dá)相同硬度傳統(tǒng)馬氏體耐磨鋼的 1. 3倍，而在弱酸性環(huán)境工況下中可達(dá)1. 5倍。
[0005] 該復(fù)相組織耐磨鋼的化學(xué)組成按重量百分含量（wt. % )為C:0. 20-0. 40; Mn ：0. 30-1. 50 ；Si ：0. 80-1. 50 ；Cr ：0. 60-1. 00 ；Ni ：0. 2〇-〇. 60 ；Mo ：0. 2〇-〇. 40 ；Cu ： 0. 20-0. 50 ;B :0. 0005-0. 003 ;S彡0. 010, P彡0. 015,余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。 [0006] 本發(fā)明各元素的作用及配比依據(jù)如下：
[0007] 碳：提高貝氏體和馬氏體的強(qiáng)度和硬度；提高未轉(zhuǎn)變奧氏體的穩(wěn)定性，增加殘余 奧氏體和馬氏體比例。本發(fā)明鋼控制碳含量為0.20-0. 40%，碳含量低于0.20wt. %，復(fù)相 組織中馬氏體和殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)較低，耐磨性改善不明顯；碳含量高于〇. 40wt. %，則 鋼的加工性和焊接性惡化。
[0008] 硅：抑制貝氏體相變過程中滲碳體的形成，促進(jìn)碳在未轉(zhuǎn)變奧氏體中富集，提高 殘余奧氏體及馬氏體比例。當(dāng)娃含量低于〇.80wt. %，上述作用效果不明顯，當(dāng)娃含量高 于I. 50wt. %時，明顯降低鋼的韌性及焊接性能。綜合上述考慮，本發(fā)明鋼硅含量范圍為 0. 80-1. 50wt. %。
[0009] 錳：抑制高溫鐵素體相變，促進(jìn)貝氏體形成；提高未轉(zhuǎn)變奧氏體穩(wěn)定性，增加殘余 奧氏體和馬氏體比例。但錳含量較高時，其在鑄坯中的偏析傾向增加，鋼的回火脆性敏感性 增大，另外對焊接性能不利。本發(fā)明鋼錳含量范圍為：0.30-1. 50wt. %。
[0010] 鉬：強(qiáng)烈抑制高溫相變，促進(jìn)貝氏體形成；降低回火脆性，提高鋼的耐延遲斷裂性 能。鉬含量低于0. IOwt. %時，上述作用不明顯，超過0. 40wt. %時，作用效果達(dá)到飽和，且 成本較高。本發(fā)明控制鉬含量范圍為〇. 10-0. 40wt. %。
[0011] 鉻：提高鋼的淬透性和耐腐蝕性能，但過高的鉻降低加工性和焊接性，本發(fā)明控制 含鉻量為 〇? 60-1. OOwt. %。
[0012] 鎳：明顯改善鋼的低溫韌性，提高鋼的耐蝕性能。本發(fā)明控制鎳含量范圍為 0. 20-0. 60wt. %。
[0013] 銅：提高鋼耐腐蝕性能。本發(fā)明鋼控制銅含量范圍為0. 20-0. 50wt. %。
[0014] 硼：強(qiáng)烈偏聚于奧氏體晶界及其它晶體缺陷處，加入微量硼即可顯著提高淬透性， 但硼含量超過〇. 〇〇3wt. %后上述作用飽和，而且還可能形成各種對熱加工性能和韌性不利 的含硼析出相，因此硼含量應(yīng)控制在〇. 0005-0. 003wt. %范圍內(nèi)。
[0015] 磷、硫作為雜質(zhì)元素嚴(yán)重?fù)p害鋼的韌塑性，含量分別控制在0.005wt. %， P 彡 0? 015wt. %〇
[0016] 該耐磨鋼的制造方法，工藝依次包括：轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、板坯連鑄（模 鑄）、加熱、控制軋制、控制冷卻、熱處理；在工藝中控制的技術(shù)參數(shù)如下：
[0017] 連鑄坯或鑄錠開坯后在加熱爐中加熱，加熱溫度為1100-1250°C，時間為1-5小 時。
[0018] 采用中厚板軋機(jī)軋制或熱連軋：
[0019] 中厚板軋機(jī)軋制工藝為：粗軋軋制3-8道次，精軋軋制5-14道次，終軋溫度為 800-950 °C，乳后空冷或加速冷卻，終冷溫度為300-700 °C。冷卻后對鋼板進(jìn)行矯直。
[0020] 熱連軋工藝為：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800-950°C，乳后經(jīng)層流冷卻后卷取成鋼卷，卷取溫度為 300-700°C。將鋼卷開平后剪切成鋼板，并在矯直機(jī)上進(jìn)行矯直。
[0021] 鋼板熱處理，包括淬火和回火。
[0022] 淬火加熱溫度為860?940°C，加熱時間為5-60分鐘，采用40號機(jī)油淬火至300°C 以下。過高的加熱溫度使奧氏體晶粒粗化，降低鋼的韌塑性；過低的加熱溫度則明顯降低鋼 的淬透性和厚規(guī)格鋼板的心部硬度，不利于耐磨性。
[0023] 回火溫度為100_250°C，保溫時間10-120分鐘，保溫后空冷。
[0024] 通過上述工藝，該耐磨鋼軋材可得到貝氏體-馬氏體-殘余奧氏體復(fù)相組織（如 圖1所示），殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)5-15% (如圖2所示），材料的屈服強(qiáng)度大于lOOOMPa，抗 拉強(qiáng)度大于1300MPa，延伸率大于10%，室溫沖擊功大于40J，鋼板硬度HB420-500,機(jī)加工 及焊接性能優(yōu)良，能夠滿足設(shè)備機(jī)加工要求。材料耐磨粒磨損性能達(dá)到Hardox450的1. 3 倍以上，在弱酸性環(huán)境工況下可達(dá)Hardox450的1. 5倍以上。
[0025] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0026] 采用貝氏體-馬氏體-奧氏體復(fù)相組織，在相同硬度條件下其耐磨性比傳統(tǒng)馬氏 體鋼明顯改善，解決了傳統(tǒng)馬氏體鋼耐磨性與加工性的突出矛盾，具有廣闊的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明復(fù)相組織耐磨鋼的掃描電鏡微觀組織，圖中白色相為馬氏體或殘余 奧氏體。
[0028] 圖2為本發(fā)明復(fù)相組織耐磨鋼XRD譜。

【具體實(shí)施方式】：
[0029] 實(shí)施例1 :本發(fā)明的化學(xué)組成按重量百分含量（wt. % )為C :0. 32 ;Si :1. 12 ;Mn : 0? 53 ;Cr :090 ;Ni :0? 45 ;Mo :0? 31，Cu :0? 32，S :0? 005 ;P :0? 005,余量為 Fe 及不可避免的雜 質(zhì)。制造工藝：轉(zhuǎn)爐冶煉，LF精煉，板坯連鑄，加熱爐加熱溫度1220°C，開軋溫度1100°C，終 軋溫度860°C，軋后空冷。熱處理工藝：奧氏體化溫度900°C，保溫時間0. 5小時，采用40號 機(jī)油淬火至室溫，然后200°C回火2小時空冷至室溫。
[0030] 實(shí)施例2 :本發(fā)明的化學(xué)組成按重量百分含量（wt. % )為C :0. 21 ;Si :1. 13 ;Mn : L 47 ;Cr :0? 51 ;Ni :0? 51 ;Mo :0? 32, Cu :0? 35 ;S :0? 005, P :0? 015,余量為 Fe 及不可避免的 雜質(zhì)。制造工藝：轉(zhuǎn)爐冶煉，LF精煉，板坯連鑄，加熱爐加熱溫度1250°C，開軋溫度1100°C， 終軋溫度860°C，乳后空冷。熱處理工藝：奧氏體化溫度900°C，保溫時間0. 5小時，采用40 號機(jī)油淬火至室溫，然后200°C回火2小時空冷至室溫。
[0031] 實(shí)施例3 :本發(fā)明的化學(xué)組成按重量百分含量（wt. % )為C :0. 38 ;Si :0. 95 ;Mn : 0? 95 ;Cr :0? 82 ;Ni :0? 58 ;Mo :0? 38, Cu :0? 45 ;S :0? 005, P :0? 015,余量為 Fe 及不可避免的 雜質(zhì)。制造工藝：轉(zhuǎn)爐冶煉，LF精煉，板坯連鑄，加熱爐加熱溫度1220°C，開軋溫度1100°C， 終軋溫度860°C，乳后空冷。熱處理工藝：奧氏體化溫度890°C，保溫時間0. 5小時，采用40 號機(jī)油淬火至室溫，然后200°C回火2小時空冷至室溫。
[0032] 本發(fā)明實(shí)施例和Hardox450耐磨鋼力學(xué)性能與耐磨性能檢測結(jié)果如表1所示。
[0033] 表1本發(fā)明實(shí)施例和Hardox450耐磨鋼力學(xué)性能與耐磨性能檢測結(jié)果
[0034]

【權(quán)利要求】
1. 一種貝氏體-馬氏體-奧氏體復(fù)相耐磨鋼板，其特征在于：該鋼板的化學(xué)組成 按重量百分含量為：C :0? 20-0. 40 ;Mn :0? 30-1. 50 ;Si :0? 80-1. 20 ;Cr :0? 60-1. 00 ;Ni : 0? 20-0. 60 ;Mo :0? 20-0. 40 ;Cu :0? 20-0. 50 ;B :0? 0005-0. 003 ;S 彡 0? 010, P 彡 0? 015,余量 為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。
2. -種權(quán)利要求1所述的復(fù)相耐磨鋼板的制備方法，工藝依次包括：轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、 爐外精煉、板坯連鑄、加熱、控制軋制、控制冷卻、熱處理；其特征在于：在工藝中控制的技 術(shù)參數(shù)如下：其特征在于： (1) 連鑄坯或鑄錠開坯后在加熱爐中加熱，加熱溫度為1050-1220°C，時間為1-5小 時； (2) 采用中厚板軋機(jī)軋制或熱連軋： 中厚板軋機(jī)軋制工藝為：粗軋軋制3-8道次，精軋軋制5-14道次，終軋溫度為 800-950 °C，乳后空冷或加速冷卻，終冷溫度為300-700 °C，冷卻后對鋼板進(jìn)行矯直； 熱連軋工藝為：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800-950°C，乳后經(jīng)層流冷卻后卷取成鋼卷，卷取溫度為 300-700°C ;將鋼卷開平后剪切成鋼板，并在矯直機(jī)上進(jìn)行矯直； (3) 淬火和回火工藝： 淬火加熱溫度為860?940°C，加熱時間為5-60分鐘，鋼板加熱后采用40號機(jī)油淬火 至300°C以下； 回火溫度為l〇〇_250°C，保溫時間10-120分鐘，保溫后空冷。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：乳后鋼板得到貝氏體-馬氏體-殘余奧 氏體復(fù)相組織，殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)5-15%，材料的屈服強(qiáng)度大于lOOOMPa，抗拉強(qiáng)度大于 1300MPa，延伸率大于15 %，布氏硬度HB420-500,機(jī)加工性能及焊接性能滿足設(shè)備制造要 求。
【文檔編號】C22C38/54GK104451436SQ201410743570
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】梁小凱, 孫新軍, 李昭東, 雍岐龍 申請人:鋼鐵研究總院, 中聯(lián)先進(jìn)鋼鐵材料技術(shù)有限責(zé)任公司