本發(fā)明涉及機(jī)械工程用耐磨鋼制造領(lǐng)域，具體地指一種布氏硬度450級(jí)抗裂紋高強(qiáng)度耐磨鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
：目前可使用的耐磨材料分為金屬和金屬化合物、陶瓷及其復(fù)合材料、塑料等三大類，其中金屬耐磨材料仍居主導(dǎo)地位。我國每年消耗金屬耐磨材料約達(dá)300萬噸以上。金屬材料的80％失效于磨損，因此解決磨損和延長機(jī)械設(shè)備及其部件的使用壽命成為工業(yè)界人士在設(shè)計(jì)、制造和使用各種機(jī)械設(shè)備所需要考慮的首要問題。合金馬氏體耐磨鋼其組織主要由馬氏體組成，采用Cr、Ni和Mo等元素合金化，然后通過淬火與低溫回火熱處理，獲得回火馬氏體組織。同奧氏體高錳鋼相比，在中等沖擊磨損條件下，馬氏體耐磨鋼具有更好的綜合機(jī)械性能，但缺憾之處在于，隨著硬度的增加易產(chǎn)生裂紋，降低了使用壽命和安全系數(shù)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明目的是提供了一種布氏硬度450級(jí)抗裂紋高強(qiáng)度耐磨鋼及其制造方法，該方法制造得到綜合性能優(yōu)良的馬氏體耐磨鋼，且該制造成本低，工藝簡單，解決了馬氏體耐磨鋼易產(chǎn)生裂紋的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種布氏硬度450級(jí)抗裂紋高強(qiáng)度耐磨鋼，所述布氏硬度450級(jí)抗裂紋高強(qiáng)度耐磨鋼的化學(xué)成分重量百分比含量為：C：0.15～0.24％、Si：0.30～0.50％、Mn：1.30～1.60％、P≤0.015％、S≤0.015％、Cr：0.30～0.65％、Mo：0.40～0.80％、Nb：0.030～0.060％、Ti：0.015～0.035％、B：0.0010～0.0050％、Als：0.010～0.040％，其余為Fe和微量雜質(zhì)元素。進(jìn)一步地，所述布氏硬度450級(jí)抗裂紋高強(qiáng)度耐磨鋼的化學(xué)成分重量百分比含量為：C：0.17～0.22％、Si：0.25～0.45％、Mn：1.35～1.55％、P：0.008～0.014％、S≤0.010％、Cr：0.35～0.60％、Mo：0.50～0.70％、Nb：0.035～0.055％、Ti：0.018～0.030％、B：0.0020～0.0045％、Als：0.015～0.035％，其余為Fe和微量雜質(zhì)元素。再進(jìn)一步地，所述布氏硬度450級(jí)抗裂紋高強(qiáng)度耐磨鋼的化學(xué)成分重量百分比含量為：C：0.19％、Si：0.37％、Mn：1.53％、P：0.008％、S≤0.008％、Cr：0.42％、Mo：0.56％、Nb：0.048％、Ti：0.023％、B：0.0024％、Als：0.029％，其余為Fe和微量雜質(zhì)元素。再進(jìn)一步地，所述鋼板厚度規(guī)格范圍為10～30mm，Rm≥1250MPa，延伸率≥10％，-20℃Akv≥24J，HBW/10/3000：420～480。再進(jìn)一步地，所述鋼板厚度規(guī)格范圍為10～30mm，Rm：1250～1500MPa，延伸率：10～15％，-20℃Akv：24～60J，HBW/10/3000：420～480。本發(fā)明還提供了一種布氏硬度450級(jí)抗裂紋高強(qiáng)度耐磨鋼的制造方法，該高強(qiáng)度耐磨鋼是由冶煉連鑄、軋制工藝、在線進(jìn)行淬火、冷卻工藝和回火熱處理五大工藝制造而成，1)軋制工藝中，第一階段開軋溫度為1050℃～1120℃，第一階段累積壓下率≥65％，第二階段開軋溫度為960℃～1020℃，道次壓下率≥16％，終軋溫度≥900℃；2)冷卻工藝中，冷卻速率為25～32℃/s，終冷溫度為220℃～330℃；3)回火熱處理中，回火溫度為300±10℃。本發(fā)明原理：(1)在設(shè)計(jì)鋼的合金成分時(shí)，主要應(yīng)考慮了以下三點(diǎn)：提高淬透性，獲得板條馬氏體組織，避免片狀馬氏體產(chǎn)生；提高強(qiáng)度和耐磨性；減少因合金元素添加造成的裂紋敏感性。C、Mn是最有效的固溶強(qiáng)化元素，隨著鋼中的C、Mn含量的增加，強(qiáng)度和耐磨性能提高十分明顯，但對(duì)塑性和韌性十分不利。對(duì)于馬氏體鋼，馬氏體的形態(tài)主要取決于奧氏體的含碳量，C含量的增加大幅降低馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)，易于轉(zhuǎn)變?yōu)榱鸭y敏感性強(qiáng)的片狀馬氏體。因此設(shè)計(jì)該鋼C含量范圍為：0.15～0.24％。Mn將降低鋼的塑性，促使其回火脆性增強(qiáng)，增強(qiáng)鋼對(duì)白點(diǎn)的敏感性，這些因素均對(duì)抗裂紋性能不利。因此設(shè)計(jì)該鋼Mn含量范圍為：1.30～1.60％。Si可顯著地減慢回火馬氏體在低溫(200℃)時(shí)的分解速度，增加回火穩(wěn)定性，含量增加會(huì)造成Fe、Mn的硅酸鹽類夾雜物增加，降低鋼的各種力學(xué)性能，和焊縫質(zhì)量。因此設(shè)計(jì)該鋼Si含量范圍為：0.2～0.5％。Cr與Mo復(fù)合添加，可以降低臨界冷卻速度、提高鋼的淬透性，并可細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。Cr在鋼中可以形成多種碳化物，提高強(qiáng)度和硬度，Mo在鋼中固溶于鐵素體和奧氏體中，具有固溶強(qiáng)化和碳化物彌散強(qiáng)化作用。本發(fā)明中Cr、Mo的含量為Cr：0.30～0.65％、Mo：0.40～0.80％。固溶在奧氏體中的Nb、Ti能很好的控制加工后的再結(jié)晶，還能將再結(jié)晶溫度提高100℃以上。這一作用使一般程度的控制軋制在較高的溫度也可以獲得。固溶在奧氏體中的Nb、Ti在相變時(shí)或相變后作為極微細(xì)的碳化物、碳氮化物析出，使強(qiáng)度升高。因此設(shè)計(jì)該鋼Nb、Ti含量范圍分別為：Nb：0.03～0.06％、Ti：0.015～0.035％。為了提高淬透性向鋼中加入微量的B元素。由于在奧氏體中B會(huì)以BN的形式析出而影響提高淬透性的效果，因此，還要通過添加Al來固N(yùn)。B含量增加會(huì)向晶界偏聚增加裂紋敏感性。因此設(shè)計(jì)該鋼B、Als含量范圍分別為：B：0.001～0.005％、Als：0.010～0.040％，(2)短流程制造工藝：控制軋制-DQ-T，替代傳統(tǒng)的調(diào)質(zhì)工藝，縮短生產(chǎn)周期，降低工序成本和工序能耗。采用該工藝可獲得具有形變熱處理效果的精細(xì)板條馬氏體組織，避免片狀馬氏體的產(chǎn)生，控制殘余奧氏體和未溶碳化物的形態(tài)和分布。板條馬氏體在準(zhǔn)解理斷裂時(shí)有較小的斷裂單元而消耗斷裂功，殘余奧氏體存在于馬氏體板條間，因其能使應(yīng)力松馳，阻礙裂紋擴(kuò)展，材料斷裂時(shí)吸收能量增加，而使韌性改善。本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明合金添加量較少，合金成本低，屬于資源節(jié)約型鋼種。采用短流程制造工藝，避免了復(fù)雜熱處理工藝帶來的能源損耗，同時(shí)大幅縮短生產(chǎn)周期，節(jié)約了工序成本。解決了馬氏體耐磨鋼易產(chǎn)生裂紋的難題，提高了耐磨鋼使用安全性和高效性。因此具有很強(qiáng)的市場競爭力和廣闊的應(yīng)用前景，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。附圖說明圖1為實(shí)例鋼板回火板條馬氏體組織(晶粒尺寸約為5～10μm)；圖1A為表層組織；圖1B為心部組織。具體實(shí)施方式為了更好地解釋本發(fā)明，以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的主要內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于以下實(shí)施例。實(shí)施例1一種布氏硬度450級(jí)抗裂紋高強(qiáng)度耐磨鋼及其加工方法，其組分及重量百分比含量：C：0.15％、Si：0.45％、Mn：1.60％、P：0.012％、S：0.010％、Cr：0.36％、Mo：0.72％、Nb：0.043％、Ti：0.019％、B：0.0025％、Als：0.035％，其余為Fe和微量雜質(zhì)元素。其生產(chǎn)步驟：1)冶煉并連鑄成200mm厚的連鑄坯；2)對(duì)鑄坯進(jìn)行加熱，軋制工藝：第一階段開軋溫度1120℃，第一階段累積壓下率75％，第二階段開軋溫度1020℃，道次壓下率≥15％，終軋溫度925℃；3)在線進(jìn)行淬火，開冷溫度在910℃，冷卻速度控制在27℃/秒，終冷溫度在290℃；4)自然冷卻至室溫；5)進(jìn)行回火，回火溫度控制在300℃；6)待用。實(shí)施例2一種布氏硬度450級(jí)抗裂紋高強(qiáng)度耐磨鋼及其加工方法，其組分及重量百分比含量：C：0.24％、Si：0.25％、Mn：1.35％、P：0.014％、S：≤0.009％、Cr：0.30％、Mo：0.65％、Nb：0.053％、Ti：0.028％、B：0.0035％、Als：0.038％，其余為Fe和微量雜質(zhì)元素。其生產(chǎn)步驟：1)冶煉并連鑄成200mm厚的連鑄坯；2)對(duì)鑄坯進(jìn)行加熱，軋制工藝：第一階段開軋溫度1108℃，第一階段累積壓下率70％，第二階段開軋溫度1010℃，道次壓下率≥15％，終軋溫度919℃；3)在線進(jìn)行淬火，開冷溫度在902℃，冷卻速度控制在31℃/秒，終冷溫度在240℃；4)自然冷卻至室溫；5)進(jìn)行回火，回火溫度控制在300℃；6)待用。實(shí)施例3一種布氏硬度450級(jí)抗裂紋高強(qiáng)度耐磨鋼及其加工方法，其組分及重量百分比含量：C：0.19％、Si：0.37％、Mn：1.53％、P：0.012％、S：≤0.008％、Cr：0.42％、Mo：0.56％、Nb：0.048％、Ti：0.023％、B：0.0024％、Als：0.029％，其余為Fe和微量雜質(zhì)元素。其生產(chǎn)步驟：1)冶煉并連鑄成200mm厚的連鑄坯；2)對(duì)鑄坯進(jìn)行加熱，軋制工藝：第一階段開軋溫度1089℃，第一階段累積壓下率68％，第二階段開軋溫度997℃，道次壓下率≥15％，終軋溫度905℃；3)在線進(jìn)行淬火，開冷溫度889℃，冷卻速度25℃/秒，終冷溫度在310℃；4)自然冷卻至室溫；5)進(jìn)行回火，回火溫度控制在300℃；6)待用。實(shí)施例4一種布氏硬度450級(jí)抗裂紋高強(qiáng)度耐磨鋼及其加工方法，其組分及重量百分比含量：C：0.22％、Si：0.41％、Mn：1.47％、P：0.011％、S：≤0.007％、Cr：0.63％、Mo：0.49％、Nb：0.052％、Ti：0.031％、B：0.0041％、Als：0.039％，其余為Fe和微量雜質(zhì)元素。其生產(chǎn)步驟：1)冶煉并連鑄成200mm厚的連鑄坯；2)對(duì)鑄坯進(jìn)行加熱，軋制工藝：第一階段開軋溫度1050℃，第一階段累積壓下率70％，第二階段開軋溫度964℃，道次壓下率≥15％，終軋溫度917℃；3)在線進(jìn)行淬火，開冷溫度884℃，冷卻速度控制在32℃/秒，終冷溫度在236℃；4)自然冷卻至室溫；5)進(jìn)行回火，回火溫度控制在300℃；6)待用。實(shí)施例5一種布氏硬度450級(jí)抗裂紋高強(qiáng)度耐磨鋼及其加工方法，其組分及重量百分比含量：C：0.17％、Si：0.49％、Mn：1.32％、P：0.012％、S：≤0.009％、Cr：0.33％、Mo：0.74％、Nb：0.044％、Ti：0.032％、B：0.0029％、Als：0.033％，其余為Fe和微量雜質(zhì)元素。其生產(chǎn)步驟：1)冶煉并連鑄成200mm厚的連鑄坯；2)對(duì)鑄坯進(jìn)行加熱，軋制工藝：第一階段開軋溫度1114℃，第一階段累積壓下率65％，第二階段開軋溫度1014℃，道次壓下率≥15％，終軋溫度942℃；3)在線進(jìn)行淬火，開冷溫度923℃，冷卻速度控制在31℃/秒，終冷溫度在292℃；4)自然冷卻至室溫；5)進(jìn)行回火，回火溫度控制在300℃；6)待用。表1為上述各實(shí)施例經(jīng)檢測(cè)后的力學(xué)性能情況列表。表1各實(shí)施例經(jīng)檢測(cè)后力學(xué)性能結(jié)果列表實(shí)施例規(guī)格/mmRm/MPaA/％-20℃沖擊功/JHBW/10/300011012801145460/475/465216126013.555440/430/43531912751250435/460/46542412651445450/445/445530127012.560430/445/435從表1中可看出，本發(fā)明鋼板厚度規(guī)格范圍為10～30mm，Rm≥1250MPa，延伸率≥10％，-20℃Akv≥24J，HBW/10/3000：420～480，從實(shí)例可以看出，采用控制軋制+DQ+T工藝生產(chǎn)的鋼板性能穩(wěn)定。實(shí)例鋼板焊接、火焰切割、使用過程中無裂紋產(chǎn)生。其它未詳細(xì)說明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。盡管上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做出了詳盡的描述，但它僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例，人們還可以根據(jù)本實(shí)施例在不經(jīng)創(chuàng)造性前提下獲得其他實(shí)施例，這些實(shí)施例都屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3