一種高耐磨性能易加工低合金耐磨鋼板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋼鐵冶煉領(lǐng)域，具體而言，涉及一種高耐磨性能易加工低合金耐磨鋼 板及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 低合金高強(qiáng)度耐磨鋼板因合金含量低、綜合性能良好、生產(chǎn)靈活方便、價(jià)格便宜等 特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于礦山機(jī)械、工程機(jī)械、水泥化工機(jī)械等設(shè)備或零件的制造，如刮板運(yùn)輸 機(jī)，推土機(jī)，裝載機(jī)，挖掘機(jī)，攪拌機(jī)，自卸式車廂及球磨機(jī)等，該類設(shè)備的工作條件惡劣，對 鋼板的性能要求極高，不但要求較高的力學(xué)性能，而且要求良好的耐磨性能。目前，生產(chǎn)低 合金耐磨鋼板的方法主要是靠TMCP或熱處理的方法來得到具有較高硬度的基體，如馬氏 體、貝氏體以及馬氏體/貝氏體組織基體等，從而來達(dá)到提高硬度和增強(qiáng)耐耐磨性能的目 的。
[0003] 然而，上述方法制造鋼板的耐磨性均有一定的局限性，其耐磨性的提高主要是通 過較相變強(qiáng)化得到高硬度的馬氏體或貝氏體組織來實(shí)現(xiàn)。硬度的提高不可避免的會損失 塑、韌性能、焊接性能和機(jī)加工性能，從而使得一些要求冷彎、焊接成型和嚴(yán)寒等地帶要求 高韌塑性的零部件無法使用；此外，硬度的提高使得部分制造業(yè)在使用該類鋼板時(shí)，必須使 用機(jī)加工性能極高的設(shè)備，才能加工該類鋼板使之成為相應(yīng)的零件，從而大大提高了制造 業(yè)的制造成本。
[0004] 如何在不增加或盡量少增加材料硬度的同時(shí)，提高鋼鐵材料的耐磨性，是本發(fā)明 專利需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷不足，采用高鈦（質(zhì)量百分比含量在 0. 080 %~0. 30% )低合金的成分設(shè)計(jì)思路，并輔以TMCP和控制熱處理相結(jié)合的方法，得到 一種易加工高耐磨性能的低合金耐磨鋼板及其制造方法，其耐磨性能的提高主要通過一定 的相變強(qiáng)化和大量的碳化鈦（TiC)或碳化鈦鉬（(Ti，Mo) xC)析出粒子來實(shí)現(xiàn)的，該類耐磨 鋼板的耐磨性能是同等工況條件下相同硬度級別的普通低合金耐磨鋼板的1. 3~3. 0倍。 同時(shí)由于一定量的微合金元素Ti的加入，使得制造鋼板的晶粒尺寸得到大大細(xì)化，有利于 材料低溫韌性的提高，從而為該類鋼板在極寒等特許地帶的使用提供了條件。此外，該類 耐磨鋼板在合金設(shè)計(jì)時(shí)還適當(dāng)?shù)奶砑右欢康腃r和Mo合金元素，提高了其耐蝕性能，也為 得到高的耐磨、耐蝕性能提供保障。
[0006] 本發(fā)明的第一目的在于提供一種高耐磨性能易加工低合金耐磨鋼板，所述鋼板相 對于相同規(guī)格的鋼板，在不增加或少量增加硬度的同時(shí)，具有高耐磨性以及耐腐蝕性。
[0007] 本發(fā)明的第二目的在于提供一種所述的高耐磨性能易加工低合金耐磨鋼板的制 備方法，所述方法穩(wěn)定可靠并且容易實(shí)施。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：
[0009] 本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種低合金耐磨鋼板，所述耐磨鋼板的成分按重量百分比 計(jì)為：(：0.12~0.35%，510.20~0.60%，]\1110.80~1.60%，？彡0.015%，5彡0.004%， Mo0.00~0.60%，V 0.000~0.040%，Cr0.00~1.20%，Ti0.08~0.30%，Als0.02~ 0. 06%，B 0.0008~0.004%，0.0045%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的鋼 板，其成分中的Ti含量較高，以此利用碳化鈦（TiC)或碳化鈦鉬（(Ti，Mo) C)析出粒子的超 高硬度（~3200HV)阻止磨損過程中裂紋的發(fā)生和擴(kuò)展，從而實(shí)現(xiàn)高的耐磨性的。
[0010] 從節(jié)約成本的角度考慮，本發(fā)明中，優(yōu)選的，所述述耐磨鋼板的組分中不含Ni元 素。
[0011] 所述耐磨鋼板的成分按重量百分比計(jì)為：C 0. 12~0. 18%，Si 0. 20~0. 55%， Mn 1. 00 ~1. 60%，P 彡 0? 015%，S 彡 0? 004%，Mo 0? 00 ~0? 60%，V 0? 00 ~0? 040%， Cr 0? 20 ~1. 00 %，Ti 0? 08 ~0? 30 %，Als 0? 02 ~0? 04 %，B 0? 0008 ~0? 004 %， 0.0040%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0012] 所述耐磨鋼板的成分按重量百分比計(jì)為：C 0. 19~0. 26%，Si 0. 20~0. 55%， Mn 1. 00 ~1. 60%，P 彡 0? 015%，S 彡 0? 004%，Mo 0? 00 ~0? 60%，V 0? 00 ~0? 040%， Cr 0? 20 ~1. 00 %，Ti 0? 08 ~0? 30 %，Als 0? 02 ~0? 04 %，B 0? 0008 ~0? 004 %， 0.0040%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0013] 所述耐磨鋼板的成分按重量百分比計(jì)為：C 0. 27~0. 35%，Si 0. 20~0. 55%， Mn 0? 80 ~1. 40%，P 彡 0? 015%，S 彡 0? 004%，Mo 0? 00 ~0? 60%，V 0? 00 ~0? 040%， Cr 0? 20 ~1. 20 %，Ti 0? 08 ~0? 30 %，Als 0? 02 ~0? 04 %，B 0? 0008 ~0? 004 %， 0.0040%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0014] 以上三種鋼板的成分配比分別依次對應(yīng)NM400、NM450和NM500的耐磨鋼，本發(fā)明 通過調(diào)整C和Mn在組分中的含量來改變耐磨鋼板的硬度，以適應(yīng)各種應(yīng)用需求。
[0015] 本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及所述低合金耐磨鋼板的制造方法，所述方法依次包括冶 煉、連鑄、乳制、冷卻和熱處理，其中，所述乳制包括加熱、保溫和控乳，并且所述控乳包括粗 乳和精乳。
[0016] 所述加熱的溫度為1180-1280°C之間；所述保溫時(shí)間為2-4小時(shí)；所述粗乳的開乳 溫度為1000-1200°C之間，優(yōu)選1100°C，終乳溫度為彡900°C，優(yōu)選彡980°C ;所述的精乳的 開乳溫度為彡l〇〇〇°C，優(yōu)選彡950°C，終乳溫度為790-9KTC，優(yōu)選810-905°C。
[0017] 本發(fā)明的乳制過程，通過控制特定的加熱、保溫、粗乳和精乳的溫度，細(xì)化了鋼材 的晶粒，并消除顯微組織的缺陷，從而使鋼材組織密實(shí)，力學(xué)性能得到極大地改善，尤其是 提高了鋼板的耐磨性能和機(jī)械加工性能。
[0018] 所述冷卻選自以下冷卻方法中的一種：空冷、層流冷卻和超快速冷卻，其中，所述 層流冷卻和超快速冷卻的終冷溫度為580-700°C，終冷后進(jìn)行隨爐冷卻或堆垛緩冷至室溫； 所述空冷，在溫度降低至室溫后進(jìn)行550-700°C回火處理。
[0019] 所述回火時(shí)間t，與鋼板厚度h的關(guān)系滿足t=xh，其中2彡x彡4,并且t的單位 是分鐘，h的單位是毫米。
[0020] 所述熱處理是離線熱處理，其具體步驟依次包括淬火、淬火保溫、回火和回火保 溫。
[0021] 所述淬火的溫度為840-920°C，優(yōu)選860-900°C ;所述淬火保溫的時(shí)間為10-15分 鐘；所述回火的溫度為〇-350°C，優(yōu)選200-250°C;所述回火保溫的時(shí)間t鋼板厚度h的關(guān)系 滿足t = xh，其中2彡x彡4,并且t的單位是分鐘，h的單位是毫米。
[0022] 本發(fā)明采用的熱處理方式，使得鋼材的金相組織細(xì)而均勻，并最終提升了鋼材的 理化性能，特別是耐磨性能。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
[0024] (1)本發(fā)明鋼板耐磨性的提高是通過添加較高的Ti元素含量（質(zhì)量百分比含量 在0. 08%~0. 30% )，以此利用碳化鈦（TiC)或碳化鈦鉬（(Ti，Mo)C)析出粒子的超高硬度 (~3200HV)阻止磨損過程中裂紋的發(fā)生和擴(kuò)展，從而實(shí)現(xiàn)高的耐磨性的。
[0025] (2)本發(fā)明得到的鋼板冷彎性能、焊接性能良好，尤其是具有更高的耐磨性能機(jī)加 工性能。
[0026] (3)本發(fā)明在成分設(shè)計(jì)時(shí)采用無Ni成分體系，從一定程度上節(jié)約了成本。
[0027] (4)本發(fā)明在成分設(shè)計(jì)時(shí)采用添加0. 2%以上的Mo和Cr元素加入，從而為該類鋼 板在較為潮濕的易腐蝕環(huán)境下的使用提供了耐蝕性能保障。
【附圖說明】
[0028] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，以下將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。
[0029] 圖1為示意圖，顯示實(shí)施例中的鋼板中典型組織。
[0030] 圖2為示意圖，顯示組織中典型的碳化鈦（TiC)或碳化鈦鉬（(Ti，Mo)C)析出粒子 分布情況。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面將結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會 理解，下列實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中未注明具體 條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為 可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
[0032] 實(shí)施例1
[0033] 制造 NM400 級別鋼板 Al、A2、A3、A4
[0034] 選取鋼坯，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比是：C 0. 12~0. 18%，Si 0. 20~0. 55%， Mn 1. 00 ~1. 60%，P 彡 0? 015%，S 彡 0? 004%，Mo 0? 00 ~0? 60%，V 0? 00 ~0? 040%， Cr 0? 20 ~1. 00 %，Ti 0? 08 ~0? 30 %，Als 0? 02 ~0? 04 %，B 0? 0008 ~0? 004 %， ~彡0.0040%，余量為？6及不可避免的雜質(zhì)。其中41^2)3^4的具體化學(xué)成分含量，參 見表1。
[0035] 加熱并將溫度控制在1180°C，保溫2小時(shí)，進(jìn)行乳制，乳制時(shí)采用的具體參數(shù)參見 表2。
[0036] 乳制完成后，進(jìn)行冷卻處理，其中A3使用層流冷卻，A4使用超快速冷卻，A1和A2 使用空冷處理。A1、A2的回火時(shí)間為24分鐘，其回火溫度以及A3、A4的終冷溫度參見表2。
[0037] 冷卻處理完成后進(jìn)