专利名称：一种布氏硬度为470～520铲刀刃用钢及其生产方法
技术领域：
本发明属于耐磨钢领域，具体涉及到一种布氏硬度(HBW 10mm/3000KN)为470 520的装载机和挖掘机铲刀刃用钢及其生产方法。
背景技术：
铲刀刃用钢主要用于装载机和挖掘机的关键部位——铲斗的制造，其性能直接决定着铲斗的使用寿命，是工程机械车辆行业最重要的钢种之一。近年来随我国工程机械行业的发展，其需求量越来越大。铲刀刃钢的工作环境非常恶劣，在工作时，铲刀刃铲入如矿石、沙、煤等物料时，直接与物料发生强烈摩擦和撞击，因此，为了增加铲刀刃的使用寿命， 对铲刀刃用钢要求苛刻，即除要求铲刀刃钢具有足够的硬度和耐磨性外，还需要具有较高的韧性，以防止变形和断裂。同时由于铲刀刃一般是与铲斗焊接在一起的，故对铲刀刃用钢的焊接性能也提出严格要求。此外，为提高工厂机械加工效率，铲刀刃钢还必须具有良好的机械加工性能，易于切割、弯曲等机械加工处理。我国铲刀刃上使用的钢种较多，除耐磨钢匪360系列和卡特皮勒公司认可的 1E0921系列外，还有的厂家直接使用Q345或16Mn等普通钢。近年来由于工程机械车辆行业竞争日益激烈，各厂家均对铲刀刃用钢性价比提出了严格的要求既要求铲刀刃用钢性能良好，以保证铲斗具有较长的使用寿命；又要求铲刀刃钢价格不能太高，以降低企业的生产成本。在这种情况下，Q345和16Mn等普通钢由于耐磨性能太差，已基本被淘汰。匪360 系列和1E0921系列钢由于添加了大量Ni、Mo等贵重合金元素而价格较高，对企业成本造成一定的影响。因此，研制出一种性能优良、成本较低且机械加工效率高的铲刀刃用钢，成为市场的迫切需求。市场上已出现多种与本专利相似的一类钢种，主要以C、Si、Mn为主要强化元素，不添加或少量添加Mo、Ni等贵重合金元素保证钢板性能，以降低钢板生产成本，钢板热轧态时进行机械加工，提高工厂加工效率，再对成型铲刀刃板进行热处理。国内外相关钢厂进行了相关研究，如日本、舞钢、武钢、重钢等，获得了较多的专利，但基本都针对生产厂的装备、技术特点来进行，且研制钢板的硬度级别、适用范围都不一致。已公布专利中，国外及国内舞钢、重钢等申请的专利与本专利设计理念存在较大的差别；中国专利文献，其专利号为ZL200610018574. 7的《装载机铲刀刃用钢及其生产方法》和申请号为CN 201010224423. 3的《布氏硬度为430 470的铲刀刃用钢及其生产方法》虽然与本发明接近，但硬度级别不同，同时在上述两个发明的生产和使用过程中，钢板存在冷弯性能较差的问题，经分析与部分残余合金元素如Cu、As等偏高相关，因此在本专利中对残余元素如Cu 等进行了限定。综上所述，本专利采用转炉+真空处理+连铸+轧制的工艺流程进行一种铲刀刃钢的生产，钢板布氏硬度470 520，其生产成本较低、适用范围广，国内外尚无相同成果、 专利及相关报道
发明内容
本专利的目的是提供一种性价比高，厚度规格在10 60mm、布氏硬度 (HBW10mm/3000KN)为470 520，冷弯性能良好的铲刀刃用钢及其生产方法。为实现上述目的的技术措施一种布氏硬度为470 520铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为C 0. 26 0. 35 %，Si 彡 0. 20 0. 50 %, Mn 1. 0 1. 50 %, P ^ 0. 020 %, S ^ 0. 015 %, Cr
0.20 0. 70%，TiO. 020 0. 06%，Mo 彡 0. 35%，B 0. 0005 0. 0050%, Cu ^ 0. 3%, As ^ 0.018%,其余为！^及不可避免的杂质。其特征在于当厚度在10 30mm时，不添加Mo，当厚度在> 30 60mm时，其Mo 的重量百分比控制在0. 15 0.35%。生产一种布氏硬度为470 520铲刀刃用钢的方法，其步骤1)进行冶炼采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理及成分微调， 全流程保护浇注成化学成分及重量百分比为c 0.沈 0. 35%，Si彡0. 20 0. 50%，Mn
1.0 1. 50%, P 彡 0. 020%, S 彡 0. 015%, Cr 0. 20 0. 70%, Ti 0. 020 0. 06%, Mo ^ 0. 35%, B 0. 0005 0. 0050%, Cu ^ 0. 3%, As ^ 0. 018%，其余为 Fe 及不可避免的杂质的连铸坯；2)将连铸坯加热并在1230 1270°C下充分奥氏体化；3)进行初轧，其开轧温度控制在1150 1170°C，前三道次累计压下量控制在 45 60mm ；4)进行精轧，其开轧温度控制在< 960°C，终轧温度控制在，780 900°C，末三道次累计压下率35 42% ；5)待用。各元素在本发明中的作用及机理本发明碳元素含量为0. 26 0. 35% 碳元素是提高钢强度和硬度的最明显的元素。对耐磨钢而言，硬度是保证其耐磨性最好的性能指标。碳元素可提高钢的淬透性，使钢板经热处理后获得均质组织，来确保钢板的耐磨性能。因此，较高的碳含量是必不可少的。 但钢中碳含量太高容易造成钢材韧性下降，并导致钢材焊接性能差。实践证明，碳含量保持在0.30%左右，可使得钢保持一个较高的硬度，且可焊区较大。因此，为了保证钢板具有高的硬度、较好的韧性、优良的冷成型性和焊接性能，将碳含量限定在0. 26 0. 35%。本发明硅元素含量为0. 20 0. 50% 硅在钢中不形成碳化物，而以固溶体形式溶于铁素体和奥氏体，来提高钢的硬度和强度，其固溶强化作用很强。硅可使C曲线右移，提高钢的淬透性。但过高硅含量过高，则会引起面缩率下降，特别是冲击韧性下降较为明显， 同时对钢的焊接性也不利，因此钢中硅含量不应过高，本发明钢硅含量上限定为0. 20 0. 50%。本发明锰元素含量为1. 00 1. 50% 锰能与铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度；锰同时能很好的稳定奥氏体组织，进一步增强钢的淬透性；锰还可使钢在受到冲击而产生变形时，使钢材表面层得到强化而具有高的耐磨性；锰与硫形成熔点较高的MnS，可有效防止FeS的产生所导致的热脆现象。但锰含量太高会使得钢的晶粒容易粗化，也增强了钢的回火脆性敏感性。因此，添加的锰含量控制在为1. 00 1. 50%。本发明铬含量为0. 20 0. 70% 铬能显著增加钢的淬透性并有二次硬化作用，提高钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆。铬是缩小奥氏体相区的元素，是中强碳化物形成元素， 在钢中可以形成碳化物也可固溶于铁素体。铬还是提高钢淬透性的有效元素，使钢经淬火回火后具有良好的综合力学性能。但是加入Cr会提高钢的淬硬性，从而提高钢材对焊接冷裂纹的敏感性，所以Cr的含量控制在0. 20 0. 70%。本发明按照生产钢板的厚度的不同添加或不添加Mo元素钼是提高钢的强度、淬透性和回火稳定性的重要元素。钢中添加一定的Mo合金元素，可使钢获得优良的综合性能，其次，良好的淬透性是厚截面钢材获得优良综合性能的保证。钢中添加一定量Mo元素， 增加了过冷奥氏体的稳定性，推迟了珠光体、贝氏体转变，使C曲线右移，淬透性提高，并确保了钢的回火稳定性。所以按照厚度的不同，彡30mm钢板不添加Mo元素，> 30 60mm钢板Mo含量控制在0. 15 0.35%。本发明钛含量为0. 020 0. 060% 钛与氮、氧、碳具有极强的亲和力，是一种良好的脱氧去气剂和固定氮、氧的有效元素，在含硼钢的冶炼中是必不可少的。钛是强氮化物和强碳化物形成元素，钛的碳、氮化物能有效地钉扎奥氏体晶界，有助于控制奥氏体晶粒的长大，大大改善焊接热影响区的低温韧性。本发明硼含量为0.0005% 0.0050% 加入硼的目的主要是增加钢的淬透性，从而省去其他较稀有贵重的金属。硼是增强钢淬透性最有效的元素之一，但主要靠有效硼(即存在晶体间隙，而不与其他元素化合的硼)来实现。大量资料显示，当有效硼含量不高于0. 0030%时，其所起的淬透性效果最好，过多的硼会降低淬透性。因此，本发明硼含量定为0. 0005 0. 0030%。本发明要求P <0.020%和S <0.015%:磷在钢中具有容易造成偏析、恶化焊接性能、显著降低钢的低温冲击韧性、提高脆性转变温度等不利影响。硫易与锰结合生成MnS夹杂，硫还影响钢的低温冲击韧性。因此，本发明应尽量减少磷、硫元素对钢性能的不利影响， 通过对铁水进行深脱硫预处理、真空处理等手段，控制磷、硫含量，从而减轻其不利影响。本发明要求Cu彡0. 30%, As彡0. 018% 铜对钢的淬透性和固溶强化作用等与镍相似，但铜对钢的塑形不利，且铜在α的溶解度随温度下降而降低很多，其容易在钢材表面析出，导致钢板冷弯性能较差。As也是一种有害的残余元素，在炼钢过程中无法得到有效去除，其存在不利于钢板的冷弯性能。因此，本发明Cu彡0. 30%，As彡0. 018%。本发明与现有技术相比，其优点在于(1)成分简单，生产工艺稳定，可保证高的生产效率；( 钢板热轧态时机械加工性能良好，可保证工厂加工效率，热处理后性能优异，强度和硬度高，耐磨性好，可满足铲刀刃板使用要求；C3)焊接性能好，调质钢板可在不预热时直接焊接，接头性能满足铲刀刃板使用要求；(4)按照厚度的不同对贵重合金如Mo 的添加进行了限定，在保证经济性的同时，确保了钢板的性能；( 对钢中残余元素Cu进行了限定，以保证钢板的冷弯性能即冲击韧性。
具体实施例方式本发明实施例钢成分见表1，其生产工艺按照以下步骤进行1)进行冶炼采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理及成分微调， 全流程保护浇注成化学成分及重量百分比为c 0.沈 0. 35%，Si彡0. 20 0. 50%，Mn 1. 0 1. 50%, P 彡 0. 020%, S 彡 0. 015%, Cr 0. 20 0. 70%, Ti 0. 020 0. 06%, Mo ^ 0. 35%, B 0. 0005 0. 0050%, Cu ^ 0. 3%, As ^ 0. 018%，其余为 Fe 及不可避免的杂质的连铸坯；2)将连铸坯加热并在1230 1270°C下充分奥氏体化；3)进行初轧，其开轧温度控制在1150 1170°C，前三道次累计压下量控制在 45 60mm ；4)进行精轧，其开轧温度控制在< 960°C，终轧温度控制在，780 900°C，末三道次累计压下率35 42% ；5)待用。其主要的轧制工艺参数见表2。本发明产品性能试验条件对钢板进行热处理，热处理工艺为淬火910士20°C，保温时间为2. Omin/mm,以彡20°C /s的冷却速度将钢板用水冷却至Ms转变点以下；低温回火200士30°C，保温时间为4. Omin/mm,空冷至室温，钢板性能试验结果见表3和表4。表1本发明各实施例化学成分(Wt% )
权利要求
1.一种布氏硬度为470 520铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为C 0. 0. 35%, Si 彡 0. 20 0. 50%, Mn 1. 0 1. 50%, P 彡 0. 020%, S 彡 0. 015%, Cr 0. 20 0. 70 %, Ti 0. 020 0. 06 %, Mo 彡 0. 35 %, B 0. 0005 0. 0050 %, Cu ^ 0. 3 %, As ^ 0. 018%，其余为！^及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的一种布氏硬度为470 520铲刀刃用钢，其特征在于当厚度在10 30mm时，不添加Mo，当厚度在> 30 60mm时，其Mo的重量百分比控制在0. 15 0. 35%。
3.生产权利要求1所述的一种布氏硬度为470 520铲刀刃用钢的方法，其步骤1)进行冶炼采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理及成分微调，全流程保护浇注成化学成分及重量百分比为C 0.洸 0. ；35%，Si彡0. 20 0. 50%，Mn 1. 0 1.50%,P^O. 020%,S^0. 015%,Cr 0. 20 0. 70%，Ti 0. 020 0. 06%，Mo 彡 0. 35%， B 0. 0005 0. 0050%,Cu ^ 0. 3%,As ^ 0. 018%，其余为!^e及不可避免的杂质的连铸坯；2)将连铸坯加热并在1230 1270°C下充分奥氏体化；3)进行初轧，其开轧温度控制在1150 1170°C，前三道次累计压下量控制在45 60mm ；4)进行精轧，其开轧温度控制在<960°C，终轧温度控制在，780 900°C，末三道次累计压下率；35 42% ；5)待用。
全文摘要
本发明涉及布氏硬度为470～520的装载机和挖掘机铲刀刃用钢及生产方法。其化学成分及重量百分比为C 0.26～0.35％，Si≤0.20～0.50％，Mn 1.0～1.50％，P≤0.020％，S≤0.015％，Cr 0.20～0.70％，Ti 0.020～0.06％，Mo≤0.35％，B 0.0005～0.0050％，Cu≤0.3％，As≤0.018％，其余为Fe及不可避免的杂质。生产步骤进行铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空处理，全流程保护浇注成连铸坯；连铸坯加热；初轧；精轧；待用。本发明成分简单，工艺稳定，力学性能优异，性价比高，焊接性能好，调质钢板可在不预热时直接焊接，且冷弯性能好。
文档编号B21B37/58GK102337467SQ20111032620
公开日2012年2月1日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者严翔, 付勇涛, 刘武群, 官计生, 尹云洋, 朱丛茂, 王玉涛, 陈叶清, 陈玮 申请人:武汉钢铁(集团)公司