一种低碳低合金耐磨钢及其生产方法

专利名称：一种低碳低合金耐磨钢及其生产方法
技术领域：
本发明属于金属材料技术领域，特别涉及到一种低碳低合金耐磨用钢及其生产 技术方法。
背景技术：
在科学技术和现代工业高速发展的今天，机械设备的运转速度越来越高，许多 工件和设备由于磨损而迅速失效，造成的材料浪费和经济损失相当惊人，耐磨材料的发 展已成为影响现代生产效率的重要因素。耐磨钢广泛地应用于冶金、矿山、建材、电 力、铁路和军事等各个部门中，如挖掘机斗齿、球磨机衬板、破碎机颚板、破碎壁、轧 臼壁、拖拉机履带板、风扇磨冲击板和铁路道岔等等。目前生产的耐磨钢综合性能较低，如较早的高锰耐磨钢，需要在强烈的冲击载 荷或挤压载荷下受力表面被加工硬化，硬度提高才具有较好的耐磨性，其使用范围较 窄；一些低合金耐磨钢因为碳当量较高而不利于焊接使用，或者贵金属合金含量较高而 增加成本，而且还存在生产能耗过大等问题，如以下几个专利武汉钢铁集团公司申请的名为“高抗拉强度的耐冲刷磨蚀钢及其生产方法”， 专利号为CN 101381847A，提供一种抗拉强度为800Mpa左右的耐磨钢，含有Crl.0% 6.5%, Nb0.08% 0.28%，使其成本较高；而且其1200°C左右的开轧温度，导致其奥氏 体晶粒过分长大且能源消耗较多。南京钢铁股份有限公司申请的名为“一种无碳化物贝氏体耐磨钢板及其生产 方法”，专利号为CN101338399，提供一种高强度高韧性的贝氏体耐磨钢，抗拉强度为 IlOOMpa左右，硬度HB为330左右，但其含有Cr0.60% 1.00%使其成本较高，且不含 Ni，这种成分特点将降低钢的焊接性能和低温韧性。日本NKK公司发明的“An abrasion resistant steel”欧洲专利，专利号为EP 0527276，该钢同时申请了 "Abrasion-resistant steel"美国专利，专利号为 US 5403410， 该钢具有硬度值HB最大为503，抗拉强度约为1230MPa，因此具有优异的耐磨性能。 但是该专利实施例中HB > 300级别耐磨钢的碳含量为0.19% 0.34%，典型成分为 0.30%,将导致钢材的冲击韧性和焊接性降低；而且该钢含有较高的CrO.55% 1.02%， 典型成分为0.99%，增加炼钢成本，而且该钢采取淬火工艺生产，未经回火工艺将限制 其韧性和实际中的使用温度。美国Armco公司申请的名为 “Galling and wear resistant steel alloy” 的美国专利，
专利号为US 4494988，该钢HRC达到45左右，具有较好的耐磨性。但该钢含有较高的 合金含量Cr4% 6%，Ni4% 6%，必将提高炼钢成本；而且该钢含有0.07%的P，将 导致钢材的韧性下降，不利于加工和焊接。由以上对比专利可知，目前可用于机械设备等构件的耐磨钢存在如下不足1、碳、铬含量较高，降低钢的韧性，且不利于焊接；2、含有较高的Cr、Mo等合金元素，生产成本较高；
3、生产工艺能 耗大、成本高，生产节奏较低。

发明内容
基于上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种成分设计合理、工艺简 单、具有低碳低合金元素、高耐磨性和易焊接性的耐磨钢板及其生产方法，钢板的屈服 强度可达1250MPa，抗拉强度可达1440MPa，布氏硬度HB > 400。本发明以较低的C含量和较低的合金含量、低温回火为基本特征，在本发明 中，其化学成分的含量(wt% ) CO.13% 0.17%、SiO.35% 0.50%、Mnl.05 % 1.25%, P<0.020%, S<0.010%, NiO.25% 0.35%、Cr0.40% 0.50%、Mo0.30% 0.40%、Nb0.03 % ~ 0.05 V0.04 % 0.06 %、 TiO.Ol % ~ 0.025 B < 0.003 A1S0.005% 0.04%，其余为Fe以及不可避免的杂质。本发明所以选择以上合金元素种 类及其含量是因为C:是影响低合金耐磨钢组织性能的关键元素，其变化幅度很大， 碳含量不同可获得硬度和韧性的不同匹配关系，也是提高钢材硬度最便宜最直接的元 素，但是高碳合金硬度高而韧性不足，也不利于结构件的焊接，低碳合金韧性较高而硬 度偏低，本发明确定最适合的碳含量0.13% 0.17%; Si硅是炼钢脱氧的必要元素，具 有一定固溶强化的作用。也能抑制第一类回火脆性，改善马氏体的回火稳定性，提高回 火温度，获得较好性能，本发明硅的含量范围为0.35% 0.50% ； Mn锰是提高强度和 韧性的主要元素，能显著提高钢淬透性的元素，成本十分低廉，是主要添加元素，但Mn 过高会使钢的延展性降低，本发明的含量限定在1.05% 1.25% ； Al铝是脱氧元素， 可以作为AlN形成元素，有效地细化晶粒，为了达到很好的脱氧效果本发明的Al含量的 范围为A10.005% 0.04% ； Ni:对钢的强度贡献较小，但钢中添加适当的Ni能显著改 善钢的韧性，尤其是能显著提高钢的低温韧性，但含量超过一定值后效果就不再明显， 故本发明中，Ni的含量控制在0.25% 0.35% ； Cr能扩大铁素体区，提高淬火硬化、耐 蚀性的优点，但过高的Cr对韧性造成损害，故本发明中加入Cr含量为0.40% 0.50%; Mo有提高硬度和耐磨性的作用，同时具有不降低钢的低温冲击功的优点，但含量过高会 导致钢的脆化，本发明中的Mo含量为0.30% 0.40%; Nb、V、Ti在钢中形成碳化物， 能提高屈服强度、抗拉强度和硬度，但会使冲击功下降，所以一般不超过0.1%，本发明 中含量分别为NbO.03% 0.05%、V0.04% 0.06%、TiO.Ol% 0.025% ； B能提高钢材 的淬透性，但会降低钢材的冲击功，本发明的BS0.003% ；钢中杂质元素PS0.020%， S<0.010%,以减少杂质元素的有害作用。以上是添加各种元素的含量范围以及作用，本发明生产布氏硬度大于HB >400 的耐磨用钢所用的生产工艺特征如下生产工艺流程铁水预处理-转炉冶炼-炉外精炼(LF)-真空处理(VD或 RH)-微Ti处理-板坯连铸(电磁搅拌)-原料验收_加热_轧制_矫直_堆垛缓冷_淬 火-回火-取样检验_切割_喷印标记_检查-入库。炼钢工艺特征采取转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，进行深脱碳，采用 RH或VD真空炉处理以及LF处理，降低有害气体O、H、N等以及S的有害作用；进 行微合金化，出钢前加入钒铁，其加入量为1 1.5公斤/吨钢(含钒50%)，然后采用 电磁搅拌技术进行连铸。
轧制工艺特征轧前的加热温度控制在1150 1200°C以保证细小的奥氏体晶 粒，保温90 120分钟，轧后起到细化晶粒的作用。板坯开轧温度控制在1100士50°C， 终轧温度大于900°C，空冷到室温。热处理制度淬火温度控制在930士 10°C，保温时间2-2.5min/mm，回火温度 300士 10°C，保温时间4.5-5.5min/mm，最后得到回火马氏体组织。按上述方案生产的耐磨钢具有以下有益效果1、具有较高的强度和硬度，屈服强度波动范围为1200 1250MPa，抗拉强度 波动范围为1370 1440MPa，布氏硬度HB > 400 ；2、具有良好的冲击韧性，常温冲击功大于20J，适用于大部分机械构件；3、具有较低的碳含量(C <0.17%)，保证其良好的焊接性；具有较低的铬、钼 含量(Cr <0.50%，Mo < 0.40%)，有效的控制了成本。
具体实施例方式本发明的化学成分及生产工艺，其钢的化学成分如表1，本发明的实际工艺参数 如表2，本发明的实物性能检验结果如表3。表1钢的化学成分，(wt， % )
权利要求
1.一种低碳低合金耐磨钢，其特征在于钢的化学成分的重量百分比为CO.13% 0.17%, Si 0.35% 0.50%、Mn 1.05% 1.25%、P<0.020%, S<0.010%, Ni 0.25% 0.35%, Cr 0.40% ~ 0.50%, Mo 0.30 % ~ 0.40%, Nb 0.03 % ~ 0.05%, V 0.04 % ~ 0.06%, Ti 0.01% 0.025%、B<0.003%, Als 0.005% 0.04%，其余为 Fe 以及不可避免的杂质。
2.—种用于权利要求1所述低碳低合金耐磨钢的生产方法，主要包括转炉冶炼、炉外 精炼、真空处理、微Ti处理、板坯连铸、加热、轧制、矫直、堆垛缓冷、淬火、回火， 其特征在于采取转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，进行深脱碳，采用RH或VD真空炉处理 以及LF处理，进行微合金化，出钢前加入钒铁，其加入量为1 1.5公斤/吨钢，含钒 50%,然后采用电磁搅拌技术进行连铸；轧前加热温度控制在1150 120(TC，保温90 120分钟，板坯开轧温度控制在 1100士50°C，终轧温度大于900°C，空冷到室温；淬火温度控制在930士 10°C，保温时间2-2.5min/mm，回火温度300士 10°C，保温时 间 4.5_5.5min/mm。
全文摘要
本发明公开了一种低碳低合金耐磨钢及其生产方法，钢的化学成分的重量百分比为C0.13％～0.17％、Si0.35％～0.50％、Mn1.05％～1.25％、P≤0.020％、S≤0.010％、Ni0.25％～0.35％、Cr0.40％～0.50％、Mo0.30％～0.40％、Nb0.03％～0.05％、V0.04％～0.06％、Ti0.01％～0.025％、B≤0.003％、Als0.005％～0.04％，其余为Fe及不可避免的杂质。生产方法主要包括轧前的加热温度控制在1150～1200℃，保温90～120分钟，板坯开轧温度控制在1100±50℃，终轧温度大于900℃，空冷到室温；淬火温度控制在930±10℃，保温2-2.5min/mm，回火温度300±10℃，保温4.5-5.5min/mm。本发明屈服强度波动范围为1200～1250MPa，抗拉强度波动范围为1370～1440MPa，布氏硬度HB＞400；常温冲击功大于20J，具有良好的焊接性。
文档编号C22C38/50GK102021492SQ20091018745
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月15日 优先权日2009年9月15日
发明者曹忠孝, 李云, 李文斌, 李阳, 杨静, 王 华, 苏红英, 韩鹏, 马玉璞 申请人:鞍钢股份有限公司