专利名称：布氏硬度为430～470的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430 470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铲斗底板的制造，其性能直接决定着铲斗的 寿命，是工程机械行业最重要且用量较大钢铁材料之一，必须具备以下使用特点(1)良好的综合机械性能高的硬度和耐磨性，减少铲斗铲地时铲刀刃板的磨损； 较高的韧性，防止钢板变形和断裂。(2)良好的焊接性能铲刀刃板焊接在铲斗底部，焊接部位是钢板受力区，因此钢 板必须具备一定的焊接性能。(3)良好的机械加工性能钢板易于切割、弯曲等机械加工处理，可以有效提高工 厂机械加工效率。目前国内外用于挖掘机和装载机铲刀刃制作的钢种很多，但一般可分为三种类 型第一种是耐磨钢如匪360系列或卡特皮勒公司认可的1E0921系列，虽然耐磨性较好， 但由于钢中添加合金元素较多，生产成本较高，且钢板机械加工性能较差，工厂加工效率很 低；第二种是Q345、45#钢等普通钢，虽然成本低、机械加工性能好，但钢件耐磨性较差，所 制得铲斗使用寿命很短；第三种是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。在这三种类型钢种中，第三种由于成本较低，钢板综合性能优良，焊接性好，热轧 态时易于加工，得到了较为广泛的应用。目前国内外相关钢厂对此进行了相关研究，如日 本、舞钢、武钢、重钢等，获得了较多的专利，但基本都为针对生产厂的装备、技术特点来进 行，且研制钢板的强度级别、适用范围都不一致。本发明采用转炉+真空处理+连铸+轧制 的工艺流程进行一种铲刀刃钢的生产，钢板布氏硬度为430 470，其生产成本较低、适用 范围广。
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(HBW 10mm/3000KN)为430 470的装载机和挖掘机铲刀刃板用钢及其生产方法。实现上述目的技术措施布氏硬度为430 470的装载机和挖掘机铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分 比为C0. 24 0. 32 %，Si ^ 0. 50 %, Mn 0. 50 1. 50 %，P 彡 0. 020 %，S^O. 015%, Cr 0. 20 0. 70 %，A10. 041 0. 070 %, Ti 0. 010 0. 100 %，B 0. 0005 0. 0050 %， Cu ^ 0. 003%, As ^ 0. 02%，其余为 Fe 及不可避免的杂质；Cu+As <0.04%。生产布氏硬度为430 470的装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤
1)将化学成分及重量百分比为C 0. 24 0. 32%，Si彡0. 50%，Mn 0. 50 1. 50%,P ^ 0. 020%, S ^ 0. 015%,Cr 0. 20 0. 70%，Al 0. 041 0. 070%，Ti 0. 010 0. 100%, B 0. 0005 0. 0050%, Cu ^ 0. 003%, As ^ 0. 02%,其余为 Fe 及不可避免的杂
质的钢水采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流程保护浇注成连铸坯；2)将连铸坯加热并在1250°C充分奥氏体化；3)进行初轧，其开轧温度控制在1100 < 1150°C、累计道次压下率控制在60 75% ；4)进行精轧，其开轧温度控制在940 980°C、终轧温度控制在810 890°C，最后 三道次累计压下率30 45% ；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. 24 0. 32% 对耐磨钢而言，硬度是保证其耐磨性最好的 性能指标。选用较高碳含量，并经热处理后获得马氏体组织，是提高钢板耐磨性能简而易行 的方法。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. 24 0. 32%。本发明硅元素含量为< 0. 50% 硅能溶于铁素体和奥氏体，以固溶强化的形式来 提高钢的硬度和强度，固溶强化作用很强。硅可使C曲线右移，提高钢的淬透性。同时，也 是钢中的脱氧元素。但如果钢中硅含量过高，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. 50%。本发明锰元素含量为0. 50 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0. 50 1. 50%。本发明钛含量为0. 010 0. 100% 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。本发明铝含量为0.041% 0.070%:其用作脱氧剂以保证钛、硼的收得率外，更主 要的作用是在此范围内能使钢板获得良好的强度及韧性。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% O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。本发明控制Cu 彡0. 003%、As彡0. 02%，且Cu+As彡0. 04%，其目的就是保证钢 板的成型性，易于加工，提高加工效率。当Cu及As的总量超过0.04%时，则对钢板的性能 不利，故进行了限定。本发明其优点在于(1)成分简单，生产工艺稳定，力学性能优异，性价比高；(2) 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；(3)钢板 热轧态时机械加工性能良好，可保证用户加工效率。
具体实施例方式实施例1生产IOmm厚的装载机铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为C 0. 25%, Si 0. 35%, Mn 1. 40%, Cr 0. 57%, Ti 0. 05%, Al 0. 041%, B 0. 0035%, P 0. 013%, S 0. 004%, As 0. 02%, Cu 0. 02%，其余为Fe及不可避免的杂质。生产布氏硬度为430 470的装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤1)将化学成分及重量百分比为C 0. 25%, Si 0. 35%, Mn 1. 40%, Cr 0. 57%, Ti 0. 05%,Al 0. 041%,B 0. 0035%,P 0. 013%,S 0. 004%,As 0. 02%,Cu 0.02%，其余为 Fe 及不可避免的杂质的钢水采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流程保护 浇注成连铸坯；2)将连铸坯加热并在1250°C充分奥氏体化；3)进行初轧，其开轧温度控制在1100 1105°C、累计道次压下率控制在61% ；4)进行精轧，其开轧温度控制在940 945°C、终轧温度控制在810 815°C，最后 三道次累计压下率30 31% ；5)待用。实施例2生产15mm厚的装载机铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为C 0. 28%, Si 0. 37%, Mn 1. 35%, Cr 0. 50%, Ti 0. 08%, Al 0. 046%, B 0. 0005%, P 0. 015%, S 0. 005%, As 0. 015%, Cu 0. 023%，其余为Fe及不可避免的杂质。生产布氏硬度为430 470的装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤1)将化学成分及重量百分比为C 0. 28%, Si 0. 37%, Mn 1. 35%, Cr 0. 50%, Ti 0. 08%, Al 0. 046%, B 0. 0005%, P 0. 015%, S 0. 005%, As 0. 015%, Cu 0. 023%，其余 为Fe及不可避免的杂质的钢水采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流 程保护浇注成连铸坯；
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2)将连铸坯加热并在1250°C充分奥氏体化；3)进行初轧，其开轧温度控制在1105 1110°C、累计道次压下率控制在64% ；4)进行精轧，其开轧温度控制在945 950°C、终轧温度控制在815 820°C，最后 三道次累计压下率32 33% ；5)待用。实施例3生产20mm厚的装载机铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为C 0. 28%, Si 0. 40%, Mn 1. 20%, Cr 0. 54%, Ti 0. 06%, Al 0. 0495%, B 0. 0009%, P 0. 014%, S 0. 006%, As 0. 013%, Cu 0. 025%，其余为Fe及不可避免的杂质。生产布氏硬度为430 470的装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤1)将化学成分及重量百分比为C 0. 28%, Si 0. 40%, Mn 1. 20%, Cr 0. 54%, Ti 0. 06%, Al 0. 0495%, B 0. 0009%, P 0. 014%, S 0. 006%, As 0. 013%, Cu 0.025%，其余 为Fe及不可避免的杂质的杂质的钢水采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处 理，全流程保护浇注成连铸坯；2)将连铸坯加热并在1250°C充分奥氏体化；3)进行初轧，其开轧温度控制在1115 1120°C、累计道次压下率控制在69% ；4)进行精轧，其开轧温度控制在955 960°C、终轧温度控制在825 830°C，最后 三道次累计压下率35% ；5)待用。实施例4生产30mm厚的装载机铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为C 0. 30%, Si 0. 47%, Mn 1. 40%, Cr 0. 60%, Ti 0. 08%, Al 0. 052%, B 0. 003%, P 0. 012%, S 0. 004%, As 0. 010%, Cu 0. 029%，其余为Fe及不可避免的杂质。生产布氏硬度为430 470的装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤1)将化学成分及重量百分比为生产30mm厚的装载机铲刀刃用钢，其化学成分及 重量百分比为c 0. 30%, Si 0. 47%, Mn 1. 40%, Cr 0. 60%, Ti 0. 08%, Al 0. 052%, B 0. 003%, P 0.012%, S 0. 004%, As 0. 010%, Cu 0. 029%，其余为 Fe 及不可避免的杂质的 钢水采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流程保护浇注成连铸坯；2)将连铸坯加热并在1250°C充分奥氏体化；3)进行初轧，其开轧温度控制在1120 1125°C、累计道次压下率控制在70% ；4)进行精轧，其开轧温度控制在960 965°C、终轧温度控制在835 840°C，最后 三道次累计压下率39% ；5)待用。实施例5生产35mm厚的装载机铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为C 0. 30%, Si 0. 45%,Mn 1. 45%, Cr 0. 60%, Ti 0. 06%, A10. 055%, B 0. 003%,P 0. 011%, S 0. 004%, As 0.011%, Cu 0.019%，其余为Fe及不可避免的杂质。生产布氏硬度为430 470的装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤1)将化学成分及重量百分比为C 0. 30%, Si 0. 45%, Mn 1. 45%, Cr 0. 60%, Ti0. 06%,A10. 055%,B 0. 003%,P 0. 011%,S 0. 004%,As 0. 011%,Cu 0.019%，其余为 Fe
及不可避免的杂质的钢水采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流程保护 浇注成连铸坯；2)将连铸坯加热并在1250°C充分奥氏体化；3)进行初轧，其开轧温度控制在1130 1135°C、累计道次压下率控制在70% ；4)进行精轧，其开轧温度控制在970 975°C、终轧温度控制在840 845°C，最后 三道次累计压下率37% ；5)待用。实施例6生产40mm厚的装载机铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为C 0. 30%, Si 0. 48%, Mn 1. 35%, Cr 0. 45%, Ti 0. 08%, Al 0. 059%, B 0. 002%, P 0. 015%, S 0. 005%, As 0. 009%, Cu 0. 017%，其余为Fe及不可避免的杂质。生产布氏硬度为430 470的装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤1)将化学成分及重量百分比为C 0. 30%, Si 0. 48%, Mn 1. 35%, Cr 0. 45%, Ti 0. 08%,A10. 059%,B 0. 002%,P 0. 015%,S 0. 005%,As 0. 009%,Cu 0.017%，其余为 Fe 及不可避免的杂质的钢水采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流程保护 浇注成连铸坯；2)将连铸坯加热并在1250°C充分奥氏体化；3)进行初轧，其开轧温度控制在1130 1135°C、累计道次压下率控制在65% ；4)进行精轧，其开轧温度控制在975 980°C、终轧温度控制在875 880°C，最后 三道次累计压下率37% ；5)待用。实施例7生产50mm厚的装载机铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为C 0. 30%, Si 0. 45%,Mn 1. 5%,Cr 0. 68%,Ti 0. 09%,Al 0. 065%,B 0. 003%,P 0. 014%, S 0. 005%, As 0. 0012%, Cu 0.016%，其余为Fe及不可避免的杂质。生产布氏硬度为430 470的装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤1)将化学成分及重量百分比为C 0. 30%, Si 0. 45%, Mn 1. 5%, Cr 0. 68%, Ti 0. 09%, Al 0. 065%, B 0. 003%, P 0. 014%, S 0. 005%, As 0. 0012%, Cu 0. 016%，其余
为Fe及不可避免的杂质的钢水采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流 程保护浇注成连铸坯；2)将连铸坯加热并在1250°C充分奥氏体化；3)进行初轧，其开轧温度控制在1130 1135°C、累计道次压下率控制在66% ；4)进行精轧，其开轧温度控制在960 965°C、终轧温度控制在875 880°C，最后 三道次累计压下率35% ；5)待用。实施例8生产60mm厚的装载机铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为C 0. 32%, Si 0. 5%, Mn 1. 5%, Cr 0. 70%, Ti 0. 09%, Al 0. 07%, B 0. 005%, P 0. 011%, S 0. 004%,As 0. 0010%, Cu 0.012%，其余为Fe及不可避免的杂质。生产布氏硬度为430 470的装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤1)将化学成分及重量百分比为C 0. 32%, Si 0. 5%, Mn 1. 5%, Cr 0. 70%, Ti 0. 09%, Al 0. 07%, B 0. 005%, P 0. 011%, S 0. 004%, As 0. 0010%, Cu 0.012%，其余为
Fe及不可避免的杂质的钢水采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流程 保护浇注成连铸坯；2)将连铸坯加热并在1250°C充分奥氏体化；3)进行初轧，其开轧温度控制在1135 1140°C、累计道次压下率控制在75% ；4)进行精轧，其开轧温度控制在960 965°C、终轧温度控制在885 890°C，最后 三道次累计压下率35% ；5)待用。在氧气顶底复吹转炉上冶炼了 8炉本发明钢，经RH真空处理及全流程保护性 连续浇注。将钢坯加热到1250°C充分奥氏体化后出炉轧制。随对钢板热处理即淬火 920士 10°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210士 10°C及时间为3. Omin/mm，空冷至室温。钢板性能见表1和表2。表1本发明钢的拉力及硬度试验结果 表2本发明钢在不同温度下冲击韧性试验结果
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权利要求
布氏硬度为430～470的装载机和挖掘机铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为C0.24～0.32％，Si≤0.50％，Mn 0.50～1.50％，P≤0.020％，S≤0.015％，Cr 0.20～0.70％，Al 0.041～0.070％，Ti 0.010～0.100％，B 0.0005～0.0050％，Cu≤0.003％，As≤0.02％，其余为Fe及不可避免的杂质；Cu+As≤0.04％。
2.生产权利要求1所述布氏硬度为430 470的装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法， 其步骤1)将化学成分及重量百分比为C0. 24 0. 32%，Si彡0. 50%，Mn 0. 50 1. 50%， P^O. 020%,S^O. 015%,Cr 0. 20 0. 70%，Al 0. 041 0. 070%，Ti 0.010 0. 100%, B 0. 0005 0. 0050%,Cu ^ 0. 003%,As ^ 0. 02%,其余为Fe及不可避免的杂质钢水采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流程保护浇注成连铸坯；2)将连铸坯加热并在1250°C充分奥氏体化；3)进行初轧，其开轧温度控制在1100 <1150°C、累计道次压下率控制在60 75%;4)进行精轧，其开轧温度控制在940 980°C、终轧温度控制在810 890°C，最后三道 次累计压下率30 45% ；5)待用。
全文摘要
本发明涉及布氏硬度为430～470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 0.24～0.32％，Si≤0.50％，Mn 0.50～1.50％，P≤0.020％，S≤0.015％，Cr 0.20～0.70％，Al 0.041～0.070％，Ti 0.010～0.100％，B 0.0005～0.0050％，Cu≤0.003％，As≤0.02％；Cu+As≤0.04％。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。
文档编号C22C38/32GK101880830SQ20101022442
公开日2010年11月10日 申请日期2010年7月9日 优先权日2010年7月9日
发明者严翔, 付勇涛, 刘武群, 曹修悌, 朱丛茂, 朱玉秀, 王玉涛, 罗国华, 范植金, 陈叶清, 陈玮, 陈颜堂 申请人:武汉钢铁(集团)公司