一种在线淬火生产Nb合金化高强度耐磨钢板的方法

文档序号:3309293阅读:102来源:国知局
一种在线淬火生产Nb合金化高强度耐磨钢板的方法
【专利摘要】本发明属于耐磨钢板生产【技术领域】,特别涉及了一种在线淬火生产Nb合金化NM500高强度耐磨钢板的方法,通过冶炼、浇铸、轧制、在线淬火和回火的步骤制造,所述的耐磨钢板含有下列质量百分比的化学成分:C:0.25-0.45%,Si:0.2-1.0%,Mn:1-2%,P:≤0.03%,S:≤0.03%,Cr:0.5-1.0%,Ti:0.01-0.03%,B:0.0005-0.002%,Nb:0.02-0.04%,其余为Fe和不可避免的杂质。本发明的低合金耐磨钢成本低、强度高、流程短、能耗少,可以应用于工程机械、采矿设备以及运输机械装置等。
【专利说明】一种在线淬火生产Nb合金化高强度耐磨钢板的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于耐磨钢生产【技术领域】,特别涉及一种通过在线淬火生产Nb合金化NM500耐磨钢板的方法。
【背景技术】
[0002]耐磨钢是广泛应用于各类磨损工况的一类钢铁材料,如冶金、矿山、建材、电力、铁路和军事等各个领域中,重点部件包括挖掘机斗齿、球磨机衬板、破碎机颚板、轧白壁和拖拉机履带板等等。随着机械设备向着大功率、高速度方向发展,以及机械设备在苛刻工矿下的应用,使得机械零件的磨损越来越严重,不仅维修费用增大,而且甚至是整个机械设备丧失功能,发展高级别耐磨钢是一个重要发展趋势。
[0003]通过增加碳含量及钥、镍等贵重合金元素的含量,虽然提高了耐磨钢的硬度级别,但是对耐磨钢的焊接性能和低温韧性容易造成不利的影响,并且提高了生产成本。研究表明,加入少量Nb元素,在细晶强化和析出强化的综合作用下,能够同时提高低碳钢的强度和韧性,同时Nb元素能够有效地提高淬透性,Nb元素的这些特性对提高耐磨钢的性能有重
要意义。
[0004]现有技术中关于耐磨钢的生产方式介绍,如CN102943213A、CN103114252A、CN103243277A、CN103266269A、公开的成分中主要使用Mo或者Ni元素,而未添加Nb元素。CN102230135A中虽然未使用Mo、Ni元素,但也未加Nb元素。CN102676922A中则采用Mo、N1、Nb复合添加的成分设计。单独添加Nb元素的方法比较少见。
[0005]综上,现有耐磨钢技术并未采用Nb合金化的思路去提高耐磨钢的性能,而主要添加Mo、Ni等贵重元素,因此生产成本较高。

【发明内容】

[0006]本发明的目的在于提供含Nb耐磨钢的生产方法,通过合理的成分设计以及轧制和热处理工艺,获得低成本、高性能、能耗少的耐磨钢。
[0007]本发明的工艺步骤如下:
[0008]一种在线淬火方式生产低成本高强度含Nb耐磨钢,通过冶炼、浇铸、轧制、在线淬火和回火的步骤制造,具体制备步骤如下:
[0009]1、冶炼和浇铸:以下化学成分按质量百分比进行熔炼并浇铸成铸锭:C:0.25-0.45%, Si:0.2-1.0%, Mn:l~2%, P:≤ 0.03%, S:≤ 0.03%, Cr:0.5-1.0%, Ti:0.01-0.03%, B:0.0005-0.002%, Nb:0.02-0.04%,其余为 Fe 和不可避免的杂质。
[0010]2、轧制:对铸坯进行轧前加热,加热温度为1100-1300°C,加热时间为1_3小时。采用两阶段控轧,粗轧开轧温度在1000-110(TC,粗轧累计压下率不小于40%,精轧开轧温度为950-1050°C,终轧温度在800-900°C,其中精轧累计压下率至少50%。
[0011]3、在线淬火:将轧制后的钢板直接淬火,开冷温度为800-900°C,终冷温度低于150°C,冷却速率不低于20°C /s,然后空冷至室温。[0012]4、回火:将在线淬火后的钢析加热到100-300°C,保温0.5_2h,然后空冷至室温,得到Nb合金化匪500耐磨钢板。
[0013]所述耐磨钢板的力学性能范围为:抗拉强度1700_2200MPa,断后伸长率不小于10%,-20°c冲击功不低于30J,表层布氏硬度不小于HBW520。
[0014]所述耐磨钢使用状态的组织为:具有细小弥散碳氮化铌钛粒子和过渡碳化物分布的回火马氏体。
[0015]精轧后的钢板厚度为10-20mm。
[0016]本发明中,耐磨钢的化学成分含量及主要作用如下:
[0017]碳(C):碳是影响耐磨钢各项性能的主导元素,也是提高强度最廉价的元素。增加碳含量,能够显著提高钢的强度、硬度以及淬透性,但是碳含量的增加会影响钢的韧性和焊接性能。因此综合考虑,本研究中碳含量设定在0.25%-0.45%。
[0018]硅(Si):硅对提高钢的强度、冷加工硬化程度以及抑制碳化物的形成有一定的影响,但是过量的硅使钢变脆,并且使焊接性能恶化。因此本发明中硅含量在0.2-1.0%之间。
[0019]锰(Mn):锰的固溶强化作用对耐磨钢的强度和硬度很重要的作用,一定量的锰能够与硫结合,改善钢的热加工性能,锰含量过高会引起偏析,因此本发明中,锰含量控制在1_2%之间。
[0020]铬(Cr):铬能够显著 提高钢的淬透性和耐磨性,一定量的铬元素提高钢的耐蚀性能,本发明中,铬含量在Cr:0.5-1.0%之间。
[0021]钛(Ti):钛元素主要起“固氮护硼”作用,通过钛元素与氮元素优先形成氮化钛,保护硼元素。除此之外,铌钛复合的细小析出物,有利于提高钢的强度,本发明中,钛元素的含量在小于0.03%。
[0022]硼⑶:微量的硼元素在低、中结构钢中对提高产品的淬透性有显著作用,但是一般情况下硼含量的质量分数小于0.004%。当硼含量大于0.004%时会强烈的降低钢的韧性。因此本发明中B含量小于0.002%。
[0023]铌(Nb):铌是本发明中非常重要的元素。铌能够明显提高钢的淬透性,有利于获得马氏体组织。同时铌在晶界处偏聚抑制了加热过程中奥氏体晶粒的长大,获得了较小的原始奥氏体晶粒,另一方面在轧制过程中由于形变诱导作用,析出弥散分布的细小含铌析出物,在细晶强化和析出强化的综合作用下,能够同时提高耐磨钢的强度和韧性。
[0024]本发明具有如下优点:
[0025](I)本发明钢的化学成分设计不含Mo、Ni等贵重元素,通过加入少量Nb元素,在提高淬透性的同时,通过细晶强化和析出强化作用提高了耐磨钢的强度和韧性,实现具有低成本、高性能的耐磨钢。
[0026](2)本发明中采用直接淬火工艺,避免了传统淬火工艺中的再加热过程中,缩短了生产流程,节约了能源,提高了生产效率,另一方面,采用在线淬火工艺,保留了轧制钢中的位错和缺陷,进一步提高了耐磨钢的强度和硬度。
【专利附图】

【附图说明】
[0027]图1是本发明第一实施例的低成本高强度含Nb耐磨钢板的扫描组织图。
[0028]图2是本发明第二实施例的低成本高强度含Nb耐磨钢板的扫描组织图。[0029]图3是本发明第一实施例的低成本高强度含Nb耐磨钢板回火后的析出粒子。
【具体实施方式】
[0030]实施例1
[0031]Nb合金化NM500高强度耐磨钢板,厚度12mm:
[0032]本实施例的Nb合金化匪500高强度耐磨钢板的化学成分按质量百分比为:C:
0.32%, Si:0.33%, Mn:1.5%, P:0.027%, S:0.004%, Cr:0.5%, T1:0.015%, B:0.001%, Nb:
0.021%,其余为Fe和不可避免的杂质。
[0033]以上化学成分按质量百分比进行熔炼并浇铸成铸锭,对铸坯进行轧前加热,加热温度为1200°C,加热时间为1.5小时。采用两阶段控轧,粗轧开轧温度在1050°C,粗轧累计压下率为47.5%,精轧开轧温度为950°C,终轧温度在850°C,精轧累计压下率61.2%,精轧后的板厚为12mm,将轧制后的钢板直接淬火,淬火温度为850°C,终冷温度100°C,然后空冷至室温。将淬火后的钢板加热到200°C,保温0.5h,然后空冷至室温,得到所述Nb合金化匪500高强度耐磨钢板。
[0034]本实施例耐磨钢板的力学性能范围为:抗拉强度1818MPa,断后伸长率为
12.1%,-20°C冲击功30J,表层布氏硬度为HBW550。
[0035]实施例2
[0036]Nb合金化NM500高强度耐磨钢板,厚度12mm:
[0037]本实施例的Nb合金化匪500高强度耐磨钢板的化学成分按质量百分比为:C:
0.32%, Si:0.33%, Mn:1.5%, P:0.027%, S:0.004%, Cr:0.5%, T1:0.015%, B:0.001%, Nb:
0.021%,其余为Fe和不可避免的杂质。
[0038]以上化学成分按质量百分比进行熔炼并浇铸成铸锭,对铸坯进行轧前加热,加热温度为1200°C,加热时间为1.5小时。采用两阶段控轧,粗轧开轧温度在1050°C,粗轧累计压下率为47.5%,精轧开轧温度为950°C,终轧温度在900°C,精轧累计压下率61.2%,精轧后的板厚为12mm,将轧制后的钢板直接淬火,淬火温度为900°C,终冷温度100°C,然后空冷至室温。将淬火后的钢析加热到200°C,保温0.5h,然后空冷至室温,得到所述Nb合金化匪500高强度耐磨钢板。
[0039]本实施例耐磨钢板的力学性能范围为:抗拉强度1786MPa,断后伸长率 13.4%,-20°C冲击功约43J,表层布氏硬度为HBW525。
【权利要求】
1.一种在线淬火生产Nb合金化高强度耐磨钢板的方法,通过冶炼、浇铸、轧制、在线淬火和回火的步骤制造,其特征在于:具体制备步骤如下: (1)冶炼和浇铸:以下化学成分按质量百分比进行熔炼并浇铸成铸锭:C:0.25-0.45%,Si:0.2-1.0%, Mn:1_2%,P: ^ 0.03%, S: ^ 0.03%, Cr:0.5-1.0%, Ti:0.01-0.03%, B:0.0005-0.002%, Nb:0.02-0.04%,其余为Fe和不可避免的杂质; (2)轧制:对铸坯进行轧前加热,加热温度为1100-1300°C,加热时间为1-3小时;采用两阶段控轧,粗轧开轧温度在1000-1100°C,精轧开轧温度为950-1050°C,终轧温度在800-900°C,其中精轧累计压下率至少50% ; (3)在线淬火:将轧制后的钢板直接淬火,淬火开冷温度在800-900°C之间,终冷温度低于150°C,冷却速率不低于20°C /s,然后空冷至室温; (4)回火:将在线淬火后的钢板加热到100-300°C,保温0.5-2h,然后空冷至室温,得到Nb合金化匪500高强度耐磨钢板。
2.如权利要求书I所述的在线淬火生产Nb合金化高强度耐磨钢板的方法,其特征在于:所述耐磨钢板的力学性能范围为:抗拉强度1700-2200MPa,断后伸长率不小于10%,_20°C冲击功不低于30J,表层布氏硬度不小于HBW520。
3.如权利要求书I所述的在线淬火生产Nb合金化高强度耐磨钢板的方法,其特征在于:耐磨钢板使用状态的组织为:具有细小弥散碳氮化铌钛粒子和过渡碳化物分布的回火马氏体。
4.如权利要求1所述的在线淬火生产Nb合金化高强度耐磨钢板的方法,其特征在于:精轧后的钢板厚度为10-20mm。
【文档编号】C21D1/18GK103789655SQ201410019067
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】武会宾, 胡日荣, 余伟, 赵征志, 唐荻, 蔡庆伍, 赵爱民 申请人:北京科技大学
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