焊接性优异的高锰耐磨钢的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于对硬度要求高的重型工程机械、自动倾卸卡车、采矿机械、输 送机的钢，更详细地，涉及焊接性优异的高锰耐磨钢。
【背景技术】
[0002] 目前，在建设、运输、矿山、铁路等工业领域等需要耐磨特性的装置或部件中使用 耐磨钢。耐磨钢大体分为奥氏体类加工硬化钢和马氏体高硬度钢。
[0003] 奥氏体类加工硬化钢中具有代表性的例子有哈德菲尔德（Hadfield)钢，其包含 约12重量％的锰（Mn)及约1.2重量％的碳（C)，其微细组织具有奥氏体，其用于矿山工业 领域、铁道领域、军需领域等多种领域。然而，初始屈服强度为400MPa左右而非常低，因此， 作为需要高硬度的常用的耐磨钢或结构钢的使用受到限制。
[0004] 与此相比，马氏体高硬度钢具有高的屈服强度及抗张强度，因此，被广泛地用作结 构材料及运输/建设器械等。通常，高硬度钢为了得到用于获得充分的硬度及强度的马氏 体组织，必须添加高合金并进行淬火（Quenching)工序。代表性的马氏体耐磨钢为瑞典焊 达公司（SSAB)的焊达钢（HARDOX)系列，其硬度及强度优异。这种耐磨钢，最近根据工业领 域的扩大及工业机械的大型化趋势，对于耐磨钢的增厚化的要求剧增。
[0005] 另外，耐磨钢根据其使用环境的不同，大部分情况下要求其对于磨损（Abrasive wear)的抵抗性大，而为了确保对于磨损的抵抗性，硬度为非常重要的因素。为了确保硬度， 通过添加大量的合金元素来提高材料的可硬化性，或者通过加速冷却来确保硬质相。对于 薄板，可以通过添加合金元素及加速冷却来得到材料厚度的中心也具有高硬度的组织，但 是对于厚度增厚的厚板，难以得到使材料中心也得到硬质相的程度的充分的冷却速度。因 此，通常使用的方法为通过增加合金元素来确保可硬化性，以在较低的冷却速度下也能够 得到高的硬度值。
[0006] 然而，对于厚板，为了确保厚度中心的硬度而添加大量的合金元素，在这种情况 下，焊接时在焊接热影响部容易产生龟裂，尤其，对于厚板，为了抑制焊接时产生的龟裂，需 要用高温预热材料，从而使焊接性恶化，最终导致焊接费用的增加，因此，会产生使用上受 限制的问题，因此，对于焊接性优异的耐磨钢的厚板来说，上述问题成为大的难点。另外，为 了提高可硬化性而添加的Cr、Ni、Mo等元素的价格昂贵，因此存在所需的制备费用高的问 题。
【发明内容】
[0007] 要解决的技术问题
[0008] 本发明的一方面，提供一种能够减少用于耐磨钢增厚而使用的增加制备成本的价 格昂贵的合金元素的添加，并且能够确保厚度中心部的硬度的同时，焊接部特性优异的耐 磨钢及其制备方法。
[0009] 技术方案
[0010] 本发明提供一种焊接性优异的高锰耐磨钢，其特征为，所述高锰耐磨钢以重量％ 计，包含5~15%的Mn、16彡33. 5C+Mn彡30的C、0. 05~1. 0%的Si、余量的Fe及不可避 免的杂质，微细组织以马氏体作为主要组织，以面积分数包含5~40%的残留奥氏体。 [0011]另外，本发明提供一种焊接性优异的高锰耐磨钢的制备方法，其特征在于，其包括 下述步骤：
[0012] 将以重量％计，包含5~15%的Mn、16彡33.5C+Mn彡30的C、0.05~1.0%的 Si、余量的Fe及不可避免的杂质的钢板坯在900~1100°C的温度条件下加热0. 8t(t :板坯 厚度，mm)分钟以下；
[0013] 对所述加热的板坯进行热间轧制，从而制备钢板；以及
[0014] 将所述钢板在Ms(马氏体转变开始温度）以上以0. 1~20°C /s的冷却速度进行 冷却。
[0015] 有益效果
[0016] 根据本发明，可以提供耐磨性和焊接性优异的厚板耐磨钢。
[0017] 本发明通过控制锰和碳的含量而容易形成马氏体的同时，通过适当地形成通过偏 析带的残留奥氏体，从而具有耐磨性和焊接性均得到提高的优点。
【附图说明】
[0018] 图1为示出本发明限定的锰和碳的含量范围的图表。
[0019] 图2为观察发明钢1的微细组织的照片。
[0020] 图3为通过y型试验（y-groove test)观察比较钢2的焊接龟裂结果的照片。
[0021] 图4为通过y型试验观察发明钢1的焊接龟裂结果的照片。
[0022] 图5为示出观察在实施例2中根据发明钢1和比较钢5的厚度方向的布氏硬度变 化的图表。
[0023] 优选实施方式
[0024] 本发明的发明人为了解决耐磨钢现有的问题而进行深入研宄的结果，发现了由于 铸造时不可避免地发生的偏析、主要由于锰及碳的偏析而使得微细组织内形成偏析带和负 偏析带，由此导致两个带域之间的不同的相变化，从而导致微细组织的不均化。现有的钢内 部的偏析被认为是导致微细组织的不均化及由此带来的物理性质的不均匀性的最主要的 原因。因此，试图通过均化处理等来诱导合金元素的扩散，从而减少偏析。
[0025] 然而，本发明人反而研宄了容易利用这种偏析的方案，而且，发现了通过对锰及碳 进行精密的控制，从而在偏析部形成与基体结构不同的组织，从而能够解决现有的问题。 即，通过对作为主要合金元素的锰和碳的含量进行精密控制来在负偏析带形成作为主要组 织的马氏体，并且在偏析带通过合金元素的浓缩使奥氏体在室温下残留，从而形成缓变相 的奥氏体。由此确认了能够解决现有技术中受到限制的材料的极增厚化问题，制备出不产 生焊接龟裂的经济型高猛耐磨钢，从而提出了本发明。
[0026] 通常，高猛钢是指锰含量为2.6重量％以上的钢，利用这种高猛钢的微细组织特 性可以形成各种物理性质组合，而且具有能够解决现有的高碳高合金马氏体耐磨钢具有的 技术性问题的优点。
[0027] 本发明涉及一种增厚用高猛耐磨钢，所述耐磨钢是通过控制组分而将马氏体作为 主要组织，并且在偏析带包含因合金成分的浓缩而产生的残留奥氏体，从而提高耐磨性、焊 接性等性能。高猛钢中的锰的含量为2. 6重量％以上时，在连续冷却转变曲线（Continuous Cooling Transformation Diagram)上的贝氏体或铁素体的生成曲线会向后方急剧移动， 因此，在热轧制或溶体化处理后，与现有的高碳耐磨钢相比，即使在低的冷却速度下也能够 稳定地生成马氏体。另外，锰的含量高时，与普通的高碳马氏体相比，具有以相对低的碳含 量也能得到高硬度的优点。
[0028] 当利用这种高猛钢的相转变特性制备耐磨钢时，可以实现从表层到内部的硬度分 布偏差小的优点。为了得到马氏体，会通过水冷却来对钢材进行急速冷却，这时冷却速度从 钢材的表层到中心部逐渐减小。因此，随钢材的厚度越厚，中心部的硬度将明显降低。利用 现有的耐磨钢的组份制备时，如果冷却速度慢，则微细组织中会形成很多贝氏体或铁素体 等硬度低的相。但是，本发明的钢在锰含量高时，即使冷却速度变慢，也充分能得到马氏体， 因此，具有厚钢材的中心部也能维持高的硬度的优点。
[0029] 通过这种方法制备厚度厚的钢材时，为了确保中心部的可硬化性，会添加大量的 锰，最终，因高的可硬化性引起的焊接热影响部中的马氏体转换，以及由此导致的内部变形 会引起焊接龟裂。因此，通过增加合金元素的耐磨钢材的增厚化达到了其极限。本发明为 了解决这种问题，通过对锰和碳的含量进行精密控制，从而形成能够缓解由焊接热影响部 中的马氏体转换所引起的内部变形的软质奥氏体，从而解决了上述问题。这些事实将通过 下述实施例来更具体地说明。
[0030] 下面，对本发明进行详细说明。
[0031] 根据本发明的耐磨钢以重量％计，包含5~15%的Mn、16彡33. 5C+Mn彡30的C、 0.05~1.0%的Si、余量的Fe及不可避免的杂质，微细组织以马氏体作为主要组织，并包含 40%以下的残留奥氏体。
[0032] 首先，对本发明的组成范围进行详细的说明。成分元素的含量表示重量％。
[0033]锰（Mn):5 ~15%
[0034] 锰（Mn)是本发明中所添加的最重要的元素之一。锰在适当的范围内能够起到稳 定奥氏体的作用。为了在下述碳含量的范围内稳定奥氏体，优选包含5%以上的锰。当少于 5%时，则锰对奥氏体的稳定化不充分，因此在偏析部不能得到残留奥氏体。并且，当过度添 加而超过15%时，则残留奥氏体被过度稳定化，从而将超过作为目标的残留奥氏体的分率， 并且马氏体的分率将减少，因此，不能得到确保耐磨性所需的具有充分分率的硬质组织。因 此，本发明中，以5~15%的量包含锰，从而在热间轧制或溶体化处理后的冷却步骤中容易 确保稳定的奥氏体组织。
[0035]碳（C) :16 彡 33. 5C+Mn 彡 30
[0036] 碳与锰一同提高钢材的可硬化性，因此为确保马氏体分率及硬度