一种高强度耐磨钢板及其生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属材料冶金领域，特别涉及一种550HB级高强度耐磨钢板及其生产 方法。
【背景技术】
[0002] 耐磨钢板可广泛应用于能源、交通、农机、矿山设备、工程机械及水泥设备等领域， 高碳高锰系列作为经典耐磨钢曾被广泛使用百余年。但当破碎物料受到的冲击并不强烈 时，由于高锰钢具有的加工硬化性能不能充分得以发挥，使得高锰钢衬板表现出了磨损快、 使用寿命短的弱点；而低、中合金耐磨钢由于具有较好的耐磨性和韧性，生产工艺较简单， 经济性合理的特点，开发与应用发展得很快。
[0003] 表面硬度550HB级别的耐磨钢板为高强度耐磨钢板，具有较高的表面硬度和耐磨 能力，一般采用淬火加低温回火状态下供货，主要在工程机械、矿山机械等需高耐磨的工况 下使用。
[0004] 国内外高强度耐磨钢板的生产已经形成多项专利，例如中国专利公开号为 CN1775983提供了一种"高强度铸造空冷贝氏体耐磨钢及其制备方法"，其化学成分是（重 量％ ) :C0. 32 ~0· 65, SiO. 8 ~3. 0, MnL 2 ~3. 0, CrO. 5 ~0· 8, CuO. 3 ~0· 8, B0. 001 ~ 0· 008, A10. 18 ~0· 35, Y0. 05 ~0· 15, Ti0.0 5 ~0· 20, MgO ~0· 12, CaO ~0· 12, ZnO ~ 0. 15,且0. 10 < Mg+Ca+Zn < 0. 25,其余为Fe和不可避免的微量杂质。其制造工艺是：将 废钢、生铁、铬铁和铜板混合加热熔化，熔清后加入硅铁和锰铁预脱氧和合金化；炉前调整 成分合格后将温度升至1600~1660°C，加入铝终脱氧和合金化，而后出炉；将含钇、硼、钛、 镁、钙和锌等的复合变质剂破碎至粒度小于25_的小块，置于浇包底部，用包内冲入法对 钢水进行复合变质处理；变质处理后，将钢水在普通铸型中浇注成铸件。此发明的耐磨钢与 传统高锰钢相比碳、锰含量明显降低，表面硬度提高，洛氏硬度为55. 7,由于表面硬度提高， 可明显提高使用寿命，提高设备工作效率，降低生产成本，具有良好的经济效益。该专利属 中碳、高硅合金耐磨钢，合金体系复杂，铝、硅、钛含量偏高，冶炼、连铸困难，只能用于生产 铸件。
[0005] 专利公开号CN1140205公开的"一种中碳中合金耐磨钢"，其化学成分为：C0. 45~ 0· 65%，SiO. 3 ~0· 8%，MnO. 4 ~L 0%，Cr4. 0 ~5. 5%，MoO. 3 ~0· 7%，V0. 2 ~0· 5%， Re0.0 2~0. 05%，P · S < 0. 040%。该专利采用铸钢的方法生产，适合制作承受较大负荷 工况条件的中型球磨机的衬板、隔仓板，滚式破碎滚筒，锤式，反击式破碎机的锤头、板锤， 也可用于对磁选要求严格的颚式破碎机的齿板，使用寿命为高锰钢的3-4倍。该专利产品 锰、硅含量较低，但碳及铬钥等合金含量仍偏高，只能铸造生产，且含稀土钢冶炼困难，生产 过程不易控制。该专利耐磨钢表面硬度为洛氏52,硬度偏低，耐磨性较差。
[0006] 专利公开号CN101250673提供了 "一种超高强度耐磨钢及其生产方法"，其成分 为（重量百分比）：C0. 10 ~0· 17%，SiO. 25 ~0· 50%，MnL 20 ~1. 50%，P 彡 0· 018%， S 彡 0· 008%，CrO. 20 ~0· 50%，NiO. 25 ~0· 50%，MoO. 10 ~0· 40%，Als0.0 2 ~0· 06%， 0. 005%，RE< 150g/吨钢，余量为Fe及不可避免的杂质，且碳当量Ceq(% ) < 0. 60， Ceq(% ) = C+Mn/6+(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15。该钢的具体生产方法包括：超纯净钢工艺 进行冶炼一铁水脱硫一转炉顶底复合吹炼一真空处理一结晶器喂稀土（RE)丝一烧注成板 坯一板坯加热一粗轧一精轧一空冷或冲中压水冷却一钢板调质处理。该专利碳及合金含量 较低，可连铸生产，虽为超高强度和高韧性，但钢板硬度仅为400HB不能达到550HB，不能广 泛应用于工作条件恶劣，对耐磨性能要求高的矿山及工程机械产品上，且淬火后需回火处 理，工艺复杂，成本高。
[0007] 宝山钢铁股份有限公司李红斌、姚连登、刘自成、赵小婷等人申请的公开号为 CN10234682A的"一种耐磨钢板"，钢板成分重量百分比为：C :0. 31~0. 40%、Si :0. 10~ 0· 80%、Mn :0· 20 ~L 50%、P :彡 0· 050%、S :彡 0· 030%、Cr :0 ~L 50%、M〇 :0 ~0· 80%、 Al :0· 02 ~0· 20 %、B :0· 0005 ~0· 0040 %、Ti :0 ~0· 10 %、Ca :0 ~0· 030 %，0· 10 % <Cr+Mo< 1.80%，0. 05%<A1+Ti <0. 18%，余量为Fe和不可避免的杂质。该耐磨钢板 的制造方法，包括冶炼、精炼、铸造、乳制、淬火和回火等步骤。通过以上成分及工艺得到的 550HB级耐磨钢板硬度高（> 550HB)，可焊接和弯曲，微观组织为马氏体或马氏体和残余奥 氏体。这种钢耐磨性能优异，非常适合在强磨损环境中工作，尤其在与高强度矿石等高硬度 物料相接触的车辆或设施上，如铲斗、装载机和矿用电动轮自卸车等。该专利钢板表面布氏 硬度550HB以上，最大厚度为60mm，采用淬火加低温回火的热处理工艺生产，该专利碳含量 较高在0. 31~0. 4%，裂纹倾向大，且不能生产60mm以上钢板，不适合矿山大厚度耐磨衬板 的要求；该专利淬火后需回火，工艺复杂，成本高。
[0008] 美国专利公开号为US2012134872(A1)的发明专利"耐磨钢板及零件的制造方 法"（ABRASION RESISTANT STEEL, METHOD OF MANUFACTURING AN ABRASION RESISTANT STEEL AND ARTICLES MADE THEREFROM),其组成含量以重量表示：0· 20-0. 30 % C, 0. 40-1. 25 % Mn, ^ 0. 05 % P, ^0.01% S, 0. 2〇-〇. 60 % Si, 0. 50-1. 70 % Cr, 0. 20-2. 00 % Ni, 0· 07-0. 60% Mo, 0· 010-0. 10% Ti, 0· 001-0. 10% B, 0· 015-0. 10% Al,生产方法为热轧 后加热到1650-1700° F.;淬水；在回火温度350-450° F.，钢板表层硬度大于440HBW，心 部硬度大于表面硬度的90%，钢板横向冲击在60° F.大于20ft-lbs，室温>40ft-lbs。该 专利碳及合金含量较低，低温韧性好，但表面硬度仅为440HB，最大厚度20mm，且需离线回 火处理，工艺复杂成本高。
[0009] 美国专利公开号为US2008/0247903A1的发明专利"一种耐磨钢板及其制造方 法"（METHOD FOR MAKING AN ABRASION-RESISTANT STEEL PLATE AND PIATE OBTAINED)， 其组成 wt % 为：0· 35 % 彡 C 彡 0· 8 %，0 % 彡 Si 彡 2 %，0 % 彡 Al 彡 2 %，0· 35 % ^ Si+AL ^2%,0%^Mn^2. 5%,0%^Ni^5%,0%^Cr^5%,0% ^ Mo ^ 0. 50 % , 0 % ^ ff ^ I. 0 % , 0.1 % ^ Mo+ff/2 ^ 0. 50 % , 0 % ^ B ^ 0. 02 % , 0 % ^ff^2%,0%^Zr^4%,0. 05%^ Ti+Zr/2 ^2%,0%^S^0. 15%,N^0. 03%； AC3以上以大于5°C /s的冷速冷却到室温，钢板厚度2~150mm，钢板表面不平度5~12mm/ m，250~350°C回火，获得的钢板硬度280~650HB。该专利硬度跨度大，其实施例中有3例 硬度大于550HB，但碳含量为0. 59~0. 69%，仍属高碳钢范围，可焊性差，裂纹倾向大，该专 利合金含量多，体系复杂，需离线回火热处理，成本较高。
[0010] 综上所述，目前550HB级别高强度耐磨钢板的生产存在以下不足： toon] 1、碳及锰硅等合金含量偏高，冶炼困难，只能生产铸件；
[0012] 2、表面硬度低于550HB，厚度低于60mm ;
[0013] 3、生产工艺复杂，淬火后需进行回火热处理。
【发明内容】
[0014] 本发明的目的旨在提供一种钢板厚度8~120mm，表面硬度大于550HB、-40°C低温 韧性大于30J，碳及锰含量较低，且不需要回火的高强度耐磨钢板及其生产方法。
[0015] 为此，本发明所采取的解决方案是：
[0016] 一种高强度耐磨钢板，其化学成分wt %为：C :0.25%~0.30%、Si :0.3%~ 0. 5%、Mn :0. 40%~I. 00%、Cr :0. 6%~I. 2%、Mo :0. 15%~0. 4%，Nb :0. 01%~0. 03%、 Ni 彡0· 50%、Cu<0. 50%，B :0· 0005%~0· 0022%、Ti :0· 025%~0· 04%、Als :0· 020%~ 0. 045%，余量为Fe及不可避免的杂质；钢中的杂质元素控制：P < 0. 015%，S < 0. 005%， [N]彡 0· 0080%，[0]彡 0· 0020%，且 Ti/N 彡 3. 4。
[0017] C :为了保证钢板超高的表面硬度和厚钢板水冷时的淬透性需要相当的碳含量做 保证，在一定范围内钢的硬度随碳含量的增加而相应的增加，同时一定的碳含量可以和Nb、 Ti、Cr、Mo等形成碳化物析出，增加耐磨性。碳含量过高则塑性韧性降低焊接性能下降，为 了保证钢板的高硬度及焊接性能和低温韧性，因此本发明中C含量控制在0. 25~0. 30%。
[0018] Si :主要作用是固溶强化和脱氧，是非碳化物形成元素，Si含量较多时会抑制碳 化物的析出，但过多时会使焊接性能下降，同时影响韧性，因此本发明中Si含量控制在 0· 3 ~0· 5%〇
[0019] Mn :主要作用是固溶强化，含量大于0.4%时可以提高淬透性，提高马氏体中碳的 过饱和度，有利于强度和硬度的提高，且成本低廉，但含量高于1. 〇时易形成中心偏析，会 使板坯有易发裂纹的倾向；因此本发明中Mn含量控制在0. 4%~1. 0%。
[0020] Nb :是强碳和氮化合物形成元素，主要作用是通过在钢中形成细小碳氮化物抑制 加热时晶粒长大，空冷时又具有一定的析出强化的作用；Nb加入钢中，通过抑制奥氏体晶 粒界面运动，从而提高钢板的再结晶温度。