CN102199737B

CN102199737B - 一种600hb级耐磨钢板及其制造方法

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Publication number: CN102199737B
Application number: CN2010101337989A
Authority: CN
Inventors: 李红斌; 姚连登; 刘自成; 赵小婷
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: CN102199737A

Abstract

一种600HB级耐磨钢板，其成分重量百分比为：C 0.41～0.50wt.％、Si 0.10～0.60wt.％、Mn 0.20～1.20wt.％、P≤0.050wt.％、S≤0.030wt.％、Cr：0.01～1.50wt.％、Mo：0.01～1.00wt.％、Ni：0.01～1.50wt.％、Ti：0.001～0.10wt.％、Al：0.001～0.10wt.％、RE：0.001～0.10wt.％、W：0.01～1.00wt.％、B：0.0005～0.0040wt.％，Ca：0.001～0.010wt.％，余Fe和不可避免的杂质。本发明600HB级耐磨钢板硬度高(≥600HB)，韧、塑性佳，抗磨损性极高，同时具有良好的可加工性和焊接性，微观组织为马氏体或马氏体和残余奥氏体，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，如铲斗和矿用电动轮自卸车车厢等。

Description

一种600HB级耐磨钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及耐磨钢，具体地说，本发明涉及一种600HB级耐磨钢板及其制造方法。

背景技术

在工作条件特别恶劣情况下需要使用强、硬度高的耐磨钢板以减少设备的磨损量，延长其使用寿命。

材料的耐磨性主要取决于其硬度，韧性也有一定的影响。耐磨钢的强、硬度越高，其碳和合金含量越高，则焊接性能越差。同时切割、弯曲等使用性能也较差，这就限制了高硬度耐磨钢在工程上的广泛应用。

现有耐磨钢大都为高碳耐磨钢，如中国专利CN1099810公开的，其最大碳含量高达1.20wt.％，严重降低耐磨钢的韧性。另外，中国专利CN1140205中的铬含量在4wt.％以上，中国专利CN1099810中锰含量高达7wt.％以上，具有很高的合金含量。大量的碳和合金含量会严重恶化耐磨钢的焊接和加工性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种600HB级耐磨钢板及其制造方法，在尽量降低碳及合金元素含量基础上实现高强、高硬和优异的塑性、韧性的良好匹配，并使耐磨钢板有优异的使用性能，如焊接、切割、弯曲、机加工和耐磨性等，进而有益于耐磨钢在工程上的广泛应用。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

一种600HB级耐磨钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.41～0.50wt.％、Si：0.10～0.60wt.％、Mn：0.20～1.20wt.％、P：≤0.050wt.％、S：≤0.030wt.％、Cr：0.01～1.50wt.％、Mo：0.01～1.00wt.％、Ni：0.01～1.50wt.％、Ti：0.001～0.10wt.％、Al：0.001～0.10wt.％、RE：0.001～0.10wt.％、W：0.01～1.00wt.％、B：0.0005～0.0040wt.％，Ca：0.001～0.010wt.％，余量为Fe和不可避免的杂质；其中还要同时满足：

1.50wt.％≥Si+Mn≥0.50wt.％，

2.00wt.％≥Cr+Mo≥0.20wt.％，

0.15wt.％≥Al+Ti≥0.03wt.％，

在本发明所涉及的600HB级耐磨钢板的化学成分中：

碳：含量控制在0.41～0.50wt％范围内。碳是耐磨钢中最基本、最重要的元素，可以显著提高钢的强度和硬度，进而提高钢的耐磨性。碳对钢的韧性和焊接性能不利。因此，应合理控制钢中的碳含量，在获得高强度、高硬度的同时保证钢板的韧性及焊接性能。

硅：含量控制在0.10～0.60wt％范围内。硅固溶在铁素体和奥氏体中提高它们的硬度和强度，然而硅含量过高会导致钢的韧性急剧下降。同时考虑到硅与氧的亲和力比铁强，焊接时容易产生低熔点的硅酸盐，增加了熔渣和熔化金属的流动性，影响焊缝质量，因此含量不易过多。

锰：含量控制在0.20～1.20wt％范围内。锰强烈增加钢的淬透性，降低马氏体转变温度和钢的临界冷却速度。但锰含量较高时，有使晶粒粗化的倾向，并增加钢的回火脆敏感性，而且容易导致铸坯中出现偏析和裂纹，降低钢板的性能。

铬：含量控制在0.01～1.50wt.％范围内。铬可以降低临界冷却速度、提高钢的淬透性。铬在钢中可以形成(Fe，Cr)₃C、(Fe，Cr)₇C₃和(Fe，Cr)₂₃C₇等多种碳化物，提高强度和硬度。铬在回火时能阻止或减缓碳化物的析出与聚集，可以提高钢的回火稳定性。

钼：含量控制在0.01～1.50wt.％范围内。钼可以细化晶粒，提高强度和韧性。钼在钢中存在于固溶体相和碳化物相中，因此，含钼钢同时具有固溶强化和碳化物弥散强化的作用。钼是减小回火脆性的元素，可以提高回火稳定。

镍：含量控制在0.01～1.50wt.％范围内。镍可以降低临界冷却速度、提高钢的淬透性。镍在0～2.50wt.％范围内。镍能与铁以任何比例互溶，通过细化铁素体晶粒改善钢的低温韧性，并具有明显降低冷脆转变温度的作用。对于高级别且高低温韧性的耐磨钢，镍是十分有益的添加元素。但含量过高易导致钢板表面氧化皮难以脱落，且成本显著增加，因此需控制其含量。

钛：含量控制在0.001～0.10wt.％范围内。钛是强碳化物形成元素之一，与碳形成细微的TiC颗粒。TiC颗粒细小，分布在晶界，达到细化晶粒的效果。钛可以形成钛氮化物，起到固定氮的作用。

铝：含量控制在0.001～0.10wt.％范围内。铝和钢中氮能形成细小难溶的AlN颗粒，细化显微组织。铝不仅是脱氧剂，还有促进亚稳定奥氏体形成的作用。铝能抑制和延缓过冷奥氏体的碳化物分解，提高韧性。

稀土：含量控制在0.001～0.10wt.％范围内。在钢中添加稀土可以减少硫、磷等元素的偏析，改善非金属夹杂物的形状、大小和分布，同时可以细化晶粒，提高硬度。稀土能提高屈强比和有利于改善低合金高强度钢的强韧性。稀土的含量不易过多，否则会产生严重偏析，降低铸坯质量和力学性能。

钨：含量控制在0.001～1.00wt.％范围内。钨可以增加钢的回火稳定性和热强性，并可以起到一定的细化晶粒作用。另外，钨可以形成硬质碳化物而增加钢的耐磨性。

硼：含量控制在0.0005～0.004wt.％范围内。硼增加钢的淬透性。硼对钢淬火成马氏体后的抗回火软化作用没有影响，含硼钢需采取较低的回火温度和较短的回火时间。钢中的硼含量超过0.007％，将导致热脆现象，影响钢的热加工性能。

钙：含量控制在0.001～0.010wt.％范围内。钙对铸钢中夹杂物的变质具有显著作用，铸钢中加入适量钙可将铸钢中的长条状硫化物夹杂转变为球状的CaS或(Ca，Mn)S夹杂，钙所形成的氧化物及硫化物夹杂密度小，易于上浮排除。钙还显著降低硫在晶界的偏聚，这些都有益于提高铸钢的质量，进而提高钢的性能。

磷与硫：在耐磨钢中，硫与磷均为有害元素，它们的含量要严格控制，本发明所涉及钢种中磷含量小于0.050wt.％，硫含量小于0.030wt.％。

硅、锰的部分作用相类似，可以部分取代，但硅、锰含量同时较高时，对焊接性能十分不利，因此又要加以限制，另外，加入适量的锰可以改善由高硅钢的韧性，因此其含量限制在0.50wt.％≤Si+Mn≤1.50wt.％范围。

钼是减小回火脆性的元素，可以提高回火稳定。铬可以提高淬透性，但对韧性不利，需要加入适量的钼进行调节，但钼会增加成本，因此含量需要控制，综合考虑含量控制在以下范围：0.20wt.％≤Cr+Mo≤2.00wt.％。

铝降低奥氏体的稳定性，减小奥氏体转变时的过冷度，降低钢的淬透性，提高临界淬火冷却速度。钛均能形成细小颗粒进而细化晶粒，铝可以与保证细小钛颗粒的形成，充分发挥钛的细化晶粒作用，故其范围如下：0.03wt.％≤Al+Ti≤0.15wt.％。

总之，本发明所涉及的钢种通过元素种类及含量的科学设计，在添加少量合金元素基础上实现了高强、高硬和良好的塑性、韧性的匹配，提高了钢的耐磨性。

本发明的600HB级耐磨钢板的制造方法，包括，转炉或电炉冶炼、炉外精炼、铸造、加热、轧制、冷却、淬火和回火步骤；其中，加热步骤中，加热温度为小于1300℃；轧制步骤中，开轧温度为小于1250℃，轧后空冷；淬火步骤中，淬火温度小于Ac₃+100℃；回火步骤中，回火温度小于350℃；

优选地，在所述加热过程中，加热温小于1280℃，以防奥氏体晶粒过分长大及钢坯表面严重氧化。

开轧温度小于1230℃，轧后空冷，适当的低温开轧有利于细化组织，提高钢板强韧性。

淬火温度小于Ac3+80℃，出炉后水冷，有利于细化组织，提高强韧性。钢中含有较高的碳及一定量的Si、Mn、Cr、Mo和Ni等合金元素，需要在高温下充分固溶，但温度不宜过高以防奥氏体晶粒过分长大及钢坯表面严重氧化；Cr、Mo等元素可提高钢板淬透性，故在水冷条件下可以生产高厚度钢板。

回火温度小于300℃，出炉后空冷。元素Cr、Mo等可以提高回火稳定性，保证钢板的具有较高的强硬度，同时具有优异的塑性和韧性。

空冷采用堆垛或冷床冷却，可以减缓冷却速度，防止钢板开裂。

本发明的有益效果：

1、通过合理设计化学成分(C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Al和Ti等主要元素的含量及配比)，控制了碳和合金含量，使本发明涉及耐磨钢板具有可焊性，尤其适合需要焊接的工程机械使用领域。

2、本发明所生产的600HB级耐磨钢板可以进行切割、弯曲等机械加工，具有较强的适用性。

3、本发明将钢板淬火后低温回火，消除了淬火后钢板的内应力，并使钢板有较高的强、硬度和塑、韧性。

4、由于成分和工艺设计合理，从实施效果来看，工艺制度比较宽松，可以稳定进行工业生产。

5、本发明生产的600HB级耐磨钢板布氏硬度大于600HB，-20℃夏比纵向冲击功大于40J，这进一步保证了钢板在恶劣工况下仍具有优异的耐磨性能。

附图说明

图1为本发明实施例5的600HB级耐磨钢板的显微组织，由图可知该钢板的显微组织主要为马氏体；

图2为本发明实施例6的600HB级耐磨钢板厚度截面硬度实测值。由图可知，本发明所涉及600HB级耐磨钢板的截面硬度较均匀。

具体实施方式

下面用实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1

本发明的600HB级耐磨钢板的化学成分如表2所示。按表2所示的化学成分电炉或转炉冶炼，精炼后浇铸成连铸坯或钢锭，将连铸坯或钢锭加热至1250℃，开轧温度为1200℃，成品钢板厚度为6mm，轧制后空冷，淬火加热温度为Ac₃+80℃，回火温度为300℃，回火后堆垛或冷床冷却。

实施例2

实施方式同实施例1，其中加热温度为1230℃，开轧温度为1180℃，成品钢板厚度为12mm，淬火加热温度为Ac₃+60℃，回火温度为250℃，回火后堆垛或冷床冷却。

实施例3

实施方式同实施例1，其中加热温度为1200℃，开轧温度为1150℃，成品钢板厚度为20mm，淬火加热温度为Ac₃+50℃，回火温度为220℃，回火后堆垛或冷床冷却。

实施例4

实施方式同实施例1，其中加热温度为1180℃，开轧温度为1130℃，成品钢板厚度为30mm，淬火加热温度为Ac₃+30℃，回火温度为260℃，回火后堆垛或冷床冷却。

实施例5

实施方式同实施例1，其中加热温度为1190℃，开轧温度为1160℃，成品钢板厚度为40mm，淬火加热温度为Ac₃+45℃，回火温度为280℃，回火后堆垛或冷床冷却。

实施例6

实施方式同实施例1，其中加热温度为1220℃，开轧温度为1180℃，成品钢板厚度为50mm，淬火加热温度为Ac₃+75℃，回火温度为230℃。回火后堆垛或冷床冷却。

对比例为已有专利中所涉及的钢种。

本发明耐磨钢与对比钢的力学性能参见表3。从表可知，本发明实施例1-6600HB级耐磨钢硬度大于600HB，-20℃夏比纵向冲击功大于40J，本发明所涉及高耐磨性钢板具有优良的机械性能。在成分体系相近条件下，本发明所涉及钢板硬度明显高于与对比钢1和2的硬度；对比钢3硬度与本发明所涉及钢板硬度相近，但其碳含量过高，对塑、韧性和焊接性等损害较大。

对本发明实施例3耐磨钢板进行斜Y坡口焊接裂纹试验，试验结果参见表4。由表可知，耐磨钢板在185℃预热条件下焊后未出现裂纹，本发明钢板具有较好的焊接性能。

耐磨性试验在ML-100磨粒磨损试验机上进行。本发明实施例4的耐磨钢板与HARDOX600(对比钢4)磨损试验结果见表5。由表可知，本发明涉及钢种与对比钢的耐磨性相当。

表2本发明实施例1-6及对比钢的化学成分(wt.％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	V	Cu	Ni	RE	W	Ti	B	Al	Ca
																	1	0.41	0.52	1.10	0.021	0.013	0.21	0.72	-	-	0.25	0.04	0.73	0.013	0.0007	0.027	0.0008
2	0.42	0.28	0.85	0.015	0.010	0.35	0.31	-	-	0.45	-	0.45	0.052	0.0016	0.015	0.0018
																	3	0.44	0.34	0.67	0.019	0.008	048	0.13	-	-	0.61	-	0.15	0.048	0.0023	0.041	0.0010
4	0.46	0.15	0.56	0.020	0.011	0.61	0.28	-	-	0.83	-	0.27	0.031	0.0018	0.032	0.0033
																	5	0.48	0.33	0.71	0.018	0.012	1.22	0.45	-	-	1.43	0.05	0.38	0.038	0.0026	0.057	0.0025
6	0.50	0.27	0.40	0.016	0.009	0.91	0.62	-	-	1.15	0.04	0.53	0.021	0.0016	0.073	0.0052
																	对比钢1	0.40	1.0	1.60	0.03	0.02	1.20	0.25	0.08	-	-	0.03	-	-	0.0017	-	-
对比钢2	0.50	1.20	1.60	0.04	0.04	1.20	0.40	0.15	0.40	-	0.07	-	-	0.0025	-	-
																	对比钢3	0.69	0.37	0.74	-	-	2.10	0.46	-	-	0.31	-	-	0.795	-	0.025	-

表3本发明实施例与对比钢的力学性能

钢种	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6	对比钢1	对比钢2	对比钢3
										硬度HBW	610	623	628	626	625	622	480	500	605
-20℃夏比纵向冲击功，J	61	53	47	51	45	43	-	-	-

表4本发明实施例3的600HB级耐磨钢板焊接性能试验结果

表5本发明与HARDOX600耐磨钢板的耐磨试验结果

钢种	试验温度	磨损试验条件	磨损率(mg/M)
				本发明涉及耐磨钢板	室温	80目砂纸42N载荷	5.465
对比钢4	室温	80目砂纸42N载荷	5.348

Claims

1.一种600HB级耐磨钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.41～0.50wt.％、Si：0.10～0.60wt.％、Mn：0.20～1.20wt.％、P：≤0.050wt.％、S：≤0.030wt.％、Cr：0.01～1.50wt.％、Mo：0.01～1.00wt.％、Ni：0.01～1.50wt.％、Ti：0.001～0.10wt.％、Al：0.001～0.10wt.％、RE：0.001～0.10wt.％、W：0.01～1.00wt.％、B：0.0005～0.0040wt.％，Ca：0.001～0.010wt.％，余量为Fe和不可避免的杂质；其中还要同时满足：

1.50wt.％≥Si+Mn≥0.50wt.％，

2.00wt.％≥Cr+Mo≥0.20wt.％，

0.15wt.％≥Al+Ti≥0.03wt.％。

2.如权利要求1所述的600HB级耐磨钢板的制造方法，包括如下步骤，转炉或电炉冶炼、炉外精炼、铸造、加热、轧制、冷却、淬火和回火；其中，加热步骤中，加热温度为小于1300℃；轧制步骤中，开轧温度为小于1250℃，轧后空冷；淬火步骤中，淬火温度小于Ac₃+100℃；回火步骤中，回火温度小于350℃。

3.如权利要求2所述的600HB级耐磨钢板的制造方法，其特征是，在所述加热过程中，加热温度小于1280℃。

4.如权利要求2所述的600HB级耐磨钢板的制造方法，其特征是，开轧温度小于1230℃，轧后空冷。

5.如权利要求2所述的600HB级耐磨钢板的制造方法，其特征是，淬火温度小于Ac₃+70℃，出炉后水冷。

6.如权利要求2所述的600HB级耐磨钢板的制造方法，其特征是，回火温度小于320℃，出炉后空冷。

7.如权利要求2所述的600HB级耐磨钢板的制造方法，其特征是，空冷采用堆垛或冷床冷却。