CN106498294A

CN106498294A - 一种nm600高级别低合金耐磨钢及其应用

Info

Publication number: CN106498294A
Application number: CN201610979663.1A
Authority: CN
Inventors: 邓想涛; 王昭东; 黄龙; 王国栋; 陈林恒; 杨柳; 张逖; 梁亮
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd; Northeastern University China
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd; Northeastern University China
Priority date: 2016-11-08
Filing date: 2016-11-08
Publication date: 2017-03-15

Abstract

本发明提供了一种NM600高级别低合金耐磨钢及其制造方法，所述钢按重量百分比计为：C0.38‑0.45％、Si0.10‑0.40％、Mn0.30‑0.80％、P≤0.012％、S≤0.003％、Cr0.30‑1.00％、Mo0.20‑0.60％、Ni1.50‑2.50％、Cu0.30‑0.60％、Ti0.008‑0.030％、Nb0.015‑0.050％、V≤0.010、B0.0008‑0.0025％、N≤0.0035％、O≤0.0025％。本发明还提供了所述NM600高级别低合金耐磨钢制备的钢板，所述钢板的布氏硬度在570‑630HBW之间，‑20℃低温冲击韧性≥27。

Description

一种NM600高级别低合金耐磨钢及其应用

技术领域

本发明涉及耐磨钢制造领域，具体涉及一种NM600高级别低合金耐磨钢板及其制造方法。

背景技术

低合金耐磨钢因其合金含量低，综合性能良好，生产灵活方便等优点，被广泛应用于工作条件恶劣，要求高的强度和硬度、耐磨性好的工程、采矿、建筑、农业、水泥、港口、电力以及冶金等机械装备制造，如推土机，装载机，挖掘机，自卸车，球磨机及各种矿山机械、抓斗、堆取料机、输料弯曲结构等。该类部件一般都在干湿交加的环境极其恶劣的条件下工作，更换困难，要求钢板具有高的强度、硬度及优异的耐磨和耐蚀性能，以及良好的焊接性能等，以此来保证装备有更高的使用寿命。

目前，已经有不少关于低合金耐磨钢的专利报导，但是其级别均较低，且硬度韧塑性和成型性均不理想，焊接性能较差，不同时具备优异的耐磨和耐蚀性能，难以满足装备制造大型化、轻量化和长寿命化制造的需求。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目在于提供一种NM600高级别低合金耐磨钢，其思路是采用中高碳和合金化的成分设计，并通过碳、锰、铬、镍、钼和铜等合金元素以及铌、钛、钒等微合金元素的相互配合作用，并辅控制轧制和离线热处理的方法，提供一种适用于NM600高级别低合金耐磨钢板。

本发明的第二目的在于提供所述钢板，钢板布氏硬度在570-630HB之间，抗拉强度≥1800MPa，延伸率≥8％，-20℃冲击功≥27J，满足90°冷弯不开裂的要求，具有优异的耐磨性能。

本发明的第三目的在于提供所述的钢板的制造方法，由于铬、镍、钼和铜等多种合金元素的复合添加，本发明获得的钢板在保证极高耐磨性能的同时，还具有良好的耐蚀性能。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明的一个方面涉及一种NM600高级别低合金耐磨钢，所述钢包括按重量百分比计的以下组分：C：0.38-0.45％、Si：0.10-0.40％、Mn：0.30-0.80％、P≤0.012％、S≤0.003％、Cr：0.30-1.00％、Mo：0.20-0.60％、Ni：1.50-2.50％、Cu：0.30-0.60％、Ti：0.008-0.030％、Nb：0.015-0.050％、V≤0.010、B：0.0008-0.0025％、N≤0.0035％、O≤0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。

碳：碳元素是耐磨钢板获得高的强度和硬度的最关键元素。对于要获得组织为95％及以上马氏体组织以及布氏硬度在570-630HB的钢板而言，碳元素是最重要的元素，且碳元素可以显著提高钢板的淬透性。但由于碳元素的增加，会降低钢板的韧塑性和焊接性能。所以如果钢板既要获得高硬度，又要具备一定的韧塑性和焊接性能，综合考虑，本发明的碳元素含量为0.38-0.45％。

硅：硅元素在钢中起固溶强化作用，其在奥氏体中的溶解度较大，提高硅含量有利于提高钢的强度和硬度，且能提高奥氏体的稳定性。但硅元素含量过高会导致钢的韧性下降，且高硅含量的钢板加热时的氧化皮粘度较大，出炉后除鳞困难，导致轧后钢板表面红色氧化皮严重、表面质量较差。此外，高硅还不利于钢板的焊接性能。综合考虑硅元素各方面的影响，本发明硅元素的含量为0.10-0.40％。

锰：锰元素能够扩到奥氏体区，稳定奥氏体组织，其能力仅次于合金元素镍，是廉价的稳定奥氏体和强化合金元素，同时锰元素能够增加钢的淬透性，降低马氏体形成的临界冷速。但锰元素含量过高时，会使钢板有使晶粒粗化的倾向，并增加钢的回火脆敏感性，且容易导致铸坯中出现偏析和裂纹，降低钢板的性能。本发明结合其碳元素和硫元素的控制，锰元素的含量控制在0.30-0.80％。

硫和磷：硫元素在钢中易与锰元素等结合形成硫化夹杂物，尤其对钢的横向塑性和韧性不利，因此硫的含量应尽可能地低。磷也是钢中的有害元素，严重损害钢板的塑性和韧性。对于本发明而言，硫和磷均是不可避免的杂质元素，应该越低越好，考虑到钢厂实际的炼钢水平，本发明要求P≤0.012％、S≤0.003％。

铬：铬元素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。在本发明中，铬元素的含量应控制为0.30-1.00％。

钼：钼元素能显著地细化晶粒，提高强度和韧性。钼元素能减少钢的回火脆性，同时回火时还能析出非常细小的碳化物，显著强化钢的基体。由于钼元素是非常昂贵的战略合金元素，所以本发明中可添加不超过0.60％的钼。本发明中，钼元素含量为0.20-0.60％。

镍：镍元素是稳定奥氏体的元素，在调质钢中加镍元素，可以大幅提高钢的韧性尤其是低温韧性。在本发明中，为了保证得到极高的强度和硬度，在合金设计时添加了较高的碳元素，从而会使得钢板的韧塑性非常差。为了保证钢板既具有高的强度和硬度，而且还具有一定的韧塑性，同时还考虑到镍元素属于贵重合金元素，所以本发明中镍的含量为1.50-2.50％。

铜：铜元素钢中的突出作用是改善钢的耐腐蚀性能，特别是和磷配合使用时，加入铜还能提高钢的强度和屈服比，而对焊接性能没有不利的影响。但当铜元素含量较高时，对热变形加工不利，在热变形加工时导致铜脆现象。考虑到耐磨钢板的应用场合多为磨损和腐蚀同时存在，并考虑到铜元素的不利作用，在本发明中，铜元素的含量为0.30-0.60％。

钛：钛元素是强碳化物形成元素，钢中加入微量的钛元素有利于固定钢中的氮，形成的TiN，能使钢坯加热时奥氏体晶粒出现异常的长大，细化原始奥氏体晶粒度。本发明钛含量控制在0.008-0.030％。

铌：铌元素在钢中可以阻止再结晶和阻碍再结晶晶粒长大，提高强度。同时，铌元素在钢中可强烈地形成铌的碳化物和氮化物，从而影响钢的性能，且铌元素能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性。在本发明中，铌元素的含量控制为0.015-0.050％。

硼：淬透性元素，对提高钢板淬透性尤其是厚规格钢板的淬透性有着重要作用。钢中添加少量的硼元素即可起到较大的增加钢板的淬透性，且硼元素资源富有，价格便宜，添加少量的硼可以显著的节省锰、镍、铬、钼等贵重的合金元素添加。但过多的硼元素会增加晶界的偏聚，从而降低钢铁材料的韧塑性。在本发明中，硼元素的含量为：0.0008-0.0025％。

优选地，所述钢包括按重量百分比计的以下组分：C：0.40-0.43％、Si：0.25-0.35％、Mn：0.50-0.65％、P≤0.010％、S≤0.002％、Cr：0.40-0.70％、Mo：0.25-0.45％、Ni：1.60-2.00％、Cu：0.45-0.55％、Ti：0.012-0.020％、Nb：0.025-0.035％、V≤0.010、B：0.0012-0.0020％、N≤0.0030％、O≤0.0020％，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明的另一个方面涉及使用所述的NM600高级别低合金耐磨钢制备的钢板，所述钢板中，马氏体在组织中的含量大于95％。

优选地，所述钢板的抗拉强度大于1900MPa，硬度大于570HBW。

本发明的另一个方面涉及所述钢板的制备方法，所述方法包括，钢水经真空脱气处理后进行连铸或模铸，铸坯或钢坯于1180-1220℃加热后在奥氏体再结晶区和未再结晶区分别进行轧制。

本发明中的制造工艺过程对本发明产品的影响：转炉吹炼和真空处理的目的是确保钢液的基本成分要求，去除钢中的氧、氢等有害气体，并加入锰、钛等必要的合金元素，进行合金元素的调整。

优选地，所述连铸的铸坯厚度为150-300mm。

优选地，再结晶区轧制要求道次压下率≥12％，终轧温度终轧温度≥980℃。

优选地，未再结晶区轧制要求累积压下率≥50％，开轧温度终轧温度≤950℃，终轧温度≥800℃。

优选地，轧后控冷或空冷至室温。

优选地，轧后空冷至室温后进行离线热处理，其中淬火温度为：820-930℃，回火温度为100-250℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明获得的钢板具有极高的硬度，满足布氏硬度在570-630HBW。

2.本发明热轧和离线热处理的方式生产，生产工艺简单。

3.本发明得到的组织主要为马氏体组织，主要通过马氏体的高硬度和良好的韧性来提高耐磨性能。

4.本发明得到的耐磨钢板的低温冲击韧性和冷弯成型性能良好，满足-20℃低温冲击韧性≥27J和d＝6a，90°冷弯不开裂要求(其中d为折弯半径，a为钢板厚度)。

5.本发明获得的钢板除了具有极佳的耐磨性能外，还具有良好的耐蚀性能。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

按本发明钢种的化学成分要求，并结合所述的制造工艺，以制造不同规格的NM600高级别低合金耐磨钢板。具体的成分如下：

表1本发明各实施例的化学成分(wt％)

所冶炼的钢坯或钢锭按所述的方法，采用控轧控冷和离线热处理相结合的方法进行NM600高级别低合金耐磨钢板的生产。

实施例1

将按表1配比冶炼完成的钢水经真空脱气处理后进行连铸，连铸坯厚度150mm，将钢坯加热至1180℃的炉温，保温180min后出炉进行奥氏体再结晶区轧制和未再结晶区轧制，其中再结晶区终轧温度为1025℃，未再结晶区终轧温度为910℃，钢板的最终轧制厚度为12mm，轧后空冷至室温，然后进行淬火和回火处理，淬火温度为880℃，回火温度为170℃。

实施例2

将按表1配比冶炼完成的钢水经真空脱气处理后进行连铸，连铸坯厚度220mm，将钢坯加热至1200℃的炉温，保温200min后出炉进行奥氏体再结晶区轧制和未再结晶区轧制，其中再结晶区终轧温度为1030℃，未再结晶区终轧温度为850℃，钢板的最终轧制厚度为40mm，轧后空冷至室温，然后进行淬火和回火处理，淬火温度为920℃，回火温度为250℃。

实施例3

将按表1配比冶炼完成的钢水经真空脱气处理后进行连铸，连铸坯厚度300mm，将钢坯加热至1220℃的炉温，保温220min后出炉进行奥氏体再结晶区轧制和未再结晶区轧制，其中再结晶区终轧温度为1040℃，未再结晶区终轧温度为890℃，钢板的最终轧制厚度为25mm，轧后空冷至室温，然后进行淬火和回火处理，淬火温度为930℃，回火温度为180℃。

实施例4

将按表1配比冶炼完成的钢水经真空脱气处理后进行连铸，连铸坯厚度300mm，将钢坯加热至1180℃的炉温，保温180min后出炉进行奥氏体再结晶区轧制和未再结晶区轧制，其中再结晶区终轧温度为980℃，未再结晶区终轧温度为830℃，钢板的最终轧制厚度为25mm，轧后空冷至室温，然后进行离线淬火和回火处理，淬火温度为820℃，回火温度为100℃。

实验例5

将按表1的合金配比，并添加1.2％左右的Cu元素，进行冶炼，冶炼完成的钢水经真空脱气处理后进行连铸，连铸坯厚度200mm，将钢坯加热至1200℃的炉温，保温180min后出炉进行奥氏体再结晶区轧制和未再结晶区轧制，其中再结晶区终轧温度为1050℃，未再结晶区终轧温度为820℃，钢板的最终轧制厚度为15mm，轧后空冷至室温，然后进行离线淬火和回火处理，淬火温度为820℃，回火温度为170℃。

对实施例中的钢板的力学性能进行测试，其中强度按照GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法进行，低温冲击韧性按GB/T 229-2007金属夏比V型缺口冲击试验方法测定，硬度按照GB/T231.1-2009方法测定，得到的结果见表2所示。

表2本发明钢板的力学性能

由表2可以看出，本发明的耐磨钢的布氏硬度在570-630HBW之间，抗拉强度大于1800MPa，延伸率大于8％，-20℃冲击功大于27J，可见本发明涉及的耐磨钢具有良好的抗变形和耐磨性能，同时也具有较好的成型性能。而在对实验例5获得的钢板中发现了较多的网状裂纹，该类裂纹的出现，对钢板的韧塑性和成型性带来了较大的危害，这与表2中获得钢板的韧塑性和冷弯性能较差一致。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims

1.一种NM600高级别低合金耐磨钢，其特征在于，所述钢包括按重量百分比计的以下组分：C：0.38-0.45％、Si：0.10-0.40％、Mn：0.30-0.80％、P≤0.012％、S≤0.003％、Cr：0.30-1.00％、Mo：0.20-0.60％、Ni：1.50-2.50％、Cu：0.30-0.60％、Ti：0.008-0.030％、Nb：0.015-0.050％、V≤0.010、B：0.0008-0.0025％、N≤0.0035％、O≤0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的NM600高级别低合金耐磨钢，其特征在于，所述钢包括按重量百分比计的以下组分：C：0.40-0.43％、Si：0.25-0.35％、Mn：0.50-0.65％、P≤0.010％、S≤0.002％、Cr：0.40-0.70％、Mo：0.25-0.45％、Ni：1.60-2.00％、Cu：0.45-0.55％、Ti：0.012-0.020％、Nb：0.025-0.035％、V≤0.010、B：0.0012-0.0020％、N≤0.0030％、O≤0.0020％，其余为Fe和不可避免的杂质。

3.使用权利要求1或2所述的NM600高级别低合金耐磨钢制备的钢板，其特征在于，马氏体在组织中的含量大于95％。

4.根据权利要求3所述的钢板，其特征在于，所述钢板的抗拉强度大于1800MPa，硬度大于570HBW。

5.权利要求3或4所述的钢板的制备方法，其特征在于，所述方法包括，钢水经真空脱气处理后进行连铸或模铸，铸坯或铸锭于1180-1220℃加热后在奥氏体再结晶区和未再结晶区分别进行轧制。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述连铸的铸坯的厚度为150-300mm。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，再结晶区轧制要求道次压下率≥12％，终轧温度终轧温度≥980℃。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，未再结晶区轧制要求累积压下率≥50％，开轧温度终轧温度≤950℃，终轧温度≥800℃。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，轧后控冷或空冷至室温。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，轧后空冷至室温后进行离线热处理，其中淬火温度为：820-930℃，回火温度为100-250℃。