CN114959424A - 一种抗变形耐磨钢的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种抗变形耐磨钢的生产方法，钢的化学组成百分含量为C=0.18%～0.23%，Si=0.50%～0.80%，Mn=1.0%～1.50%，P≤0.012%，S≤0.003%，Ti=0.010%～0.025%，Als=0.060%～0.10%，Cr=0.40%～1.0%，Mo=0.10%～0.30%，B=0.0008%～0.0025%，CEV≤0.65%，余量为Fe和其它微量元素；其工艺步骤为：铁水预处理→转炉冶炼→LF炉外精炼→VD真空处理→连铸→加热→轧制→矫直→淬火→回火→精整→性能检验→探伤。所生产钢板厚度规格6‑30mm耐磨钢板，钢板屈服强度≥1200MPa，抗拉强度≥1400MPa，延伸率≥13%，表面硬度420‑470HB，‑40℃横向冲击≥40J。

Description

一种抗变形耐磨钢的生产方法

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，涉及一种抗变形耐磨钢的生产方法。

背景技术

具有可焊接性和可加工性的低合金耐磨钢的开发与应用发展迅速。这类钢具有较好的强韧性和耐磨性，生产工艺较为简单，综合经济性合理，受到了用户的欢迎。低合金高强度耐磨钢广泛应用于矿山机械、煤炭采运、农业机械、建材、电力机械、铁路运输等方面，以满足大型机械在恶劣环境下工作所需要的高耐磨、长寿命、可简单冷成型的使用要求。目前耐磨钢的开发和研究大多侧重于提高材料的耐磨性，在耐磨钢应用工况中，磨料磨损为主要磨损方式，一般通过提高韧性和硬度提高耐磨性，使用寿命得到较大程度的提高。而耐磨钢装备在使用时经常面临变形问题，如矿车车厢装运矿石时，车厢承受大块矿石的砸压，容易产生钢板局部变形严重，影响作业效率和车厢寿命，为后续维修带来极大困难。

CN201510962051.7公开了“一种马氏体-铁素体双相耐磨钢板及其制备方法”，该方法通过Ac1～Ac3之间进行淬火，从而引入铁素体软相提高耐磨钢的韧性。CNCN201711221709.4公开了“一种矿山机械用耐磨钢板”，为一种将耐磨钢板表面进行钝化处理的方法提高耐磨性的钢板。CN201310322344.X公开了“一种具有低裂纹敏感指数和高强度的耐磨钢板及其制备方法”，通过降低Mn、Cr和Mo含量减小Pcm，其性能指标满足450HB，未涉及强韧性。CN200910045273.7公开了“一种高韧性耐磨钢板及其制造方法”，利用低碳成分提高耐磨钢板的低温韧性，硬度级别为NM360。

上述专利所涉及的主要为提高耐磨性和焊接性，但均未涉及到耐磨钢板的抗变形能力。

发明内容

本发明旨在提供一种抗变形耐磨钢的生产方法，所生产钢板厚度规格6～30mm耐磨钢板，钢板屈服强度≥1200MPa，抗拉强度≥1400MPa，延伸率≥13%，表面硬度420～470HB，-40℃横向冲击≥40J。

本发明的技术方案：

一种抗变形耐磨钢的生产方法，钢的生产工艺路线为铁水预处理→转炉冶炼→LF炉外精炼→VD真空处理→连铸→加热→轧制→矫直→淬火→回火→精整→性能检验→探伤。钢的化学组成百分含量为C=0.18%～0.23%，Si=0.50%～0.80%，Mn=1.0%～1.50%，P≤0.012%，S≤0.003%，Ti=0.010%～0.025%，Als=0.060%～0.10%，Cr=0.40%～1.0%，Mo=0.10%～0.30%，B=0.0008%～0.0025%，CEV≤0.65%，余量为Fe和其它微量元素；关键工艺步骤包括：

（1）板坯加热出炉温度1100～1150℃，均热时间30～50分钟；粗轧三道次压下率≥18%，至少一道次压下率≥22%；目标厚度20mm及以下规格时中间坯厚度70mm，目标厚度大于20mm时中间坯厚度为3.5倍成品厚度，精轧二道次压下率≥20%，终轧温度Tnr+（0～30）℃；

（2）调质工艺：淬火温度860～890℃，板厚＜20mm时，加热时间为（板厚×2+10）min；板厚≥20mm时，加热时间为板厚×2.5min；回火170～220℃，回火时间为板厚×6min。

用上述方法生产获得组织以回火马氏体为主的钢板，其屈服强度大于1200MPa ，抗拉强度大于1400MPa，延伸率大于13%，表面硬度420～470HB，-40℃横向夏比冲击功达到40J以上。

本发明的原理：

（1）化学成分设计：C含量增加，利于提高钢的淬透性和强度，C是提高钢的屈服强度最为有效和廉价的元素，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，根据本发明产品的硬度和强度要求，C含量设计为0.18%～0.23%。Si以固溶体形态存在于铁素体或奥氏体中，显著提高钢的弹性极限、屈服强度、疲劳强度和耐磨性，其提高铁素体和奥氏体的硬度和强度其作用较 Mn、Ni、Cr、Mo、V等更强，本发明设计添加0.50～0.80%的Si。为满足钢材性能指标对淬透性的要求，设计添加Cr、Mo、来提高淬透性和强度，但加入量过高会导致碳当量高，影响可焊性，为避免这一不利影响，需要添加微量的B来提高淬透性。钢中的氮与硼反应生成的BN会偏聚在晶界，促进铁素体生成，对淬透性造成不利的影响，根据目前钢中氮含量控制水平，计算出相应的Ti和Al的加入量，避免了多余的N造成有效硼减少的情况，同时利用细小TiN和AlN粒子细化晶粒。由于本发明由于加入的碳含量为0.18～0.23%，降低了Nb溶解度，同时加入0.50～0.80%的Si，极大降低了未再结晶温度，轧制过程处于再结晶区轧制，故不需要加入Nb元素。

（2）轧制工艺：板坯加热工艺依据设计的合金元素所需固溶温度确定，本发明所设计合金元素不含Nb，合金固溶温度相对较低；同时，加热温度高，奥氏体晶粒长大，不利于提高屈服强度，为获得细小原始奥氏体晶粒尺寸，加热温度控制在1100～1150℃。轧制工艺采用低温再结晶区轧制，低温条件有利于延缓再结晶组织回复和长大，而在低温条件下需要更大的压下率才能保证组织发生再结晶细化晶粒。

（3）热处理工艺：奥氏体化温度和保温时间影响材料中的合金元素固溶，影响淬透性及晶粒大小，为了使合金元素充分固溶且晶粒不至于过于长大，采用AC3+（10～40）℃加热，加热时间3倍板厚。

本发明通过合理的化学成分、轧制工艺和热处理工艺设计，获得6～30mm抗变形耐磨钢，性能指标符合标准要求，钢板平直度满足下游企业高标准要求。本发明的优点：（1）低碳当量合金成分设计，通过C和Si等元素提高钢的屈服强度，利用Cr、B提高淬透性，减少Mo和Ni等贵重合金的加入，贵重合金加入量少，合金成本低；（2）轧制采用再结晶区轧制，减少钢板性能各项异性；（3）晶粒尺寸小，低温冲击韧性好；（4）钢板屈服强度高，不易于变形，提高产品使用寿命。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明的内容。各实施例生产的钢板热处理后检测性能如表1。

实施例1：6mm厚钢板的生产

钢的化学组成质量百分比为C=0.18%，Si=0.55%，Mn=1.05%，P=0.010%，S=0.002%，Ti=0.015%，Als=0.072%，Cr=0.45%，Mo=0.16%，B=0.0015%，CEV=0.47%，余量为Fe和其它微量元素；工艺步骤包括：

（1）将通过转炉冶炼、LF精炼和真空处理后钢水经板坯连铸浇铸获得合格板坯；

（2）板坯加热出炉温度1120℃，均热时间37分钟；粗轧后三道次压下率分别为18.5%、20.3%和22.5%；中间坯厚度70mm，精轧三道次压下率≥20%，分别为20.3%、21.2%和22.6%，终轧温度803～832℃；

（3）轧制结束后，钢板经Mulpic快速冷却至705～738℃；

（4）调质工艺：淬火温度870℃，加热时间为22min；回火170℃，回火时间为36min。

实施例2：15mm厚钢板的生产

钢的化学组成质量百分比为C=0.19%，Si=0.62%，Mn=1.15%，P=0.009%，S=0.0016%，Ti=0.017%，Als=0.075%，Cr=0.63%，Mo=0.19%，B=0.0017%，CEV=0.55%，余量为Fe和其它微量元素；工艺步骤包括：

（1）将通过转炉冶炼、LF精炼和真空处理后钢水经板坯连铸浇铸获得合格板坯；

（2）板坯加热出炉温度1133℃，均热时间35分钟；粗轧后三道次压下率分别为18.9%、19.5%和22.7%；中间坯厚度70mm，精轧三道次压下率≥20%，分别为20.2%、20.7%和21.6%，终轧温度811～839℃；

（3）轧制结束后，钢板经Mulpic快速冷却至717～745℃；

（4）调质工艺：淬火温度860℃，加热时间为40min；回火170℃，回火时间为90min。

实施例3：30mm厚钢板的生产

钢的化学组成质量百分比为C=0.21%，Si=0.70%，Mn=1.25%，P=0.009%，S=0.0012%，Ti=0.016%，Als=0.082%，Cr=0.71%，Mo=0.25%，B=0.0017%，CEV=0.61%，余量为Fe和其它微量元素；工艺步骤包括：

（1）将通过转炉冶炼、LF精炼和真空处理后钢水经板坯连铸浇铸获得合格板坯；

（2）板坯加热出炉温度1138℃，均热时间40分钟；粗轧后三道次压下率分别为19.1%、19.6%和22.3%；中间坯厚度105mm，精轧三道次压下率≥20%，分别为20.2%、20.7%和21.6%，终轧温度813～845℃；

（3）轧制结束后，钢板经Mulpic快速冷却至710～746℃；

（4）调质工艺：淬火温度860℃，加热时间为75min；回火170℃，回火时间为180min。

表1 实施例生产的钢板热处理后检测性能

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Claims (1)

1.一种抗变形耐磨钢的生产方法，钢的生产工艺路线为铁水预处理→转炉冶炼→LF炉外精炼→VD真空处理→连铸→加热→轧制→矫直→淬火→回火→精整→性能检验→探伤，其特征在于：钢的化学组成百分含量为C=0.18%～0.23%，Si=0.50%～0.80%，Mn=1.0%～1.50%，P≤0.012%，S≤0.003%，Ti=0.010%～0.025%，Als=0.060%～0.10%，Cr=0.40%～1.0%，Mo=0.10%～0.30%，B=0.0008%～0.0025%，CEV≤0.65%，余量为Fe和其它微量元素；关键工艺步骤包括：

（1）板坯加热出炉温度1100～1150℃，均热时间30～50分钟；粗轧三道次压下率≥18%，至少一道次压下率≥22%；目标厚度20mm及以下规格时中间坯厚度70mm，目标厚度大于20mm时中间坯厚度为3.5倍成品厚度，精轧二道次压下率≥20%，终轧温度Tnr+（0～30）℃；

（2）调质工艺：淬火温度860～890℃，板厚＜20mm时，加热时间为（板厚×2+10）min；板厚≥20mm时，加热时间为板厚×2.5min；回火170～220℃，回火时间为板厚×6min。