專利名稱：：一種超高強(qiáng)度耐磨鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及低合金化鋼制造領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種同時(shí)具有極優(yōu)良強(qiáng)韌性匹配及高的耐磨性能的高強(qiáng)度耐磨鋼及其生產(chǎn)方法。技術(shù)背景用于工程機(jī)械行業(yè)耐磨性部件的高強(qiáng)度耐磨鋼，要求具有較高的硬度值以保證惡劣工況下的耐摩擦磨損性能，鋼板化學(xué)成份通常含有較高的Cr和V,—般采用淬火工藝生產(chǎn)，因此內(nèi)應(yīng)力大，焊接性能較差。在本發(fā)明之前，舞陽(yáng)鋼鐵公司生產(chǎn)的WZB-麗360鋼，該鋼成份范圍為CO.170.21%，Si《1.90%，Mn《2.1%，Cr《0.80%，Mo《0.60%，V《0.09%;該鋼采用軋制+回火處理生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)工藝相對(duì)比較簡(jiǎn)單，同時(shí)硬度值HB達(dá)到380左右，抗拉強(qiáng)度約1250MPa，延伸率A5為1418%，由于硬度值很高，該鋼具有很好的耐磨性能。但該鋼的成份特點(diǎn)是Si含量很高，這將對(duì)焊接性能有很不利的影響；同時(shí)該鋼還含有較高的Cr和V，Cr元素增加焊接熱影響區(qū)的淬硬傾向，增加鋼的焊接冷裂紋敏感性和焊接熱影響區(qū)的再熱裂紋敏感性，而V則使Cr增加焊接熱影響區(qū)的再熱裂紋敏感性的程度急劇增加，因而在含有較高Cr的情況下再加入較高的V，將顯著降低鋼的焊接性能，較同時(shí)較高的V也將降低鋼的低溫韌性。還有日本NKK公司發(fā)明的"Anabrasionresistantsteel"歐洲專利，專利號(hào)為EP0527276，該鋼同時(shí)申請(qǐng)了"Abrasion-resistantsteel"美國(guó)專利，專利號(hào)為US5403410。該鋼典型成份為CO.17%,Mn0.95%，Cr0.6%，Mo0.22%，V0.04%，Ti0.014%，B0.001%。該鋼硬度值HB為380左右，抗拉強(qiáng)度約為1230MPa，延伸率As達(dá)23。/。，由于該鋼硬度值很高，因此具有十分優(yōu)異的耐磨性能。但該鋼的設(shè)計(jì)側(cè)重于提高耐磨性能，因此化學(xué)成份中含有較高的Cr和0.04%的V，用于提高耐磨性，同時(shí)該鋼化學(xué)成份中不含Ni，這種成份特點(diǎn)將降低鋼的焊接性能和低溫韌性；另外該鋼采用淬火工藝生產(chǎn)，沒(méi)有經(jīng)過(guò)50(TC以上的高溫回火處理，因此限制了其在實(shí)際中的使用溫度，該鋼建議的使用溫度不高于25(TC。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有耐磨鋼化學(xué)成份中通常含有較高的Cr、V，耐磨性能、焊接性能較差，且通常采用淬火生產(chǎn)工藝，鋼內(nèi)應(yīng)力大，實(shí)際使用溫度范圍受到限制，一般不超過(guò)30(TC的缺點(diǎn)，提供了一種超高強(qiáng)度耐磨鋼及其生產(chǎn)方法，本鋼化學(xué)成份中不含V，采用淬火十500。C回火處理，通過(guò)成份簡(jiǎn)化和在較高溫度下回火，降低鋼內(nèi)應(yīng)力，提高鋼焊接性能，使鋼具有優(yōu)良耐磨性能和極高的強(qiáng)韌性能。本發(fā)明所述的一種超高強(qiáng)度耐磨鋼，鋼的化學(xué)成分按重量百分比為C0.100,17%，Si0.250.50%，Mn1.201.50%，P《0.018%，S《0.008%，Cr0.200.50%，Ni0.250.50%，Mo0.100.40%，Als0.020.06。/0，B《0.005%，RE《150g/噸鋼，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，且碳當(dāng)量Ceq(。/0)《0.60，同時(shí)還滿足Ceq(%)=C+Mn/6+(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15。該超高強(qiáng)度耐磨鋼的生產(chǎn)方法包括以下步驟超純凈鋼工藝進(jìn)行冶煉—鐵水脫硫一轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉一真空處理一結(jié)晶器喂稀土(RE)絲一澆注成板坯一板坯加熱一粗扎一精扎一空冷或沖中壓水冷卻一鋼板調(diào)質(zhì)處理，具體參數(shù)控制為板坯加熱至11701220°C,加熱時(shí)間》150min;粗軋每道次壓下率為2030%，累計(jì)壓下率》70%，粗軋結(jié)束溫度為10001050°C;精軋溫度《95(TC，累積壓下率>30%，終軋溫度《880。C;鋼板調(diào)質(zhì)處理，淬火制度為保溫溫度95(TC，保溫時(shí)間1.8min/mmX板厚+10min;回火制度為保溫溫度500。C，保溫時(shí)間1min/mm。本發(fā)明的主要化學(xué)成分含量基于以下原理本發(fā)明的碳(C)含量為0.100.17%，碳是鋼中最重要的固溶強(qiáng)化元素之一，并能顯著提高鋼的淬透性，為保證本發(fā)明鋼具有足夠的淬透性，從而在淬火時(shí)能形成均勻馬氏體組織以保證強(qiáng)度，需要C含量不低于O.10%。同時(shí)為了保證高的韌性和焊接性能，將碳含量限定在O.17%以下。本發(fā)明的硅(Si)含量為0.250.50%，Si主要是以固溶強(qiáng)化形式提高鋼的強(qiáng)度，同時(shí)也是鋼中的脫氧元素，但含量不可過(guò)高，以免降低鋼的韌性和焊接性能。本發(fā)明的錳(Mn)含量為L(zhǎng)201.50%，Mn是鋼中重要的固溶強(qiáng)化元素，能夠提高淬透性，可降低奧氏體轉(zhuǎn)變成鐵素體的相變溫度，擴(kuò)大鐵碳相圖中的奧氏體區(qū)域，促進(jìn)鋼的中溫組織轉(zhuǎn)變，有利于細(xì)化晶粒尺寸，提高鋼的屈服強(qiáng)度和沖擊韌性。本發(fā)明的磷(P)含量《0.018%、硫(S)含量《0.008%。較高的磷含量可以大幅度提高鋼的耐候性，但是磷在鋼中具有容易造成偏析、惡化焊接性能、顯著降低鋼的低溫沖擊韌性、提高脆性轉(zhuǎn)變溫度，所以，考慮到本發(fā)明鋼強(qiáng)度較高，控制磷含量《0.018%。硫易與錳結(jié)合生成MnS夾雜，硫還影響鋼的低溫沖擊韌性。因此，本發(fā)明應(yīng)盡量減少磷、硫元素對(duì)鋼性能的不利影響，通過(guò)對(duì)鐵水進(jìn)行深脫硫預(yù)處理、真空處理等手段，控制磷、硫含量，從而減輕其不利影響。本發(fā)明的鉻(Cr)含量為0.200.50%，鉻是重要的固溶強(qiáng)化元素，并能提高鋼的淬透性，但過(guò)高的鉻對(duì)韌性損害較大，因此將鉻含量限定在0.200.50%。本發(fā)明的鎳(Ni)含量為0.250.50%，Ni對(duì)提高鋼的強(qiáng)度貢獻(xiàn)較小，但鋼中添加適量的Ni能顯著改善鋼的韌性，尤其是能夠顯著提高鋼的低溫沖擊韌性，但Ni含量超過(guò)一定值后這種作用就不再明顯，因此將Ni含量限定在0.250.50%。本發(fā)明的鉬(Mo)含量為0.100.40%，鉬能提高鋼板淬透性，在回火時(shí)能形成碳化物析出，從而增加鋼的高溫回火抗力，另外鉬還能避免鋼在40(TC50(TC左右回火時(shí)出現(xiàn)的脆化現(xiàn)象(第二類回火脆性)，但鉬含量過(guò)高反而會(huì)導(dǎo)致鋼的脆化，因此將鉬含量限定在0.100.40%。本發(fā)明的(Als)含量0.020.06%，Al是鋼中的主要脫氧元素。Al含量大于0.06%，將導(dǎo)致A1的氧化物夾雜增加，降低鋼的純凈度，不利于鋼的韌性及耐候性能。Al的熔點(diǎn)較高，在生產(chǎn)中，Al可以用來(lái)組織晶粒長(zhǎng)大。本發(fā)明選擇硼(B)含量《0.005%，B是表面活性元素，極易偏聚到晶界，有效地抑制先共析鐵素體的形核及長(zhǎng)大，強(qiáng)烈抑制Y-相變，提高鋼材的強(qiáng)度；B與N的交互作用，能明顯提高鋼材的低溫韌性。B含量過(guò)高易形成B的碳化物和氮化物，并集聚在原奧氏體晶界，促使附近地區(qū)位錯(cuò)密度增高，可以作為氫在局部地區(qū)的陷阱，因而促使此處發(fā)生晶界開(kāi)裂。本發(fā)明鋼在生產(chǎn)中進(jìn)行稀土(RE)處理，其主要作用是球化本發(fā)明鋼中硫化物夾雜，以改善鋼的橫向性能。但是過(guò)高的稀土加入量，容易造成大顆粒的稀土氧化物夾雜，影響鋼的綜合性能，本發(fā)明鋼中的稀土加入量《150g/噸鋼。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明鋼表面硬度(HB)為320400，抗拉強(qiáng)度(Rm)為1280MPa1310MPa，延伸率(A5)為16%22%;所以本發(fā)明鋼具有極高的表面硬度，因此耐摩擦磨損性能優(yōu)異，同時(shí)具有極高抗拉強(qiáng)度和大的延伸率，強(qiáng)韌性匹配十分優(yōu)異。2.本發(fā)明鋼成份設(shè)計(jì)為C-Mn-Cr-Ni-Mo-B成份系列，成份中含有O.250.50%的組，使鋼板具有優(yōu)異的低溫韌性，同時(shí)本發(fā)明鋼不含有一般耐磨鋼中常用的合金元素V，使鋼板具有優(yōu)異的焊接性能和低溫韌性，但并不降低其耐磨性能。3.本發(fā)明鋼在軋制后采用淬火+50(TC回火處理，較高的回火溫度使鋼板內(nèi)應(yīng)力很小，拓寬了鋼板的實(shí)際使用溫度范圍，同時(shí)在回火溫度較高的情況下，鋼板仍具有極高的表面硬度和抗拉強(qiáng)度，因此利于推廣應(yīng)用。具體實(shí)施方式本發(fā)明鋼的具體實(shí)施方式是在80噸氧氣頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐上冶煉，經(jīng)RH真空脫氣處理后，進(jìn)行稀土處理，采用全流程保護(hù)性澆注，其具體生產(chǎn)方法為超純凈鋼工藝進(jìn)行冶煉一鐵水脫硫一轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉一真空處理—結(jié)晶器喂稀土(RE)絲一澆注成板坯一板坯加熱一粗扎一精扎一沖中壓水冷卻一鋼板調(diào)質(zhì)處理，其具體參數(shù)控制為鋼坯在119(TC奧氏體化后出爐軋制，加熱時(shí)間為150min;粗軋每道次壓下率為20%,累計(jì)壓下率為70%，粗軋結(jié)束溫度為1020°C;精軋溫度為95(TC，累積壓下率為30%，終軋溫度為88(TC鋼板調(diào)質(zhì)處理，淬火制度為保溫溫度95(TC，保溫時(shí)間1.8min/mmX板厚+10min;回火制度為保溫溫度50(TC，保溫時(shí)間1min/mm。實(shí)施例1根據(jù)上述方法，生產(chǎn)出鋼l，其化學(xué)成分見(jiàn)表l中的鋼l，力學(xué)性能見(jiàn)表2中的鋼1，耐摩擦磨損性能見(jiàn)表3中的鋼1，在油潤(rùn)滑條件下的磨損量見(jiàn)表4中的鋼1。實(shí)施例2根據(jù)上述方法，生產(chǎn)出鋼2，其化學(xué)成分見(jiàn)表l中的鋼2，力學(xué)性能見(jiàn)表2中的鋼2，耐摩擦磨損性能見(jiàn)表3中的鋼2，在油潤(rùn)滑條件下的磨損量見(jiàn)表4中的鋼2。實(shí)施例3根據(jù)上述方法，生產(chǎn)出鋼3，其化學(xué)成分見(jiàn)表l中的鋼3，力學(xué)性能見(jiàn)表2中的鋼3，耐摩擦磨損性能見(jiàn)表3中的鋼3，在油潤(rùn)滑條件下的磨損量見(jiàn)表4中的鋼3。實(shí)施例4根據(jù)上述方法，生產(chǎn)出鋼4，其化學(xué)成分見(jiàn)表l中的鋼4，力學(xué)性能見(jiàn)表2中的鋼4，耐摩擦磨損性能見(jiàn)表3中的鋼4，在油潤(rùn)滑條件下的磨損量見(jiàn)表4中的鋼4。實(shí)施例5根據(jù)上述方法，生產(chǎn)出鋼5，其化學(xué)成分見(jiàn)表l中的鋼5，力學(xué)性能見(jiàn)表2中的鋼5，耐摩擦磨損性能見(jiàn)表3中的鋼5，在油潤(rùn)滑條件下的磨損量見(jiàn)表4中的鋼5。為了能更好的表現(xiàn)出本實(shí)施例鋼的力學(xué)性能，本實(shí)施方式中提供了對(duì)比鋼，其化學(xué)成分見(jiàn)表l中的對(duì)比鋼l，力學(xué)性能見(jiàn)表2中的對(duì)比鋼1。在測(cè)試本實(shí)施例鋼的耐摩擦磨損性能時(shí)，采用了如下實(shí)驗(yàn)條件在載荷P:25N、轉(zhuǎn)速n-150r/min條件時(shí)，同一試件連續(xù)與砂輪對(duì)磨，在不同的時(shí)間點(diǎn)測(cè)量材料的耐摩擦磨損性能。為了能更好的表現(xiàn)出本實(shí)施例鋼的耐摩擦磨損性能，本實(shí)施方式提供了日本NKK公司的一種耐磨鋼作為比較鋼，其耐摩擦磨損性能見(jiàn)表3中的比較鋼2。在測(cè)試本實(shí)施例鋼在油潤(rùn)滑條件下的磨損量時(shí)，采用了如下實(shí)施條件所用潤(rùn)滑油為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)專用機(jī)油，型號(hào)SL-5W30;將試件浸入潤(rùn)滑油中，浸油時(shí)間6h以上，然后與Q345鋼的對(duì)磨實(shí)驗(yàn)；與Q345鋼進(jìn)行對(duì)磨的實(shí)驗(yàn)條件為負(fù)荷200N，轉(zhuǎn)速200rpm，時(shí)間為6h。當(dāng)試件形狀分別為環(huán)形和盤(pán)形時(shí)，測(cè)量實(shí)施例鋼在油潤(rùn)滑條件下的磨損量。為了能更好的表現(xiàn)出本實(shí)施例鋼在油潤(rùn)滑條件下的磨損量，仍提供上述日本NKK公司的一種耐磨鋼作為比較鋼，其在油潤(rùn)滑條件下的磨損量見(jiàn)表4中的比較鋼2。表l本實(shí)施例鋼和比較鋼的化學(xué)成分(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2本實(shí)施例鋼和比較鋼的力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表3本實(shí)施例鋼和比較鋼的耐摩擦磨損性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表4本實(shí)施1列鋼和比較l岡在油潤(rùn)滑條件下的磨損量<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從表2中可以看出本實(shí)施例鋼與對(duì)比鋼的機(jī)械性能基本相當(dāng)，其中本實(shí)施例鋼的抗拉強(qiáng)度略高于對(duì)比鋼。從表3中可以看出本實(shí)施例鋼與對(duì)比鋼的磨損量基本一致，即在與砂輪對(duì)磨的實(shí)驗(yàn)條件下，兩種鋼的耐磨損性能相當(dāng)。從表4中可以看出，兩種形狀的試件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，本實(shí)施例鋼的磨損量均小于對(duì)比鋼，即在油潤(rùn)滑條件下本發(fā)明鋼的磨損量小于對(duì)比鋼，即本實(shí)施例鋼的耐摩擦磨損性能更為優(yōu)異。根據(jù)上述特性，本發(fā)明鋼可廣泛用于挖掘機(jī)、推土機(jī)、裝載機(jī)、大型自卸車、煤礦刮板運(yùn)輸機(jī)、港口運(yùn)輸機(jī)等主要耐磨損結(jié)構(gòu)零件。上述是對(duì)于本發(fā)明最佳實(shí)施例工藝步驟的詳細(xì)描述，本發(fā)明
技術(shù)領(lǐng)域：
的研究人員可以根據(jù)上述的步驟作形式和內(nèi)容方面非實(shí)質(zhì)性的改變而不偏離本發(fā)明所實(shí)質(zhì)保護(hù)的范圍，因此，本發(fā)明不局限于上述具體的實(shí)施實(shí)例。權(quán)利要求1.一種超高強(qiáng)度耐磨鋼，其特征在于鋼的化學(xué)成分按重量百分比為C0.10～0.17％，Si0.25～0.50％，Mn1.20～1.50％，P≤0.018％，S≤0.008％，Cr0.20～0.50％，Ni0.25～0.50％，Mo0.10～0.40％，Als0.02～0.06％，B≤0.005％，RE≤150g/噸鋼，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，且碳當(dāng)量Ceq(％)≤0.60，同時(shí)還滿足Ceq(％)＝C+Mn/6+(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高強(qiáng)度耐磨鋼，其特征在于鋼的化學(xué)成分按重量百分比為以下的一種、幾種或全部CO.100.14%，Si0.320.50%,Mn1.201.28%，P《0.018%,S《0.008Q/q，Cr0.400.50%，Ni0.250.29%，Mo0.300.40%，Als0.020.04%,B《0.005。/q，RE《150g/噸鋼，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高強(qiáng)度耐磨鋼，其特征在于鋼的化學(xué)成分按重量百分比為以下的一種、幾種或全部CO.140.15%,Si0.290,32%,Mn1.281.32%，P《0.018%，S《0.008%，Cr0.300.40Q/q，Ni0.290.34%,Mo0.270.30%，Als0.040.05%，B《0.005%,RE《150g/噸鋼，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高強(qiáng)度耐磨鋼，其特征在于鋼的化學(xué)成分按重量百分比為以下的一種、幾種或全部CO.150.17%，Si0.250.29，Mn1.321.50%，P《0.018%，S《0.008%,Cr0.200.30%，Ni0.340.50%，Mo0.100.27%,Als0.050.06%，B《0.005%，RE《150g/噸鋼，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。5.—種權(quán)利要求1、2、3或4所述超高強(qiáng)度耐磨鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于包括以下步驟超純凈鋼工藝進(jìn)行冶煉一鐵水脫硫一轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉一真空處理一結(jié)晶器喂稀土(RE)絲一澆注成板坯一板坯加熱一粗扎一精扎一空冷或沖中壓水冷卻一鋼板調(diào)質(zhì)處理，具體參數(shù)控制為板坯加熱至11701220°C，加熱時(shí)間^150min;粗軋每道次壓下率為2030%，累計(jì)壓下率>70%，粗軋結(jié)束溫度為10001050°C;精軋溫度《950。C，累積壓下率>30%，終軋溫度《88(TC;鋼板調(diào)質(zhì)處理，淬火制度為保溫溫度950。C，保溫時(shí)間1.8min/腿X板厚+10min;回火制度為保溫溫度500。C，保溫時(shí)間1min/腿。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種超高強(qiáng)度耐磨鋼及其生產(chǎn)方法，屬于涉及低合金化鋼制造領(lǐng)域，該鋼的化學(xué)成分按重量百分比為C0.10～0.17％，Si0.25～0.50％，Mn1.20～1.50％，P≤0.018％，S≤0.008％，Cr0.20～0.50％，Ni0.25～0.50％，Mo0.10～0.40％，Als0.02～0.06％，B≤0.005％，RE≤150g/噸鋼，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，且碳當(dāng)量Ceq(％)≤0.60，Ceq(％)＝C+Mn/6+(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15。該鋼的具體生產(chǎn)方法包括超純凈鋼工藝進(jìn)行冶煉—鐵水脫硫—轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉—真空處理—結(jié)晶器喂稀土(RE)絲—澆注成板坯—板坯加熱—粗扎—精扎—空冷或沖中壓水冷卻—鋼板調(diào)質(zhì)處理。本鋼化學(xué)成份中不含V，鋼的內(nèi)應(yīng)力低，提高了鋼焊接性能，使鋼具有優(yōu)良耐磨性能和極高的強(qiáng)韌性能，利于推廣應(yīng)用。文檔編號(hào)C22C38/54GK101250673SQ20081004719公開(kāi)日2008年8月27日申請(qǐng)日期2008年3月31日優(yōu)先權(quán)日2008年3月31日發(fā)明者劉志勇,宋育來(lái),段東明,王玉濤,敏胡,華鄭,琳鄭,陳吉清申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司