專(zhuān)利名稱(chēng)：一種600hb級(jí)耐磨鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐磨鋼，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種600HB級(jí)耐磨鋼板及其制造方法。
背景技術(shù)：
在工作條件特別惡劣情況下需要使用強(qiáng)、硬度高的耐磨鋼板以減少設(shè)備的磨損量，延長(zhǎng)其使用壽命。材料的耐磨性主要取決于其硬度，韌性也有一定的影響。耐磨鋼的強(qiáng)、硬度越高， 其碳和合金含量越高，則焊接性能越差。同時(shí)切割、彎曲等使用性能也較差，這就限制了高硬度耐磨鋼在工程上的廣泛應(yīng)用。現(xiàn)有耐磨鋼大都為高碳耐磨鋼，如中國(guó)專(zhuān)利CN1099810公開(kāi)的，其最大碳含量高達(dá)1.20wt· %，嚴(yán)重降低耐磨鋼的韌性。另外，中國(guó)專(zhuān)利CN1140205中的鉻含量在%以上，中國(guó)專(zhuān)利CN1099810中錳含量高達(dá)7wt. %以上，具有很高的合金含量。大量的碳和合金含量會(huì)嚴(yán)重惡化耐磨鋼的焊接和加工性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種600HB級(jí)耐磨鋼板及其制造方法，在盡量降低碳及合金元素含量基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)、高硬和優(yōu)異的塑性、韌性的良好匹配，并使耐磨鋼板有優(yōu)異的使用性能，如焊接、切割、彎曲、機(jī)加工和耐磨性等，進(jìn)而有益于耐磨鋼在工程上的廣泛應(yīng)用。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種600冊(cè)級(jí)耐磨鋼板，其化學(xué)成分重量百分比為(0.41 0.50襯.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. OOwt. %、Ni :0. 01 1. 50wt. %,Ti :0. 001 0. IOwt. %、 Al :0. 001 0. IOwt. RE :0. 001 0. IOwt. W 0. 01 1. OOwt. B 0. 0005 0. 0040wt. %,Ca :0. 001 0. OlOwt. %，余量為！^和不可避免的雜質(zhì)；其中還要同時(shí)滿(mǎn)足1. 50wt. % ≥ Si+Mn ≥ 0. 50wt. %，2. OOwt. %≥ Cr+Mo ≥0. 20wt. %，0. 15wt. % ≥Al+Ti ≥ 0. 03wt. %,在本發(fā)明所涉及的600HB級(jí)耐磨鋼板的化學(xué)成分中碳含量控制在0.41 0.50wt%范圍內(nèi)。碳是耐磨鋼中最基本、最重要的元素， 可以顯著提高鋼的強(qiáng)度和硬度，進(jìn)而提高鋼的耐磨性。碳對(duì)鋼的韌性和焊接性能不利。因此，應(yīng)合理控制鋼中的碳含量，在獲得高強(qiáng)度、高硬度的同時(shí)保證鋼板的韌性及焊接性能。硅含量控制在0. 10 0.60襯％范圍內(nèi)。硅固溶在鐵素體和奧氏體中提高它們的硬度和強(qiáng)度，然而硅含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致鋼的韌性急劇下降。同時(shí)考慮到硅與氧的親和力比鐵強(qiáng)，焊接時(shí)容易產(chǎn)生低熔點(diǎn)的硅酸鹽，增加了熔渣和熔化金屬的流動(dòng)性，影響焊縫質(zhì)量， 因此含量不易過(guò)多。
錳含量控制在0. 20 1. 20wt%范圍內(nèi)。錳強(qiáng)烈增加鋼的淬透性，降低馬氏體轉(zhuǎn)變溫度和鋼的臨界冷卻速度。但錳含量較高時(shí)，有使晶粒粗化的傾向，并增加鋼的回火脆敏感性，而且容易導(dǎo)致鑄坯中出現(xiàn)偏析和裂紋，降低鋼板的性能。鉻含量控制在0.01 1.50wt. %范圍內(nèi)。鉻可以降低臨界冷卻速度、提高鋼的淬透性。鉻在鋼中可以形成(Fe，Cr)3C、(Fe，CiO7C3和(Fe，Cr)23C7等多種碳化物，提高強(qiáng)度和硬度。鉻在回火時(shí)能阻止或減緩碳化物的析出與聚集，可以提高鋼的回火穩(wěn)定性。鉬含量控制在0. 01 1. 50wt. %范圍內(nèi)。鉬可以細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。鉬在鋼中存在于固溶體相和碳化物相中，因此，含鉬鋼同時(shí)具有固溶強(qiáng)化和碳化物彌散強(qiáng)化的作用。鉬是減小回火脆性的元素，可以提高回火穩(wěn)定。鎳含量控制在0. 01 1. 50wt. %范圍內(nèi)。鎳可以降低臨界冷卻速度、提高鋼的淬透性。鎳在0 2. 50wt. %范圍內(nèi)。鎳能與鐵以任何比例互溶，通過(guò)細(xì)化鐵素體晶粒改善鋼的低溫韌性，并具有明顯降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度的作用。對(duì)于高級(jí)別且高低溫韌性的耐磨鋼， 鎳是十分有益的添加元素。但含量過(guò)高易導(dǎo)致鋼板表面氧化皮難以脫落，且成本顯著增加， 因此需控制其含量。鈦含量控制在0. 001 0. IOwt. %范圍內(nèi)。鈦是強(qiáng)碳化物形成元素之一，與碳形成細(xì)微的TiC顆粒。TiC顆粒細(xì)小，分布在晶界，達(dá)到細(xì)化晶粒的效果。鈦可以形成鈦氮化物，起到固定氮的作用。鋁含量控制在0.001 0. IOwt. %范圍內(nèi)。鋁和鋼中氮能形成細(xì)小難溶的AlN顆粒，細(xì)化顯微組織。鋁不僅是脫氧劑，還有促進(jìn)亞穩(wěn)定奧氏體形成的作用。鋁能抑制和延緩過(guò)冷奧氏體的碳化物分解，提高韌性。稀土 含量控制在0. 001 0. IOwt. %范圍內(nèi)。在鋼中添加稀土可以減少硫、磷等元素的偏析，改善非金屬夾雜物的形狀、大小和分布，同時(shí)可以細(xì)化晶粒，提高硬度。稀土能提高屈強(qiáng)比和有利于改善低合金高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)韌性。稀土的含量不易過(guò)多，否則會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重偏析，降低鑄坯質(zhì)量和力學(xué)性能。鎢含量控制在0. 001 1. OOwt. %范圍內(nèi)。鎢可以增加鋼的回火穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性，并可以起到一定的細(xì)化晶粒作用。另外，鎢可以形成硬質(zhì)碳化物而增加鋼的耐磨性。硼含量控制在0. 0005 0. 004wt. %范圍內(nèi)。硼增加鋼的淬透性。硼對(duì)鋼淬火成馬氏體后的抗回火軟化作用沒(méi)有影響，含硼鋼需采取較低的回火溫度和較短的回火時(shí)間。 鋼中的硼含量超過(guò)0. 007%，將導(dǎo)致熱脆現(xiàn)象，影響鋼的熱加工性能。鈣含量控制在0. 001 0. OlOwt. %范圍內(nèi)。鈣對(duì)鑄鋼中夾雜物的變質(zhì)具有顯著作用，鑄鋼中加入適量鈣可將鑄鋼中的長(zhǎng)條狀硫化物夾雜轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙畹腃aS或(Ca，Mn) S夾雜，鈣所形成的氧化物及硫化物夾雜密度小，易于上浮排除。鈣還顯著降低硫在晶界的偏聚，這些都有益于提高鑄鋼的質(zhì)量，進(jìn)而提高鋼的性能。磷與硫在耐磨鋼中，硫與磷均為有害元素，它們的含量要嚴(yán)格控制，本發(fā)明所涉及鋼種中磷含量小于0. 050wt. %，硫含量小于0. 030wt. %。硅、錳的部分作用相類(lèi)似，可以部分取代，但硅、錳含量同時(shí)較高時(shí)，對(duì)焊接性能十分不利，因此又要加以限制，另外，加入適量的錳可以改善由高硅鋼的韌性，因此其含量限制在 0. 50wt. Si+Mn ( 1. 50wt. %范圍。鉬是減小回火脆性的元素，可以提高回火穩(wěn)定。鉻可以提高淬透性，但對(duì)韌性不利，需要加入適量的鉬進(jìn)行調(diào)節(jié)，但鉬會(huì)增加成本，因此含量需要控制，綜合考慮含量控制在以下范圍:0. 20wt. Cr+Mo ( 2. OOwt. %。鋁降低奧氏體的穩(wěn)定性，減小奧氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的過(guò)冷度，降低鋼的淬透性，提高臨界淬火冷卻速度。鈦均能形成細(xì)小顆粒進(jìn)而細(xì)化晶粒，鋁可以與保證細(xì)小鈦顆粒的形成，充分發(fā)揮鈦的細(xì)化晶粒作用，故其范圍如下:0. 03wt. Al+Ti ( 0. 15wt. %0總之，本發(fā)明所涉及的鋼種通過(guò)元素種類(lèi)及含量的科學(xué)設(shè)計(jì)，在添加少量合金元素基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)、高硬和良好的塑性、韌性的匹配，提高了鋼的耐磨性。本發(fā)明的600HB級(jí)耐磨鋼板的制造方法，包括，轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、鑄造、 加熱、軋制、冷卻、淬火和回火步驟；其中，加熱步驟中，加熱溫度為小于1300°C ；軋制步驟中，開(kāi)軋溫度為小于1250°C，軋后空冷；淬火步驟中，淬火溫度小于Ac3+100°C ；回火步驟中， 回火溫度小于350°C ；優(yōu)選地，在所述加熱過(guò)程中，加熱溫小于1280°C，以防奧氏體晶粒過(guò)分長(zhǎng)大及鋼坯
表面嚴(yán)重氧化。 開(kāi)軋溫度小于1230°C，軋后空冷，適當(dāng)?shù)牡蜏亻_(kāi)軋有利于細(xì)化組織，提高鋼板強(qiáng)韌性。淬火溫度小于Ac3+80°C，出爐后水冷，有利于細(xì)化組織，提高強(qiáng)韌性。鋼中含有較高的碳及一定量的Si、Mn、Cr、Mo和Ni等合金元素，需要在高溫下充分固溶，但溫度不宜過(guò)高以防奧氏體晶粒過(guò)分長(zhǎng)大及鋼坯表面嚴(yán)重氧化；Cr、Mo等元素可提高鋼板淬透性，故在水冷條件下可以生產(chǎn)高厚度鋼板。回火溫度小于300°C，出爐后空冷。元素Cr、Mo等可以提高回火穩(wěn)定性，保證鋼板的具有較高的強(qiáng)硬度，同時(shí)具有優(yōu)異的塑性和韌性?？绽洳捎枚讯饣蚶浯怖鋮s，可以減緩冷卻速度，防止鋼板開(kāi)裂。本發(fā)明的有益效果1、通過(guò)合理設(shè)計(jì)化學(xué)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，使本發(fā)明涉及耐磨鋼板具有可焊性，尤其適合需要焊接的工程機(jī)械使用領(lǐng)域。2、本發(fā)明所生產(chǎn)的600HB級(jí)耐磨鋼板可以進(jìn)行切割、彎曲等機(jī)械加工，具有較強(qiáng)的適用性。3、本發(fā)明將鋼板淬火后低溫回火，消除了淬火后鋼板的內(nèi)應(yīng)力，并使鋼板有較高的強(qiáng)、硬度和塑、韌性。4、由于成分和工藝設(shè)計(jì)合理，從實(shí)施效果來(lái)看，工藝制度比較寬松，可以穩(wěn)定進(jìn)行
工業(yè)生產(chǎn)。5、本發(fā)明生產(chǎn)的600HB級(jí)耐磨鋼板布氏硬度大于600HB，_20°C夏比縱向沖擊功大于40J，這進(jìn)一步保證了鋼板在惡劣工況下仍具有優(yōu)異的耐磨性能。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例5的600HB級(jí)耐磨鋼板的顯微組織，由圖可知該鋼板的顯微組織主要為馬氏體；圖2為本發(fā)明實(shí)施例6的600HB級(jí)耐磨鋼板厚度截面硬度實(shí)測(cè)值。由圖可知，本發(fā)明所涉及600HB級(jí)耐磨鋼板的截面硬度較均勻。
具體實(shí)施例方式下面用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。實(shí)施例1本發(fā)明的600HB級(jí)耐磨鋼板的化學(xué)成分如表2所示。按表2所示的化學(xué)成分電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉，精煉后澆鑄成連鑄坯或鋼錠，將連鑄坯或鋼錠加熱至1250°C，開(kāi)軋溫度為 12000C，成品鋼板厚度為6mm，軋制后空冷，淬火加熱溫度為Ac3+80°C，回火溫度為300°C，回火后堆垛或冷床冷卻。實(shí)施例2實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中加熱溫度為1230°C，開(kāi)軋溫度為1180°C，成品鋼板厚度為12mm，淬火加熱溫度為Ac3+60°C，回火溫度為250°C，回火后堆垛或冷床冷卻。實(shí)施例3實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中加熱溫度為1200°C，開(kāi)軋溫度為1150°C，成品鋼板厚度為20mm，淬火加熱溫度為Ac3+50°C，回火溫度為220°C，回火后堆垛或冷床冷卻。實(shí)施例4實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中加熱溫度為1180°C，開(kāi)軋溫度為1130°C，成品鋼板厚度為30mm，淬火加熱溫度為Ac3+30°C，回火溫度為260°C，回火后堆垛或冷床冷卻。實(shí)施例5實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中加熱溫度為1190°C，開(kāi)軋溫度為1160°C，成品鋼板厚度為40mm，淬火加熱溫度為Ac3+45°C，回火溫度為280°C，回火后堆垛或冷床冷卻。實(shí)施例6實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中加熱溫度為1220°C，開(kāi)軋溫度為1180°C，成品鋼板厚度為50mm，淬火加熱溫度為Ac3+75°C，回火溫度為230°C?；鼗鸷蠖讯饣蚶浯怖鋮s。對(duì)比例為已有專(zhuān)利中所涉及的鋼種。本發(fā)明耐磨鋼與對(duì)比鋼的力學(xué)性能參見(jiàn)表3。從表可知，本發(fā)明實(shí)施例1-6600HB 級(jí)耐磨鋼硬度大于600HB，-20°C夏比縱向沖擊功大于40J，本發(fā)明所涉及高耐磨性鋼板具有優(yōu)良的機(jī)械性能。在成分體系相近條件下，本發(fā)明所涉及鋼板硬度明顯高于與對(duì)比鋼1 和2的硬度；對(duì)比鋼3硬度與本發(fā)明所涉及鋼板硬度相近，但其碳含量過(guò)高，對(duì)塑、韌性和焊接性等損害較大。對(duì)本發(fā)明實(shí)施例3耐磨鋼板進(jìn)行斜Y坡口焊接裂紋試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果參見(jiàn)表4。由表可知，耐磨鋼板在185°C預(yù)熱條件下焊后未出現(xiàn)裂紋，本發(fā)明鋼板具有較好的焊接性能。耐磨性試驗(yàn)在ML-100磨粒磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。本發(fā)明實(shí)施例4的耐磨鋼板與 HARD0X600(對(duì)比鋼4)磨損試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。由表可知，本發(fā)明涉及鋼種與對(duì)比鋼的耐磨性相當(dāng)。表2本發(fā)明實(shí)施例1-6及對(duì)比鋼的化學(xué)成分(wt. % )
權(quán)利要求
1. 一種600HB級(jí)耐磨鋼板，其化學(xué)成分重量百分比為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. OOwt. %、Ni :0. 01 1. 50wt. %,Ti :0. 001 0. IOwt. %、 Al :0. 001 0. IOwt. RE :0. 001 0. IOwt. W 0. 01 1. OOwt. B 0. 0005 0. 0040wt. %,Ca :0. 001 0. OlOwt. %，余量為！^和不可避免的雜質(zhì)；其中還要同時(shí)滿(mǎn)足1.50wt. Si+Mn 彡 0. 50wt. %,2.00wt. % 彡 Cr+Mo 彡 0. 20wt. %， 0. 15wt. % 彡 Al+Ti 彡 0. 03wt. %。
2.如權(quán)利要求1所述的600HB級(jí)耐磨鋼板的制造方法，包括如下步驟，轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、鑄造、加熱、軋制、冷卻、淬火和回火；其中，加熱步驟中，加熱溫度為小于1300°C ；軋制步驟中，開(kāi)軋溫度為小于1250°C，軋后空冷；淬火步驟中，淬火溫度小于 Ac3+100°C ；回火步驟中，回火溫度小于350°C。
3.如權(quán)利要求2所述的600HB級(jí)耐磨鋼板的制造方法，其特征是，在所述加熱過(guò)程中， 加熱溫小于1280°C。
4.如權(quán)利要求2所述的600HB級(jí)耐磨鋼板的制造方法，其特征是，開(kāi)軋溫度小于 1230°C，軋后空冷。
5.如權(quán)利要求2所述的600HB級(jí)耐磨鋼板的制造方法，其特征是，淬火溫度小于 Ac3+70°C，出爐后水冷。
6.如權(quán)利要求2所述的600HB級(jí)耐磨鋼板的制造方法，其特征是，回火溫度小于 320°C，出爐后空冷。
7.如權(quán)利要求2所述的600HB級(jí)耐磨鋼板的制造方法，其特征是，空冷采用堆垛或冷床冷卻。
全文摘要
一種600HB級(jí)耐磨鋼板，其成分重量百分比為C 0.41～0.50wt.％、Si 0.10～0.60wt.％、Mn 0.20～1.20wt.％、P≤0.050wt.％、S≤0.030wt.％、Cr0.01～1.50wt.％、Mo0.01～1.00wt.％、Ni0.01～1.50wt.％、Ti0.001～0.10wt.％、Al0.001～0.10wt.％、RE0.001～0.10wt.％、W0.01～1.00wt.％、B0.0005～0.0040wt.％，Ca0.001～0.010wt.％，余Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明600HB級(jí)耐磨鋼板硬度高(≥600HB)，韌、塑性佳，抗磨損性極高，同時(shí)具有良好的可加工性和焊接性，微觀組織為馬氏體或馬氏體和殘余奧氏體，非常適合在強(qiáng)磨損環(huán)境中工作，尤其在與高強(qiáng)度礦石等高硬度物料相接觸的車(chē)輛或設(shè)施上，如鏟斗和礦用電動(dòng)輪自卸車(chē)車(chē)廂等。
文檔編號(hào)C22C38/54GK102199737SQ201010133798
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者劉自成, 姚連登, 李紅斌, 趙小婷 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司