本發(fā)明涉及耐磨鋼制造領(lǐng)域，具體涉及一種NM600高級(jí)別低合金耐磨鋼板及其制造方法。

背景技術(shù)：

低合金耐磨鋼因其合金含量低，綜合性能良好，生產(chǎn)靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工作條件惡劣，要求高的強(qiáng)度和硬度、耐磨性好的工程、采礦、建筑、農(nóng)業(yè)、水泥、港口、電力以及冶金等機(jī)械裝備制造，如推土機(jī)，裝載機(jī)，挖掘機(jī)，自卸車，球磨機(jī)及各種礦山機(jī)械、抓斗、堆取料機(jī)、輸料彎曲結(jié)構(gòu)等。該類部件一般都在干濕交加的環(huán)境極其惡劣的條件下工作，更換困難，要求鋼板具有高的強(qiáng)度、硬度及優(yōu)異的耐磨和耐蝕性能，以及良好的焊接性能等，以此來保證裝備有更高的使用壽命。

目前，已經(jīng)有不少關(guān)于低合金耐磨鋼的專利報(bào)導(dǎo)，但是其級(jí)別均較低，且硬度韌塑性和成型性均不理想，焊接性能較差，不同時(shí)具備優(yōu)異的耐磨和耐蝕性能，難以滿足裝備制造大型化、輕量化和長(zhǎng)壽命化制造的需求。

有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一目在于提供一種NM600高級(jí)別低合金耐磨鋼，其思路是采用中高碳和合金化的成分設(shè)計(jì)，并通過碳、錳、鉻、鎳、鉬和銅等合金元素以及鈮、鈦、釩等微合金元素的相互配合作用，并輔控制軋制和離線熱處理的方法，提供一種適用于NM600高級(jí)別低合金耐磨鋼板。

本發(fā)明的第二目的在于提供所述鋼板，鋼板布氏硬度在570-630HB之間，抗拉強(qiáng)度≥1800MPa，延伸率≥8％，-20℃沖擊功≥27J，滿足90°冷彎不開裂的要求，具有優(yōu)異的耐磨性能。

本發(fā)明的第三目的在于提供所述的鋼板的制造方法，由于鉻、鎳、鉬和銅等多種合金元素的復(fù)合添加，本發(fā)明獲得的鋼板在保證極高耐磨性能的同時(shí)，還具有良好的耐蝕性能。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種NM600高級(jí)別低合金耐磨鋼，所述鋼包括按重量百分比計(jì)的以下組分：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％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

碳：碳元素是耐磨鋼板獲得高的強(qiáng)度和硬度的最關(guān)鍵元素。對(duì)于要獲得組織為95％及以上馬氏體組織以及布氏硬度在570-630HB的鋼板而言，碳元素是最重要的元素，且碳元素可以顯著提高鋼板的淬透性。但由于碳元素的增加，會(huì)降低鋼板的韌塑性和焊接性能。所以如果鋼板既要獲得高硬度，又要具備一定的韌塑性和焊接性能，綜合考慮，本發(fā)明的碳元素含量為0.38-0.45％。

硅：硅元素在鋼中起固溶強(qiáng)化作用，其在奧氏體中的溶解度較大，提高硅含量有利于提高鋼的強(qiáng)度和硬度，且能提高奧氏體的穩(wěn)定性。但硅元素含量過高會(huì)導(dǎo)致鋼的韌性下降，且高硅含量的鋼板加熱時(shí)的氧化皮粘度較大，出爐后除鱗困難，導(dǎo)致軋后鋼板表面紅色氧化皮嚴(yán)重、表面質(zhì)量較差。此外，高硅還不利于鋼板的焊接性能。綜合考慮硅元素各方面的影響，本發(fā)明硅元素的含量為0.10-0.40％。

錳：錳元素能夠擴(kuò)到奧氏體區(qū)，穩(wěn)定奧氏體組織，其能力僅次于合金元素鎳，是廉價(jià)的穩(wěn)定奧氏體和強(qiáng)化合金元素，同時(shí)錳元素能夠增加鋼的淬透性，降低馬氏體形成的臨界冷速。但錳元素含量過高時(shí)，會(huì)使鋼板有使晶粒粗化的傾向，并增加鋼的回火脆敏感性，且容易導(dǎo)致鑄坯中出現(xiàn)偏析和裂紋，降低鋼板的性能。本發(fā)明結(jié)合其碳元素和硫元素的控制，錳元素的含量控制在0.30-0.80％。

硫和磷：硫元素在鋼中易與錳元素等結(jié)合形成硫化夾雜物，尤其對(duì)鋼的橫向塑性和韌性不利，因此硫的含量應(yīng)盡可能地低。磷也是鋼中的有害元素，嚴(yán)重?fù)p害鋼板的塑性和韌性。對(duì)于本發(fā)明而言，硫和磷均是不可避免的雜質(zhì)元素，應(yīng)該越低越好，考慮到鋼廠實(shí)際的煉鋼水平，本發(fā)明要求P≤0.012％、S≤0.003％。

鉻：鉻元素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，Cr)₇C₃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。在本發(fā)明中，鉻元素的含量應(yīng)控制為0.30-1.00％。

鉬：鉬元素能顯著地細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。鉬元素能減少鋼的回火脆性，同時(shí)回火時(shí)還能析出非常細(xì)小的碳化物，顯著強(qiáng)化鋼的基體。由于鉬元素是非常昂貴的戰(zhàn)略合金元素，所以本發(fā)明中可添加不超過0.60％的鉬。本發(fā)明中，鉬元素含量為0.20-0.60％。

鎳：鎳元素是穩(wěn)定奧氏體的元素，在調(diào)質(zhì)鋼中加鎳元素，可以大幅提高鋼的韌性尤其是低溫韌性。在本發(fā)明中，為了保證得到極高的強(qiáng)度和硬度，在合金設(shè)計(jì)時(shí)添加了較高的碳元素，從而會(huì)使得鋼板的韌塑性非常差。為了保證鋼板既具有高的強(qiáng)度和硬度，而且還具有一定的韌塑性，同時(shí)還考慮到鎳元素屬于貴重合金元素，所以本發(fā)明中鎳的含量為1.50-2.50％。

銅：銅元素鋼中的突出作用是改善鋼的耐腐蝕性能，特別是和磷配合使用時(shí)，加入銅還能提高鋼的強(qiáng)度和屈服比，而對(duì)焊接性能沒有不利的影響。但當(dāng)銅元素含量較高時(shí)，對(duì)熱變形加工不利，在熱變形加工時(shí)導(dǎo)致銅脆現(xiàn)象?？紤]到耐磨鋼板的應(yīng)用場(chǎng)合多為磨損和腐蝕同時(shí)存在，并考慮到銅元素的不利作用，在本發(fā)明中，銅元素的含量為0.30-0.60％。

鈦：鈦元素是強(qiáng)碳化物形成元素，鋼中加入微量的鈦元素有利于固定鋼中的氮，形成的TiN，能使鋼坯加熱時(shí)奧氏體晶粒出現(xiàn)異常的長(zhǎng)大，細(xì)化原始奧氏體晶粒度。本發(fā)明鈦含量控制在0.008-0.030％。

鈮：鈮元素在鋼中可以阻止再結(jié)晶和阻礙再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大，提高強(qiáng)度。同時(shí)，鈮元素在鋼中可強(qiáng)烈地形成鈮的碳化物和氮化物，從而影響鋼的性能，且鈮元素能細(xì)化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性。在本發(fā)明中，鈮元素的含量控制為0.015-0.050％。

硼：淬透性元素，對(duì)提高鋼板淬透性尤其是厚規(guī)格鋼板的淬透性有著重要作用。鋼中添加少量的硼元素即可起到較大的增加鋼板的淬透性，且硼元素資源富有，價(jià)格便宜，添加少量的硼可以顯著的節(jié)省錳、鎳、鉻、鉬等貴重的合金元素添加。但過多的硼元素會(huì)增加晶界的偏聚，從而降低鋼鐵材料的韌塑性。在本發(fā)明中，硼元素的含量為：0.0008-0.0025％。

優(yōu)選地，所述鋼包括按重量百分比計(jì)的以下組分：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％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及使用所述的NM600高級(jí)別低合金耐磨鋼制備的鋼板，所述鋼板中，馬氏體在組織中的含量大于95％。

優(yōu)選地，所述鋼板的抗拉強(qiáng)度大于1900MPa，硬度大于570HBW。

本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及所述鋼板的制備方法，所述方法包括，鋼水經(jīng)真空脫氣處理后進(jìn)行連鑄或模鑄，鑄坯或鋼坯于1180-1220℃加熱后在奧氏體再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)分別進(jìn)行軋制。

本發(fā)明中的制造工藝過程對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品的影響：轉(zhuǎn)爐吹煉和真空處理的目的是確保鋼液的基本成分要求，去除鋼中的氧、氫等有害氣體，并加入錳、鈦等必要的合金元素，進(jìn)行合金元素的調(diào)整。

優(yōu)選地，所述連鑄的鑄坯厚度為150-300mm。

優(yōu)選地，再結(jié)晶區(qū)軋制要求道次壓下率≥12％，終軋溫度終軋溫度≥980℃。

優(yōu)選地，未再結(jié)晶區(qū)軋制要求累積壓下率≥50％，開軋溫度終軋溫度≤950℃，終軋溫度≥800℃。

優(yōu)選地，軋后控冷或空冷至室溫。

優(yōu)選地，軋后空冷至室溫后進(jìn)行離線熱處理，其中淬火溫度為：820-930℃，回火溫度為100-250℃。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

1.本發(fā)明獲得的鋼板具有極高的硬度，滿足布氏硬度在570-630HBW。

2.本發(fā)明熱軋和離線熱處理的方式生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單。

3.本發(fā)明得到的組織主要為馬氏體組織，主要通過馬氏體的高硬度和良好的韌性來提高耐磨性能。

4.本發(fā)明得到的耐磨鋼板的低溫沖擊韌性和冷彎成型性能良好，滿足-20℃低溫沖擊韌性≥27J和d＝6a，90°冷彎不開裂要求(其中d為折彎半徑，a為鋼板厚度)。

5.本發(fā)明獲得的鋼板除了具有極佳的耐磨性能外，還具有良好的耐蝕性能。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下列實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

按本發(fā)明鋼種的化學(xué)成分要求，并結(jié)合所述的制造工藝，以制造不同規(guī)格的NM600高級(jí)別低合金耐磨鋼板。具體的成分如下：

表1本發(fā)明各實(shí)施例的化學(xué)成分(wt％)

所冶煉的鋼坯或鋼錠按所述的方法，采用控軋控冷和離線熱處理相結(jié)合的方法進(jìn)行NM600高級(jí)別低合金耐磨鋼板的生產(chǎn)。

實(shí)施例1

將按表1配比冶煉完成的鋼水經(jīng)真空脫氣處理后進(jìn)行連鑄，連鑄坯厚度150mm，將鋼坯加熱至1180℃的爐溫，保溫180min后出爐進(jìn)行奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制和未再結(jié)晶區(qū)軋制，其中再結(jié)晶區(qū)終軋溫度為1025℃，未再結(jié)晶區(qū)終軋溫度為910℃，鋼板的最終軋制厚度為12mm，軋后空冷至室溫，然后進(jìn)行淬火和回火處理，淬火溫度為880℃，回火溫度為170℃。

實(shí)施例2

將按表1配比冶煉完成的鋼水經(jīng)真空脫氣處理后進(jìn)行連鑄，連鑄坯厚度220mm，將鋼坯加熱至1200℃的爐溫，保溫200min后出爐進(jìn)行奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制和未再結(jié)晶區(qū)軋制，其中再結(jié)晶區(qū)終軋溫度為1030℃，未再結(jié)晶區(qū)終軋溫度為850℃，鋼板的最終軋制厚度為40mm，軋后空冷至室溫，然后進(jìn)行淬火和回火處理，淬火溫度為920℃，回火溫度為250℃。

實(shí)施例3

將按表1配比冶煉完成的鋼水經(jīng)真空脫氣處理后進(jìn)行連鑄，連鑄坯厚度300mm，將鋼坯加熱至1220℃的爐溫，保溫220min后出爐進(jìn)行奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制和未再結(jié)晶區(qū)軋制，其中再結(jié)晶區(qū)終軋溫度為1040℃，未再結(jié)晶區(qū)終軋溫度為890℃，鋼板的最終軋制厚度為25mm，軋后空冷至室溫，然后進(jìn)行淬火和回火處理，淬火溫度為930℃，回火溫度為180℃。

實(shí)施例4

將按表1配比冶煉完成的鋼水經(jīng)真空脫氣處理后進(jìn)行連鑄，連鑄坯厚度300mm，將鋼坯加熱至1180℃的爐溫，保溫180min后出爐進(jìn)行奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制和未再結(jié)晶區(qū)軋制，其中再結(jié)晶區(qū)終軋溫度為980℃，未再結(jié)晶區(qū)終軋溫度為830℃，鋼板的最終軋制厚度為25mm，軋后空冷至室溫，然后進(jìn)行離線淬火和回火處理，淬火溫度為820℃，回火溫度為100℃。

實(shí)驗(yàn)例5

將按表1的合金配比，并添加1.2％左右的Cu元素，進(jìn)行冶煉，冶煉完成的鋼水經(jīng)真空脫氣處理后進(jìn)行連鑄，連鑄坯厚度200mm，將鋼坯加熱至1200℃的爐溫，保溫180min后出爐進(jìn)行奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制和未再結(jié)晶區(qū)軋制，其中再結(jié)晶區(qū)終軋溫度為1050℃，未再結(jié)晶區(qū)終軋溫度為820℃，鋼板的最終軋制厚度為15mm，軋后空冷至室溫，然后進(jìn)行離線淬火和回火處理，淬火溫度為820℃，回火溫度為170℃。

對(duì)實(shí)施例中的鋼板的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，其中強(qiáng)度按照GB/T228-2002金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法進(jìn)行，低溫沖擊韌性按GB/T 229-2007金屬夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)方法測(cè)定，硬度按照GB/T231.1-2009方法測(cè)定，得到的結(jié)果見表2所示。

表2本發(fā)明鋼板的力學(xué)性能

由表2可以看出，本發(fā)明的耐磨鋼的布氏硬度在570-630HBW之間，抗拉強(qiáng)度大于1800MPa，延伸率大于8％，-20℃沖擊功大于27J，可見本發(fā)明涉及的耐磨鋼具有良好的抗變形和耐磨性能，同時(shí)也具有較好的成型性能。而在對(duì)實(shí)驗(yàn)例5獲得的鋼板中發(fā)現(xiàn)了較多的網(wǎng)狀裂紋，該類裂紋的出現(xiàn)，對(duì)鋼板的韌塑性和成型性帶來了較大的危害，這與表2中獲得鋼板的韌塑性和冷彎性能較差一致。

盡管已用具體實(shí)施例來說明和描述了本發(fā)明，然而應(yīng)意識(shí)到，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以作出許多其它的更改和修改。因此，這意味著在所附權(quán)利要求中包括屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些變化和修改。