一種高強(qiáng)度耐磨鋼板及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬材料冶金領(lǐng)域，特別涉及一種550HB級高強(qiáng)度耐磨鋼板及其生產(chǎn) 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 耐磨鋼板可廣泛應(yīng)用于能源、交通、農(nóng)機(jī)、礦山設(shè)備、工程機(jī)械及水泥設(shè)備等領(lǐng)域， 高碳高錳系列作為經(jīng)典耐磨鋼曾被廣泛使用百余年。但當(dāng)破碎物料受到的沖擊并不強(qiáng)烈 時，由于高錳鋼具有的加工硬化性能不能充分得以發(fā)揮，使得高錳鋼襯板表現(xiàn)出了磨損快、 使用壽命短的弱點；而低、中合金耐磨鋼由于具有較好的耐磨性和韌性，生產(chǎn)工藝較簡單， 經(jīng)濟(jì)性合理的特點，開發(fā)與應(yīng)用發(fā)展得很快。
[0003] 表面硬度550HB級別的耐磨鋼板為高強(qiáng)度耐磨鋼板，具有較高的表面硬度和耐磨 能力，一般采用淬火加低溫回火狀態(tài)下供貨，主要在工程機(jī)械、礦山機(jī)械等需高耐磨的工況 下使用。
[0004] 國內(nèi)外高強(qiáng)度耐磨鋼板的生產(chǎn)已經(jīng)形成多項專利，例如中國專利公開號為 CN1775983提供了一種"高強(qiáng)度鑄造空冷貝氏體耐磨鋼及其制備方法"，其化學(xué)成分是（重 量％ ) :C0. 32 ~0· 65, SiO. 8 ~3. 0, MnL 2 ~3. 0, CrO. 5 ~0· 8, CuO. 3 ~0· 8, B0. 001 ~ 0· 008, A10. 18 ~0· 35, Y0. 05 ~0· 15, Ti0.0 5 ~0· 20, MgO ~0· 12, CaO ~0· 12, ZnO ~ 0. 15,且0. 10 < Mg+Ca+Zn < 0. 25,其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。其制造工藝是：將 廢鋼、生鐵、鉻鐵和銅板混合加熱熔化，熔清后加入硅鐵和錳鐵預(yù)脫氧和合金化；爐前調(diào)整 成分合格后將溫度升至1600~1660°C，加入鋁終脫氧和合金化，而后出爐；將含釔、硼、鈦、 鎂、鈣和鋅等的復(fù)合變質(zhì)劑破碎至粒度小于25_的小塊，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對 鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理；變質(zhì)處理后，將鋼水在普通鑄型中澆注成鑄件。此發(fā)明的耐磨鋼與 傳統(tǒng)高錳鋼相比碳、錳含量明顯降低，表面硬度提高，洛氏硬度為55. 7,由于表面硬度提高， 可明顯提高使用壽命，提高設(shè)備工作效率，降低生產(chǎn)成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。該專利屬 中碳、高硅合金耐磨鋼，合金體系復(fù)雜，鋁、硅、鈦含量偏高，冶煉、連鑄困難，只能用于生產(chǎn) 鑄件。
[0005] 專利公開號CN1140205公開的"一種中碳中合金耐磨鋼"，其化學(xué)成分為：C0. 45~ 0· 65%，SiO. 3 ~0· 8%，MnO. 4 ~L 0%，Cr4. 0 ~5. 5%，MoO. 3 ~0· 7%，V0. 2 ~0· 5%， Re0.0 2~0. 05%，P · S < 0. 040%。該專利采用鑄鋼的方法生產(chǎn)，適合制作承受較大負(fù)荷 工況條件的中型球磨機(jī)的襯板、隔倉板，滾式破碎滾筒，錘式，反擊式破碎機(jī)的錘頭、板錘， 也可用于對磁選要求嚴(yán)格的顎式破碎機(jī)的齒板，使用壽命為高錳鋼的3-4倍。該專利產(chǎn)品 錳、硅含量較低，但碳及鉻鑰等合金含量仍偏高，只能鑄造生產(chǎn)，且含稀土鋼冶煉困難，生產(chǎn) 過程不易控制。該專利耐磨鋼表面硬度為洛氏52,硬度偏低，耐磨性較差。
[0006] 專利公開號CN101250673提供了 "一種超高強(qiáng)度耐磨鋼及其生產(chǎn)方法"，其成分 為（重量百分比）：C0. 10 ~0· 17%，SiO. 25 ~0· 50%，MnL 20 ~1. 50%，P 彡 0· 018%， S 彡 0· 008%，CrO. 20 ~0· 50%，NiO. 25 ~0· 50%，MoO. 10 ~0· 40%，Als0.0 2 ~0· 06%， 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)絲一燒注成板 坯一板坯加熱一粗軋一精軋一空冷或沖中壓水冷卻一鋼板調(diào)質(zhì)處理。該專利碳及合金含量 較低，可連鑄生產(chǎn)，雖為超高強(qiáng)度和高韌性，但鋼板硬度僅為400HB不能達(dá)到550HB，不能廣 泛應(yīng)用于工作條件惡劣，對耐磨性能要求高的礦山及工程機(jī)械產(chǎn)品上，且淬火后需回火處 理，工藝復(fù)雜，成本高。
[0007] 寶山鋼鐵股份有限公司李紅斌、姚連登、劉自成、趙小婷等人申請的公開號為 CN10234682A的"一種耐磨鋼板"，鋼板成分重量百分比為：C :0. 31~0. 40%、Si :0. 10~ 0· 80%、Mn :0· 20 ~L 50%、P :彡 0· 050%、S :彡 0· 030%、Cr :0 ~L 50%、M〇 :0 ~0· 80%、 Al :0· 02 ~0· 20 %、B :0· 0005 ~0· 0040 %、Ti :0 ~0· 10 %、Ca :0 ~0· 030 %，0· 10 % <Cr+Mo< 1.80%，0. 05%<A1+Ti <0. 18%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。該耐磨鋼板 的制造方法，包括冶煉、精煉、鑄造、乳制、淬火和回火等步驟。通過以上成分及工藝得到的 550HB級耐磨鋼板硬度高（> 550HB)，可焊接和彎曲，微觀組織為馬氏體或馬氏體和殘余奧 氏體。這種鋼耐磨性能優(yōu)異，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 物料相接觸的車輛或設(shè)施上，如鏟斗、裝載機(jī)和礦用電動輪自卸車等。該專利鋼板表面布氏 硬度550HB以上，最大厚度為60mm，采用淬火加低溫回火的熱處理工藝生產(chǎn)，該專利碳含量 較高在0. 31~0. 4%，裂紋傾向大，且不能生產(chǎn)60mm以上鋼板，不適合礦山大厚度耐磨襯板 的要求；該專利淬火后需回火，工藝復(fù)雜，成本高。
[0008] 美國專利公開號為US2012134872(A1)的發(fā)明專利"耐磨鋼板及零件的制造方 法"（ABRASION RESISTANT STEEL, METHOD OF MANUFACTURING AN ABRASION RESISTANT STEEL AND ARTICLES MADE THEREFROM),其組成含量以重量表示：0· 20-0. 30 % C, 0. 40-1. 25 % Mn, ^ 0. 05 % P, ^0.01% S, 0. 2〇-〇. 60 % Si, 0. 50-1. 70 % Cr, 0. 20-2. 00 % Ni, 0· 07-0. 60% Mo, 0· 010-0. 10% Ti, 0· 001-0. 10% B, 0· 015-0. 10% Al,生產(chǎn)方法為熱軋 后加熱到1650-1700° F.;淬水；在回火溫度350-450° F.，鋼板表層硬度大于440HBW，心 部硬度大于表面硬度的90%，鋼板橫向沖擊在60° F.大于20ft-lbs，室溫>40ft-lbs。該 專利碳及合金含量較低，低溫韌性好，但表面硬度僅為440HB，最大厚度20mm，且需離線回 火處理，工藝復(fù)雜成本高。
[0009] 美國專利公開號為US2008/0247903A1的發(fā)明專利"一種耐磨鋼板及其制造方 法"（METHOD FOR MAKING AN ABRASION-RESISTANT STEEL PLATE AND PIATE OBTAINED)， 其組成 wt % 為：0· 35 % 彡 C 彡 0· 8 %，0 % 彡 Si 彡 2 %，0 % 彡 Al 彡 2 %，0· 35 % ^ Si+AL ^2%,0%^Mn^2. 5%,0%^Ni^5%,0%^Cr^5%,0% ^ Mo ^ 0. 50 % , 0 % ^ ff ^ I. 0 % , 0.1 % ^ Mo+ff/2 ^ 0. 50 % , 0 % ^ B ^ 0. 02 % , 0 % ^ff^2%,0%^Zr^4%,0. 05%^ Ti+Zr/2 ^2%,0%^S^0. 15%,N^0. 03%； AC3以上以大于5°C /s的冷速冷卻到室溫，鋼板厚度2~150mm，鋼板表面不平度5~12mm/ m，250~350°C回火，獲得的鋼板硬度280~650HB。該專利硬度跨度大，其實施例中有3例 硬度大于550HB，但碳含量為0. 59~0. 69%，仍屬高碳鋼范圍，可焊性差，裂紋傾向大，該專 利合金含量多，體系復(fù)雜，需離線回火熱處理，成本較高。
[0010] 綜上所述，目前550HB級別高強(qiáng)度耐磨鋼板的生產(chǎn)存在以下不足： toon] 1、碳及錳硅等合金含量偏高，冶煉困難，只能生產(chǎn)鑄件；
[0012] 2、表面硬度低于550HB，厚度低于60mm ;
[0013] 3、生產(chǎn)工藝復(fù)雜，淬火后需進(jìn)行回火熱處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明的目的旨在提供一種鋼板厚度8~120mm，表面硬度大于550HB、-40°C低溫 韌性大于30J，碳及錳含量較低，且不需要回火的高強(qiáng)度耐磨鋼板及其生產(chǎn)方法。
[0015] 為此，本發(fā)明所采取的解決方案是：
[0016] 一種高強(qiáng)度耐磨鋼板，其化學(xué)成分wt %為：C :0.25%~0.30%、Si :0.3%~ 0. 5%、Mn :0. 40%~I. 00%、Cr :0. 6%~I. 2%、Mo :0. 15%~0. 4%，Nb :0. 01%~0. 03%、 Ni 彡0· 50%、Cu<0. 50%，B :0· 0005%~0· 0022%、Ti :0· 025%~0· 04%、Als :0· 020%~ 0. 045%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；鋼中的雜質(zhì)元素控制：P < 0. 015%，S < 0. 005%， [N]彡 0· 0080%，[0]彡 0· 0020%，且 Ti/N 彡 3. 4。
[0017] C :為了保證鋼板超高的表面硬度和厚鋼板水冷時的淬透性需要相當(dāng)?shù)奶己孔?保證，在一定范圍內(nèi)鋼的硬度隨碳含量的增加而相應(yīng)的增加，同時一定的碳含量可以和Nb、 Ti、Cr、Mo等形成碳化物析出，增加耐磨性。碳含量過高則塑性韌性降低焊接性能下降，為 了保證鋼板的高硬度及焊接性能和低溫韌性，因此本發(fā)明中C含量控制在0. 25~0. 30%。
[0018] Si :主要作用是固溶強(qiáng)化和脫氧，是非碳化物形成元素，Si含量較多時會抑制碳 化物的析出，但過多時會使焊接性能下降，同時影響韌性，因此本發(fā)明中Si含量控制在 0· 3 ~0· 5%〇
[0019] Mn :主要作用是固溶強(qiáng)化，含量大于0.4%時可以提高淬透性，提高馬氏體中碳的 過飽和度，有利于強(qiáng)度和硬度的提高，且成本低廉，但含量高于1. 〇時易形成中心偏析，會 使板坯有易發(fā)裂紋的傾向；因此本發(fā)明中Mn含量控制在0. 4%~1. 0%。
[0020] Nb :是強(qiáng)碳和氮化合物形成元素，主要作用是通過在鋼中形成細(xì)小碳氮化物抑制 加熱時晶粒長大，空冷時又具有一定的析出強(qiáng)化的作用；Nb加入鋼中，通過抑制奧氏體晶 粒界面運動，從而提高鋼板的再結(jié)晶溫度。