一種超硬粒子增強(qiáng)型奧氏體耐磨鋼板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于合金鋼技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種超硬粒子增強(qiáng)型奧氏體耐磨鋼板 及其制造方法，是一種具有優(yōu)異耐磨性和加工性能的超硬粒子增強(qiáng)型耐磨鋼。
【背景技術(shù)】
[0002] 耐磨鋼廣泛應(yīng)用于工作條件特別惡劣，要求高強(qiáng)度、高耐磨性能的工程、采礦、建 筑、農(nóng)業(yè)、水泥生產(chǎn)、港口、電力以及冶金等機(jī)械產(chǎn)品上，如刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、挖掘機(jī)、自 卸車及各種礦山機(jī)械等。耐磨奧氏體錳鋼最早于1882年由英國(guó)冶金學(xué)家發(fā)明，其基本成分 為：11-14 %Mn，1.0-1.4% C，這種高錳鋼在水淬后具有高韌性、高冷作硬化能力，在高沖擊 載荷下使用，耐磨性好。高錳鋼的加工硬化機(jī)理有位錯(cuò)堆積和或位錯(cuò)、形變馬氏體、形變孿 晶、彌散析出的微合金碳氮化物的綜合作用所致。但它同時(shí)也存在一些缺點(diǎn)，主要是屈服強(qiáng) 度較低和在較小載荷下使用加工硬化能力不足等。為解決這些不足，目前主要通過降低錳 含量和控制碳含量來降低奧氏體的穩(wěn)定性，使材料在磨粒作用下誘發(fā)馬氏體相變，提高加 工硬化效應(yīng)，提高耐磨性，典型的材料如錳含量在8-10 %的中錳鋼(如專利ZL102242314A所 述）。由于中錳鋼和高錳鋼一樣，室溫下組織為單一奧氏體，表面硬度只有HRC20左右，其在 較小載荷下的耐磨性盡管比高錳鋼有所提高，但仍難以滿足某些苛刻工況要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種超硬粒子增強(qiáng)型奧氏體耐磨鋼板及其制造方法，進(jìn)一 步提高現(xiàn)有中高猛耐磨鋼抗磨粒磨損性能，其耐磨性可達(dá)傳統(tǒng)馬氏體耐磨鋼(Hardox450) 的3-5倍。設(shè)計(jì)的中錳鋼Ms點(diǎn)-20~-50°C，Md點(diǎn)高于室溫。超硬粒子選擇硬度HV 2 3000的TiC 析出相，析出相平均尺寸約為1-5μηι，體積分?jǐn)?shù)為0.5-1.5 %。超硬TiC粒子提高耐磨性原理 是:阻止磨粒磨損犁溝的通過，或者破碎磨粒、鈍化磨粒尖角，顯著減羥基體的磨損失重。
[0004] 本發(fā)明的耐磨鋼板化學(xué)組成按重量百分含量(wt. % )SC:1.10-1.30;Mn:8.00-10.00；Si：0.30-0.60；Cr：0.20-2.50；Ni：0.20-2.50；Mo：0.2〇-〇.40；Ti：0.4〇-〇.80；S < 0.010;?<0.015;余量為?6和不可避免的雜質(zhì)元素。
[0005] 本發(fā)明各元素的作用及配比依據(jù)如下：
[0006] 碳:提高鋼的奧氏體穩(wěn)定性，使鋼的Ms點(diǎn)低于室溫，具有強(qiáng)烈的固溶強(qiáng)化作用；適 當(dāng)含量的碳與鈦結(jié)合形成微米級(jí)TiC粒子，可顯著改善耐磨性。本發(fā)明鋼控制碳含量為 1.10-1.30wt. %〇
[0007] 硅:鋼中脫氧元素之一，同時(shí)具有一定的固溶強(qiáng)化作用，但過量的硅對(duì)鋼的韌性及 焊接性能不利。綜合上述考慮，本發(fā)明鋼硅含量范圍為〇. 30-0.60wt. %。
[0008] 錳:提高奧氏體的穩(wěn)定性，與碳元素配合，室溫下可以獲得介穩(wěn)奧氏體，同時(shí)具有 一定的固溶強(qiáng)化作用。錳含量過低，室溫下得不到奧氏體，無法獲得通過加工硬化大幅提高 耐磨性的效果;錳含量過高，奧氏體穩(wěn)定性較強(qiáng)，在低載荷作用下難以誘發(fā)相變，磨粒磨損 條件下耐磨性提高不明顯。本發(fā)明鋼中錳含量范圍為8.00-10.0 Owt. %。
[0009] 鈦:作為強(qiáng)碳化物形成元素，與碳結(jié)合形成硬度HV大于3000的超硬粒子TiC，顯著 改善鋼的耐磨性。本發(fā)明控制鈦含量〇. 40-0.80wt. %，所形成的TiC粒子體積分?jǐn)?shù)約為0.5-1.5%，平均粒度約為1-5μπι。過多的TiC粒子惡化材料的塑性及韌性，過少的粒子不能有效 提尚材料的耐磨性。
[0010] 采用強(qiáng)碳化物形成元素 Ti，含量在0.40-0.80%范圍能有效提高材料的耐磨性，同 時(shí)材料加工性和焊接性優(yōu)良，能夠滿足相關(guān)設(shè)備制造要求。
[0011] 鉬:顯著提高鋼的淬透性，降低回火脆性，提高鋼的耐延遲斷裂性能。同時(shí)，鉬可溶 入TiC形成(TiMo)C，提高TiC顆粒的體積分?jǐn)?shù)。本發(fā)明控制鉬含量范圍為0.30-0.40wt. %。
[0012] 鉻:提高鋼的淬透性和耐腐蝕磨損性能，但過高的鉻降低加工性和焊接性，本發(fā)明 控制鉻含量范圍為0.20-2.50wt. %。
[0013] 鎳:提高鋼的淬透性，顯著改善低溫韌性，提高鋼的耐蝕性能。本發(fā)明控制鎳含量 范圍為0.20-2.50wt. %。
[0014] 磷、硫作為雜質(zhì)元素嚴(yán)重?fù)p害鋼的韌塑性，含量分別控制在S < O.OlOwt. %，P < 0 · 015wt · % 〇
[0015] 本發(fā)明耐磨鋼板的制造方法，工藝依次包括:轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、板坯連 鑄(模鑄）、加熱、控制乳制、控制冷卻、熱處理;在工藝中控制的技術(shù)參數(shù)如下：
[0016] (1)將連鑄坯或鑄錠開坯后裝入加熱爐中加熱，加熱溫度為1050~1220°C，時(shí)間為 3~8小時(shí)，加熱后進(jìn)行乳制；
[0017] 加熱溫度高于1220°C，鑄造過程中形成的Tie粒子會(huì)部分溶解于奧氏體中，降低耐 磨性;加熱溫度低于1050°C，鋼板變形抗力過大，乳制困難。
[0018] (2)采用中厚板乳機(jī)乳制或熱連乳
[0019] (2)采用中厚板乳機(jī)乳制或熱連乳：
[0020] 中厚板乳機(jī)乳制工藝為:粗乳乳制3-8道次，精乳乳制5-14道次，終乳溫度為850-950°C，乳后空冷或加速冷卻，終冷溫度為300-700°C。空冷過程中或加速冷卻后對(duì)鋼板進(jìn)行 矯直。
[0021 ]熱連乳工藝為:粗乳乳制3-8道次，將鑄坯乳制成20-60mm厚度的中間坯(薄板坯直 接進(jìn)入連乳階段），然后經(jīng)5到7機(jī)架熱連乳，終乳溫度為850-950°C，乳后經(jīng)層流冷卻后卷取 成鋼卷，卷取溫度為300-700°C。
[0022]中厚板乳機(jī)乳制工藝為:粗乳乳制3-8道次，精乳乳制5-14道次，終乳溫度為850-950°C，乳后空冷或加速冷卻，終冷溫度為300-700°C;空冷過程中或加速冷卻后對(duì)鋼板進(jìn)行 矯直；
[0023] (3)鋼板熱處理:水韌淬火
[0024] 水韌加熱溫度為1000~1100°C，加熱時(shí)間為60-90分鐘，鋼板加熱后水冷至室溫。 確保合適的溫度使盡可能多的碳化物固溶到奧氏體中，水冷過程中碳化物析出被抑制，可 得到奧氏體組織。
[0025]通過上述工藝，該耐磨鋼的基體組織為奧氏體，同時(shí)基體中包含體積分?jǐn)?shù)約為 0.5-1.5%的TiC析出相，析出物顆粒尺寸平均約為1-5μπι(如圖1和圖2所示）。材料的屈服強(qiáng) 度約為400MPa，抗拉強(qiáng)度約為800MPa，延伸率大于15 %，室溫沖擊功大于50J，材料的耐磨粒 磨損性能可達(dá)Hardox450的3倍以上。
[0026] 本發(fā)明介穩(wěn)奧氏體中錳鋼通過降低含C、Mn量來降低奧氏體的穩(wěn)定性，在磨粒作用 下誘發(fā)馬氏體相變，提高加工硬化效應(yīng)，提高耐磨性。同時(shí)，通過引入一定體積分?jǐn)?shù)微米級(jí) 超硬TiC粒子進(jìn)一步提高材料耐磨性。由于材料基體是奧氏體，因此塑性及韌性較常規(guī)馬氏 體耐磨鋼顯著提高，可應(yīng)用于對(duì)綜合性能要求較高的工況條件，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明超硬粒子增強(qiáng)型奧氏體耐磨鋼的光學(xué)微觀組織圖，圖中白色粒子為 TiC。
[0028] 圖2為本發(fā)明超硬粒子增強(qiáng)型奧氏體耐磨鋼的TiC粒子粒度分布。
【具體實(shí)施方式】：
[0029] 實(shí)施例1:本發(fā)明的化學(xué)組成按重量百分含量為C: 1.15 ; Si : 0.43 ;Μη: 8.50 ; Cr: 0.82;Ni :0.55;Mo:0.31 ;Ti :0.61 ;S:0.005;P:0.005;余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。制造工 藝:轉(zhuǎn)爐冶煉，LF精煉，RH精煉，板坯連鑄，采用中厚板乳機(jī)乳制，加熱爐加熱溫度1200°C，精 乳終乳溫度860°C，乳制厚度30mm，乳后空冷。熱處理工藝：水韌溫度1050°C，保溫時(shí)間60分 鐘，水冷至室溫。
[0030] 實(shí)施例2 :本發(fā)明的化學(xué)組成按重量百分含量為C: 1.3 ; Si : 0.48 ;Μη: 8.92 ; Cr : 0·91 ;Ni :1.51 ;Mo:0.32，Ti :0.75;S:0.005;Ρ:0·015;余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。制造工 藝:轉(zhuǎn)爐冶煉，LF精煉，板坯連鑄，采用中厚板乳機(jī)乳制，加熱爐加熱溫度1180°C，精乳終乳 溫度900°C，乳制厚度45mm，乳后空冷。熱處理工藝:水韌溫度1080°C，保溫時(shí)間90分鐘，水冷 至室溫。
[0031 ]本發(fā)明實(shí)施例與Hardox450力學(xué)性能和耐磨性檢測(cè)結(jié)果如表1所示。相對(duì)耐磨性采 用ML200磨粒磨損試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)。
[0032]表1本發(fā)明實(shí)施例與Hard〇x450力學(xué)性能和耐磨性檢測(cè)結(jié)果 [0033]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種超硬粒子增強(qiáng)型奧氏體耐磨鋼板，其特征在于，鋼板化學(xué)組成按重量百分含量 為C:1·10-1·30;Μη:8·00-10·00;Si:0·30-0·60;Cr:0·20-2·50;Ni:0·20-2·50;Mo:0·20-0.40;Ti:0.40-0.80;S<0.010;P< 0.015;余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。2. -種權(quán)利要求1所述奧氏體耐磨鋼板的制造方法，采用轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉；其特征在 于:工藝步驟及控制的技術(shù)參數(shù)如下： (1) 將連鑄坯或鑄錠開坯后裝入加熱爐中加熱，加熱溫度為1050~1220°C，時(shí)間為3~8 小時(shí)，加熱后進(jìn)行乳制； (2) 采用中厚板乳機(jī)乳制或熱連乳 中厚板乳機(jī)乳制工藝為:粗乳乳制3-8道次，精乳乳制5-14道次，終乳溫度為850-950 °C，乳后空冷或加速冷卻，終冷溫度為300-700°C;空冷過程中或加速冷卻后對(duì)鋼板進(jìn)行矯 直； 熱連乳工藝為:粗乳乳制3-8道次，將鑄坯乳制成20-60mm厚度的中間坯，然后經(jīng)5到7機(jī) 架熱連乳，終乳溫度為850-950°C，乳后經(jīng)層流冷卻后卷取成鋼卷，卷取溫度為300-700°C。 (3) 鋼板熱處理:水韌淬火 水韌加熱溫度為1000~ll〇〇°C，加熱時(shí)間為60-90分鐘，鋼板加熱后水冷至室溫。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:乳材得到的鋼板在奧氏體基體上分布著體 積分?jǐn)?shù)約為0.5-1. 5%的TiC析出相，析出物顆粒尺寸平均約為1-5μπι;屈服強(qiáng)度約為 400MPa，抗拉強(qiáng)度約為800MPa，延伸率大于15 %，室溫沖擊功大于50J，耐磨粒磨損性能達(dá) Hardox450的3倍以上。
【專利摘要】一種超硬粒子增強(qiáng)型奧氏體耐磨鋼板及其制造方法，屬于合金鋼技術(shù)領(lǐng)域。該鋼板化學(xué)組成按重量百分含量為C：1.10-1.30；Mn：8.00-10.00；Si：0.30-0.60；Cr：0.20-2.50；Ni：0.20-2.50；Mo：0.20-0.40；Ti：0.40-0.80；S≤0.010；P≤0.015；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。該鋼種的制造方法是：轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉、爐外精煉、板坯連鑄或模鑄、加熱、軋制、冷卻、熱處理。根據(jù)上述成分和工藝，軋材可得到在奧氏體基體上分布著體積分?jǐn)?shù)約為0.5-1.5％的TiC析出相，析出物顆粒尺寸平均約為1-5um。材料的屈服強(qiáng)度約為400Pa，抗拉強(qiáng)度約為800MPa，延伸率大于15％，室溫沖擊功大于50J，材料的耐磨粒磨損性能可達(dá)Hardox450的3倍以上。
【IPC分類】C22C38/04, C22C38/12, C22C38/08, C22C38/14, C22C38/18, C21D8/02, C22C38/02
【公開號(hào)】CN105483539
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510917941
【發(fā)明人】孫新軍, 梁小凱, 朱秀光, 李昭東, 雍岐龍, 賈書君, 劉清友, 康韶光
【申請(qǐng)人】鋼鐵研究總院, 中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司
【公開日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2015年12月10日