一种耐磨钢板

摘要

本发明提供一种耐磨钢板，其化学成分(重量％)为：C：0.31～0.40％、Si：0.10～0.80％、Mn：0.20～1.50％、P：≤0.050％、S：≤0.030％、Cr：0～1.50％、Mo：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％≤Al+Ti≤0.18％，余量为Fe和不可避免的杂质。该耐磨钢板的制造方法，包括冶炼、精炼、铸造、轧制、淬火和回火等步骤。通过以上成分及工艺得到的550HB级耐磨钢板硬度高(≥550HB)，可焊接和弯曲，微观组织为马氏体或马氏体和残余奥氏体。这种钢耐磨性能优异，非常适合在强磨损环境中工作，尤其在与高强度矿石等高硬度物料相接触的车辆或设施上，如铲斗、装载机和矿用电动轮自卸车等。

权利要求

1.一种耐磨钢板，其化学成分按重量百分比计为：C：0.31～0.40％，Si：0.10～

0.80％，Mn：0.20～1.50％，P：≤0.050％，S：≤0.030％，Cr：0～1.50％，Mo：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％≤Al+Ti≤0.18％，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的耐磨钢板，其特征在于，其化学成分满足：0.60％≤Si+Mn≤1.60％。

3.权利要求1或2所述的耐磨钢板的制造方法，依次包括：转炉或电炉冶炼、炉外精炼、铸造、加热、轧制、冷却、淬火和回火步骤；

在加热步骤中，加热温度小于1300℃；

在轧制步骤中，开轧温度小于1250℃，轧后空冷；

在淬火步骤中，淬火温度小于Ac3+100℃；

在回火步骤中，回火温度小于400℃。

4.如权利要求3所述的耐磨钢板的制造方法，其特征在于，加热温度小于1280℃。

5.如权利要求4所述的耐磨钢板的制造方法，其特征在于，加热温度为1250～

1180℃。

6.如权利要求3～5任一所述的耐磨钢板的制造方法，其特征在于，开轧温度小于

1230℃。

7.如权利要求6所述的耐磨钢板的制造方法，其特征在于，开轧温度为1150～

1200℃。

8.如权利要求3～5任一所述的耐磨钢板的制造方法，其特征在于，淬火温度小于Ac3+80℃。

9.如权利要求8所述的耐磨钢板的制造方法，其特征在于，淬火温度为845～910℃。

10.如权利要求3～5任一所述的耐磨钢板的制造方法，其特征在于，回火温度小于

350℃。

11.如权利要求10所述的耐磨钢板的制造方法，其特征在于，回火温度为150～

300℃。

12.如权利要求3～5任一所述的耐磨钢板的制造方法，其特征在于，所述空冷采用堆垛或冷床冷却。

说明书

一种耐磨钢板

技术领域

[0001] 本发明涉及耐磨钢，特别是涉及一种550HB级耐磨钢板及其制造方法。

背景技术

[0002] 耐磨钢板广泛应用于工作条件特别恶劣，要求高强度，高耐磨性能的工程、采矿、建筑、农业、水泥生产、港口、电力以及冶金等机械产品上。如推土机，装载机，挖掘机，自卸车及各种矿山机械、抓斗、堆取料机、输料弯曲结构等。

[0003] 目前，低合金高强度耐磨钢的硬度一般为300HB～500HB。然而，对于工作条件特别恶劣，尤其是与高硬度岩石、矿料等接触时，低级别耐磨钢板已不能满足使用要求，需要强、硬度更高的耐磨钢板，以减少设备的磨损量，延长使用寿命。

[0004] 材料的耐磨性主要取决于其硬度，而韧性对材料的耐磨性也有着非常重要的影响。单单提高材料的硬度并不能保证材料在复杂工况下具有较佳的耐磨性和较长的使用寿命。通过调整成分与热处理工艺，控制低合金耐磨钢硬度和韧性的合理匹配，得到优良的综合机械性能，进而提高冲击条件下的耐磨性能，使其满足不同磨损工况的需要。

[0005] 焊接可以解决各种钢材的连接，在工程应用中具有十分重要的作用。焊接冷裂纹是最常出现的焊接工艺缺陷，尤其是当焊接高强耐磨钢时，冷裂纹出现的倾向很大。对于高强度的耐磨钢板，焊接问题尤为明显。弯曲也是工程应用中一种十分普遍的性能要求。高强度耐磨钢碳和合金含量较高，这容易导致钢板在弯曲过程中出现裂纹，进而降低耐磨钢在工程上的适用性。

[0006] 大量添加钢中合金元素含量可以得到优良的机械性能，但影响其焊接和弯曲性能。因此，控制合金元素含量，研发性能优异、适用性佳的低合金耐磨钢是发展的趋势。

[0007] 现有技术中有关于耐磨钢的介绍，如法国专利FR2847272公开了一种耐磨钢，其化学成分为C：0.24～0.35％，Si：0～2％，Mn：0～2.5％，S：≤0.15％，Cr：0～5％，Mo：0～1％，Ni：0～5％，Cu：0～1.5％，B：0～0.02％，Al：0～2％，Ti：0～1.1％，N＜0.03％，W：0～2％，Zr：0～2.2％，该耐磨钢的碳含量相对较低，以及成分较复杂。欧洲专利EP 1563104公开了一种耐磨钢板，其化学成分为C：0.35～0.8％，Si：0～2.0％，Mn：0～2.5％，S：≤0.15％，Cr：0～5％，Mo：0～0.05％，Ni：0～5％，Cu：0～1.5％，B：0～0.02％，Al：0～2％，Ti：0～1.1％，N＜0.03％，W：0～1％，Zr：0～4％，该耐磨钢为高碳含量的成分体系以及成分较复杂。公开号为CN1132264，CN1775983，CN1189542，CN1385549和CN1132263中国专利申请均为高硅、高锰成分体系，并含有较多的合金元素，不宜于焊接，限制了耐磨钢在工业上的广泛应用。

发明内容

[0008] 本发明的目的是提供一种550HB级耐磨钢，在添加少量合金元素基础上实现高强度、高硬度和较佳韧性的匹配，并具有可焊接性，以利于在工程上广泛应用，尤其适合在恶劣工况下使用。

[0009] 为实现上述目的，本发明的550HB级耐磨钢板的化学成分和含量为：C：0.31～0.40wt. ％、Si：0.10 ～ 0.80wt. ％、Mn：0.20 ～1.50wt. ％、P：≤ 0.050wt. ％、S：
≤0.030wt. ％、Cr：0～ 1.50wt. ％、Mo：0～0.80wt. ％、Al：0.02 ～0.20wt. ％、B：
0.0005～0.0040wt.％、Ti：0～0.10wt.％、Ca：0～0.030wt.％，其中满足：0.10wt.％≤Cr+Mo≤1.80wt.％，0.05wt.％≤Al+Ti≤0.18wt.％，余量为Fe和不可避免的杂质。

[0010] 优选地，0.60wt.％≤Si+Mn≤1.60wt.％。

[0011] 本发明所涉及的钢种通过元素种类及含量的科学设计，在添加少量合金元素基础上实现了高强度、高硬度和较佳韧性的匹配，提高了钢的耐磨性。

[0012] 以下详述本发明所涉及的550HB级耐磨钢板的化学成分作用。

[0013] 碳：含量控制在0.31～0.40wt％范围内。碳是耐磨钢中最基本、最重要的元素，可以提高钢的强度和硬度，进而提高钢的耐磨性。对于高等级和高厚度耐磨钢而言，需要添加较多的碳含量。碳对钢的韧性和焊接性能不利。因此，应合理控制钢中的碳含量，在获得高强度、高硬度的同时保证钢板的韧性及焊接性能，在本发明中控制碳含量为0.31～0.40wt％。

[0014] 硅：含量控制在0.10～0.80wt％范围内。硅固溶在铁素体和奥氏体中提高它们的硬度和强度，然而硅含量过高会导致钢的韧性急剧下降。同时考虑到硅与氧的亲和力比铁强，焊接时容易产生低熔点的硅酸盐，增加熔渣和熔化金属的流动性，影响焊缝质量，因此含量不易过多。综合考虑以上因素，本发明中控制硅含量为0.10～0.80wt％。

[0015] 锰：含量控制在0.20～1.50wt％范围内。锰强烈增加钢的淬透性，降低550HB级转变温度和钢的临界冷却速度。但锰含量较高时，有使晶粒粗化的倾向，并增加钢的回火脆敏感性，而且容易导致铸坯中出现偏析和裂纹，降低钢板的性能。硅、锰的部分作用相类似，可以部分取代，但硅、锰含量同时较高时，对焊接性能十分不利，因此又要加以限制，另外，加入适量的锰可以改善高硅钢的韧性，因此，优选其含量限制在0.60wt.％≤Si+Mn≤1.60wt.％范围。

[0016] 铬：含量控制在0～1.50wt.％范围内。铬可以降低临界冷却速度、提高钢的淬透性。铬在钢中可以形成(Fe，Cr)3C、(Fe，Cr)7C3和(Fe，Cr)23C7等多种碳化物，提高强度和硬度。铬在回火时能阻止或减缓碳化物的析出与聚集，可以提高钢的回火稳定性。

[0017] 钼：含量控制在0～0.80wt.％范围内。钼可以细化晶粒，提高强度和韧性。钼在钢中存在于固溶体相和碳化物相中，因此，含钼钢同时具有固溶强化和碳化物弥散强化的作用。钼是减小回火脆性的元素，可以提高回火稳定性。铬可以提高淬透性，但对韧性不利，需要加入适量的钼进行调节，但钼会大大增加成本，因此含量需要控制，综合考虑以上因素，铬和锰的含量控制在以下范围：0.10wt.％≤Cr+Mo≤1.80wt.％。

[0018] 钛：含量控制在0～0.10wt.％范围内。钛是强碳化物形成元素之一，与碳形成细微的TiC颗粒。TiC颗粒细小，分布在晶界，达到细化晶粒的效果，较硬的TiC颗粒提高钢的耐磨性。钛可以降低钢在250℃～400℃的回火脆性。如果钛和硼共同加入，将明显降低低温回火脆性。

[0019] 铝：含量控制在0.02～0.20wt.％范围内。铝和钢中氮能形成细小难溶的AlN颗粒，细化钢的晶粒。铝可细化钢的晶粒，固定钢中的氮和氧，减轻钢对缺口的敏感性，减小或消除钢的时效现象，并提高钢的韧性。铝降低奥氏体的稳定性，减小奥氏体转变时的过冷度，降低钢的淬透性，提高临界淬火冷却速度。钛均能形成细小颗粒进而细化晶粒，铝可以保证细小钛颗粒的形成，充分发挥钛的细化晶粒作用，故铝和钛的含量范围如下：0.05wt.％≤Al+Ti≤0.18wt.％。

[0020] 硼：含量控制在0.0005～0.0040wt.％范围内。硼增加钢的淬透性。硼对钢淬火成550HB级后的抗回火软化作用没有影响，含硼钢需采取较低的回火温度和较短的回火时间。钢中的硼含量超过0.007％，将导致热脆现象，影响钢的热加工性能。

[0021] 钙：含量控制在0～0.030wt.％范围内。钙对铸钢中夹杂物的变质具有显著作用，铸钢中加入适量钙可将铸钢中的长条状硫化物夹杂转变为球状的CaS或(Ca，Mn)S夹杂，钙所形成的氧化物及硫化物夹杂密度小，易于上浮排除。钙还显著降低硫在晶界的偏聚，这些都有益于提高铸钢的质量，进而提高钢的性能。钙在夹杂物较多时添加效果明显，有利于保证钢的力学性能，尤其韧性。

[0022] 磷与硫：在耐磨钢中，硫与磷均为有害元素，它们的含量要严格控制，本发明所涉及钢种中控制磷含量小于0.050wt.％，硫含量小于0.030wt.％。

[0023] 本发明的另一个目的在于提供该550HB级耐磨钢板的制造方法，该方法依次包括转炉或电炉冶炼、炉外精炼、铸造、加热、轧制、冷却、淬火和回火步骤。其中加热步骤中，加热到温度小于1300℃；轧制步骤中，开轧温度小于1250℃，轧后空冷，所述空冷采用堆垛或冷床冷却；淬火步骤中，淬火温度小于Ac3+100℃；回火步骤中，回火温度小于400℃。

[0024] 优选地，在所述加热过程中，加热温度小于1280℃，更优选加热温小于1250℃，以防奥氏体晶粒过分长大及钢坯表面严重氧化，最优选加热温度为1250～1180℃。

[0025] 优选地，开轧温度小于1230℃，轧后空冷。更优选开轧温度为小于1200℃，适当的低温开轧有利于细化组织，提高钢板力学性能，最优选开轧温度为1150～1200℃。

[0026] 优选地，淬火温度小于Ac3+80℃，出炉后水冷，更优选淬火温度小于Ac3+60℃，有利于细化组织，提高力学性能。最优选淬火温度为845～910℃。

[0027] 优选地，回火温度小于350℃，出炉后空冷。更优选回火温度小于320℃，有利于提高钢板力学性能。最优选回火温度为150～300℃。

[0028] 优选地，空冷采用堆垛或冷床冷却，可以减缓冷却速度，防止钢板开裂。

[0029] 本发明通过合理设计化学成分(C、Mn、Cr和Mo等主要元素的含量及配比)，控制了碳和合金含量。这样的成分设计得到的耐磨钢板具有可焊接性，适合需要焊接的工程机械使用领域。

[0030] 本发明通过将钢板淬火后低温回火，消除了淬火后钢板的内应力，并使钢板有较高的强度、硬度和韧性。

[0031] 由于成分和工艺设计合理，从实施效果来看，本发明耐磨钢板的工艺制度比较宽松，可以稳定地进行工业生产。

[0032] 本发明的耐磨钢板具有高的强度、硬度及良好的冲击韧性等，可以进行切割、弯曲等机械加工，具有很强的适用性。

[0033] 本发明生产的550HB级耐磨钢板布氏硬度大于550HB，夏比纵向冲击功可达100J，具有极佳的力学性能，这保证了钢板在恶劣工况下仍具有优异的耐磨性能。

附图说明

[0034] 图1为本发明的550HB级耐磨钢板的显微组织(500倍)照片，由图可知该钢板的显微组织为马氏体；

[0035] 图2为本发明实施例5的550HB级耐磨钢板厚度截面硬度实测值。

具体实施方式

[0036] 下面用实施例对本发明作进一步阐述。这些实施例仅仅是对本发明实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

[0037] 实施例1

[0038] 实施例1的550HB级耐磨钢板的化学成分如表1所示。按表1所示的化学成分在电炉或转炉冶炼，精炼后浇铸成连铸坯或钢锭，将连铸坯或钢锭加热至1250℃，开轧温度为1200℃，成品钢板厚度为6mm，轧制后空冷，淬火加热温度为910℃，回火温度为150℃，回火后堆垛或冷床冷却。

[0039] 实施例2

[0040] 实施例2的550HB级耐磨钢板的化学成分如表1所示。按表1所示的化学成分在电炉或转炉冶炼，精炼后浇铸成连铸坯或钢锭，将连铸坯或钢锭加热至1230℃，开轧温度为1180℃，成品钢板厚度为12mm，淬火加热温度为890℃，回火温度为180℃，回火后堆垛或冷床冷却。

[0041] 实施例3

[0042] 实施例3的550HB级耐磨钢板的化学成分如表1所示。按表1所示的化学成分在电炉或转炉冶炼，精炼后浇铸成连铸坯或钢锭，将连铸坯或钢锭加热至1200℃，开轧温度为1150℃，成品钢板厚度为20mm，淬火加热温度为860℃，回火温度为220℃，回火后堆垛或冷床冷却。

[0043] 实施例4

[0044] 实施例4的550HB级耐磨钢板的化学成分如表1所示。按表1所示的化学成分在电炉或转炉冶炼，精炼后浇铸成连铸坯或钢锭，将连铸坯或钢锭加热至1180℃，开轧温度为1130℃，成品钢板厚度为30mm，淬火加热温度为850℃，回火温度为260℃，回火后堆垛或冷床冷却。

[0045] 实施例5

[0046] 实施例5的550HB级耐磨钢板的化学成分如表1所示。按表1所示的化学成分在电炉或转炉冶炼，精炼后浇铸成连铸坯或钢锭，将连铸坯或钢锭加热至1190℃，开轧温度为1160℃，成品钢板厚度为50mm，淬火加热温度为845℃，回火温度为280℃，回火后堆垛或冷床冷却。

[0047] 实施例6

[0048] 实施例6的550HB级耐磨钢板的化学成分如表1所示。按表1所示的化学成分在电炉或转炉冶炼，精炼后浇铸成连铸坯或钢锭，将连铸坯或钢锭加热至1220℃，开轧温度为1180℃，成品钢板厚度为60mm，淬火加热温度为850℃，回火温度为300℃。回火后堆垛或冷床冷却。

[0049] 图1所示是本发明的550HB级耐磨钢板的显微组织，由图可知该钢板的显微组织为马氏体。

[0050] 对比例为已有专利中所涉及的钢种。

[0051] 表1本发明实施例1-6及对比例的化学成分(wt％)

[0052]iN - - - - - - 72.0 05.0 52.0

5 0 1 2 3
aC 00.0 10.0 10.0 - 10.0 00.0 - - -

1 9 7 1 2 6 0 0 0
100. 100. 100. 200. 200. 200. 200. 200. 300.
B 0 0 0 0 0 0 0 0 0
i 520. 140. 760. 430. 310. 610. 040. 540.
T 0 0 0 - 0 0 0 0 0
l 60. 20. 40. 80. 01. 70.
A 0 0 0 0 0 0 - - -
5 8 3 5 1 8 0 9
oM 4.0 5.0 - 3.0 1.0 2.0 3.0 1.0 3.0

r 54. 79. 17. 20. 38. 53. 07. 43.
C - 0 0 0 1 0 1 0 1
010. 700. 310. 110. 900. 210.
S 0 0 0 0 0 0 - - -
520. 020. 810. 120. 320. 910.
P 0 0 0 0 0 0 - - -
5 7 5 1 8 5 0 0 1
nM 4.1 2.1 0.1 9.0 7.0 4.0 2.1 3.1 2.1

iS 56.0 14.0 62.0 43.0 22.0 02.0 18.0 58.0 97.0

13 23 43 63 83 04 53 63 93
C .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0
1 2 3 4 5 6 1 2 3
例 例 例 例 例 例 例 例 例
施 施 施 施 施 施 比 比 比
实 实 实 实 实 实 对 对 对

[0053] 试验1：力学性能试验

[0054] 对本发明实施例1-6的550HB级耐磨钢板进行力学性能测试，测试结果见表2。

[0055] 表2本发明实施例1-6的550HB级耐磨钢板及对比钢的力学性能

[0056]硬度HB10/3000 夏比纵向冲击功，J(室温)
实施例1 555 107
实施例2 563 115
实施例3 576 112
实施例4 581 106
实施例5 578 115
实施例6 584 111
对比例1 510 35
对比例2 460 42
对比例3 495 38

[0057] 从表2可以看出，本发明实施例1-6高耐磨性耐磨硬度大于550HB，室温夏比纵向冲击功可达100J，本发明所涉及高耐磨性钢板具有优良的机械性能。本发明所涉及钢板硬度明显高于与对比钢1，2和3钢板的硬度，并具有较佳的冲击韧性。

[0058] 试验2：板厚截面硬度试验

[0059] 按标准GB/T 4340-1999对本发明实施例5的550HB级耐磨钢板的截面硬度进行测量，测量值见图2。

[0060] 从图2可以看出，本发明的550HB级耐磨钢板的截面硬度均匀。

[0061] 其他实施例的550HB级耐磨钢板也得到了截面硬度均匀的结果。

[0062] 试验3：焊接性试验

[0063] 对本发明实施例1-6的550HB级耐磨钢板进行焊接性能试验(小铁研试验)，试验结果如表3所示。

[0064] 表3 本发明实施例的550HB级耐磨钢板焊接性能试验结果

[0065]

[0066]

[0067] 由表3可知，本发明实施例钢板在合适的预热条件下焊后未出现裂纹，本发明钢板具有较好的焊接性能。

[0068] 试验4：耐磨性试验

[0069] 耐磨性试验在ML-100磨粒磨损试验机上进行。对本发明实施例1-6的550HB级耐磨钢板进行耐磨性试验。本发明涉及钢种与对比例4的500HB级耐磨钢(508HB)磨损试验结果见表4。

[0070] 表4本发明涉及的耐磨钢板与500HB级耐磨钢板的耐磨试验结果

[0071]钢种 试验温度 磨损试验条件 磨损率(mg/M)
本发明实施例1 室温 80目砂纸/42N载荷 6.488
本发明实施例2 室温 80目砂纸/42N载荷 6.378
本发明实施例3 室温 80目砂纸/42N载荷 6.305
本发明实施例4 室温 80目砂纸/42N载荷 6.102
本发明实施例5 室温 80目砂纸/42N载荷 6.235
本发明实施例6 室温 80目砂纸/42N载荷 5.986
对比例4 室温 80目砂纸/42N载荷 7.123

[0072] 从表4可看出本发明的550HB级耐磨钢板的耐磨性能显著高于500HB级耐磨钢板。

[0073] 以上通过具体实施例较为详细介绍了本发明，但不仅仅限于这些实施例，在不脱离本发明基本构思的前提下，还可以有其他变化或改进的其他等效实施例，这些变化和改进都应属于权利要求要求保护的范围。