一种耐高温磨损钢板及其制造方法

摘要

本发明提供了一种耐高温磨损钢板及其制造方法。该类钢板的显著特征是：(1)以马氏体组织为基体组织；(2)所制造钢板的硬度在360‑450HB之间，(3)所制造钢板可在300‑500℃保持优异的耐磨性能。其制造方法为：选取不同的合金成分进行冶炼，连铸或模铸成钢坯，经过加热、控轧、控冷、热处理等工序制造所需要的钢板。上述钢板特别适用于存在较高温度且磨损工况恶劣的设备或零部件制造，在300‑500℃之间的高温磨损性能达到了Hardox450的2倍以上，同时该类钢板还具有良好的成型性(适合90°冷弯)和可焊性能，尤其是具有优异的低温冲击韧性和更高耐高温磨损性能。

权利要求

1.一种耐高温磨损钢板，其特征在于，所述钢板的组分按质量百分比计包括：C:0.13-

0.18％、Si：0.50-0.80％、Mn：0.20-0.60％、P≤0.014％、S≤0.003％、Nb：0.02-0.06％、V：

0.08-0.15％、Ti：0.015-0.04％、Cr：0.50-1.00％、Mo：0.30-0.80％、Ni：0.00-0.60％、W：

0.20-0.50％、B：0.0008-0.0025％，Als：0.03-0.06％，N≤0.0050％，H≤1.5ppm，余量为铁；

所述的耐高温磨损钢板的制造方法，包括如下步骤：

第一步，按照所述钢板中各组分的质量百分比配比，再进行冶炼，得到的钢水经真空脱气处理后进行连铸或模铸成钢坯，钢坯厚度150-300mm，将得到的钢坯加热至1180-1250℃，保温时间180-220min；

第二步，按第一步得到的钢坯进行再结晶区轧制和未再结晶区轧制，其中再结晶区轧制的终轧温度为1000-1100℃，未再结晶区轧制的终轧温度为790-950℃；

第三步，第二步轧制后的钢板以5-20℃/s的冷速冷却至600-700℃后空冷至室温，然后进行离线淬火和回火处理；离线淬火时分两级加热，其中一级加热温度为550-700℃，保温时间t钢板厚度h的关系满足t＝xh，其中2≤x≤3，且t的单位是分钟，h的单位是毫米；二级加热温度为840-880℃，保温时间为10-30min；钢板在二级加热保温后水淬至室温，然后进行0-230℃的回火。

说明书

一种耐高温磨损钢板及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明属于冶金制造领域，具体涉及一种耐高温磨损钢板及其制造方法。

背景技术

[0002] 耐磨钢板是大型矿山机械、工程机械、水泥机械和冶金机械等装备制造的关键原材料，如挖掘机、起重机、推土机、压路机、刮板运输机、球磨机、采煤机、掘进机、采矿机、混泥土搅拌机、压桩机、自卸式车、矿用车和冶金料仓等，该类钢板耐磨性能的好坏直接决定着所制备装备的使用寿命。目前，该类钢板的组织主要是以马氏体为基体，采用300℃以下的回火温度回火工艺获得。在300-500℃的高温使用时，极易出现性能大幅度降低，从而使得所制造装备的寿命也降低。

[0003] 目前，应用于高温磨损部件制造的钢铁材料主要是高铬、高钨和高钒合金，部分专利还添加了稀有元素及稀土等，通过铸造的方式制备，不但成本极高，而且脆性矢量大，不利于耐磨易耗件的大范围推广和使用。如发明专利CN1335417公开了一种高温磨损合金钢及其生产方法，它添加了较多的铬、钼、钒和稀土元素；发明专利CN1908219公开了一种耐高温抗磨抗氧化合金钢及制备方法，它不但添加了较多的铬、镍和钼元素，还添加了一定量的钨和钴元素；发明专利CN102534402A公开了一种耐磨合金钢的制备方法，所述的耐磨合金钢中含有较多的铬、钒和稀土，且添加较高的硅元素。大量的贵重元素的添加，不但消耗了大量的资源，增加了制造成本，而且在耐高温磨损性能上也存在一定的局限性。

发明内容

[0004] 本发明的目的是克服现有耐高温磨损材料和制备技术存在的缺陷和不足，提出一种具有超高硬度和良好热稳定性的纳米碳化钛、碳化钛钼和碳化钒混合析出相来增强高温磨损性能，该类纳米级析出物主要是在轧制、轧后冷却、回火和高温磨损过程中形成，使得所制备的钢材在高温磨损过程中仍具有良好的抗磨损性能。该类钢板与传统的耐磨钢板相比，尤其适合在300-500℃高温下的磨损部件制造。

[0005] 上述目的是通过以下方案实现的：

[0006] 一种耐高温磨损钢板，所述钢板的组分按质量百分比计包括：C：0.13-0.18％、Si：0.50-0.80％、Mn：0.20-0.60％、P≤0.014％、S≤0.003％、Nb：0.02-0.06％、V：0.08-
0.15％、Ti：0.015-0.04％、Cr：0.50-1.00％、Mo：0.30-0.80％、Ni：0.00-0.60％、W：0.20-
0.50％、B：0.0008-0.0025％，Als：0.03-0.06％，N≤0.0050％，H≤1.5ppm，余量为铁。

[0007] 上述的耐高温磨损钢板的制造方法，包括如下步骤：

[0008] 第一步，按照上述钢板中各组分的质量百分比配比，再进行冶炼，得到的钢水经真空脱气处理后进行连铸或模铸成钢坯，钢坯厚度150-300mm，将得到的钢坯加热至1180-1250℃，保温180-220min；

[0009] 第二步，按第一步得到的钢坯进行再结晶区轧制和未再结晶区轧制，其中再结晶区轧制的终轧温度为1000-1100℃，未再结晶区轧制的终轧温度为790-950℃；

[0010] 第三步，第二步轧制后的钢板以5-20℃/s的冷速冷却至600-700℃后空冷至室温，然后进行离线淬火和回火处理。

[0011] 进一步地，上述第三步离线淬火时分两级加热，其中一级加热温度为550-700℃，保温时间t钢板厚度h的关系满足t＝xh，其中2≤x≤3，且t的单位是分钟，h的单位是毫米；二级加热温度为840-880℃，保温时间为10-30min；钢板在二级加热保温后水淬至室温，然后进行0-230℃的回火。

[0012] 本发明的有益效果：

[0013] 1.本发明添加一定量的Nb、V和Ti微合金元素以及耐高温合金元素，通过控制轧制、轧后冷却和离线热处理来实现大量纳米级碳化钒、碳化钛、碳化钛钼和碳化铌钛粒子，从而在高温下仍然具有良好的热稳定性和优异的性能。

[0014] 2.本发明钢板的良好耐高温磨损性能是通过钢板在高温下具有较高硬度和良好热稳定性的纳米碳化钛、碳化钛钼和碳化钒混合析出相来实现的。

[0015] 3.本发明得到的钢板冷弯性能、焊接性能良好，尤其是具有300-500℃之间的更高耐高温磨损性能。

附图说明

[0016] 图1为本发明的实施例得到钢板的组织情况。

具体实施方式

[0017] 以下结合具体案例对本发明进行进一步的详细阐述。

[0018] 一种本发明所述的耐高温磨损钢板及其制造方法，经过冶炼、连铸/模铸、轧制和热处理制造形成，按本发明钢种的化学成分要求，并结合所述的制造工艺，以制造不同规格的耐磨钢。具体的成分如下：

[0019] 表1本发明各实施例的化学成分(wt％)

[0020]

[0021] 所冶炼的钢坯按所述的方法，采用控轧控冷或控轧空冷+离线热处理的方法进行中锰耐磨钢板的生产，具体实施如下：

[0022] 实施例1

[0023] 将按表1配比中实施例1成分冶炼完成的钢水经真空脱气处理后进行连铸，连铸坯厚度220mm，将钢坯加热至1150℃的炉温，保温180min后出炉进行奥氏体再结晶轧制和未再结晶区轧制，其中再结晶区终轧温度为1030℃，未再结晶区终轧温度为840℃，钢板的最终轧制厚度为30mm，轧后以10℃/s的冷速冷却至680℃后空冷至室温，然后进行离线淬火和回火处理。淬火时分两级加热，其中一级加热温度为650℃，保温时间为90min，二级加热温度为860℃，保温时间为20min；钢板在二级保温后水淬至室温，然后进行200℃的回火。

[0024] 实施例2

[0025] 将按表1配比中实施例2成分冶炼完成的钢水经真空脱气处理后进行连铸，连铸坯厚度220mm，将钢坯加热至1250℃的炉温，保温200min后出炉进行奥氏体再结晶轧制和未再结晶区轧制，其中再结晶区终轧温度为1020℃，未再结晶区终轧温度为830℃，钢板的最终轧制厚度为25mm，轧后以15℃/s的冷速冷却至650℃后空冷至室温，然后进行离线淬火和回火处理。淬火时分两级加热，其中一级加热温度为640℃，保温时间为70min，二级加热温度为850℃，保温时间为20min；钢板在二级保温后水淬至室温，然后进行190℃的回火。

[0026] 实施例3

[0027] 将按表1配比中实施例3成分冶炼完成的钢水经真空脱气处理后进行连铸，连铸坯厚度200mm，将钢坯加热至1250℃的炉温，保温220min后出炉进行奥氏体再结晶轧制和未再结晶区轧制，其中再结晶区终轧温度为1040℃，未再结晶区终轧温度为840℃，钢板的最终轧制厚度为20mm，轧后以15℃/s的冷速冷却至630℃后空冷至室温，然后进行离线淬火和回火处理。淬火时分两级加热，其中一级加热温度为650℃，保温时间为50min，二级加热温度为880℃，保温时间为20min；钢板在二级保温后水淬至室温，然后进行200℃的回火。

[0028] 实施例4

[0029] 将按表1配比中实施例4成分冶炼完成的钢水经真空脱气处理后进行连铸，连铸坯厚度150mm，将钢坯加热至1200℃的炉温，保温180min后出炉进行奥氏体再结晶轧制和未再结晶区轧制，其中再结晶区终轧温度为1020℃，未再结晶区终轧温度为860℃，钢板的最终轧制厚度为15mm，轧后以20℃/s的冷速冷却至680℃后空冷至室温，然后进行离线淬火和回火处理。淬火时分两级加热，其中一级加热温度为650℃，保温时间为45min，二级加热温度为860℃，保温时间为20min；钢板在二级保温后水淬至室温，然后进行210℃的回火。

[0030] 实施例5

[0031] 将按表1配比中实施例5成分冶炼完成的钢水经真空脱气处理后进行连铸，连铸坯厚度300mm，将钢坯加热至1250℃的炉温，保温220min后出炉进行奥氏体再结晶轧制和未再结晶区轧制，其中再结晶区终轧温度为1030℃，未再结晶区终轧温度为820℃，钢板的最终轧制厚度为45mm，轧后以5℃/s的冷速冷却至670℃后空冷至室温，然后进行离线淬火和回火处理。淬火时分两级加热，其中一级加热温度为680℃，保温时间为100min，二级加热温度为860℃，保温时间为20min；钢板在二级保温后水淬至室温，然后进行190℃的回火。

[0032] 对实施例中的钢板的力学性能进行测试，其中强度按照GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法进行；低温冲击韧性按GB 2106-1980金属夏比V型缺口冲击试验方法测定；硬度按照GB/T231.1-2009方法测定；磨损实验在高温摩擦磨损试验机上进行，磨损时间为
15min，得到的结果见表2所示。

[0033] 表2本发明钢板的力学性能和高温磨损性能

[0034]

[0035] 由上表可以看出，本发明的耐磨钢的布氏硬度达到了360HB以上，抗拉强度大于1200MPa，延伸率大于12％，-40℃冲击功大于27J，高温耐磨性能优异，远高于Hardox450，
300-500℃之间的高温磨损性能达到了Hardox450的2倍以上。可见本发钢板不但具有高的强度、硬度和良好的低温韧性，而且还具有优异的高温磨损性能。