一种超高强度耐磨钢板及其制造方法

摘要

本发明涉及一种超高强度耐磨钢板及其制造方法，属于冶金的技术领域。包括重量百分比的以下成分：C 0.35％～0.40％，Si 0.20％～0.40％，Mn 0.20％～0.60％，P≤0.012％，S≤0.002％，Al 0.020％～0.050％，V 0.040％～0.070％，Ti 0.010％～0.030％，Cr 1.20％～1.40％，Mo 0.4％～0.6％，Ni 0.40％～0.60％，B 0.0012％～0.0030％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明通过组合与优化合金化元素的使用，以降低微合金元素用量，降低成本、提高热加工工艺性能，发挥加工工艺强化作用。利用形变热处理工艺，充分细化奥氏体晶粒，增加位错密度、增加第二相析出数量，从而在较低的碳含量和合金组分情况下获得较高的强度焊接性能。进而获得了一种厚度4‑20mm具有良好塑韧性的超高强度耐磨钢板。

权利要求

1.一种超高强度耐磨钢板，其特征在于，包括重量百分比的以下成分：C 0.35％～

0.40％，Si 0.20％～0.40％，Mn 0.20％～0.60％，P≤0.012％，S≤0.002％，Al 0.020％～

0.050％，V 0.040％～0.070％，Ti 0.010％～0.030％，Cr 1.20％～1.40％，Mo 0.4％～

0.6％，Ni 0.40％～0.60％，B 0.0012％～0.0030％，其余为Fe及不可避免的杂质；超高强度耐磨钢板表面布氏硬度650HBW，抗拉强度≥2500MPa；

所述的超高强度耐磨钢板的制备方法，包括以下步骤：

(1)铸坯加热；(2)二阶段轧制；(3)中间材轧后加速冷却；(4)形变热处理；(5)热处理；

步骤(2)为：铸坯加热后进行高压水除鳞，除鳞水压力≥24MPa，采用两阶段轧制，两阶段轧制方法为：轧制成品厚度规格为[4,8]mm钢板：第一阶段开轧温度1120～1180℃，高温阶段均加大压下量提高变形渗透率；第二阶段开轧温度1080～1120℃，终轧温度810～850℃；本阶段轧制结束中间材的厚度为25mm；

轧制成品厚度规格为(8,12]mm钢板：第一阶段开轧温度1100～1140℃，高温阶段均加大压下量提高变形渗透率；第二阶段开轧温度1080～1120℃，终轧温度810～850℃；本阶段轧制结束中间材的厚度为30mm；

轧制成品厚度规格为(12,20]mm钢板：第一阶段开轧温度1100～1140℃，高温阶段均加大压下量提高变形渗透率；第二阶段开轧温度1080～1120℃，终轧温度800～840℃；本阶段轧制结束中间材的厚度为40mm。

2.如权利要求1所述的超高强度耐磨钢板，其特征在于，厚度为4～20mm。

3.如权利要求1所述的超高强度耐磨钢板，其特征在于，所述步骤(1)为：铸坯不低于

500℃装炉，加热时间按照3.0～5.0小时，对于成品厚度规格为[4,8]mm钢板，出炉温度控制在1240～1280℃；对于成品厚度规格为(8,20]mm钢板，出炉温度控制在1220～1260℃。

4.如权利要求1所述的超高强度耐磨钢板，其特征在于，所述步骤(3)为：轧后采用ACC模式冷却，开冷温度≥780℃或者≥Ar3+30℃，冷速4～10℃/s，终冷温度≤300℃。

5.如权利要求1所述的超高强度耐磨钢板，其特征在于，所述步骤(4)为：中间材按照加热炉尺寸和成品材尺寸切割成合适大小，再次进入加热炉加热，缓慢加热，均热温度为510±20℃，均热段保温时间为25mm中间材为8分钟；30mm中间材为10分钟；40mm中间材为12分钟，均热结束多次往复轧制至成品目标厚度。

6.如权利要求1所述的超高强度耐磨钢板，其特征在于，所述步骤(5)为：淬火加热温度

870～930℃，保温时间30～50min，出炉后水淬至室温；回火加热温度180～260℃，保温时间

30～50min。

说明书

一种超高强度耐磨钢板及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明属于冶金的技术领域，具体涉及一种超高强度耐磨钢板及其制造方法。

背景技术

[0002] 耐磨钢板工作条件特别恶劣，广泛应用于要求高强度、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。根据磨损机理的不同，磨损类型可分为粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损和表面疲劳磨损等主要类型以及表面侵蚀、冲蚀等次要类型。这些不同类型的磨损，可以单独发生，相继发生或同时发生(为复合的磨损形式)。为获得良好的耐磨性，钢板必须具有较高的硬度(强度)。为了提高强度(硬度)，大多数企业采用了高碳和高合金含量的成分设计，一方面增加了生产制造成本，合金尤其是昂贵合金消耗较大，另一方面合金增加碳当量居高不下，产品生产过程和应用过程的开裂风险极高，给安全生产和可靠运行带来了很大的风险。为了实现高强度(硬度)，大多数耐磨钢采用淬火工艺获得高碳马氏体组织，在钢板强度(硬度)提升的同时，钢板的塑韧性急剧下降，在应用于接触岩石、矿料等受磨擦、撞击、冲刷的结构中时，钢板硬度高但是耐磨性能却一般。

[0003] 国内外开展了大量的研究工作并形成大量专利文献，分析如下：

[0004] 公开号CN112195405A公开了一种经济型耐蚀耐磨钢及其制备方法，其化学成分按质量分数包括：碳:0.35％～0.55％，硅:0.02％～0.08％，锰:0.5％～1.1％，磷:0.07％～0.15％，硫≤0.004％，铝:0.015％～0.06％，硼:0.002％～0.003％，锑:0.07％‑0.12％，铈:0.0020％～0.0035％，以及Ti:0.015％～0.025％和/或Ca:0.005％～0.015％，其余为铁以及不可避免的杂质。淬火+回火工艺获得厚度规格为3％～20mm，抗拉强度＞1317MPa，布氏硬度＞434，‑40℃冲击功＞49J的耐磨钢板。其成本较低，但是不足之处在于C元素含量较高，缺少提升钢板塑韧性的元素，钢板硬度、强度偏低。

[0005] 公开号CN113174530A公开了一种耐磨钢板及其生产方法，钢板的化学成分及其重量百分含量为：C 0.15％～0.18％，Si 1.15％～1.25％，Mn 1.73％％～1.83％，P≤0.012％，S≤0.004％，Cr 0.27％～0.32％，Ti 0.01％～0.02％，Nb 0.025％～0.035％，Als 0.025％～0.045％，余量为Fe及不可避免的杂质。通过加热、轧制、卷取获得屈服强度≥980MPa，抗拉强度≥1400MPa，延伸率≥9％，钢板表面布氏硬度为420％～460％的耐磨钢板。其优点在于不添加Mo等贵重合金金属，但是高Mn含量容易导致偏析以及后续焊接开裂，同时钢板硬度、强度偏低。

[0006] 公开号CN108611545A公开了一种高强度耐磨钢，钢板的化学成分及其重量百分含量为：碳3.9％～4.5％，钨0.6％～0.8％，铜1.3％～2.5％，稀土1.2％～1.8％，锰4％～6％，铬2.9％～3.9％，镍0.7％～1.5％，硫0.02％～0.04％，余量为铁。其优点在于获得的钢板硬度HRC150％～165％，且冲击韧性好、综合机械性能好。但是其C含量高达3.9％～
4.5％，不易应用，且其成分中采用稀土、钨等贵重元素，大幅增加了生产过程成本。

发明内容

[0007] 针对现有技术中的上述问题，本发明提供一种超高强度耐磨钢板及其制造方法，以解决上述问题。本发明通过组合与优化合金化元素的使用，以降低微合金元素用量，降低成本、提高热加工工艺性能，发挥加工工艺强化作用。利用形变热处理工艺，充分细化奥氏体晶粒，增加位错密度、增加第二相析出数量，从而在较低的碳含量和合金组分情况下获得较高的强度(硬度)焊接性能。进而获得了一种厚度4‑20mm具有良好塑韧性的超高强度耐磨钢板。

[0008] 本发明的技术方案为：

[0009] 一种超高强度耐磨钢板，包括重量百分比的以下成分：C 0.35％～0.40％，Si0.20％～0.40％，Mn 0.20％～0.60％，P≤0.012％，S≤0.002％，Al 0.020％～0.050％，V0.040％～0.070％，Ti 0.010％～0.030％，Cr 1.20％～1.40％，Mo 0.4％～0.6％，Ni0.40％～0.60％，B 0.0012％～0.0030％，其余为Fe及不可避免的杂质。

[0010] 所述钢板的厚度为4～20mm。

[0011] 所述超高强度耐磨钢的制造方法，包括以下步骤：

[0012] (1)铸坯加热；(2)二阶段轧制；(3)中间材轧后加速冷却；(4)形变热处理；(5)热处理。

[0013] 优选的，所述步骤(1)为：铸坯不低于500℃装炉，加热时间按照3.0～5.0小时，对于成品厚度规格为[4,8]mm钢板，出炉温度控制在1240～1280℃；对于成品厚度规格为(8,20]mm钢板，出炉温度控制在1220～1260℃。

[0014] 优选的，所述步骤(2)为：铸坯加热后进行高压水除鳞，除鳞水压力≥24MPa，采用两阶段轧制。

[0015] 轧制成品厚度规格为[4,8]mm钢板：第一阶段开轧温度1120～1180℃，高温阶段均加大压下量提高变形渗透率；第二阶段开轧温度1080～1120℃，终轧温度810～850℃；本阶段轧制结束中间材的厚度为25mm。

[0016] 轧制成品厚度规格为(8,12]mm钢板：第一阶段开轧温度1100～1140℃，高温阶段均加大压下量提高变形渗透率；第二阶段开轧温度1080～1120℃，终轧温度810～850℃；本阶段轧制结束中间材的厚度为30mm。

[0017] 轧制成品厚度规格为(12,20]mm钢板：第一阶段开轧温度1100～1140℃，高温阶段均加大压下量提高变形渗透率；第二阶段开轧温度1080～1120℃，终轧温度800～840℃；本阶段轧制结束中间材的厚度为40mm。

[0018] 优选的，所述步骤(3)为：轧后采用ACC模式冷却，开冷温度≥780℃或者≥Ar3+30℃以上，冷速4～10℃/s，终冷温度≤300℃。

[0019] 优选的，所述步骤(4)为：中间材按照加热炉尺寸和成品材尺寸切割成合适大小，再次进入加热炉加热，缓慢加热，均热温度为510±20℃，均热段保温时间为25mm中间材为8分钟；30mm中间材为10分钟；40mm中间材为12分钟，均热结束采用小压下量多次往复轧制至成品目标厚度。

[0020] 优选的，所述步骤(5)为：淬火加热温度870～930℃，保温时间30～50min，出炉后水淬至室温；回火加热温度180～260℃，保温时间30～50min，得到表面布氏硬度650HBW、抗拉强度≥2500MPa的超高强度耐磨钢板。

[0021] 本发明的有益效果为：

[0022] 本发明通过组合与优化合金化元素的使用，以降低微合金元素用量，降低成本、提高热加工工艺性能，发挥加工工艺强化作用。利用形变热处理工艺，充分细化奥氏体晶粒，增加位错密度、增加第二相析出数量，从而在较低的碳含量和合金组分情况下获得较高的强度(硬度)焊接性能。

附图说明

[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0024] 图1为实施例1中6mm厚度钢板金相组织图。

[0025] 图2为实施例2中10mm厚度钢板金相组织图。

[0026] 图3为实施例3中15mm厚度钢板金相组织图。

具体实施方式

[0027] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

[0028] 实施例1

[0029] 本发明的实施例1～3采用同一炉次铸坯生产，经KR铁水预处理、转炉冶炼、LF炉外精炼、RH真空精炼以及铸坯浇铸等过程获得铸坯的化学成分为C 0.39％，Si 0.27％，Mn0.45％，P 0.008％，S 0.001％，Al 0.038％，V 0.053％，Ti 0.017％，Cr 1.29％，Mo 0.43％，Ni0.52％，B 0.0022％，其余为Fe及不可避免的杂质。经检查，铸坯低倍检查结果为中心偏析C类1.5、无中心疏松和裂纹，铸坯入坑温度为676‑689℃，缓冷52小时后检查后送轧，测量铸坯温度为520℃～550℃。

[0030] 本实施例钢板成品目标厚度为6mm。

[0031] (1)铸坯加热

[0032] 铸坯加热时间为3.8小时，出炉温度控制在1265℃。

[0033] (2)二阶段轧制

[0034] 第一阶段开轧温度1151℃，第二阶段开轧温度1097℃，终轧温度823℃，轧制结束后，中间材的厚度为25mm。

[0035] (3)中间材轧后加速冷却

[0036] 轧后采用ACC模式冷却，开冷温度782℃，冷速9℃/s，终冷温度267℃。

[0037] (4)形变热处理

[0038] 中间材切割长度为4000mm，厚度为25mm，进入加热炉加热，均热温度为505℃，均保温时间8分钟，均热结束往复纵向轧制8道次(含1精整道次)至目标厚度，测量实际厚度为6.21mm。

[0039] (5)热处理

[0040] 钢板切割分段后进行淬火热处理，淬火加热温度910℃，保温时间30min，出炉后水淬至室温；回火加热温度220℃，保温时间35min。随后矫直、精整喷号、取样检验。物理性能检测结果见表1，微观组织形貌详见图1。

[0041] 表1‑实施例1钢板物理性能检测结果

[0042] 取样位置 抗拉强度Rm/MPa 延伸率A/％ 表面布氏硬度HBW头 2635 6.5 682
中 2619 7 673
尾 2608 7 678

[0043] 实施例2

[0044] 本实施例使用的铸坯与实施例1为同炉次铸坯，本实施例钢板成品目标厚度为10mm。

[0045] (1)铸坯加热

[0046] 铸坯加热时间为4小时，出炉温度控制在1245℃。

[0047] (2)二阶段轧制

[0048] 第一阶段开轧温度1121℃，第二阶段开轧温度1093℃，终轧温度820℃，轧制结束后，中间材的厚度为30mm。

[0049] (3)中间材轧后加速冷却

[0050] 轧后采用ACC模式冷却，开冷温度795℃，冷速7℃/s，终冷温度281℃。

[0051] (4)形变热处理

[0052] 中间材切割长度为3000mm，厚度为30mm，进入加热炉加热，均热温度为512℃，均保温时间10分钟，均热结束往复纵向轧制10道次(含1精整道次)至目标厚度，测量实际厚度为9.75mm。

[0053] (5)热处理

[0054] 钢板切割分段后进行淬火热处理，淬火加热温度908℃，保温时间35min，出炉后水淬至室温；回火加热温度220℃，保温时间40min。随后矫直、精整喷号、取样检验。物理性能检测结果见表2，微观组织形貌详见图2。

[0055] 表2‑实施例2钢板物理性能检测结果

[0056]取样位置 抗拉强度Rm/MPa 延伸率A/％ 表面布氏硬度HBW
头 2599 8 664
中 2618 7.5 671
尾 2613 7 661

[0057] 实施例3

[0058] 本实施例使用的铸坯与实施例1为同炉次铸坯，本实施例钢板成品目标厚度为15mm。

[0059] (1)铸坯加热

[0060] 铸坯加热时间为4.5小时，出炉温度控制在1247℃。

[0061] (2)二阶段轧制

[0062] 第一阶段开轧温度1125℃，第二阶段开轧温度1097℃，终轧温度823℃，轧制结束后，中间材的厚度为40mm。

[0063] (3)中间材轧后加速冷却

[0064] 轧后采用ACC模式冷却，开冷温度802℃，冷速6℃/s，终冷温度278℃。

[0065] (4)形变热处理

[0066] 中间材切割长度为3000mm，厚度为40mm，进入加热炉加热，均热温度为516℃，均保温时间12分钟，均热结束往复纵向轧制12道次(含1精整道次)至目标厚度，测量实际厚度为14.89mm。

[0067] (5)热处理

[0068] 钢板切割分段后进行淬火热处理，淬火加热温度901℃，保温时间40min，出炉后水淬至室温；回火加热温度220℃，保温时间45min。随后矫直、精整喷号、取样检验。物理性能检测结果见表3，微观组织形貌详见图3。

[0069] 表3‑实施例3钢板物理性能检测结果

[0070]取样位置 抗拉强度Rm/MPa 延伸率A/％ 表面布氏硬度HBW
头 2601 7 667
中 2588 7.5 659
尾 2596 8 655

[0071] 尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。