專利名稱：：一種高強(qiáng)度耐磨鋼板及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種工程機(jī)械用高強(qiáng)度耐磨鋼板及其制備方法。(二)背景4支術(shù)隨著國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，市場對高強(qiáng)耐磨鋼的需求日益增大。特別是煤礦機(jī)械、工程機(jī)械、水電、橋梁等行業(yè)?，F(xiàn)有的高強(qiáng)耐磨鋼多為調(diào)質(zhì)鋼，主要用于制造100噸以上礦車底板、挖掘機(jī)鏟斗等部件。但目前的耐磨鋼一般只能滿足硬度上的要求，強(qiáng)度和韌性方面的匹配性能則較差，在使用過程容易出現(xiàn)脆斷等問題，另外加工厚度也受限制，高強(qiáng)耐磨厚鋼板的發(fā)展存在著瓶頸。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)度耐磨鋼板，硬度分布均勻，且具有良好的強(qiáng)韌匹配性，以及良好的焊接性能，鋼板厚度的加工范圍為860mm。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種高強(qiáng)度耐磨鋼板，鋼板的化學(xué)成分組成(以重量百分比計(jì))如下C0.12—0.16%,Si0.10~0.70%，MnO.90~1.50%,P《0.020%，S<0.010%，Ni0.05~0.30%，V0.03~0.08%,NbO.01~0.06%,A10.02~0.08%,Cr0.20—0.70%,MoO.1~0.50%,TiO.010~0.060%，B0.0005~0.0030%,其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。較好的，所述高強(qiáng)度耐磨鋼板的各化學(xué)成分組成如下CO.14~0.16%,Si0.20—0.50°/。，Mn1.20~1.30%,P《0.015%，S《0.005%,Ni0.15~0.25%,V0.045-0.055%,Nb0.02~0.03%,Al0.020-0.04%,Cr0.20~0.30%,Mo0.25-0.35%,Ti0.010-0.020%,B0.0020~0.0030%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。所述的高強(qiáng)度耐磨鋼板，鋼板布氏硬度值為360~440,抗拉強(qiáng)度不小于1220MPa。本發(fā)明鋼板采用的化學(xué)成分設(shè)計(jì)，碳當(dāng)量低，焊接性能好；加入的貴重金屬含量少，成本低；合金成分設(shè)計(jì)合理，能在低碳、低碳當(dāng)量的條件下確保鋼板淬透性；鋼板整體具有良好的耐磨性、強(qiáng)韌匹配性以及焊接性能。其中，各化學(xué)成分及含量在本發(fā)明中的作用是CO.14~0.16%:碳對鋼的強(qiáng)度、低溫沖擊韌性、焊接性能產(chǎn)生顯著影響。碳含量過低會使NbC生成量降低，影響控軋效果，也會增大冶煉控制難度；碳含量過高，則會影響鋼的焊接性能以及耐大氣腐蝕能力。Si0.20-0.50%:在煉鋼過程中作為還原劑和脫氧劑，硅和鉬、鉻等結(jié)合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，超過0.5%時(shí)，會造成鋼的韌性下降，降低鋼的焊接性能。Mn1.20-1.30%:錳成本低廉，能增加鋼的韌性、強(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬透性，改善鋼的熱加工性能；錳量過高，會減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。P《0.015%,S<0.005%:在一般情況下，磷和硫都是鋼中有害元素，增加鋼的脆性。磷使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞；硫降低鋼的延展性和韋刃性，在鍛造和軋制時(shí)造成裂紋；因此應(yīng)盡量減少磷和硫在鋼中的含量。Ni0.15~0.25%:鎳能提高鋼的強(qiáng)度，同時(shí)也增強(qiáng)鋼的塑性和韌性，因此對于耐磨鋼，應(yīng)在強(qiáng)度和硬度間取合理平衡點(diǎn)。V0.045-0.055%:釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加釩可細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。NbO.02~0.03%:鈮的加入是為了促進(jìn)鋼軋制顯孩i組織的晶粒細(xì)化，可同時(shí)提高強(qiáng)度和韌性，在鉬存在條件下，鈮可在控軋過程中有效的細(xì)化顯微組織，并通過析出強(qiáng)化提高淬透性。鈮可降低鋼的過熱敏感性及回火脆性。焊接過程中，鈮、硼原子的偏聚及析出可以阻礙加熱時(shí)奧氏體晶粒的粗化，并保證焊接后得到比較細(xì)小的熱影響區(qū)組織，改善焊接性能。Ti0.010~0.020%:可形成細(xì)小的i^的^f友、氮氧^f匕物顆粒，在^1坯再加熱過程中可通過阻止奧氏體晶粒的粗化而得到較為細(xì)小的奧氏體顯微組織。鈦的氮化物顆粒的存在可抑制焊接熱影響區(qū)的晶粒粗化。鈦可同時(shí)提高基體金屬和焊接熱影響區(qū)的低溫韌性，阻止了游離氮對鋼的淬透性產(chǎn)生的不利影響。Al0.020~0.0錫:鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力，過高則影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。Cr0.20~0.30%:鉻能顯著提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，同時(shí)降低塑性和韌性。Mo0.25~0.35%:鉬存在于鋼的固溶體和碳化物中，有固溶強(qiáng)化作用，并可提高鋼的淬透性。在含硼鋼中，鉬對淬透性的影響尤為顯著。當(dāng)鉬與鈮同時(shí)加入時(shí)，鉬在控制軋制過程中可促進(jìn)奧氏體顯微組織的細(xì)化。但過多的鉬會損害焊接時(shí)形成的熱影響區(qū)的韋刃性，降低鋼的可焊性且成本高。B0.0020~0.0030%:鋼中加入孩支量的硼可改善鋼的致密性和熱軋性能，提高鋼板淬透性，提高強(qiáng)度。本發(fā)明還提供一種具有上述化學(xué)成分組成以及布氏硬度值的高強(qiáng)度耐磨鋼板的制備方法，包括以下步驟1)將含有配比化學(xué)成分的鋼水進(jìn)行電爐冶煉、LF爐精煉、VD真空處理，精煉時(shí)喂入鋁線500~600米，真空前按照0.5-lkg/噸鋼加入SiCa脫氧劑，VD真空處理在真空度不大于0.5乇的條件下保持至少15min;2)步驟1)真空處理后的鋼水在1565~1580。C進(jìn)行澆鑄；3)在1220~1240。C加熱8-9min/mm;4)在950110(TC進(jìn)行軋制，道次壓下量為10~30%,累計(jì)壓下率不小于70%;再次軋制，開軋溫度不高于93(TC，終軋溫度不高于840°C，累計(jì)壓下率不小于30%;5)進(jìn)行淬火處理，在890-92(TC加熱2.0-2.5min/mm后水冷，淬火輥速為2~16tn;6)在150250。C回火處理，力口熱時(shí)間為3~5min/mm,空冷。較好的，在上述過程中，進(jìn)行淬火處理前進(jìn)行拋丸處理以保證鋼板表面良好。所述步驟l)的操作可最大限度減少鋼中非金屬夾雜物、有害元素含量，保證鋼水的純凈度，具體可在90噸UHP電爐中進(jìn)行。步驟2)中，根據(jù)鋼板的不同規(guī)格，選擇連鑄機(jī)澆鑄，本發(fā)明采用的是250X1800mm的連鑄才幾；步驟4)中是采用II型控軋工藝，第一階_歐軋制目的是使奧氏體發(fā)生完全再結(jié)晶，以細(xì)化奧氏體晶粒；第二階段為奧氏體非再結(jié)晶階段，采用II型控軋控冷工藝，解決了軋機(jī)軋制壓力不足而造成的晶粒粗大不均、沖擊韌性減低現(xiàn)象；步驟5)中，淬火是一種復(fù)雜的熱處理工藝，是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵工序之一，為防止淬火后得到細(xì)小的馬氏體組織時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的變形和開裂，應(yīng)根據(jù)鋼的成分，結(jié)合C曲線合理地確定淬火加熱和冷卻方法；淬火時(shí)，加熱控制的時(shí)間優(yōu)選2.3min/mm，冷卻用水量與輥速的選擇可參照表1進(jìn)行。淬火后鋼板為全厚度馬氏體，研究表明全厚度馬氏體組織比混合組織的鋼板強(qiáng)度級別要高。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>步驟6)中，回火的目的是降低淬火鋼的脆性，減少或消除內(nèi)應(yīng)力，使組織趨于穩(wěn)定并獲得所需要的性能，加熱時(shí)間優(yōu)選4min/mm，回火后組織以回火馬氏體為主。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，有以下優(yōu)點(diǎn)本方法通過對合金成分的合理設(shè)計(jì)，加上主要是淬火和回火工藝的控制，制得的鋼板厚度可以達(dá)到60mm(而現(xiàn)有連30mm都無法做到)，布氏硬度值為360~440,硬度分布均勻；抗拉強(qiáng)度高，不低于1220Mpa;碳當(dāng)量低，在0.450.55%之間，焊接性能好；冷彎性能好，材料制作時(shí)不開裂回彈，減輕了勞動強(qiáng)度，節(jié)約工時(shí)和提高了材料的利用率；沖擊韌性好，-4(TC橫向沖擊大于17J;鋼板板型良好，不平度《3mm/m，有優(yōu)良的綜合性能。本發(fā)明的高強(qiáng)度耐磨鋼板，可廣泛用于工程才幾械制造，應(yīng)用前景廣闊。具體實(shí)施例方式以下以具體實(shí)施例來說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此實(shí)施例1高強(qiáng)度耐磨鋼板，厚度50mm，其化學(xué)成分組成為C0.16%,Si0.40%,Mn1.25%，P0.010%,S0.003%,Ni0.20%,V0.054%，Nb0.021%,Al0.036%,Cr0.22%，Mo0.27%,Ti0.015%，B0.0024%,余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。其力學(xué)性能屈服強(qiáng)度1120MPa,抗拉強(qiáng)度1350Mpa;鋼板截面布氏硬度410~415;-40。C^黃向沖擊29J35J36J;冷彎d=3a，良好。按照下述步驟制備(1)冶煉工藝將含有上述各重量百分含量化學(xué)成份的鋼水先在90噸UHP電爐中冶煉，然后送入LF精煉爐精煉，喂A1線550米，精煉過程保證精煉渣白，以保證脫氧效果；精煉完畢后吊包VD爐真空處理，真空前加入SiCa塊90kg,真空度不大于O.5乇，保持15分鐘；(2)澆鑄真空破壞后，157(TC采用250X1800mm連鑄機(jī)澆鑄；(3)加熱在1220。C力口熱9min/mm;(4)軋制采用n型控軋工藝，第一階段軋制在9501000。C之間進(jìn)行，此階段道次壓下量為25%，累計(jì)壓下率為75%;第二階段開軋溫度為93(TC,終軋溫度為82(TC，累計(jì)壓下率為34%;(5)拋丸軋制后的鋼板進(jìn)行拋丸處理保證鋼板表面良好；(6)淬火拋丸后鋼;^反在調(diào)質(zhì)線前對鋼板淬火，加熱溫度為92(TC,加熱2.3min/mm,以水量8000t/h冷卻，淬火輥速為2m,淬火后得到全厚度馬氏體鋼板；(7)回火淬火后鋼寺反在18(TC回火，總加熱時(shí)間為4min/mm,回火后鋼壽反空冷。，實(shí)施例2高強(qiáng)度耐磨鋼板，厚度25咖，其化學(xué)成分組成為CO.15%,Si0.50%,Mnl.20%,P0.008%，S0.004%,Ni0.23%,V0.050%，Nb0.022%,Al0.030%,Cr0.25%,Mo0.28°/。，Ti0.018%，B0.0025%，余量為4失和不可避免的雜質(zhì)。其力學(xué)性能屈服強(qiáng)度lU0MPa,抗拉強(qiáng)度1330Mpa;鋼板截面布氏硬度405~410;-4(TC橫向沖擊37J38J30J;冷彎d-3a，良好。按照下述步驟制備(1)冶煉工藝將含有上述各重量百分含量化學(xué)成^f分的鋼水先在90噸UHP電爐中冶煉，然后送入LF精煉爐精煉，喂A1線520米，精煉過程保證精煉渣白，以保證脫氧效果；精煉完畢后吊包VD爐真空處理，真空前加入SiCa塊90kg,真空度不大于O,5乇，保持15分鐘；(2)澆鑄真空破壞后，1575。C采用250X1800mm連鑄機(jī)澆鑄；(3)加熱在124(TC加熱8min/mm;(4)軋制采用II型控軋工藝，第一階段軋制在9501000。C之間進(jìn)行，此階段道次壓下量為27%，累計(jì)壓下率為70%;第二階段開軋溫度為93(TC，終軋溫度為820°C,累計(jì)壓下率為35%;(5)拋丸軋制后的鋼板進(jìn)行拋丸處理保證鋼板表面良好；(6)淬火拋丸后鋼板在調(diào)質(zhì)線前對鋼板淬火，加熱溫度為920。C,加熱2.3min/mm，以水量5200t/h冷卻，淬火輥速為10m,淬火后得到全厚度馬氏體鋼板；(7)回火淬火后鋼々反在20(TC回火，總加熱時(shí)間為4min/mm,回火后鋼板空冷。實(shí)施例3高強(qiáng)度耐磨鋼板，厚度16鵬，其化學(xué)成分組成為C0.14%,Si0.45%,Mnl.20%,P0.012%,S0.003%,Ni0.16%，V0.049%,Nb0.020%,Al0.025%,Cr0.20%,Mo0.26%，Ti0.020%，B0.0028%,余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。其力學(xué)性能屈服強(qiáng)度1080MPa,抗拉強(qiáng)度1300Mpa;鋼板截面布氏硬度398~405;-40。C橫向沖擊40J32J37J;冷彎d-3a，良好。按照下述步驟制備(1)冶煉工藝將含有上述各重量百分含量化學(xué)成份的鋼水先在90噸UHP電爐中冶煉，然后送入LF精煉爐精煉，喂A1線500米，精煉過程保證精煉渣白，以保證脫氧效果；精煉完畢后吊包VD爐真空處理，真空前加入SiCa塊75kg，真空度不大于O.5乇，保持15分鐘；(2)免鑄真空破壞后，1578。C采用250X1800mm連鑄機(jī)澆鑄；(3)加熱在124(TC加熱8min/,;(4)軋制采用II型控軋工藝，第一階段軋制在950100(TC之間進(jìn)行，此階段道次壓下量為30%，累計(jì)壓下率為75%;第二階段開軋溫度為"0。C，終軋溫度為82(TC，累計(jì)壓下率為30%;(5)拋丸軋制后的鋼板進(jìn)行拋丸處理保證鋼板表面良好；(6)淬火拋丸后鋼板在調(diào)質(zhì)線前對鋼板淬火，加熱溫度為920。C，加熱2.3min/mm,以最大水量5200t/h冷卻，淬火輥速為16m。淬火后得到全厚度馬氏體鋼4反；(7)回火淬火后鋼板在160。C回火，總加熱時(shí)間為4min/mm，回火后鋼板空冷。權(quán)利要求1.一種高強(qiáng)度耐磨鋼板，其特征在于所述鋼板以重量百分比計(jì)的化學(xué)成分組成如下C0.12～0.16％，Si0.10～0.70％，Mn0.90～1.50％，P≤0.020％，S≤0.010％，Ni0.05～0.30％，V0.03～0.08％，Nb0.01～0.06％，Al0.020～0.08％，Cr0.20～0.70％，Mo0.1～0.50％，Ti0.010～0.060％，B0.0005～0.0030％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。2.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度耐磨鋼板，其特征在于各化學(xué)成分組成如下C0.14~0.16%，Si0.20~0.50%,Mn1.20~1.30%，P《0.015%，S<0.005%,Ni0.15~0.25%,V0.045~0.055%，Nb0.02~0.03%,Al0.020-0.04%,Cr0.20~0.30%，Mo0.25~0.35%，Ti0.010~0.020%，B0.0020—0.0030%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。3.如權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)度耐磨鋼板，其特征在于所述的鋼板布氏硬度值為360-440,抗拉強(qiáng)度不小于1220MPa。4.如權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)度耐磨鋼板的制備方法，其特征在于所述的制備方法包括以下步驟1)將含有配比化學(xué)成分的鋼水進(jìn)行電爐冶煉、LF爐精煉、VD真空處理，精煉時(shí)喂入鋁線500-600米，真空前按照0.5-lkg/噸鋼加入SiCa脫氧劑，VD真空處理在真空度不大于0.5乇的條件下保持至少15min;2)步驟1)真空處理后的鋼水在1565~1580。C進(jìn)行澆鑄；3)在1220~1240。C加熱8-9min/隨;4)在950110(TC進(jìn)行軋制，道次壓下量為10~30°/，累計(jì)壓下率不小于70%;再次軋制，開軋溫度不高于93(TC,終軋溫度不高于840°C,累計(jì)壓下率不小于30%;5)進(jìn)行淬火處理，在8909:20。C加熱2.0-2.5min/mm后水冷，淬火輥速為2~16m;6)在150250。C回火處理，加熱時(shí)間為3~5min/mm，空冷。5.如權(quán)利要求4所述的高強(qiáng)度耐磨鋼板的制備方法，其特征在于進(jìn)行淬火處理前進(jìn)行拋丸處理。全文摘要本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度耐磨鋼板，所述鋼板以重量百分比計(jì)的化學(xué)成分組成如下C0.12～0.16％，Si0.10～0.70％，Mn0.90～1.50％，P≤0.020％，S≤0.010％，Ni0.05～0.30％，V0.03～0.08％，Nb0.01～0.06％，Al0.020～0.08％，Cr0.20～0.70％，Mo0.1～0.50％，Ti0.010～0.060％，B0.0005～0.0030％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明通過對合金成分的合理設(shè)計(jì)，加上主要是淬火和回火工藝的控制，制得的鋼板厚度可以達(dá)到60mm，布氏硬度值為360～440，硬度分布均勻；抗拉強(qiáng)度不低于1220MPa；焊接性能好、冷彎性能好、沖擊韌性好、鋼板板型良好，可廣泛用于工程機(jī)械制造，應(yīng)用前景廣闊。文檔編號C22C38/54GK101451220SQ20071019302公開日2009年6月10日申請日期2007年12月3日優(yōu)先權(quán)日2007年12月3日發(fā)明者生劉,呂建會,張彥召,謝良法,桐郭,明韋申請人:舞陽鋼鐵有限責(zé)任公司