一種高碳中錳耐磨鋼及熱軋板制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明創(chuàng)造屬于熱乳耐磨鋼技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種高碳中錳耐磨鋼及熱乳板 制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 1882年哈德菲爾德發(fā)現(xiàn)了高錳鋼，其基本成分為：Mnll%~14%，C1.0%~ 1. 4%，其耐磨性和耐沖擊性能較好。由于錳含量較高，其過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性較高，水韌處理 后形成單相奧氏體，具有高韌性，硬度為HB180~200。高錳鋼鑄件在受到強(qiáng)烈沖擊載荷時(shí)， 金屬表面發(fā)生塑性變形，變形層內(nèi)表現(xiàn)出明顯的加工硬化現(xiàn)象，達(dá)到HB500以上。在中、低 沖擊磨損條件下，高錳鋼表面加工硬化程度低，硬化層深度淺，不能充分發(fā)揮加工硬化性能 使得耐磨性不足。對(duì)于大斷面工件，心部常常出現(xiàn)碳化物而降低使用性能；寒冷條件下常出 現(xiàn)脆斷現(xiàn)象；濕磨條件下，腐蝕磨損較嚴(yán)重。這些問(wèn)題的存在限制了高錳鋼的使用，促使人 們?cè)诟呙弯摰幕A(chǔ)上尋求新的解決辦法。中猛鋼是在高猛鋼的基礎(chǔ)上研制出的一種新型抗 磨材料，通過(guò)降低錳含量所獲得的中錳鋼，水韌處理后是單相不穩(wěn)定的奧氏體組織，實(shí)現(xiàn)在 中、低沖擊載荷下，材料表面產(chǎn)生塑性變形而導(dǎo)致誘發(fā)形成α-馬氏體，從而快速硬化。
[0003] 中國(guó)專利《一種顆粒彌散強(qiáng)化中錳鋼及其制備方法》（公開(kāi)號(hào)101787494Α)中公開(kāi) 一種中錳鋼材料及制備方法，但該方法中主要依靠鈦元素和碳元素的配比實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度和高 耐磨性，但鈦元素價(jià)格不菲，高含量的鈦元素必然增加了材料的生產(chǎn)成本。中國(guó)專利《一種 中錳鋼破碎機(jī)錘頭及其制備方法》（公開(kāi)號(hào)103993224Α)中給出了一種破碎機(jī)錘頭用中錳 鋼及制備方法，其碳錳元素配比雖然較為合理，但微量元素中缺乏鉻元素導(dǎo)致穩(wěn)定性較差， 且其采用傳統(tǒng)的鑄造工藝，在鋼液中加入變質(zhì)劑，成型后再進(jìn)行水淬加回火的熱處理方法， 工藝過(guò)程比較復(fù)雜，生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)；中國(guó)專利《中錳鋼及其制備方法》（公開(kāi)號(hào)102534406Α) 涉及一種中錳鋼的制備方法，其碳錳元素配比較為合理，但由于缺乏鋁元素，因此脫氧性較 差，同時(shí)剛度和顆粒細(xì)化性也較差，另外其工藝中采用砂型鑄造，熱處理保溫時(shí)間為6小 時(shí)，中錳鋼的耐磨性得到保證，但是其生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，鑄件表面較粗糙，增加了后續(xù)加工的 成本。
[0004] 以上專利中采用的都是鑄造生產(chǎn)，熱處理工藝復(fù)雜且耗時(shí)較長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)對(duì)連鑄連乳 生產(chǎn)耐磨鋼的工藝研究較少。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明創(chuàng)造要解決的問(wèn)題是，提供一種高碳中錳耐磨鋼及熱乳板的制造方法，通 過(guò)優(yōu)化碳錳配比和合理的微量元素選擇與含量?jī)?yōu)化，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的高碳中錳耐磨 鋼強(qiáng)度及穩(wěn)定性的問(wèn)題，同時(shí)采用連鑄連乳的生產(chǎn)方式，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)耗時(shí)短。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明創(chuàng)造采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種高碳中錳耐磨鋼，化學(xué)組分重量百分比為：C:1.0~1. 2%，Si彡0.3%，Μη: 5. 0 ~7. 0%，Ρ〈0· 02%，S〈0. 02%，Cr:1· 5 ~2. 5%，Mo:0· 2 ~0· 8%，V:0· 1 ~0· 3%， Ti彡0. 1%，A1 :0. 03~0. 08%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0008] 進(jìn)一步的，所述C的重量百分比為1.05~1. 15%;所述Si的重量百分比為0. 12~ 0. 28% ;所述Μη的重量百分比為5. 06~6. 92% ;所述Cr的重量百分比為1. 55~2. 47% ; 所述Mo的重量百分比為0. 29~0. 75% ;所述V的重量百分比為0. 12~0. 29% ;所述Ti 的重量百分比為〇. 05~0. 09% ;所述A1的重量百分比為0. 04~0. 07%。
[0009] -種高碳中錳耐磨鋼熱乳板的制造方法，包括：煉鋼-連鑄-加熱-熱乳-熱處 理，在所述連鑄過(guò)程中，連鑄澆鑄溫度為1420~1440°C，得到坯錠；
[0010] 在所述加熱過(guò)程中，板坯加熱溫度為1180~1220°C;
[0011] 在所述熱乳過(guò)程中，板坯乳制溫度區(qū)間為980~1150°C;
[0012] 在所述熱處理過(guò)程中，熱乳板水韌溫度為950~1050°C，水韌終止溫度在200°C以 下。
[0013] 進(jìn)一步的，所述耐磨鋼熱乳板的抗拉強(qiáng)度彡700MPa，屈服強(qiáng)度彡400Mpa，開(kāi)V型 缺口沖擊吸收功：25°C沖擊功Akv為60~70J，-40°C沖擊功Akv為20~30J;布氏硬度為 250 ~270HB。
[0014] 進(jìn)一步的，所述耐磨鋼熱乳板在200N載荷滑動(dòng)磨損條件下，其磨損率 < 25X10 6mm3/N·m。
[0015] 所述煉鋼按如下成分組成的重量百分比配料：C:1. 0~1. 2%，Si彡0. 3%，Μη: 5. 0 ~7. 0%，Ρ〈0· 02%，S〈0. 02%，Cr:1· 5 ~2. 5%，Mo:0· 2 ~0· 8%，V:0· 1 ~0· 3%， Ti彡0. 1%，A1 :0. 03~0. 08%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0016] 采用本發(fā)明創(chuàng)造的組分配比和制造工藝生產(chǎn)的鋼板強(qiáng)度和韌性優(yōu)異，可焊接性 好，乳后熱處理工藝簡(jiǎn)單，合金元素含量少，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，便于工業(yè)化 生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 本發(fā)明主要的化學(xué)成分選擇理由如下：
[0018] 碳：碳是錳鋼主要添加的元素之一。碳有利于奧氏體相的穩(wěn)定，碳含量增加使得固 溶強(qiáng)化作用增強(qiáng)，提高了鋼的硬度、強(qiáng)度和耐磨性。但是當(dāng)碳含量> 1. 5%時(shí)，鑄態(tài)組織中碳 化物增多，若經(jīng)水韌處理，奧氏體中殘存的碳化物依然較多，這些碳化物會(huì)沿晶界析出而降 低鋼的性能，并且碳元素含量增加不利于得到不穩(wěn)定的奧氏體組織。
[0019] 錳：錳是另一種主要添加的元素。錳可以穩(wěn)定奧氏體，使奧氏體相區(qū)擴(kuò)大，當(dāng)錳含 量增加時(shí)，高錳鋼的強(qiáng)度和沖擊韌性有所提高，但過(guò)高的錳含量會(huì)使鋼的導(dǎo)熱性下降，影響 鋼的機(jī)械性能。
[0020] 硅：硅能提高鋼的純凈度，也可作為脫氧劑。同時(shí)能起到固溶強(qiáng)化作用。當(dāng)硅含量 增加，則鋼的強(qiáng)度和硬度增加，且?jiàn)W氏體的穩(wěn)定性提高，當(dāng)其含量大于〇. 6%時(shí)，會(huì)導(dǎo)致碳在 奧氏體中的溶解度下降和組織晶粒粗大，進(jìn)而促使碳化物在晶界析出，降低了鋼的韌性和 耐磨性，增加了熱裂傾向。
[0021] 鉻：鉻在奧氏體中溶解度很大，可以穩(wěn)定奧氏體，同時(shí)也加快了碳化物在冷卻時(shí)的 析出。鉻可以與碳形成碳化物，提高鋼的強(qiáng)度和硬度，但鑄態(tài)時(shí)鉻含量過(guò)高會(huì)使碳化物析出 加快，在境界上析出形成網(wǎng)狀碳化物，降低了鋼的韌性和耐磨性。
[0022] 硫和磷：硫和磷都是鋼中不可避免的雜質(zhì)元素，對(duì)鋼的塑性和韌性不利，因此硫和 磷的含量應(yīng)越少越好。
[0023] 鉬、鈦、釩：Mo、Ti、V和Cr都是強(qiáng)碳化物形成元素，與Fe原子置換而增加滲碳體的 穩(wěn)定性。同時(shí)Mo、Ti、V和Cr形成的碳化物固溶處理后可增強(qiáng)鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，并 且有細(xì)化晶粒的作用，但加入量過(guò)多會(huì)導(dǎo)致塑韌性下降。
[0024] 鋁：鋁是強(qiáng)脫氧元素，脫氧后多余的鋁元素和鋼中氮元素能形成A1N，提高鋼的強(qiáng) 度，細(xì)化奧氏體晶粒。
[0025] 為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容：
[0026] 1、選取6組實(shí)施例，實(shí)施例1~6組分重量百分比（％)參見(jiàn)表1。
[0027] 表1實(shí)施例的重量百分比（％ )
[0028]
[0029] 2、實(shí)施例1~6為原料制作熱乳板的工藝流程：電爐煉鋼一連鑄一加熱爐加熱一 熱乳一熱處理，具體參數(shù)控制如表2所示：
[0030] 表2實(shí)施例的工藝流程參數(shù)
[0031]
[0032] 3、實(shí)施例形成的熱乳板的性能參數(shù)如表3所示：
[0033] 表3實(shí)施例的熱乳工藝參數(shù)
[0034]
[0035] 從表3中可以看出，6組實(shí)施例的抗拉強(qiáng)度彡700MPa，屈服強(qiáng)度為彡400MPa，開(kāi)V 型缺口沖擊吸收功：25°C沖擊功Akv為60~70J，-40°C沖擊功Akv為20~30J，布氏硬度為 250~270HB，其中第4組實(shí)施例的綜合性能較高，抗拉強(qiáng)度為745MPa，屈服強(qiáng)度為435MPa， 25°C沖擊功Akv為69. 5J，-40°C沖擊功Akv為30J，布氏硬度為267HB。
[0036] 4、摩擦磨損性能采用M2000摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為：載荷200N，轉(zhuǎn) 數(shù)200轉(zhuǎn)/分鐘，磨損試驗(yàn)時(shí)間2h，實(shí)驗(yàn)樣品尺寸10X10X20mm，摩擦副為GCrl5鋼環(huán)，直 徑40mm。磨損率計(jì)算采用體積磨損率，計(jì)算公式如下：KV=Am/p·P·L。
[0037] 其中KV為體積磨損率，單位為mm3/Nm; △m為磨損失重，單位mg;P為實(shí)驗(yàn)材料密 度，取7. 89g/cm3;P為加載壓力，單位為N;L為磨損行程，單位為m。
[0038] 6組實(shí)施例與HARD0X450和Mnl3的磨損率對(duì)比結(jié)果如表4所示：
[0039] 表4實(shí)施例與HARD0X450和Mnl3的磨損率對(duì)比
[0040]
[0041] 從表4中可以看出，6組實(shí)施例的磨損率相當(dāng)，比HARD0X450和Mnl3的耐磨性分別 提高到1.62倍和1.81倍以上。
[0042] 以上對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明創(chuàng)造的 較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明創(chuàng)造的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明創(chuàng)造申請(qǐng)范圍所作 的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明創(chuàng)造的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高碳中錳耐磨鋼，其特征在于：化學(xué)組分重量百分比為：C :1. O~I. 2%， Si 彡 0? 3%，Mn :5. O ~7. 0%，P〈0. 02%，S〈0. 02%，Cr :1. 5 ~2. 5%，Mo :0? 2 ~0? 8%，V : 0? 1~0? 3%，Ti彡0? 1%，Al :0? 03~0? 08%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高碳中錳耐磨鋼，其特征在于：所述C的重量百分比為 1. 05~1. 15% ;所述Si的重量百分比為0. 12~0. 28% ;所述Mn的重量百分比為5. 06~ 6. 92% ;所述Cr的重量百分比為1. 55~2. 47% ;所述Mo的重量百分比為0. 29~0. 75% ; 所述V的重量百分比為0. 12~0.29% ;所述Ti的重量百分比為0.05~0.09% ;所述Al 的重量百分比為〇. 04~0. 07%。3. -種如權(quán)利要求1所述的高碳中錳耐磨鋼熱乳板的制造方法，包括：煉鋼-連鑄-加 熱-熱乳-熱處理，其特征在于： 在所述連鑄過(guò)程中，連鑄澆鑄溫度為1420~1440 °C，得到坯錠； 在所述加熱過(guò)程中，板坯加熱溫度為1180~1220°C ; 在所述熱乳過(guò)程中，板坯乳制溫度區(qū)間為980~1150°C ; 在所述熱處理過(guò)程中，熱乳板水韌溫度為950~1050°C，水韌終止溫度在200°C以下。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作方法制作而成的高碳中錳耐磨鋼熱乳板，其特征在于： 所述耐磨鋼熱乳板的抗拉強(qiáng)度彡700MPa，屈服強(qiáng)度彡400Mpa ;所述耐磨鋼熱乳板開(kāi)V型缺 口沖擊吸收功：25°C沖擊功Akv為60~70J，-40°C沖擊功Akv為20~30J ;所述耐磨鋼熱 乳板布氏硬度為250~270HB。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作方法制作而成的高碳中錳耐磨鋼熱乳板，其特征在于： 所述耐磨鋼熱乳板在200N載荷滑動(dòng)磨損條件下，其磨損率< 25X 10 6mm3/N ? m。
【專利摘要】本發(fā)明創(chuàng)造提供一種高碳中錳耐磨鋼及熱軋板制造方法。該耐磨鋼的化學(xué)組分重量百分比分別為：C：1.0～1.2％，Si≤0.3％，Mn：5.0～7.0％，P<0.02％，S<0.02％，Cr：1.5～2.5％，Mo：0.2～0.8％，V：0.1～0.3％，Ti≤0.1％，Al：0.03～0.08％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。所述耐磨鋼熱軋板的制造步驟包括煉鋼、連鑄、加熱爐加熱、熱軋和熱處理。采用本發(fā)明創(chuàng)造的組分配比和制造工藝生產(chǎn)的鋼板強(qiáng)度和韌性優(yōu)異，其抗拉強(qiáng)度大于700MPa，常溫沖擊吸收功為60～70J。軋后熱處理工藝簡(jiǎn)單，合金元素含量少，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，便于工業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】C21D8/02, C22C38/38
【公開(kāi)號(hào)】CN105239015
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510711213
【發(fā)明人】王軍祥, 岳宏霖, 范桂霞, 高繼萍
【申請(qǐng)人】天津威爾朗科技有限公司
【公開(kāi)日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年10月27日