一種馬氏體-鐵素體雙相耐磨鋼板及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及低合金化鋼技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，設(shè)及一種馬氏體-鐵素體雙相耐磨鋼 板及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 磨損是材料的主要失效形式之一，每年我過因磨損造成大量的材料和能源損耗， 開發(fā)和使用高性能的耐磨材料是降低磨損的有效手段。低合金耐磨鋼作為一種重要的耐磨 鋼鐵材料，被廣泛應(yīng)用于工程、采礦、建筑、農(nóng)業(yè)、水泥生產(chǎn)、港口、電力W及冶金等機(jī)械制造 產(chǎn)品上，如推±機(jī)，裝載機(jī)，挖掘機(jī)，自卸式車廂，盾構(gòu)機(jī)、掘進(jìn)機(jī)等各種礦山機(jī)械W及化工、 造紙和廢棄物處理等裝備的制造。
[0003] 布氏硬度480~560皿低合金耐磨鋼板是高級(jí)別的耐磨鋼板，目前已經(jīng)有部分該類 鋼的報(bào)道專利，但是其組織均是W全部馬氏體的形式出現(xiàn)。由于馬氏體組織具有極高的硬 度，從而決定了其初塑性較差。例如，舞陽(yáng)鋼鐵公司專利"一種高等級(jí)別耐磨鋼板及其生產(chǎn) 方法（【申請(qǐng)?zhí)枴?00910312254.6)"僅給出了制造鋼板的硬度(445-485皿)和常溫下的低溫沖 擊初性，對(duì)于〇°C及其W下的溫度的沖擊初性則難W保證;寶鋼專利"一種低合金高強(qiáng)度高 初性耐磨鋼板及其制造方法（申請(qǐng)?zhí)?200910045274.1)"指出生產(chǎn)鋼板具有良好的初性，但 所指初性為室溫下的沖擊初性；南京鋼鐵股份有限公司和東北大學(xué)合作申請(qǐng)專利"一種 皿500級(jí)低儘耐磨鋼板的制造方法（申請(qǐng)?zhí)?201110347184.5)"也給出了制造鋼板相應(yīng)的低 溫沖擊初性，但所給初性均為-20°C沖擊初性。
[0004] 馬氏體組織具有高的硬度和強(qiáng)度，然而，無論是片狀馬氏體還是板條馬氏體，它們 均是脆性相，存在初塑性較差的特點(diǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)中的馬氏體鋼其硬度、低溫初性、耐磨性等 綜合性能難W滿足實(shí)際使用需求。
[0005] 有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的第一目的在于提供一種馬氏體-鐵素體雙相耐磨鋼板，所述的馬氏體-鐵 素體雙相耐磨鋼板具有高硬度的同時(shí)還具有良好的低溫初性和耐磨性能，有助于在嚴(yán)酷環(huán) 境下尤其是極低溫條件下機(jī)械零件的制造。
[0007] 本發(fā)明的第二目的在于提供一種所述的馬氏體-鐵素體雙相耐磨鋼板的制備方 法，該方法工藝簡(jiǎn)單，能夠得到馬氏體-鐵素體雙相組織，綜合提高所得馬氏體-鐵素體雙相 耐磨鋼板的硬度、低溫初性和耐磨性能，適于大規(guī)模生產(chǎn)。
[000引為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用W下技術(shù)方案：
[0009] -種馬氏體-鐵素體雙相耐磨鋼板，所述馬氏體-鐵素體雙相耐磨鋼板中馬氏體的 體積分?jǐn)?shù)不小于90%，所述馬氏體-鐵素體雙相耐磨鋼板主要包括W下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成分:C 0.23%~0.33%，Si0.20%~0.60%，Mnl.60%~2.50%，P<0.016%，S< 0.006%，Nb 0.00~0.06%，V0.00~0.05%，Ti0.010%~0.050%，Mo0.00~0.60%，Ni0.00~ 1.00%，Cr0.00~1.00%，A1 0.020%~0.060%，B 0.0008%~0.004%，N<0.0050%，余 量為化及不可避免的雜質(zhì)。
[0010] 本發(fā)明馬氏體-鐵素體雙相耐磨鋼板選擇特定含量的成分制備得到，且所得馬氏 體-鐵素體雙相耐磨鋼板中馬氏體組織的體積分?jǐn)?shù)不小于90%，所得馬氏體-鐵素體雙相耐 磨鋼板具有高硬度的同時(shí)還具有良好的低溫初性和耐磨性能，W利于在嚴(yán)酷環(huán)境下尤其是 極低溫條件下機(jī)械零件的制造。
[0011] 本發(fā)明的主要化學(xué)成分的選擇和控制理由如下：
[0012] C:鋼板獲得高的強(qiáng)度和硬度的關(guān)鍵元素。對(duì)于要獲得布氏硬度達(dá)到480~560皿的 鋼板而言，碳是最重要的元素，碳元素可W顯著提高鋼板的澤透性。但由于碳元素的增加， 會(huì)增加冶煉難度，增加鑄巧出現(xiàn)裂紋的幾率；同時(shí)，高碳含量時(shí)還會(huì)降低鋼板的塑性和焊接 性能。所W如果鋼板既要獲得高硬度和一定的初性，又要考慮冶煉時(shí)的控制難度，綜合考 慮，對(duì)于本發(fā)明而言，0.23%~0.33%的碳是比較合適的。優(yōu)選地，碳含量為0.25%~ 0.32%。
[0013] Si:鋼中加入娃元素能夠提高鋼質(zhì)純凈度和脫氧。娃在鋼中起固溶強(qiáng)化作用，其在 奧氏體中的溶解度較大，提高娃含量有利于提高鋼的強(qiáng)度和硬度，且能提高奧氏體的穩(wěn)定 性。但娃元素含量過高會(huì)導(dǎo)致鋼的初性下降，且高娃含量的鋼板加熱時(shí)的氧化皮粘度較大， 出爐后除鱗困難，導(dǎo)致社后鋼板表面紅色氧化皮嚴(yán)重、表面質(zhì)量較差。此外，高娃還不利于 鋼板的焊接性能。綜合考慮娃元素各方面的影響，本發(fā)明娃含量為0.20%-0.60%。優(yōu)選地， 娃含量為0.20 %-0.50 %。
[0014] Μη:儘元素能夠擴(kuò)到奧氏體區(qū)，穩(wěn)定奧氏體組織，其能力僅次于合金元素儀，是廉 價(jià)的穩(wěn)定奧氏體和強(qiáng)化合金元素，同時(shí)儘元素能夠增加鋼的澤透性，降低馬氏體形成的臨 界冷速，從而實(shí)現(xiàn)在很小的冷速下即可得到強(qiáng)硬組織--馬氏體組織，實(shí)現(xiàn)高硬度的目的。但 過高的儘元素含量會(huì)加重鑄巧或鋼錠中的偏析，大大的增加冶煉難度。本發(fā)明儘的含量應(yīng) 控制在1.60%-2.50%。優(yōu)選地，儘的含量為1.60%~2.00%。
[0015] S和Ρ:硫在鋼中與儘等化合形成塑性?shī)A雜物硫化儘，尤其對(duì)鋼的橫向塑性和初性 不利，因此硫的含量應(yīng)盡可能地低。憐也是鋼中的有害元素，嚴(yán)重?fù)p害鋼板的塑性和初性。 對(duì)于本發(fā)明而言，硫和憐均是不可避免的雜質(zhì)元素，應(yīng)該越低越好，考慮到鋼廠實(shí)際的煉鋼 水平，本發(fā)明要求Ρ< 0.016%、S< 0.006%。優(yōu)選地，Ρ< 0.014%、S< 0.004%。
[0016] A1:強(qiáng)脫氧元素。為了保證鋼中的氧含量盡量地低，侶的含量控制在0.02%- 0.06%。脫氧后多余的侶和鋼中的氮元素能形成A1N析出物，提高強(qiáng)度并且在熱處理加熱時(shí) 能細(xì)化鋼的元素奧氏體晶粒度。優(yōu)選地，侶含量為0.025%-0.055%。
[0017] Ti:鐵是強(qiáng)碳化物形成元素，鋼中加入微量的Ti有利于固定鋼中的N，從而使得B元 素起到增強(qiáng)澤透性的作用，同時(shí)，Ti元素還可與N元素相結(jié)合，形成Ti啡且止鋼巧加熱時(shí)奧氏 體晶粒的過分長(zhǎng)大，細(xì)化原始奧氏體晶粒尺寸。本發(fā)明鐵含量控制在0.010%-〇. 050%。優(yōu) 選地，鐵含量為0.010 %-0.030 %。
[0018] Cr:銘提高鋼的澤透性，增加鋼的回火穩(wěn)定性。銘在奧氏體中溶解度很大，穩(wěn)定奧 氏體，澤火后在馬氏體中大量固溶，提高鋼的強(qiáng)度和硬度。為了保持鋼的強(qiáng)度級(jí)別，銘可W 部分代替儘，增強(qiáng)其澤透性。本發(fā)明可添加不大于1.00%的銘。優(yōu)選地，銘含量為0.30- 0.60%。
[0019] Ni:儀是穩(wěn)定奧氏體的元素，鋼中加儀能大幅提高鋼的初性尤其是低溫初性，同時(shí) 由于儀屬于貴重合金元素，所W本發(fā)明可添加不超過1.00%的儀元素。優(yōu)選地，儀含量為 0.00-0.50%。
[0020] Mo:鋼元素能顯著地細(xì)化晶粒，提高澤透性，從而增加強(qiáng)度和初性。此外，鋼元素還 能減少鋼的回火脆性，同時(shí)回火時(shí)可W析出非常細(xì)小的碳化物，顯著強(qiáng)化鋼的基體。由于鋼 是較貴的合金元素，所W本發(fā)明中可添加不超過0.60%的鋼。優(yōu)選地，鋼含量為0.15%- 0.40%。
[0021] N:本發(fā)明不含或含有較少的Nb、V微合金元素，且主要W相變強(qiáng)化和回火碳化物析 出強(qiáng)化為主要強(qiáng)化方式。小于等于50ppm含量的氮可W穩(wěn)定0.01%-0.03%的鐵形成TiN，可 保證加熱時(shí)板巧的奧氏體晶粒不過分粗大。本發(fā)明中控制氮含量0.005%。優(yōu)選地，氮含量 為0.0000-0.0040 %。
[0022] 優(yōu)選地，所述馬氏體-鐵素體雙相耐磨鋼板主要包括W下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成分：C 0.25%~0.32%，Si0.20%~0.50%，Mnl.60%~2.00%，P<0.014%，S< 0.004%，Nb 0.010%~0.050%，V 0.000~0.040%，Ti0.010%~0.030%，Mo0.15%~0.40%，Ni 0.00~0.50%，Cr0.30%~0.60%，A1 0.025%~0.055%，B0.0015%~0.0030%，N< 0.0045%，余量為化及不可避免的雜質(zhì)。
[0023] 本發(fā)明馬氏體-鐵素體雙相耐磨鋼板的布氏硬度為480~560皿，-40°C下沖擊功Akv > 24J，屈服強(qiáng)度M285MPa，抗拉強(qiáng)度M670MPa。
[0024] 上述的一種馬氏體-鐵素體雙相耐磨鋼板的制備方法，將鋼巧進(jìn)行控制社制后進(jìn) 行冷卻，然后在Acl和Ac3溫度之間進(jìn)行熱處理，之后進(jìn)行回火處理。
[0025] 本發(fā)明的目的是獲得布氏硬度為480~560皿的高級(jí)別馬氏體-鐵素體雙相耐磨鋼 板，使其具有較高硬度的同時(shí)還具有良好的低溫初性和耐磨性能，W利于在嚴(yán)酷環(huán)境下尤 其是極低溫條件下機(jī)械零件的制造，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)提高耐磨性能的目的。
[0026] 本發(fā)明通過一種簡(jiǎn)單而可行的方法，使其獲得具有板條馬氏體的高強(qiáng)硬度的特點(diǎn) 的同時(shí)，還具有良