專利名稱：一種布氏硬度為470～520鏟刀刃用鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于耐磨鋼領(lǐng)域，具體涉及到一種布氏硬度(HBW 10mm/3000KN)為470 520的裝載機(jī)和挖掘機(jī)鏟刀刃用鋼及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
鏟刀刃用鋼主要用于裝載機(jī)和挖掘機(jī)的關(guān)鍵部位——鏟斗的制造，其性能直接決定著鏟斗的使用壽命，是工程機(jī)械車輛行業(yè)最重要的鋼種之一。近年來(lái)隨我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，其需求量越來(lái)越大。鏟刀刃鋼的工作環(huán)境非常惡劣，在工作時(shí)，鏟刀刃鏟入如礦石、沙、煤等物料時(shí)，直接與物料發(fā)生強(qiáng)烈摩擦和撞擊，因此，為了增加鏟刀刃的使用壽命， 對(duì)鏟刀刃用鋼要求苛刻，即除要求鏟刀刃鋼具有足夠的硬度和耐磨性外，還需要具有較高的韌性，以防止變形和斷裂。同時(shí)由于鏟刀刃一般是與鏟斗焊接在一起的，故對(duì)鏟刀刃用鋼的焊接性能也提出嚴(yán)格要求。此外，為提高工廠機(jī)械加工效率，鏟刀刃鋼還必須具有良好的機(jī)械加工性能，易于切割、彎曲等機(jī)械加工處理。我國(guó)鏟刀刃上使用的鋼種較多，除耐磨鋼匪360系列和卡特皮勒公司認(rèn)可的 1E0921系列外，還有的廠家直接使用Q345或16Mn等普通鋼。近年來(lái)由于工程機(jī)械車輛行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，各廠家均對(duì)鏟刀刃用鋼性價(jià)比提出了嚴(yán)格的要求既要求鏟刀刃用鋼性能良好，以保證鏟斗具有較長(zhǎng)的使用壽命；又要求鏟刀刃鋼價(jià)格不能太高，以降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。在這種情況下，Q345和16Mn等普通鋼由于耐磨性能太差，已基本被淘汰。匪360 系列和1E0921系列鋼由于添加了大量Ni、Mo等貴重合金元素而價(jià)格較高，對(duì)企業(yè)成本造成一定的影響。因此，研制出一種性能優(yōu)良、成本較低且機(jī)械加工效率高的鏟刀刃用鋼，成為市場(chǎng)的迫切需求。市場(chǎng)上已出現(xiàn)多種與本專利相似的一類鋼種，主要以C、Si、Mn為主要強(qiáng)化元素，不添加或少量添加Mo、Ni等貴重合金元素保證鋼板性能，以降低鋼板生產(chǎn)成本，鋼板熱軋態(tài)時(shí)進(jìn)行機(jī)械加工，提高工廠加工效率，再對(duì)成型鏟刀刃板進(jìn)行熱處理。國(guó)內(nèi)外相關(guān)鋼廠進(jìn)行了相關(guān)研究，如日本、舞鋼、武鋼、重鋼等，獲得了較多的專利，但基本都針對(duì)生產(chǎn)廠的裝備、技術(shù)特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行，且研制鋼板的硬度級(jí)別、適用范圍都不一致。已公布專利中，國(guó)外及國(guó)內(nèi)舞鋼、重鋼等申請(qǐng)的專利與本專利設(shè)計(jì)理念存在較大的差別；中國(guó)專利文獻(xiàn)，其專利號(hào)為ZL200610018574. 7的《裝載機(jī)鏟刀刃用鋼及其生產(chǎn)方法》和申請(qǐng)?zhí)枮镃N 201010224423. 3的《布氏硬度為430 470的鏟刀刃用鋼及其生產(chǎn)方法》雖然與本發(fā)明接近，但硬度級(jí)別不同，同時(shí)在上述兩個(gè)發(fā)明的生產(chǎn)和使用過(guò)程中，鋼板存在冷彎性能較差的問(wèn)題，經(jīng)分析與部分殘余合金元素如Cu、As等偏高相關(guān)，因此在本專利中對(duì)殘余元素如Cu 等進(jìn)行了限定。綜上所述，本專利采用轉(zhuǎn)爐+真空處理+連鑄+軋制的工藝流程進(jìn)行一種鏟刀刃鋼的生產(chǎn)，鋼板布氏硬度470 520，其生產(chǎn)成本較低、適用范圍廣，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)相同成果、 專利及相關(guān)報(bào)道
發(fā)明內(nèi)容
本專利的目的是提供一種性價(jià)比高，厚度規(guī)格在10 60mm、布氏硬度 (HBW10mm/3000KN)為470 520，冷彎性能良好的鏟刀刃用鋼及其生產(chǎn)方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)措施一種布氏硬度為470 520鏟刀刃用鋼，其化學(xué)成分及重量百分比為C 0. 26 0. 35 %，Si 彡 0. 20 0. 50 %, Mn 1. 0 1. 50 %, P ^ 0. 020 %, S ^ 0. 015 %, Cr
0.20 0. 70%，TiO. 020 0. 06%，Mo 彡 0. 35%，B 0. 0005 0. 0050%, Cu ^ 0. 3%, As ^ 0.018%,其余為！^及不可避免的雜質(zhì)。其特征在于當(dāng)厚度在10 30mm時(shí)，不添加Mo，當(dāng)厚度在> 30 60mm時(shí)，其Mo 的重量百分比控制在0. 15 0.35%。生產(chǎn)一種布氏硬度為470 520鏟刀刃用鋼的方法，其步驟1)進(jìn)行冶煉采用鐵水脫硫，轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉，RH真空脫氣處理及成分微調(diào)， 全流程保護(hù)澆注成化學(xué)成分及重量百分比為c 0.沈 0. 35%，Si彡0. 20 0. 50%，Mn
1.0 1. 50%, P 彡 0. 020%, S 彡 0. 015%, Cr 0. 20 0. 70%, Ti 0. 020 0. 06%, Mo ^ 0. 35%, B 0. 0005 0. 0050%, Cu ^ 0. 3%, As ^ 0. 018%，其余為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)的連鑄坯；2)將連鑄坯加熱并在1230 1270°C下充分奧氏體化；3)進(jìn)行初軋，其開(kāi)軋溫度控制在1150 1170°C，前三道次累計(jì)壓下量控制在 45 60mm ；4)進(jìn)行精軋，其開(kāi)軋溫度控制在< 960°C，終軋溫度控制在，780 900°C，末三道次累計(jì)壓下率35 42% ；5)待用。各元素在本發(fā)明中的作用及機(jī)理本發(fā)明碳元素含量為0. 26 0. 35% 碳元素是提高鋼強(qiáng)度和硬度的最明顯的元素。對(duì)耐磨鋼而言，硬度是保證其耐磨性最好的性能指標(biāo)。碳元素可提高鋼的淬透性，使鋼板經(jīng)熱處理后獲得均質(zhì)組織，來(lái)確保鋼板的耐磨性能。因此，較高的碳含量是必不可少的。 但鋼中碳含量太高容易造成鋼材韌性下降，并導(dǎo)致鋼材焊接性能差。實(shí)踐證明，碳含量保持在0.30%左右，可使得鋼保持一個(gè)較高的硬度，且可焊區(qū)較大。因此，為了保證鋼板具有高的硬度、較好的韌性、優(yōu)良的冷成型性和焊接性能，將碳含量限定在0. 26 0. 35%。本發(fā)明硅元素含量為0. 20 0. 50% 硅在鋼中不形成碳化物，而以固溶體形式溶于鐵素體和奧氏體，來(lái)提高鋼的硬度和強(qiáng)度，其固溶強(qiáng)化作用很強(qiáng)。硅可使C曲線右移，提高鋼的淬透性。但過(guò)高硅含量過(guò)高，則會(huì)引起面縮率下降，特別是沖擊韌性下降較為明顯， 同時(shí)對(duì)鋼的焊接性也不利，因此鋼中硅含量不應(yīng)過(guò)高，本發(fā)明鋼硅含量上限定為0. 20 0. 50%。本發(fā)明錳元素含量為1. 00 1. 50% 錳能與鐵形成固溶體，提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強(qiáng)度；錳同時(shí)能很好的穩(wěn)定奧氏體組織，進(jìn)一步增強(qiáng)鋼的淬透性；錳還可使鋼在受到?jīng)_擊而產(chǎn)生變形時(shí)，使鋼材表面層得到強(qiáng)化而具有高的耐磨性；錳與硫形成熔點(diǎn)較高的MnS，可有效防止FeS的產(chǎn)生所導(dǎo)致的熱脆現(xiàn)象。但錳含量太高會(huì)使得鋼的晶粒容易粗化，也增強(qiáng)了鋼的回火脆性敏感性。因此，添加的錳含量控制在為1. 00 1. 50%。本發(fā)明鉻含量為0. 20 0. 70% 鉻能顯著增加鋼的淬透性并有二次硬化作用，提高鋼的硬度和耐磨性而不使鋼變脆。鉻是縮小奧氏體相區(qū)的元素，是中強(qiáng)碳化物形成元素， 在鋼中可以形成碳化物也可固溶于鐵素體。鉻還是提高鋼淬透性的有效元素，使鋼經(jīng)淬火回火后具有良好的綜合力學(xué)性能。但是加入Cr會(huì)提高鋼的淬硬性，從而提高鋼材對(duì)焊接冷裂紋的敏感性，所以Cr的含量控制在0. 20 0. 70%。本發(fā)明按照生產(chǎn)鋼板的厚度的不同添加或不添加Mo元素鉬是提高鋼的強(qiáng)度、淬透性和回火穩(wěn)定性的重要元素。鋼中添加一定的Mo合金元素，可使鋼獲得優(yōu)良的綜合性能，其次，良好的淬透性是厚截面鋼材獲得優(yōu)良綜合性能的保證。鋼中添加一定量Mo元素， 增加了過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，推遲了珠光體、貝氏體轉(zhuǎn)變，使C曲線右移，淬透性提高，并確保了鋼的回火穩(wěn)定性。所以按照厚度的不同，彡30mm鋼板不添加Mo元素，> 30 60mm鋼板Mo含量控制在0. 15 0.35%。本發(fā)明鈦含量為0. 020 0. 060% 鈦與氮、氧、碳具有極強(qiáng)的親和力，是一種良好的脫氧去氣劑和固定氮、氧的有效元素，在含硼鋼的冶煉中是必不可少的。鈦是強(qiáng)氮化物和強(qiáng)碳化物形成元素，鈦的碳、氮化物能有效地釘扎奧氏體晶界，有助于控制奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，大大改善焊接熱影響區(qū)的低溫韌性。本發(fā)明硼含量為0.0005% 0.0050% 加入硼的目的主要是增加鋼的淬透性，從而省去其他較稀有貴重的金屬。硼是增強(qiáng)鋼淬透性最有效的元素之一，但主要靠有效硼(即存在晶體間隙，而不與其他元素化合的硼)來(lái)實(shí)現(xiàn)。大量資料顯示，當(dāng)有效硼含量不高于0. 0030%時(shí)，其所起的淬透性效果最好，過(guò)多的硼會(huì)降低淬透性。因此，本發(fā)明硼含量定為0. 0005 0. 0030%。本發(fā)明要求P <0.020%和S <0.015%:磷在鋼中具有容易造成偏析、惡化焊接性能、顯著降低鋼的低溫沖擊韌性、提高脆性轉(zhuǎn)變溫度等不利影響。硫易與錳結(jié)合生成MnS夾雜，硫還影響鋼的低溫沖擊韌性。因此，本發(fā)明應(yīng)盡量減少磷、硫元素對(duì)鋼性能的不利影響， 通過(guò)對(duì)鐵水進(jìn)行深脫硫預(yù)處理、真空處理等手段，控制磷、硫含量，從而減輕其不利影響。本發(fā)明要求Cu彡0. 30%, As彡0. 018% 銅對(duì)鋼的淬透性和固溶強(qiáng)化作用等與鎳相似，但銅對(duì)鋼的塑形不利，且銅在α的溶解度隨溫度下降而降低很多，其容易在鋼材表面析出，導(dǎo)致鋼板冷彎性能較差。As也是一種有害的殘余元素，在煉鋼過(guò)程中無(wú)法得到有效去除，其存在不利于鋼板的冷彎性能。因此，本發(fā)明Cu彡0. 30%，As彡0. 018%。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于(1)成分簡(jiǎn)單，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，可保證高的生產(chǎn)效率；( 鋼板熱軋態(tài)時(shí)機(jī)械加工性能良好，可保證工廠加工效率，熱處理后性能優(yōu)異，強(qiáng)度和硬度高，耐磨性好，可滿足鏟刀刃板使用要求；C3)焊接性能好，調(diào)質(zhì)鋼板可在不預(yù)熱時(shí)直接焊接，接頭性能滿足鏟刀刃板使用要求；(4)按照厚度的不同對(duì)貴重合金如Mo 的添加進(jìn)行了限定，在保證經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，確保了鋼板的性能；( 對(duì)鋼中殘余元素Cu進(jìn)行了限定，以保證鋼板的冷彎性能即沖擊韌性。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例鋼成分見(jiàn)表1，其生產(chǎn)工藝按照以下步驟進(jìn)行1)進(jìn)行冶煉采用鐵水脫硫，轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉，RH真空脫氣處理及成分微調(diào)， 全流程保護(hù)澆注成化學(xué)成分及重量百分比為c 0.沈 0. 35%，Si彡0. 20 0. 50%，Mn 1. 0 1. 50%, P 彡 0. 020%, S 彡 0. 015%, Cr 0. 20 0. 70%, Ti 0. 020 0. 06%, Mo ^ 0. 35%, B 0. 0005 0. 0050%, Cu ^ 0. 3%, As ^ 0. 018%，其余為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)的連鑄坯；2)將連鑄坯加熱并在1230 1270°C下充分奧氏體化；3)進(jìn)行初軋，其開(kāi)軋溫度控制在1150 1170°C，前三道次累計(jì)壓下量控制在 45 60mm ；4)進(jìn)行精軋，其開(kāi)軋溫度控制在< 960°C，終軋溫度控制在，780 900°C，末三道次累計(jì)壓下率35 42% ；5)待用。其主要的軋制工藝參數(shù)見(jiàn)表2。本發(fā)明產(chǎn)品性能試驗(yàn)條件對(duì)鋼板進(jìn)行熱處理，熱處理工藝為淬火910士20°C，保溫時(shí)間為2. Omin/mm,以彡20°C /s的冷卻速度將鋼板用水冷卻至Ms轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下；低溫回火200士30°C，保溫時(shí)間為4. Omin/mm,空冷至室溫，鋼板性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3和表4。表1本發(fā)明各實(shí)施例化學(xué)成分(Wt% )
權(quán)利要求
1.一種布氏硬度為470 520鏟刀刃用鋼，其化學(xué)成分及重量百分比為C 0. 0. 35%, Si 彡 0. 20 0. 50%, Mn 1. 0 1. 50%, P 彡 0. 020%, S 彡 0. 015%, Cr 0. 20 0. 70 %, Ti 0. 020 0. 06 %, Mo 彡 0. 35 %, B 0. 0005 0. 0050 %, Cu ^ 0. 3 %, As ^ 0. 018%，其余為！^及不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種布氏硬度為470 520鏟刀刃用鋼，其特征在于當(dāng)厚度在10 30mm時(shí)，不添加Mo，當(dāng)厚度在> 30 60mm時(shí)，其Mo的重量百分比控制在0. 15 0. 35%。
3.生產(chǎn)權(quán)利要求1所述的一種布氏硬度為470 520鏟刀刃用鋼的方法，其步驟1)進(jìn)行冶煉采用鐵水脫硫，轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉，RH真空脫氣處理及成分微調(diào)，全流程保護(hù)澆注成化學(xué)成分及重量百分比為C 0.洸 0. ；35%，Si彡0. 20 0. 50%，Mn 1. 0 1.50%,P^O. 020%,S^0. 015%,Cr 0. 20 0. 70%，Ti 0. 020 0. 06%，Mo 彡 0. 35%， B 0. 0005 0. 0050%,Cu ^ 0. 3%,As ^ 0. 018%，其余為!^e及不可避免的雜質(zhì)的連鑄坯；2)將連鑄坯加熱并在1230 1270°C下充分奧氏體化；3)進(jìn)行初軋，其開(kāi)軋溫度控制在1150 1170°C，前三道次累計(jì)壓下量控制在45 60mm ；4)進(jìn)行精軋，其開(kāi)軋溫度控制在<960°C，終軋溫度控制在，780 900°C，末三道次累計(jì)壓下率；35 42% ；5)待用。
全文摘要
本發(fā)明涉及布氏硬度為470～520的裝載機(jī)和挖掘機(jī)鏟刀刃用鋼及生產(chǎn)方法。其化學(xué)成分及重量百分比為C 0.26～0.35％，Si≤0.20～0.50％，Mn 1.0～1.50％，P≤0.020％，S≤0.015％，Cr 0.20～0.70％，Ti 0.020～0.06％，Mo≤0.35％，B 0.0005～0.0050％，Cu≤0.3％，As≤0.018％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。生產(chǎn)步驟進(jìn)行鐵水脫硫，轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉，RH真空處理，全流程保護(hù)澆注成連鑄坯；連鑄坯加熱；初軋；精軋；待用。本發(fā)明成分簡(jiǎn)單，工藝穩(wěn)定，力學(xué)性能優(yōu)異，性價(jià)比高，焊接性能好，調(diào)質(zhì)鋼板可在不預(yù)熱時(shí)直接焊接，且冷彎性能好。
文檔編號(hào)B21B37/58GK102337467SQ20111032620
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者嚴(yán)翔, 付勇濤, 劉武群, 官計(jì)生, 尹云洋, 朱叢茂, 王玉濤, 陳葉清, 陳瑋 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司