專利名稱：一種nm400級(jí)抗裂紋高強(qiáng)度耐磨鋼及生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械工程用耐磨鋼制造領(lǐng)域，特別涉及一種NM400級(jí)抗裂紋高強(qiáng)度耐磨鋼及其加工方法。
背景技術(shù)：
磨損一般發(fā)生在材料的摩擦表面上，大量統(tǒng)計(jì)表明，能源近一半消耗于磨損，材料的80%失效于磨損，若再加上人力更換零部件的停工，機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量差效率低等，則經(jīng)濟(jì)損失會(huì)更大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年消耗金屬耐磨材料約達(dá)300萬噸以上，應(yīng)用摩擦磨損理論防止和減輕摩擦磨損，每年可節(jié)約150億美元。目前可使用的耐磨材料分為金屬和金屬化合物、陶瓷及其復(fù)合材料、塑料等三大類，其中金屬耐磨材料仍居主導(dǎo)地位。金屬耐磨材料中，有色金屬、硬質(zhì)合金和金屬基復(fù)合材料由于原材料和制備成本較高，一般只用于特別重要的部件和特殊行業(yè)，如航空、航天等。目前實(shí)際工程中應(yīng)用最多、消耗最大的金屬抗磨材料仍以耐磨鋼板為主。用于工程機(jī)械傳統(tǒng)的耐磨鋼一般為高錳鋼，依靠高錳鋼具有的加工硬化性，在其使用過程中受沖擊應(yīng)力作用以后有很強(qiáng)的硬化能力，所以只能在大的沖擊載荷下發(fā)揮其作用，而對(duì)于沖擊載荷不大的工況而言其硬度的耐磨性無法提高，而且高錳鋼加工硬化后，其屈服強(qiáng)度并不高 ，在較大力的作用下，工件有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生開裂，難以達(dá)到預(yù)期的使用壽命。高錳鋼大多為鑄件，需要特殊熱處理和水韌化處理，工藝復(fù)雜。近年來，低合金耐磨鋼用于制作中小型機(jī)械材料，也同樣在工程機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用，已被機(jī)械行業(yè)認(rèn)可，并成為趨勢(shì)，為滿足工程機(jī)械大型化發(fā)展趨勢(shì)，其強(qiáng)度級(jí)別有待進(jìn)一步提高。然而，目前所有硬度指標(biāo)HBW/10/3000 ^ 400的耐磨鋼普遍存在造價(jià)高的問題，主要體現(xiàn)在化學(xué)成分和制造工藝上。首先化學(xué)成分均添加了大量的貴重合金；制造工藝方面，普遍采用調(diào)質(zhì)工藝生產(chǎn)，能耗和工序成本高。因此研究一種采用低成本制造工藝的高強(qiáng)度耐磨鋼有重要意義，其創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在低合金化學(xué)成分設(shè)計(jì)以及非調(diào)質(zhì)制造工藝方面，既提高了強(qiáng)度和耐磨性又大幅降低了制造成本。經(jīng)檢索，中國專利公開號(hào)為CN1109919A的專利文獻(xiàn)，公開了一種低合金耐磨鋼，其成分重量百分比為:c:0.5 0.6%, S1:0.9 1.2%, Mn:1.4 1.7%, Cr:1.35 1.60%, Mo:0.3 0.5%, V:0.05 0.10%, T1:0.03 0.06%, Re:0.02 0.04%,強(qiáng)度和耐磨性均較好，但大量
添加提高淬透性的合金元素，成本較高，C、Si含量高易產(chǎn)生淬火裂紋，添加稀土元素與目前提倡的節(jié)約資源相違背。中國專利公開號(hào)為CN102605272A的專利文獻(xiàn)，公開了一種低合金超高強(qiáng)度耐磨鋼及其生產(chǎn)方法，采用模鑄方法獲得鑄錠，其成分重量百分比為:c:0.2(Γ0.35%，Si:0.3 0.7%, Mn:0.6 1.0%, Cr:0.7 1.1%，Ni:0.6 1.0%, Mo:0.3 0.7%,其余為 Fe 和微量雜質(zhì)元素，將鑄錠進(jìn)行鍛造加工，然后進(jìn)行900°C、40°C正火(保溫時(shí)間廣3小時(shí))-880°C 920°C淬 火(保溫時(shí)間I 3小時(shí))_150°C 220°C低溫回火(保溫時(shí)間2 4小時(shí))處理，獲得具有高強(qiáng)度高、高韌性、高耐磨性的鋼板，不足之處在于貴重合金N1、Cr、Mo添加量大，合金成本仍然較高，熱處理工藝復(fù)雜，工序成本和能耗均較高。中國專利公開號(hào)為CN102605234A的專利文獻(xiàn)，公開了一種400HB級(jí)耐磨鋼板及其制造方法，其成分重量百分比為:C:0.08 0.24%，S1:0.1 0.3%，Mn:0.7 1.7%，Cr: 1.0%，Mo:0.6%，B:0.0005 0.004%, T1:0.005 0.04%其余為Fe和微量雜質(zhì)元素，采用鑄造_控軋-調(diào)質(zhì)熱處理工藝生產(chǎn)，性能優(yōu)良，適用于制造工程機(jī)械中易磨損設(shè)備，不足之處在于采用傳統(tǒng)鑄造工藝相對(duì)連鑄工藝效率較低，調(diào)質(zhì)熱處理工藝成本較高和生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，合金成本可進(jìn)一步降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種在滿足鋼種強(qiáng)度和硬度要求，具有優(yōu)良的焊接性能和抗火焰切割裂紋敏感性能的同時(shí)，可使成本降低15%、能耗降低25%、流程短的高強(qiáng)度耐磨鋼板NM400及其制造方法。實(shí)現(xiàn)上述目的的措施:
一種NM400級(jí)抗裂紋高強(qiáng)度耐磨鋼，其組分及重量百分比含量為:C:0.04、.08%、Si:0.2(Γθ.50%,Mn:1.2(Γ .50%,P:彡 0.015%,S:彡 0.005%,Cr:0.25^0.60%,Mo:0.2(Γθ.50%、Ti:0.005 0.025%、B:0.ΟΟΓΟ.005%、Als:0.015 0.05%,其余為 Fe 和微量雜質(zhì)元素，CEV=C+Mn/6+(V+Mo+Cr)/5+ (Ni+Cu)/15 ( 0.57。生產(chǎn)一種HB400級(jí)抗裂紋高強(qiáng)度馬氏體耐磨鋼的方法，其步驟:
1)冶煉并連鑄成還;
2)對(duì)鑄坯加熱，加熱溫度為1180°C 1240°C；
3)進(jìn)行軋制:控制開軋溫度在1050°C 11501:，終軋溫度9501: 1050°C;控制每道次壓下率10 30%;
4)進(jìn)行水冷卻:控制開冷溫度不低于900°C，在冷卻速率不低于20°C/s下，控制終冷溫度控制在不超過300°C ；
5)空冷至室溫；
6)進(jìn)行回 火，回火溫度控制在20(T400°C;回火時(shí)間根據(jù)板厚常規(guī)確定。在設(shè)計(jì)鋼的合金成分時(shí)，主要考慮了以下兩點(diǎn):即對(duì)普通合金元素C、Mn、Cr、Mo的成分最優(yōu)化和微量添加元素T1、B的有效利用，在滿足鋼種強(qiáng)度和硬度要求的同時(shí)，使生產(chǎn)成本降低，同時(shí)提高焊接性能和抗火焰切割裂紋敏感性能。普通合金元素降低了從奧氏體到鐵素體的相變溫度，Ar3的降低擴(kuò)大了奧氏體未再結(jié)晶加工區(qū)域，有助于更有效的進(jìn)行控制軋制。碳會(huì)降低焊接性能，因此要盡可能降低碳的含量，由此會(huì)引起Ar3的上升，要依靠添加Mn、Cr、Mo等來控制。最佳合金成分設(shè)計(jì)應(yīng)是盡可能同時(shí)降低Ar3和碳當(dāng)量。Mn、Cr、Mo具有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用。Mn可有效降低臨界淬火速度，Cr、Mo可顯著提高淬透性，對(duì)獲得馬氏體均有益處。但C、Mn、Cr、Mo含量過高會(huì)導(dǎo)致焊接性能惡化以及沖擊韌性大幅降低，且Cr、Mo含量超過一定范圍易形成針狀馬氏體，提高了鋼的回火脆性和熱敏感性。綜合考慮，設(shè)計(jì)了 C、Mn、Cr的成分范圍為:C:0.04、.08%, Mn:1.2(Γ .50%, Cr:0.25^0.60%、Mo:0.2(Γθ.50%。微量添加元素在控制軋制中對(duì)下述四個(gè)參數(shù)，S卩加熱時(shí)的奧氏體晶粒、對(duì)再結(jié)晶的抑制、相變行為和析出強(qiáng)化有很大的影響。加熱時(shí)，微細(xì)的合金析出物TiN等通過阻止晶界移動(dòng)而細(xì)化晶粒，并且，微量的TiN析出物可以有效的控制再結(jié)晶后的晶粒成長(zhǎng)。固溶在奧氏體中的Ti在相變時(shí)或相變后作為極微細(xì)的碳化物、碳氮化物析出，使強(qiáng)度升高。所以，如上所述，微量添加元素是控制軋制所不可缺少的成分。Ti含量過高可能會(huì)導(dǎo)致析出相過分長(zhǎng)大，析出強(qiáng)化作用將減弱且沖擊韌性會(huì)惡化，因此控制Ti的含量為0.005、.025%。為了提高淬透性向鋼中加入微量的B元素。固溶的B向淬火前的奧氏體晶界處偏析，通過抑制鐵素體相變，提高了淬透性。由于在奧氏體中B會(huì)以BN的形式析出而影響提高淬透性的效果，因此，還要通過添加Al或Ti來固定N。其它合金元素尤其是碳氮化物生成元素等在奧氏體中均勻固溶，也有助于提高淬透性，并可提高在高溫回火過程中的軟化抗力。當(dāng)B含量達(dá)到0.0008%時(shí)可明顯提高淬透性，但是當(dāng)B含量高于0.002%時(shí)淬透性下降，鋼的韌性惡化，且會(huì)形成低熔點(diǎn)共晶體，集中于晶粒的邊界，這將引起熱脆性，增加熱加工的困難。故本發(fā)明中將B的含量限定在0.00Γ0.005%。鋼中S、P是有害雜質(zhì)元素，鋼中P、S含量越低越好。當(dāng)鋼中S含量較多時(shí)，熱軋時(shí)容易產(chǎn)生熱脆等問題；而鋼中P含量較多時(shí)，鋼容易發(fā)生冷脆，此外，磷還容易發(fā)生偏析。控軋+直接冷卻工藝是獲得馬氏體組織的關(guān)鍵工序，設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于，通過板坯加熱、軋制制度及冷卻制度控制鋼材高溫奧氏體組織形態(tài)、控制相變過程，最終控制鋼材的組織類型、形態(tài)、分布和析出相等因素，滿足鋼板設(shè)計(jì)性能要求。本發(fā)明通過對(duì)軋制道次與壓下量的優(yōu)化分配，控制開軋溫度和終軋溫度，以穩(wěn)定鋼板在線冷卻的入水溫度。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，合金成本低，合金添加量較少，，焊接性能和抗火焰切割裂紋敏感性能優(yōu)良，并避免了復(fù)雜熱處理工藝帶來的能源損耗，同時(shí)大幅縮短生產(chǎn)周期，具有優(yōu)良的焊接性能和抗火焰切割 裂紋敏感性能的同時(shí)，由于制造工藝簡(jiǎn)單且流程短，可使成本降低15%、能耗降低25%，工藝可操作性提高，因此具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和廣闊的應(yīng)用前景，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。


附圖為本發(fā)明鋼的金相組織為回火馬氏體的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明予以詳細(xì)描述:
表I為本發(fā)明各實(shí)施例經(jīng)檢測(cè)后的力學(xué)性能列表；
實(shí)施例1
一種NM4 O O級(jí)抗裂紋高強(qiáng)度耐磨鋼，其組分及重量百分比含量:C: 0.0 4%，S 1:0.37%, Mn:1.40%, Als:0.015%, P: 0.01%, S: 0.0078%, Cr:0.42 %，Mo:0.30%, Ti:
0.014%, B:0.0015%,其余為 Fe 和微量雜質(zhì)元素，并滿足 CEV=C+Mn/6+ (V+Mo+Cr) /5+(Ni+Cu)/15=0.483。生產(chǎn)步驟:
1)冶煉并連鑄成還;
2)對(duì)鑄坯進(jìn)行加熱，加熱溫度控制在119(Tl200°C；
3)軋制工藝:開軋溫度105(Tl060°C，終軋溫度102(Tl030°C，道次壓下率:10%；
4)進(jìn)行水冷，開冷溫度在920°C，冷卻速度控制在23°C/秒，終冷溫度在295 299°C ；5)自然冷卻至室溫；
6)進(jìn)行回火，回火溫度控制在28(T290°C。實(shí)施例2
一種NM400級(jí)抗裂紋高強(qiáng)度耐磨鋼，其組分及重量百分比含量:C:0.062%, Si:0.39%, Mn:1.42%, Als:0.023%, P: 0.013%, S: 0.0048%, Cr:0.45 %，Mo:0.38%, Ti:0.015%, B:0.0013%,其余為 Fe 和微量雜質(zhì)元素，并滿足 CEV=C+Mn/6+ (V+Mo+Cr) /5+(Ni+Cu)/15=0.512。生產(chǎn)步驟:
1)冶煉并連鑄成還;
2)對(duì)鑄坯進(jìn)行加熱，加熱溫度控制在118(Tll87°C；
3)軋制工藝:開軋溫度109(Tll00°C，終軋溫度1025 1035°C，道次壓下率:15%；
4)進(jìn)行水冷，開冷溫度在930°C，冷卻速度控制在25°C/秒，終冷溫度在265 275°C ；
5)自然冷卻至室溫；
6)進(jìn)行回火，回火溫度控制在27(T290°C。實(shí)施例3 一種NM400級(jí)抗裂紋高強(qiáng)度耐磨鋼，其組分及重量百分比含量:C:0.072%, Si:0.33%, Mn:1.35%, Als:0.022%, P: 0.011%, S: 0.0022%, Cr:0.26 %，Mo:0.47%, Ti:0.021%, B:0.0023%,其余為 Fe 和微量雜質(zhì)元素，并滿足 CEV=C+Mn/6+ (V+Mo+Cr) /5+(Ni+Cu)/15 ( 0.57。生產(chǎn)步驟:
1)冶煉并連鑄成還;
2)對(duì)鑄坯進(jìn)行加熱，加熱溫度控制在123(Tl240°C；
3)軋制工藝:開軋溫度112(Tll30°C，終軋溫度104(Tl05(TC，道次壓下率:20%；
4)進(jìn)行水冷，開冷溫度在940°C，冷卻速度控制在27°C/秒，終冷溫度在275 295°C ；
5)自然冷卻至室溫；
6)進(jìn)行回火，回火溫度控制在31(T320°C。實(shí)施例4
一種NM400級(jí)抗裂紋高強(qiáng)度耐磨鋼，其組分及重量百分比含量:C:0.08%，Si:0.39%, Mn:1.39%, Als:0.027%, P: 0.014%, S: 0.0029%, Cr:0.43 %, Mo:0.42%, T1:0.019%, B:0.0022%,其余為 Fe 和微量雜質(zhì)元素，并滿足 CEV=C+Mn/6+ (V+Mo+Cr) /5+(Ni+Cu)/15=0.531。生產(chǎn)步驟:
1)冶煉并連鑄成還;
2)對(duì)鑄坯進(jìn)行加熱，加熱溫度控制在1203 1213°C；
3)軋制工藝:開軋溫度114(Tll50°C，終軋溫度955°C，道次壓下率:25%；
4)在線進(jìn)行淬火，開冷溫度在915°C，冷卻速度控制在22 °C /秒，終冷溫度在245^265 0C ；
5)自然冷卻至室溫；
6)進(jìn)行回火，回火溫度控制在255 260°C。
實(shí)施例5
一種NM400級(jí)抗裂紋高強(qiáng)度耐磨鋼，其組分及重量百分比含量:C:0.052%, Si:0.36%, Mn:1.30%, Als:0.029%, P: 0.014%, S: 0.0020%, Cr:0.29 %，Mo:0.44%, Ti:0.023%, B:0.003%,其余為 Fe 和微量雜質(zhì)元素，并滿足 CEV=C+Mn/6+ (V+Mo+Cr) /5+(Ni+Cu)/15=0.533。生產(chǎn)步驟:
1)冶煉并連鑄成還;
2)對(duì)鑄坯進(jìn)行加熱，加熱溫度控制在121(Tl220°C；
3)軋制工藝:開軋溫度1125 1135°C，終軋溫度103(Tl04(TC，道次壓下率:30%；
4)進(jìn)行水冷，開冷溫度在910°C，冷卻速度控制在29°C/秒，終冷溫度在273 280°C ；
5)自然冷卻至室溫；
6)進(jìn)行回火，回火溫度控制在38(T395°C。表I為上述各實(shí)施例經(jīng)檢測(cè)后的力學(xué)性能情況列表。表I各實(shí)施例經(jīng)檢測(cè)后力學(xué)性能結(jié)果列表
權(quán)利要求
1.一種NM400級(jí)抗裂紋高強(qiáng)度耐磨鋼，其組分及重量百分比含量為:C:0.04、.08%、Si:0.20 0.50%、Mn:1.2(Γ .50%、P: ≤ 0.015%、S: ≤ 0.005%、Cr:0.25 0.60%、Mo:0.20 0.50%,Ti:0.005 0.025%,B:0.ΟΟΓΟ.005%,Als:0.015 0.05%，其余為 Fe 和微量雜質(zhì)元素，CEV=C+Mn/6+ (V+Mo+Cr)/5+ (Ni+Cu)/15 ≤ 0.57。
2.生產(chǎn)權(quán)利要求1所述的一種HB400級(jí)抗裂紋高強(qiáng)度馬氏體耐磨鋼的方法，其步驟: 1)冶煉并連鑄成還; 2)對(duì)鑄坯加熱，加熱溫度為1180°C 1240°C； 3)進(jìn)行軋制:開軋 溫度在1050°C 1150°C，終軋溫度950°C 1050°C;控制每道次壓下率10 30%; 4)進(jìn)行水冷卻，控制開冷溫度不低于900°C，在冷卻速率不低于20°C/s下，控制終冷溫度控制在不超過300°C ； 5)空冷至室溫； 6)進(jìn)行回火，回火溫度控制在20(T400°C;回火時(shí)間根據(jù)板厚常規(guī)確定。
全文摘要
一種NM400級(jí)抗裂紋高強(qiáng)度耐磨鋼，其組分及重量百分比含量為C0.04~0.08%、Si0.20~0.50%、Mn1.20~1.50%、P≤0.015%、S≤0.005%、Cr0.25~0.60%、Mo0.20~0.50%、Ti0.005~0.025%、B0.001~0.005%、Als0.015~0.05%；生產(chǎn)步驟冶煉并連鑄成坯；對(duì)鑄坯加熱；軋制；水冷卻；空冷至室溫；回火。本發(fā)明合金成本低，合金添加量較少，焊接性能和抗火焰切割裂紋敏感性能優(yōu)良，并避免了復(fù)雜熱處理工藝帶來的能源損耗，同時(shí)大幅縮短生產(chǎn)周期，具有優(yōu)良的焊接性能和抗火焰切割裂紋敏感性能的同時(shí)，由于制造工藝簡(jiǎn)單且流程短，可使成本降低15%、能耗降低25%，工藝可操作性提高，因此具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和廣闊的應(yīng)用前景，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。
文檔編號(hào)C21D8/02GK103233171SQ20131016937
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月10日
發(fā)明者李德發(fā), 王世森, 熊玉彰, 董漢雄, 余宏偉, 張?jiān)蒲? 熊濤, 陳勇, 洪君, 易勛 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司