本發(fā)明屬于鋼鐵制造領(lǐng)域，具體涉及一種布氏硬度450級耐磨鋼及其制造方法。

背景技術(shù)：

耐磨鋼是廣泛應(yīng)用于各種磨損工況下的一類鋼鐵材料，其目的在于減緩機械部件的磨損消耗，提高產(chǎn)品的壽命，延長機械產(chǎn)品因磨損而發(fā)生失效行為的時間，要求具有較高的硬度值以保證惡劣工況下的耐摩擦磨損性能。

殘余應(yīng)力是影響耐磨鋼使用的關(guān)鍵參數(shù)，與鋼板的開裂以及表面的耐磨性有直接關(guān)系。而通常的耐磨鋼硬度值高，其內(nèi)殘余應(yīng)力大，均勻性不好，很容易在使用過程中發(fā)生鋼板開裂的問題；另外，表面的殘余應(yīng)力還與耐磨性有一定關(guān)系，鋼板表面如果是壓應(yīng)力，則對提高鋼板的耐磨性能和疲勞性能有提升作用。

現(xiàn)有的布氏硬度450級耐磨鋼的殘余應(yīng)力為拉應(yīng)力或應(yīng)力值較小，均勻性不好，在使用過程中易發(fā)生鋼板開裂和變形，焊接性能差的缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種布氏硬度450級耐磨鋼及其制造方法，該制造方法通過對殘余應(yīng)力有較大影響的重要化學(xué)成分C、Si、Mn、Cr、B等元素的控制，并采用合理的淬火、回火熱處理等工藝，使耐磨鋼在擁有優(yōu)良耐磨性和較高韌性的同時，在其表面具有均勻壓應(yīng)力，進一步增強其耐磨性能和抗疲勞性能；本耐磨鋼的殘余應(yīng)力均勻性好，在使用過程中不發(fā)生開裂和變形，耐磨，使用壽命長。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種布氏硬度450級耐磨鋼，其特征在于鋼的化學(xué)成分按重量百分比為：C 0.17～0.22％，Si 0.40～0.60％，Mn 1.2～1.45％，P≤0.01％，S≤0.005％，Cr 0.6～0.85％，Ni≤0.1％，Mo≤0.1％，Als 0.02～0.05％，Ti≤0.015％，V≤0.02％，B≤0.004％，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。該耐磨鋼鋼板的布氏硬度值達到450左右，抗拉強度約1400Mpa。

本發(fā)明還提供一種布氏硬度450級耐磨鋼的制造方法，包括如下步驟：超純凈鋼工藝進行冶煉→鐵水脫硫→轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉→真空處理→連鑄成板坯→板坯加熱→軋制→冷卻→淬火→低溫回火→鋼板成品；

所述耐磨鋼的化學(xué)成分按重量百分比為：C 0.17～0.22％，Si 0.40～0.60％，Mn 1.2～1.45％，P≤0.01％，S≤0.005％，Cr 0.6～0.85％，Ni≤0.1％，Mo≤0.1％，Als 0.02～0.05％，Ti≤0.015％，V≤0.02％，B≤0.004％，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)；

在板坯加熱階段中，均熱溫度為1190℃～1250℃，加熱速率為9～11min/cm，以保證微合金元素充分溶解以及一定的奧氏體晶粒度，減小殘余應(yīng)力分布不均可能性；

在軋制步驟中，軋制步驟的開軋溫度≥1050℃，終軋溫度≥980℃，單道次壓下率大于20％，低度打壓可以細化鋼板心部晶粒，使得板材厚度上組織及殘余應(yīng)力分布趨于均勻；

在淬火步驟中，淬火溫度為865℃-880℃，保溫時間10-30min；

在低溫回火步驟中，回火溫度為220℃-255℃，保溫時間3.5～5.0min/mm*板厚，低溫回火保留了板材表面的壓向應(yīng)力，充分的回火時間對于板材內(nèi)殘余應(yīng)力分布的均勻化起到重要作用，回火后得到回火馬氏體組織。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明在優(yōu)化殘余應(yīng)力的同時，保證了耐磨鋼表面硬度值在450左右，抗拉強度約1400Mpa，因此具有較高的表面硬度，保證了其耐磨性能，同時具有較高的抗拉強度以及較好的韌性；

本發(fā)明成分設(shè)計中含有C 0.17～0.22，碳含量過高，則鋼的硬度高而韌性低，熱處理過程中容易開裂，碳含量過低，鋼的淬硬性不足，硬度過低，耐磨性不足；成分中含有適量的Mn、Cr、Ni、B元素可以在控制成本的情況下，提高鋼的淬透性，從而減小產(chǎn)品在厚度方向的殘余應(yīng)力梯度，抑制開裂；成分中適量的Ti、Al、V起到細化晶粒作用，使鋼中殘余應(yīng)力分布更均勻；

本發(fā)明在軋制后采用865℃-880℃淬火，220℃-255℃低溫回火處理，保留了板材表面的壓向應(yīng)力，對提高鋼板的耐磨性能和疲勞性能有明顯提升作用；

充分的回火時間使得板材內(nèi)殘余應(yīng)力更加均勻，有利于減少板材的開裂傾向；

本發(fā)明能實現(xiàn)耐磨鋼的殘余應(yīng)力優(yōu)化；

本發(fā)明通過控制鋼的成分，以及制造工藝，能使耐磨鋼的殘余應(yīng)力均勻性好、耐磨性好，使耐磨鋼在使用過程中不發(fā)生開裂和變形，從而提高了耐磨鋼的使用壽命。

附圖說明

圖1是實施例1的金相組織圖；

圖2是實施例1的電鏡圖(2500倍)；

圖3是實施例1的殘余應(yīng)力測點布置示意圖；

圖4是實施例2的金相組織圖；

圖5是實施例2的電鏡圖(2500倍)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明的實施例。

實施例1

一種厚度為30mm的布氏硬度450級耐磨鋼，其化學(xué)成分按重量百分比為：C 0.20％，Si 0.51％，Mn 1.43％，P 0.007％，S 0.002％，Cr 0.70％，Ni 0.05％，Mo 0.026％，Als 0.031％，Ti 0.011％，V 0.008％，B 0.002％，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。

按配比化學(xué)成分依次進行如下步驟：超純凈鋼工藝進行冶煉→鐵水脫硫→轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉→真空處理→連鑄成板坯→板坯加熱→軋制→冷卻→淬火→低溫回火→鋼板成品，

在板坯加熱階段中，均熱溫度為1250℃，加熱速率為11min/cm，加熱300min；

在軋制步驟中，采用1060℃的開軋溫度進行軋制，終軋溫度1080℃，單道次壓下率大于30％對板坯進行軋制；

在淬火步驟中，將冷卻后的板材進行880℃高溫淬火，保溫時間20min；

在低溫回火步驟中，將淬火后的板材進行225℃低溫回火，保溫120min，完成耐磨鋼的制作。

表1和表2分別為采用上述方法制得的厚度為30mm的布氏硬度450級耐磨鋼的力學(xué)性能表和表面殘余應(yīng)力分析表。圖1、圖2是采用上述方法制得的厚度為30mm的布氏硬度450級耐磨鋼的金相組織圖、電鏡圖(2500倍)。

表1力學(xué)性能

表2表面殘余應(yīng)力

殘余應(yīng)力測點布置位置如圖3所示。

實施例2

一種厚度為40mm的布氏硬度450級耐磨鋼，其化學(xué)成分按重量百分比為：C 0.19％，Si 0.44％，Mn 1.25％，P 0.01％，S 0.001％，Cr 0.68％，Ni 0.06％，Mo 0.08％，Als 0.025％，Ti 0.001％，V 0.015％，B 0.002％，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。

按配比化學(xué)成分依次進行如下步驟：超純凈鋼工藝進行冶煉→鐵水脫硫→轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉→真空處理→連鑄成板坯→板坯加熱→軋制→冷卻→淬火→低溫回火→鋼板成品，

在板坯加熱階段中，均熱溫度為1230℃，加熱速率為10.5min/cm，加熱400min；

在軋制步驟中，采用1300℃的開軋溫度進行軋制，終軋溫度1010℃，單道次壓下率大于40％對板坯進行軋制；

在淬火步驟中，將冷卻后的板材進行865℃高溫淬火，保溫時間25min；

在低溫回火步驟中，將淬火后的板材進行245℃低溫回火，保溫150min，完成耐磨鋼的制作。

表3和表4分別為采用上述方法制得的厚度為40mm的布氏硬度450級耐磨鋼的力學(xué)性能表和表面殘余應(yīng)力分析表。圖4、圖5是采用上述方法制得的厚度為40mm的布氏硬度450級耐磨鋼的金相組織圖、電鏡圖(2500倍)。

表3力學(xué)性能

表4表面殘余應(yīng)力

實施例3

一種厚度為20mm的布氏硬度450級耐磨鋼，其化學(xué)成分按重量百分比為：C 0.17％，Si 0.58％，Mn 1.45％，P 0.003％，S 0.004％，Cr 0.85％，Ni 0.09％，Mo 0.046％，Als 0.043％，Ti 0.0 1％，V 0.018％，B 0.003％，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。

按配比化學(xué)成分依次進行如下步驟：超純凈鋼工藝進行冶煉→鐵水脫硫→轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉→真空處理→連鑄成板坯→板坯加熱→軋制→冷卻→淬火→低溫回火→鋼板成品，

板坯加熱階段：均熱溫度采用1190℃，加熱速率為10.1min/cm，加熱時間為220min；

軋制階段開軋溫度1550℃，終軋溫度1100℃，單道次壓下率大于22％；

淬火溫度875℃，保溫時間27min；回火溫度245℃，保溫時間90min。

表5和表6分別為采用上述方法制得的厚度為20mm的布氏硬度450級耐磨鋼的力學(xué)性能表和表面殘余應(yīng)力分析表。

表5力學(xué)性能

表6表面殘余應(yīng)力

實施例4

一種厚度為35mm的布氏硬度450級耐磨鋼，其化學(xué)成分按重量百分比為：C 0.22％，Si 0.45％，Mn 1.41％，P 0.007％，S 0.003％，Cr 0.81％，Ni 0.098％，Mo 0.073％，Als 0.023％，Ti 0.0 05％，V 0.014％，B 0.004％，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。

按配比化學(xué)成分依次進行如下步驟：超純凈鋼工藝進行冶煉→鐵水脫硫→轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉→真空處理→連鑄成板坯→板坯加熱→軋制→冷卻→淬火→低溫回火→鋼板成品，

板坯加熱階段：均熱溫度采用1210℃，加熱速率為10.7min/cm，加熱時間為240min；

軋制階段開軋溫度1360℃，終軋溫度1000℃，單道次壓下率大于25％；

鋼板熱處理，淬火溫度879℃，保溫時間17min；回火溫度230℃，保溫時間175min。

表7和表8分別為采用上述方法制得的厚度為35mm的布氏硬度450級耐磨鋼的力學(xué)性能表和表面殘余應(yīng)力分析表。

表7力學(xué)性能

表8表面殘余應(yīng)力

實施例5

一種厚度為28mm的布氏硬度450級耐磨鋼，其化學(xué)成分按重量百分比為：C 0.22％，Si 0.60％，Mn 1.42％，P 0.006％，S 0.001％，Cr 0.81％，Ni 0.081％，Mo 0.045％，Als 0.039％，Ti 0.009％，V 0.007％，B 0.001％，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。

按配比化學(xué)成分依次進行如下步驟：超純凈鋼工藝進行冶煉→鐵水脫硫→轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉→真空處理→連鑄成板坯→板坯加熱→軋制→冷卻→淬火→低溫回火→鋼板成品，

在板坯加熱階段中，均熱溫度為1240℃，加熱速率為10.8min/cm，加熱340min；

在軋制步驟中，采用1470℃的開軋溫度進行軋制，終軋溫度1050℃，單道次壓下率大于29％對板坯進行軋制；

在淬火步驟中，將冷卻后的板材進行879℃高溫淬火，保溫時間29min；

在低溫回火步驟中，將淬火后的板材進行245℃低溫回火，保溫112min，完成耐磨鋼的制作。

表9和表10分別為采用上述方法制得的厚度為28mm的布氏硬度450級耐磨鋼的力學(xué)性能表和表面殘余應(yīng)力分析表。

表9力學(xué)性能

表10表面殘余應(yīng)力

從表1至表10可以看出，采用本方法在優(yōu)化殘余應(yīng)力的同時，保證了耐磨鋼表面硬度值在450左右，抗拉強度約1400Mpa，-20℃沖擊功超過40J，因此具有較高的表面硬度保證了其耐磨性能，同時具有較高的抗拉強度以及較好的韌性。從圖1至圖5看出，其微觀組織為回火馬氏體，且分布較為均勻。