一种特厚规格耐磨钢板及其制备方法与流程

本发明属于特厚钢板制备
技术领域：
，具体地，本发明涉及一种特厚规格耐磨钢板及其制备方法。
背景技术：
：耐磨钢是广泛用于各种磨损工况的耐磨材料，随着生产工艺技术的进步，新的耐磨钢钢种层出不穷，其冶炼、铸造、热处理和机加工工艺不断改进，耐磨钢的综合力学性能、耐磨性能和使用寿命都在逐步提高，其应用领域日渐扩大。常制成工程机械、矿山机械、煤矿机械、破碎机等机械零件广泛地应用于冶金、矿山、建材、电力、铁路和军事等各个部门中，如推土机、装载机、挖掘机、自卸车及各种矿山机械、抓斗、堆取料机、输料弯曲结构、破碎机颚板、破碎壁、轧臼壁、拖拉机履带板、风扇磨冲击板和铁路道岔等。焊接可以解决各种钢材的连接，是十分重要的加工工艺，在工程应用中具有十分重要的作用。焊接冷裂纹是最常出现的焊接工艺缺陷，尤其是当焊接厚规格高强度耐磨钢时，冷裂纹出现的倾向很大。为防止冷裂纹产生，通常是焊前预热、焊后热处理，造成了焊接工艺的复杂性，特殊情况下的不可操作性，危及焊接结构的安全可靠性。对于高强度、高硬度的耐磨钢板，焊接问题尤为明显。目前国内外耐磨钢板产品，尤其是厚度在60-80mmhbw350～hbw450硬度区间的特厚规格耐磨钢板，由于产品厚度规格大，一般都存在碳当量高、开裂风险大、合金成本高、压缩比小生产难度大等技术瓶颈。在本发明之前，中国专利公开号cn103014543a南阳汉冶特钢有限公司申请的“一种耐磨钢nm400e中厚板的生产工艺”该钢中添加化学成分0.04～0.06％的v和0.17～0.03％的nb。且该钢只能生产30～40mm厚度规格，无法满足60～80mm厚度规格的生产要求。中国专利公开号cn101775543a宝山钢铁股份有限公司申请的“hb400级耐磨钢板及其制造方法”，该钢中添加化学成分0.20～1.0％的cu和0.01～0.08％的nb。该钢可生产厚度最大仅为30mm，远低于60～80mm厚度规格。中国专利公开号cn102943213a钢铁研究总院申请的“一种低合金超高强度工程机械用耐磨钢及其制备方法”，该钢中添加化学成分c为0.20～0.40％，该钢中添加的cr为1.00％～2.50％，含量较高，这样就直接导致钢的焊接性能差。且该钢可生产钢板的厚度为12～20mm，远低于60～80mm厚度规格。中国专利公开号cn102876969a宝山钢铁股份有限公司申请的“一种超高强度高韧性耐磨钢板及其制造方法”该钢中化学成分c含量为0.22-0.35％，含量较高，这样就直接导致钢的焊接性能差。该钢中nb含量为0.010-0.040％，这样就直接导致该钢成本高于本发明。且该钢可生产钢板的厚度为12～31mm，远低于60～80mm厚度规格。技术实现要素：针对现有技术的上述不足，本发明的一个目的在于提供一种特厚规格耐磨钢板，满足用户对厚度在60-80mm、表面布氏硬度hbw350～hbw450、抗拉强度≥1150mpa，-20℃冲击功≥40j，组织形态为回火马氏体的综合组织性能指标需要。为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种特厚规格耐磨钢板，其化学成分及其重量百分含量为：c0.12～0.20％，si0.40～0.60％，mn0.6～1.10％，cr0.60～0.90％，mo0.20～0.50％，ni0.10～0.40％，ti0.015～0.040％，p0.01～0.015％，s0.001～0.003％，b0.0010～0.0025％，al0.01～0.040％，h≤0.00020％，n≤0.0040％，mg0.007～0.015％，余量为fe。其中ni、cr、b的含量满足0.85％≤ni+cr+b≤1.2％，mn、ti、mo的含量满足0.85％≤mo+ti+mn≤1.4％，且满足cev＝c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(ni+cu)/15≤0.65％。其中，本发明中，c：是对钢板强度、硬度、韧性及其淬透性影响较大，较高的c含量会增加钢的强度、硬度和淬透性，但对韧性产生恶化作用。因此，本发明中，c含量控制在0.12～0.20％的范围内。si：对钢板的强度，耐磨性以及焊接性能也具有影响。硅在钢中起固溶强化的作用，固溶于铁素体和奥氏体中，可提高它们强度和硬度，在常见的固溶元素中，si的固溶强化作用强于mn、ni、cr、w、mo以及v等。另外，硅可以减少摩擦发热时的氧化作用，提到钢的冷变形硬化率和耐磨性，换言之，钢的耐磨性能会随硅含量的增加而提高。但是硅含量过高会导致钢的韧性下降，同时，硅与氧的亲和力比铁强，焊接时容易产生低熔点的硅酸盐，会增加熔渣和熔化金属的流动性，影响焊接性能。因此，优选地，si含量控制在0.40～0.60％的范围内。mn：能够增加钢的韧性，强度，硬度，以及提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；但是锰具有较高的偏析倾向，因此锰含量不易过高，同时锰含量过高也会减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。因此，优选地，mn含量控制在0.6～1.10％的范围内。p和s：是钢中的有害元素，可影响钢的脆性。硫在钢中可与锰形成塑性夹杂物硫化锰，对钢板的横向塑性和韧性具有较大影响；同时磷也严重影响钢板的塑性和韧性。换言之，对于本发明而言，磷和硫的含量越低越好，但是在实际生产过程中，磷和硫均不可避免，因此，优选地，p含量0.01～0.015％、s含量≤0.003％。ti：可与碳、氮形成细小的含钛化物，可阻碍连铸坯再加热过程中奥氏体晶粒的粗化进而细化晶粒，可提高钢板的焊接性能，同时ti也是铁素体强化元素，可固溶于铁素体中提高铁素体的强度，其强化作用高于al、mn、ni、以及mo等。因此，优选地，ti含量控制在0.015～0.040％的范围内。ni能够提高钢的韧性，尤其能提高钢的低温韧性。因此，优选地，ni含量控制在0.10～0.40％内。cr：可提高钢板的强度，硬度和耐磨性，改善钢板的抗腐蚀能力。由于铬在奥氏体中的溶解度较大，淬火后在马氏体中大量固溶，并在随后的回火过程中会析出含铬碳化物，可提高钢的强度和硬度。同时又由于固溶强化基体，细化组织，可显著提高钢的抗氧化能力，增加其抗腐蚀能力。因此，cr含量优选控制在0.60～0.90％的范围内。mo：能减少钢的回火脆性，同时回火时还能析出细小的碳化物，能够提高钢的强度，但是mo含量过多会损害焊接时形成的热影响区的韧性，降低钢的可焊接性，因此，本发明中，优选地，mo含量控制在0.20～0.50％的范围内。b：可以改善钢板的致密性和热轧性能，提高钢板淬透性，提高强度。本发明中，b含量控制在0.0010～0.0025％的范围内。al：的主要作用是脱氧，在钢中可以细化晶粒，提高钢板的冲击韧性。但是铝含量过高会导致铝的氧化物夹杂增加，降低钢的纯净度，同时还影响钢的热加工性能，焊接性能。因此，本发明的al含量控制在0.01～0.040％的范围内。mg：研究指出含镁夹杂物与钢的润湿角较小，不易形成大的夹杂物；含镁夹杂物与钢中铁素体之间的错配度要小，而且含镁夹杂物周围会形成贫锰区，这使含镁夹杂物有着较好的晶内铁素体形核诱导能力，从而为镁处理改善母材与焊接区性能应用提供了可能。因此，本发明的mg含量控制在0.007～0.015％的范围内。h：由氢引起的氢脆和白点是中厚板材的常见缺陷，容易造成钢的强度，特别是钢的塑性和韧性显著下降，使钢变脆易于开裂，氢也是钢中白点产生的根本原因。因此，本发明要求氢含量≤0.00020％。n：氮是钢中非常重要的强化元素，固溶于钢中基体相可以阻碍结晶和再结晶晶粒的长大，起到细晶强化的作用；还可以与钢中的其它合金元素或微合金元素形成氮化物，提高钢的强度和耐磨性。。钢中过多的氮对钢的性能尤其是焊接性能是十分不利的，但控制过严会大幅增加生产成本，因此，本发明要求氮含量在≤0.0040％。本发明的另一个目的在于，提供一种特厚规格耐磨钢板的制备方法，所述方法包括以下步骤：1)冶炼：将钢水经脱硫、精炼、真空脱气炉真空处理；2)浇铸：将步骤1)处理后的钢水送连铸机，连铸采用全程氩气保护浇铸；板坯连铸完毕需堆垛或进坑进行缓冷，缓冷时间不低于48小时；3)板坯加热：板坯进加热炉需温装，装炉温度为150～300℃。加热后进行轧制；4)轧制：利用宽厚板轧机完成两阶段轧制；精轧开轧温度为910～950℃，水冷的冷却速率≥10℃/s；5)淬火+回火热处理：淬火温度为890～930℃，保温时间10～25min，淬火机辊道速度为12-16米/分钟，淬火机高压段上下水比为0.7-0.9，低压段上下水比为0.65-0.85，回火温度为200～260℃，保温时间10～25min，保温后空冷，最终得到一种60～80mm特厚规格耐磨钢板。优选地，淬火+回火热处理后钢板定尺切割温度为100℃～180℃。本发明中，钢板焊接预热温度为120-150℃。由于本发明中科学合理的设计了碳及合金元素含量，通过微合金元素的细化强化作用及控制轧制控制冷却过程的细化强化效果，使得钢板具有优异的力学性能(强度高、硬度高、冲击性能优异等)和焊接性能。为了更好的满足用户对60-80mm特厚规格耐磨钢板高质量使用要求，同时满足良好硬度及其焊接性能要求，本发明公开了一种特厚规格耐磨钢板，该产品及生产技术满足了厚度在60-80mmhbw350～hbw450硬度区间的耐磨钢板的长效使用要求。本发明利用4300mm宽厚板双机架可逆式两阶段轧制技术，轧后采用高精度淬火+回火热处理技术，获得了回火马氏体组织形态的60～80mm特厚规格耐磨钢板，硬度为hbw350～hbw450，综合性能优异，制备方法简便实用。中国专利公开号cn103014543a南阳汉冶特钢有限公司申请的“一种耐磨钢nm400e中厚板的生产工艺”该钢中添加化学成分0.04～0.06％的v和0.17～0.03％的nb，而本发明不添加nb和v贵重金属元素，生产成本高于本发明。中国专利公开号cn101775543a宝山钢铁股份有限公司申请的“hb400级耐磨钢板及其制造方法”，该钢中添加化学成分0.20～1.0％的cu和0.01～0.08％的nb，而本发明不添加nb和cu贵重金属元素，生产成本高于本发明。中国专利公开号cn102943213a钢铁研究总院申请的“一种低合金超高强度工程机械用耐磨钢及其制备方法”，该钢中添加化学成分c为0.20～0.40％，高于本发明的0.12～0.20％，该钢中添加的cr为1.00％～2.50％，高于本发明的cr0.60～0.90％，这样就直接导致钢的焊接性能差。中国专利公开号cn102876969a宝山钢铁股份有限公司申请的“一种超高强度高韧性耐磨钢板及其制造方法”该钢中化学成分c含量为0.22-0.35％，高于本发明的0.12～0.20％，这样就直接导致钢的焊接性能差。该钢中nb含量为0.010-0.040％，本发明中不含nb元素，这样就直接导致该钢成本高于本发明。本发明与现有技术的不同之处主要体现在以下几方面：从化学成分上看，本发明涉及的耐磨钢的化学成分除c、si、mn等元素外，不添加价格昂贵的nb、v等微合金元素元素，具有成本低廉等特点，同时较低的c、mn含量和添加mg元素，大幅度改善了高强度耐磨钢焊接性能；从生产规格上看，本发明涉及的耐磨钢板厚度规格在60-80mm，满足了用户要求，填补了现有生产技术空白，解决了厚规格耐磨钢开裂质量问题；从产品性能上看，本发明涉及的耐磨钢板具有高强度、高硬度、高韧性尤其具有较佳的焊接性能；从显微组织上看，本发明涉及的耐磨钢，显微组织主要为细的回火马氏体，且厚度方向组织均匀性好，这就为良好的硬度均匀性奠定了良好基础，大幅度提高了产品使用寿命。本发明涉及的特厚规格耐磨钢板具有较明显的优势。控制碳和合金元素含量，研发低成本、力学性能佳、工艺简单的耐磨钢是社会经济和钢铁工业发展的必然趋势。附图说明图1为实施例1钢板显微组织图；图2为实施例2钢板显微组织图；图3为实施例3钢板显微组织图。具体实施方式下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明中，除非另有指明，含量均指重量百分比含量。为实现本发明提供厚度在60-80mmhbw350～hbw450硬度区间的特厚规格耐磨钢板。本发明按表1所示化学成分进行转炉冶炼并浇注成连铸坯，将连铸坯温装、加热后在宽厚板生产线轧机轧制，轧后对钢板进行淬火和回火处理。铸坯加热温度、终轧温度、淬火加热温度、回火温度等主要工艺参数见表2。相应钢板强度、布氏硬度、-20℃冲击功及焊接性能亦在表3、表4中列出。表1本发明实施例1-3特厚规格耐磨钢板的化学成分(wt.％)表2本发明实施例1-3特厚规格耐磨钢板主要生产工艺参数表3本发明本发明实施例1-3特厚规格耐磨钢板性能指标实施例钢板厚度/mm抗拉强度/mpa-20℃冲击功/j布氏硬度/hbw160122040420270135044390380140051441对本发明实施例1-3的钢板进行显微组织观察，结果分别如图1-3所示，从图1-3可以看出，实施例1-3的钢板纤维组织均为均匀分布的回火马氏体，这保证了钢板具有较佳的力学性能。对本发明实施例1～3的特厚规格耐磨钢钢板进行焊接性能试验(小铁研试验)，试验结果如表4所示。由表4可知，本发明实施例1～3在120～150℃预热条件下焊后未出现裂纹，本发明钢板具有良好的焊接性能。表4本发明实施例1-3特厚规格耐磨钢板焊接性能试验结果通过实施例1-3及相应检测结果可以看出，按照本发明成分设计、轧制工艺及热处理工艺要求所生产的耐磨钢板，硬度在hbw350-450之间，钢板具有优异的强度、-20℃低温冲击韧性和优异的焊接性能，实现了60～80mm特厚规格耐磨钢板的制造，更好的满足用户使用期望，采用本发明的生产技术所制造的产品填补了国内空白，因此，本发明的耐磨钢板具有较明显的优势。本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。当前第1页12