一种高碳中锰耐磨钢及热轧板制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明创造属于热乳耐磨钢技术领域，尤其是涉及一种高碳中锰耐磨钢及热乳板 制造方法。
【背景技术】
[0002] 1882年哈德菲尔德发现了高锰钢，其基本成分为：Mnll%~14%，C1.0%~ 1. 4%，其耐磨性和耐冲击性能较好。由于锰含量较高，其过冷奥氏体稳定性较高，水韧处理 后形成单相奥氏体，具有高韧性，硬度为HB180~200。高锰钢铸件在受到强烈冲击载荷时， 金属表面发生塑性变形，变形层内表现出明显的加工硬化现象，达到HB500以上。在中、低 冲击磨损条件下，高锰钢表面加工硬化程度低，硬化层深度浅，不能充分发挥加工硬化性能 使得耐磨性不足。对于大断面工件，心部常常出现碳化物而降低使用性能；寒冷条件下常出 现脆断现象；湿磨条件下，腐蚀磨损较严重。这些问题的存在限制了高锰钢的使用，促使人 们在高猛钢的基础上寻求新的解决办法。中猛钢是在高猛钢的基础上研制出的一种新型抗 磨材料，通过降低锰含量所获得的中锰钢，水韧处理后是单相不稳定的奥氏体组织，实现在 中、低冲击载荷下，材料表面产生塑性变形而导致诱发形成α-马氏体，从而快速硬化。
[0003] 中国专利《一种颗粒弥散强化中锰钢及其制备方法》（公开号101787494Α)中公开 一种中锰钢材料及制备方法，但该方法中主要依靠钛元素和碳元素的配比实现高强度和高 耐磨性，但钛元素价格不菲，高含量的钛元素必然增加了材料的生产成本。中国专利《一种 中锰钢破碎机锤头及其制备方法》（公开号103993224Α)中给出了一种破碎机锤头用中锰 钢及制备方法，其碳锰元素配比虽然较为合理，但微量元素中缺乏铬元素导致稳定性较差， 且其采用传统的铸造工艺，在钢液中加入变质剂，成型后再进行水淬加回火的热处理方法， 工艺过程比较复杂，生产时间较长；中国专利《中锰钢及其制备方法》（公开号102534406Α) 涉及一种中锰钢的制备方法，其碳锰元素配比较为合理，但由于缺乏铝元素，因此脱氧性较 差，同时刚度和颗粒细化性也较差，另外其工艺中采用砂型铸造，热处理保温时间为6小 时，中锰钢的耐磨性得到保证，但是其生产周期较长，铸件表面较粗糙，增加了后续加工的 成本。
[0004] 以上专利中采用的都是铸造生产，热处理工艺复杂且耗时较长，国内对连铸连乳 生产耐磨钢的工艺研究较少。
【发明内容】
[0005] 本发明创造要解决的问题是，提供一种高碳中锰耐磨钢及热乳板的制造方法，通 过优化碳锰配比和合理的微量元素选择与含量优化，解决现有技术中存在的高碳中锰耐磨 钢强度及稳定性的问题，同时采用连铸连乳的生产方式，工艺简单，生产耗时短。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：
[0007] -种高碳中锰耐磨钢，化学组分重量百分比为：C:1.0~1. 2%，Si彡0.3%，Μη: 5. 0 ~7. 0%，Ρ〈0· 02%，S〈0. 02%，Cr:1· 5 ~2. 5%，Mo:0· 2 ~0· 8%，V:0· 1 ~0· 3%， Ti彡0. 1%，A1 :0. 03~0. 08%，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0008] 进一步的，所述C的重量百分比为1.05~1. 15%;所述Si的重量百分比为0. 12~ 0. 28% ;所述Μη的重量百分比为5. 06~6. 92% ;所述Cr的重量百分比为1. 55~2. 47% ; 所述Mo的重量百分比为0. 29~0. 75% ;所述V的重量百分比为0. 12~0. 29% ;所述Ti 的重量百分比为〇. 05~0. 09% ;所述A1的重量百分比为0. 04~0. 07%。
[0009] -种高碳中锰耐磨钢热乳板的制造方法，包括：炼钢-连铸-加热-热乳-热处 理，在所述连铸过程中，连铸浇铸温度为1420~1440°C，得到坯锭；
[0010] 在所述加热过程中，板坯加热温度为1180~1220°C;
[0011] 在所述热乳过程中，板坯乳制温度区间为980~1150°C;
[0012] 在所述热处理过程中，热乳板水韧温度为950~1050°C，水韧终止温度在200°C以 下。
[0013] 进一步的，所述耐磨钢热乳板的抗拉强度彡700MPa，屈服强度彡400Mpa，开V型 缺口冲击吸收功：25°C冲击功Akv为60~70J，-40°C冲击功Akv为20~30J;布氏硬度为 250 ~270HB。
[0014] 进一步的，所述耐磨钢热乳板在200N载荷滑动磨损条件下，其磨损率 < 25X10 6mm3/N·m。
[0015] 所述炼钢按如下成分组成的重量百分比配料：C:1. 0~1. 2%，Si彡0. 3%，Μη: 5. 0 ~7. 0%，Ρ〈0· 02%，S〈0. 02%，Cr:1· 5 ~2. 5%，Mo:0· 2 ~0· 8%，V:0· 1 ~0· 3%， Ti彡0. 1%，A1 :0. 03~0. 08%，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0016] 采用本发明创造的组分配比和制造工艺生产的钢板强度和韧性优异，可焊接性 好，乳后热处理工艺简单，合金元素含量少，降低了生产成本，提高了生产效率，便于工业化 生产。
【具体实施方式】
[0017] 本发明主要的化学成分选择理由如下：
[0018] 碳：碳是锰钢主要添加的元素之一。碳有利于奥氏体相的稳定，碳含量增加使得固 溶强化作用增强，提高了钢的硬度、强度和耐磨性。但是当碳含量> 1. 5%时，铸态组织中碳 化物增多，若经水韧处理，奥氏体中残存的碳化物依然较多，这些碳化物会沿晶界析出而降 低钢的性能，并且碳元素含量增加不利于得到不稳定的奥氏体组织。
[0019] 锰：锰是另一种主要添加的元素。锰可以稳定奥氏体，使奥氏体相区扩大，当锰含 量增加时，高锰钢的强度和冲击韧性有所提高，但过高的锰含量会使钢的导热性下降，影响 钢的机械性能。
[0020] 硅：硅能提高钢的纯净度，也可作为脱氧剂。同时能起到固溶强化作用。当硅含量 增加，则钢的强度和硬度增加，且奥氏体的稳定性提高，当其含量大于〇. 6%时，会导致碳在 奥氏体中的溶解度下降和组织晶粒粗大，进而促使碳化物在晶界析出，降低了钢的韧性和 耐磨性，增加了热裂倾向。
[0021] 铬：铬在奥氏体中溶解度很大，可以稳定奥氏体，同时也加快了碳化物在冷却时的 析出。铬可以与碳形成碳化物，提高钢的强度和硬度，但铸态时铬含量过高会使碳化物析出 加快，在境界上析出形成网状碳化物，降低了钢的韧性和耐磨性。
[0022] 硫和磷：硫和磷都是钢中不可避免的杂质元素，对钢的塑性和韧性不利，因此硫和 磷的含量应越少越好。
[0023] 钼、钛、钒：Mo、Ti、V和Cr都是强碳化物形成元素，与Fe原子置换而增加渗碳体的 稳定性。同时Mo、Ti、V和Cr形成的碳化物固溶处理后可增强钢的强度、硬度和耐磨性，并 且有细化晶粒的作用，但加入量过多会导致塑韧性下降。
[0024] 铝：铝是强脱氧元素，脱氧后多余的铝元素和钢中氮元素能形成A1N，提高钢的强 度，细化奥氏体晶粒。
[0025] 为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容：
[0026] 1、选取6组实施例，实施例1~6组分重量百分比（％)参见表1。
[0027] 表1实施例的重量百分比（％ )
[0028]
[0029] 2、实施例1~6为原料制作热乳板的工艺流程：电炉炼钢一连铸一加热炉加热一 热乳一热处理，具体参数控制如表2所示：
[0030] 表2实施例的工艺流程参数
[0031]
[0032] 3、实施例形成的热乳板的性能参数如表3所示：
[0033] 表3实施例的热乳工艺参数
[0034]
[0035] 从表3中可以看出，6组实施例的抗拉强度彡700MPa，屈服强度为彡400MPa，开V 型缺口冲击吸收功：25°C冲击功Akv为60~70J，-40°C冲击功Akv为20~30J，布氏硬度为 250~270HB，其中第4组实施例的综合性能较高，抗拉强度为745MPa，屈服强度为435MPa， 25°C冲击功Akv为69. 5J，-40°C冲击功Akv为30J，布氏硬度为267HB。
[0036] 4、摩擦磨损性能采用M2000摩擦磨损试验机进行试验，试验条件为：载荷200N，转 数200转/分钟，磨损试验时间2h，实验样品尺寸10X10X20mm，摩擦副为GCrl5钢环，直 径40mm。磨损率计算采用体积磨损率，计算公式如下：KV=Am/p·P·L。
[0037] 其中KV为体积磨损率，单位为mm3/Nm; △m为磨损失重，单位mg;P为实验材料密 度，取7. 89g/cm3;P为加载压力，单位为N;L为磨损行程，单位为m。
[0038] 6组实施例与HARD0X450和Mnl3的磨损率对比结果如表4所示：
[0039] 表4实施例与HARD0X450和Mnl3的磨损率对比
[0040]
[0041] 从表4中可以看出，6组实施例的磨损率相当，比HARD0X450和Mnl3的耐磨性分别 提高到1.62倍和1.81倍以上。
[0042] 以上对本发明创造的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明创造的 较佳实施例，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作 的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明创造的专利涵盖范围之内。
【主权项】
1. 一种高碳中锰耐磨钢，其特征在于：化学组分重量百分比为：C :1. O~I. 2%， Si 彡 0? 3%，Mn :5. O ~7. 0%，P〈0. 02%，S〈0. 02%，Cr :1. 5 ~2. 5%，Mo :0? 2 ~0? 8%，V : 0? 1~0? 3%，Ti彡0? 1%，Al :0? 03~0? 08%，其余为Fe和不可避免的杂质。2. 根据权利要求1所述的高碳中锰耐磨钢，其特征在于：所述C的重量百分比为 1. 05~1. 15% ;所述Si的重量百分比为0. 12~0. 28% ;所述Mn的重量百分比为5. 06~ 6. 92% ;所述Cr的重量百分比为1. 55~2. 47% ;所述Mo的重量百分比为0. 29~0. 75% ; 所述V的重量百分比为0. 12~0.29% ;所述Ti的重量百分比为0.05~0.09% ;所述Al 的重量百分比为〇. 04~0. 07%。3. -种如权利要求1所述的高碳中锰耐磨钢热乳板的制造方法，包括：炼钢-连铸-加 热-热乳-热处理，其特征在于： 在所述连铸过程中，连铸浇铸温度为1420~1440 °C，得到坯锭； 在所述加热过程中，板坯加热温度为1180~1220°C ; 在所述热乳过程中，板坯乳制温度区间为980~1150°C ; 在所述热处理过程中，热乳板水韧温度为950~1050°C，水韧终止温度在200°C以下。4. 根据权利要求3所述的利记博彩app制作而成的高碳中锰耐磨钢热乳板，其特征在于： 所述耐磨钢热乳板的抗拉强度彡700MPa，屈服强度彡400Mpa ;所述耐磨钢热乳板开V型缺 口冲击吸收功：25°C冲击功Akv为60~70J，-40°C冲击功Akv为20~30J ;所述耐磨钢热 乳板布氏硬度为250~270HB。5. 根据权利要求3所述的利记博彩app制作而成的高碳中锰耐磨钢热乳板，其特征在于： 所述耐磨钢热乳板在200N载荷滑动磨损条件下，其磨损率< 25X 10 6mm3/N ? m。
【专利摘要】本发明创造提供一种高碳中锰耐磨钢及热轧板制造方法。该耐磨钢的化学组分重量百分比分别为：C：1.0～1.2％，Si≤0.3％，Mn：5.0～7.0％，P<0.02％，S<0.02％，Cr：1.5～2.5％，Mo：0.2～0.8％，V：0.1～0.3％，Ti≤0.1％，Al：0.03～0.08％，其余为Fe和不可避免的杂质。所述耐磨钢热轧板的制造步骤包括炼钢、连铸、加热炉加热、热轧和热处理。采用本发明创造的组分配比和制造工艺生产的钢板强度和韧性优异，其抗拉强度大于700MPa，常温冲击吸收功为60～70J。轧后热处理工艺简单，合金元素含量少，降低了生产成本，提高了生产效率，便于工业化生产。
【IPC分类】C21D8/02, C22C38/38
【公开号】CN105239015
【申请号】CN201510711213
【发明人】王军祥, 岳宏霖, 范桂霞, 高继萍
【申请人】天津威尔朗科技有限公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年10月27日