專利名稱：一種低碳馬氏體鋼板及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高強度耐磨低碳馬氏體鋼板及其制造方法，用于生產(chǎn)高強度 NM360/400/450鋼級的耐磨鋼板。
背景技術：
目前還沒有涉及高強度耐磨板的通用標準，僅有各鋼鐵制造企業(yè)的內(nèi)部標準及制造技術，且各企業(yè)的制造技術嚴格保密。就高強度耐磨板而言，傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝分兩種，一種是高合金調(diào)質(zhì)鋼，根據(jù)性能的需要，設計合適的化學成分，冶煉并軋成熱軋鋼板；另一種是球墨鑄鐵，根據(jù)性能的需要，設計合適的成分，鑄造成型并進行適當?shù)臒崽幚恚峭ㄟ^這兩種工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品均不利于現(xiàn)場焊接加工。就高強度耐磨鋼板匪360/400/450系列而言，根據(jù)用戶需求鋼板的屈服強度彡990MPa，抗拉強度彡11 OOMPa，鋼板表面硬度HBW彡360。由于該系列高強度耐磨板屈服強度較高，如果用高合金調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)熱軋鋼板，會增加軋機負荷并給板型控制帶來難度，而若采用球墨鑄鐵則不利于現(xiàn)場焊接及和其他工件的鉚接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過合理的成分和工藝設計，提供一種匪360/400/450系列高強度耐磨鋼，以滿足煤炭、機械等行業(yè)的可焊性高強度耐磨鋼板的需要。考慮到提高厚板的可制造性和現(xiàn)場的焊接性能，利用X120管線鋼的生產(chǎn)體驗，充分認識了硼的淬透性，依據(jù)用戶的使用要求和場合，在Q345C和20#的成分基礎上添加微量硼。為提高成品強度和硬度，實施高溫淬火和去應力低溫回火，試制成功了高強度耐磨鋼板 NM360/400/450 系列。根據(jù)本發(fā)明的耐磨低碳馬氏體鋼，其化學成分質(zhì)量百分比為C 0. 12 0. 20 ；Si 0. 20 0. 55 ；Mn 1. 10 1. 60 ；P 彡 0. 025 ；S 彡 0. 015 ；Cr 彡 0. 90 ；Mo 彡 0. 50 ；V 彡 0. 060 ；Cu 彡 0. 02 ；Ni 彡 0. 03 ；B 0. 001 0. 003 ；Ti 彡 0. 025 ；N 彡 0. 01 ；Al 0. 015 0. 050 ；Ceq 0. 38 0. 68 ；其中，Ceq= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，余量為！^ 和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的耐磨低碳馬氏體鋼板的制造方法如下鋼水經(jīng)轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉加爐外精煉，并連澆鑄成板坯。板坯經(jīng)1110 1180°C加熱后軋成鋼板，鋼板的終軋溫度在800 930°C之間，軋后空冷，鋼板熱處理工藝加熱到 900 950°C，保溫10 25分鐘，水淬至常溫；再加熱到180 360°C，保溫1. 0 1. 5T分鐘，其中T為鋼板成品厚度，單位為mm。以下是各化學成分的作用及其具體說明C 0. 12 0.20(wt%，以下各元素相同)，C為碳化物形成元素，可以提高鋼的強度，太低時效果不明顯，太高時會大大降低鋼的焊接性能。Mn 1. 10 1.60，Mn為奧氏體形成元素，可以提高鋼的淬透性，含量小于1. 10%時作用不明顯，含量大于1. 6%時，會增加鋼中的組織偏析，影響熱軋組織的均勻性。Si 0. 20 0. 55，加入鋼中起到脫氧和改善耐蝕性的作用，但高于0. 55%，加工和韌性惡化。Cr 0. 90，優(yōu)選0. 02 0. 80。主要是增加軋后淬火鋼的殘余奧氏體在低溫回火中過程中析出碳化物，在冷卻過程中進一步轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，含量過高會降低鋼的韌性。Mo 50，優(yōu)選0. 11 0. 44。主要是通過碳化物及固溶強化形式來提高鋼的強度及回火穩(wěn)定性，含量過高會降低鋼的韌性。V 彡0. 060，能夠細化晶粒，形成碳化物，提高鋼的強度和韌性，但含量超過0. 06 后會引起鋼板韌性惡化。Al :0.015 0.050，在鋼中起到了脫氧作用和細化晶粒的作用。當加入量低于 0.015%時，效果不明顯，加入量超過0. 05%，力學性能變差。B :0. 0010-0. 0030，優(yōu)選0.0015 0.0025。硼是硼鋼中最重要的合金元素。它的
最主要的作用是提高鋼的淬透性，因而可以增大鋼材的可淬透尺寸，并提高淬火后鋼材截面內(nèi)組織和性能的均勻性。S ^ 0. 015，優(yōu)選彡0. 005。較低的S含量可以使MnS充分球化，減少中心偏析，降低夾雜物出現(xiàn)幾率，有利于提高鋼的韌性及耐蝕性能，低S可提高焊接性能和焊縫韌性。Ni ^ 0. 03 ；Ni不是必需的元素，鋼中殘余Ni的化學成分質(zhì)量百分比為0. 01 0. 03。Ti 0. 025，優(yōu)選0. 01 0. 02。在鋼板焊接時起晶粒細化作用，改善焊接區(qū)性能。K 0.01，優(yōu)選0.002 0.003。氮在鋼中與鋁結(jié)合成A1N，起消除淬火時效作用，AlN還能阻止加熱時奧氏體晶粒長在；含量過高會產(chǎn)生淬火時效和應變時效，使鋼的塑性和韌性下降，鋼材變脆。采用本發(fā)明的鋼板成分設計和制造方法，可以生產(chǎn)高強度NM360/400/450鋼級鋼板，可應用于制造輸送機、轉(zhuǎn)載機、采挖機等產(chǎn)品的焊接高強度用板，也可應用于高磨損、高沖擊的場合下。


圖1示出了本發(fā)明的實施例6的耐磨低碳馬氏體鋼板的金相組織。
具體實施例方式表1示出了根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的耐磨低碳馬氏體鋼板的化學成分 (wt% )；表2示出了根據(jù)本發(fā)明的不同實施例的耐磨低碳馬氏體鋼板的具體工藝參數(shù)；表3本發(fā)明的不同實施例的耐磨低碳馬氏體鋼板的力學性能。根據(jù)本發(fā)明的耐磨低碳馬氏體鋼板，其化學成分質(zhì)量百分比為C 0. 12 0. 20 ；Si 0. 20 0. 55 ；Mn 1. 10 1. 60 ;P 彡 0. 025 ；S ^ 0. 015 ； Cr ^ 0. 90 ；Mo ^ 0. 50 ;V ^ 0. 060 ；Cu 彡 0. 02 ；Ni 彡 0. 03 ；B 0. 0010 0. 0030 ；Ti 彡 0. 025 ；N 0. 01 ；Al :0. 015 0. 050 ；Ceq :0. 38 0. 68 ；
其中，Ceq= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，余量為！^ 和不可避免的雜質(zhì)。鋼水經(jīng)轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉加爐外精煉，并連澆鑄成板坯。板坯經(jīng)1110 1180°C加熱后軋成鋼板，鋼板的終軋溫度在800 930°C之間，軋后空冷，鋼板熱處理工藝加熱到 900 950°C，保溫10 25分鐘，水淬至常溫；再加熱到180 360°C，保溫1. 0 1. 5T分鐘，其中T為鋼板成品厚度，單位為mm。參照表1和表2，本發(fā)明的實施例如下實施例1C 0. 170 ；Si 0. 45 ；Mn 1. 20 ；P 0. 015 ；S 0. 005 ；Cu 0. 01 ；Ni 0. 01 ；Cr 0. 20 ；Mo 0 ；V 0. 001 ；B 0. 0025 ；Ti 0. 012 ；N 0. 0030 ；Al 0. 05 ；
Ceq 0.41。鋼水經(jīng)轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉加爐外精煉，并連澆鑄成板坯。板坯經(jīng)1170°C加熱后軋成鋼板，鋼板的終軋溫度為900°C，軋后空冷，鋼板熱處理工藝加熱到910°C，保溫25分鐘，水淬至常溫；再加熱到210°C，保溫40分鐘。實施例2C 0. 200 ；Si 0. 30 ；Mn 1. 50 ；P 0. 015 ；S 0. 003 ；Cu 0 ；Ni 0. 02 ；Cr 0. 20 ；Mo 0. 12 ；V 0. 035 ；B 0. 0017 ；Ti 0. 02 ；N 0. 0028 ；Al 0. 04 ；Ceq 0. 52。鋼水經(jīng)轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉加爐外精煉，并連澆鑄成板坯。板坯經(jīng)1110°C加熱后軋成鋼板，鋼板的終軋溫度為850°C，軋后空冷，鋼板熱處理工藝加熱到950°C，保溫25分鐘，水淬至常溫；再加熱到360°C，保溫50分鐘。實施例3C 0. 190 ；Si 0. 29 ；Mn 1. 52 ；P 0. 012 ；S 0. 002 ；Cu 0. 02 ；Ni 0. 02 ；Cr 0. 19 ； Mo 0. 11 ；V 0. 0014 ；B 0. 0018 ；Ti 0. 021 ；N 0. 0026 ；Al 0. 038 ；Ceq 0. 51。鋼水經(jīng)轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉加爐外精煉，并連澆鑄成板坯。板坯經(jīng)1120°C加熱后軋成鋼板，鋼板的終軋溫度為870°C，軋后空冷，鋼板熱處理工藝加熱到920°C，保溫25分鐘，水淬至常溫；再加熱到260°C，保溫60分鐘。實施例4C 0. 130 ；Si 0. 32 ；Mn 1. 30 ；P 0. 013 ；S 0. 0028 ；Cu 0. 01 ；Ni 0. 03 ；Cr 0. 02 ； Mo 0. 24 ；V 0. 050 ；B 0. 0015 ；Ti 0. 019 ；N 0. 0032 ；Al 0. 029 ；Ceq 0. 41。鋼水經(jīng)轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉加爐外精煉，并連澆鑄成板坯。板坯經(jīng)加熱后軋成鋼板，鋼板的終軋溫度為920°C，軋后空冷，鋼板熱處理工藝加熱到910°C，保溫20分鐘，水淬至常溫；再加熱到260°C，保溫65分鐘。實施例5C 0. 186 ；Si 0. 26 ；Mn 1. 16 ；P 0. 015 ；S 0. 0025 ；Cu 0. 01 ；Ni 0. 01 ；Cr 0. 79 ； Mo 0. 43 ；V 0. 0014 ；B 0. 0015 ；Ti 0. 014 ；N 0. 0027 ；Al 0. 043 ；Ceq 0. 62。鋼水經(jīng)轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉加爐外精煉，并連澆鑄成板坯。板坯經(jīng)1130°C加熱后軋成鋼板，鋼板的終軋溫度為，軋后空冷，鋼板熱處理工藝加熱到925°C，保溫20分鐘，水淬至常溫；再加熱到210°C，保溫62分鐘。實施例6C 0. 182 ；Si 0. 26 ；Mn 1. 31 ；P 0. 012 ；S 0. 0023 ；Cu 0 ；Ni 0. 02 ；Cr 0. 89 ；Mo 0. 44 ；V 0. 0009 ；B 0. 0014 ；Ti 0. 013 ；N 0. 0028 ；Al 0. 048 ；Ceq 0. 67。鋼水經(jīng)轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉加爐外精煉，并連澆鑄成板坯。板坯經(jīng)1130°C加熱后軋成鋼板，鋼板的終軋溫度在930°C，軋后空冷，鋼板熱處理工藝加熱到930°C，保溫20分鐘，水淬至常溫；再加熱到210°C，保溫68分鐘。采用本發(fā)明的成分設計，經(jīng)冶煉后在規(guī)定的軋制、熱處理溫度范圍內(nèi)生產(chǎn)的鋼板 (12 50mm厚)，其力學性能如表3所示。由表3可見，采用本發(fā)明的鋼種和工藝，鋼板的屈服強度RpO. 2均大于990MPa，抗拉強度Rm彡llOOMPa，鋼板表面硬度HBW彡360。因此， 所有鋼板的熱處理性能滿足NM360/400/450鋼級的耐磨板要求。本發(fā)明的高強度耐磨低碳馬氏體鋼板及其制造方法由于其制造成本低廉、工藝制造性可行，可廣泛用于煤炭機械行業(yè)的開采開發(fā)和運輸。
表2 本發(fā)明的不同實施例的耐磨低碳馬氏體鋼板的具體工藝參數(shù)
權利要求
1.一種低碳馬氏體鋼，其化學成分質(zhì)量百分比為C 0. 12 0. 20 ；Si 0. 20 0. 55 ；Mn 1. 10 1. 60 ；P 彡 0. 025 ； S 彡 0. 015 ；Cr 彡 0. 90 ；Mo 彡 0. 50 ；V 彡 0. 060 ；Cu 彡 0. 02 ； Ni 彡 0. 03 ；B 0. 001 0. 003 ；Ti 彡 0. 025 ； N 彡 0. 01 ；Al 0. 015 0. 050 ；Ceq 0. 38 0. 68 ；其中，Ceq = C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，余量為!^e和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權利要求1所述的低碳馬氏體鋼，其特征在于，所述B的化學成分質(zhì)量百分比為0. 0015 0. 0025。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的低碳馬氏體鋼，其特征在于，所述Mo的化學成分質(zhì)量百分比為0. 11 0. 44。
4.根據(jù)權利要求1到3中任一項所述的低碳馬氏體鋼，其特征在于，所述S的化學成分質(zhì)量百分比為0. 005。
5.根據(jù)權利要求1到4中任一項所述的低碳馬氏體鋼，其特征在于，所述鋼中殘余M 的化學成分質(zhì)量百分比為0. 01 0. 03。
6.根據(jù)權利要求1到5中任一項所述的低碳馬氏體鋼，其特征在于，所述Cr的化學成分質(zhì)量百分比為0. 02 0. 80。
7.根據(jù)權利要求1到6中任一項所述的低碳馬氏體鋼，其特征在于，所述Ti的化學成分質(zhì)量百分比為0. 01 0. 02。
8.根據(jù)權利要求1到7中任一項所述的低碳馬氏體鋼，其特征在于，所述N的化學成分質(zhì)量百分比為0. 002 0. 003。
9.根據(jù)權利要求1-8中任一項所述的低碳馬氏體鋼的熱軋鋼板的制造方法，包括步驟鋼水經(jīng)轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉加爐外精煉； 連鑄成板坯；板坯經(jīng)1110 1180°C加熱后軋成鋼板，其中鋼板的終軋溫度在800 930°C之間； 軋后空冷；鋼板熱處理工藝，包括淬火加熱到900 950°C，保溫10 25分鐘，水淬至常溫； 回火加熱到180 360°C，保溫1. 0 1. 5T分鐘，其中T為鋼板成品的毫米厚度。
10.根據(jù)權利要求9所述的制造方法，其特征在于，在所述回火中，加熱溫度為210 360 "C。
11.根據(jù)權利要求9或10所述的方法制造的低碳馬氏體鋼板。
12.根據(jù)權利要求11所述的低碳馬氏體鋼板，其特征在于，所述低碳馬氏體鋼板的屈服強度彡990MPa，抗拉強度彡1 IOOMPa，表面硬度HBW彡360。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低碳馬氏體鋼，其中C0.12～0.20；Si0.20～0.55；Mn1.10～1.60；P≤0.025；S≤0.015；Cr≤0.90；Mo≤0.50；Cu≤0.02；Ni≤0.03；B0.0010～0.0030；Ti≤0.025；N≤0.01；Al0.015～0.050；Ceq≤0.70，Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。本發(fā)明還涉及了一種低碳馬氏體鋼的熱軋鋼板的制造方法。根據(jù)本發(fā)明可以生產(chǎn)出NM360/400/450系列高強度耐磨鋼板。
文檔編號C22C38/06GK102234743SQ20101015472
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月23日 優(yōu)先權日2010年4月23日
發(fā)明者姚連登, 張備, 朱春生, 蘇大雄, 鐘武波 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司