专利名称：一种高强耐磨用钢及其生产方法
技术领域：
本发明属于金属材料技术领域，特别涉及到一种高强耐磨用钢及其生产方法。
背景技术：
在科学技术和现代工业高速发展的今天，机械设备的运转速度越来越高，许多工件和设备由于磨损而迅速失效，造成的材料浪费和经济损失相当惊人，耐磨材料的发展已成为影响现代生产效率的重要因素。耐磨钢广泛地应用于冶金、矿山、建材、电力、铁路和军事等各个部门中，如挖掘机斗齿、球磨机衬板、破碎机颚板、破碎壁、轧白壁、拖拉机履带板、风扇磨冲击板和铁路道盆等等。目前生产的耐磨钢综合性能较低，如较早的高锰耐磨钢，需要在强烈的冲击载荷或挤压载荷下受力表面被加工硬化，硬度提高才具有较好的耐磨性，其使用范围较窄；一些低合金耐磨钢因为碳当量较高而不利于焊接使用，或者贵金属合金含量较高而增加成本，而且还存在生产能耗过大等问题，如以下几个专利韩国专利“一种高强耐磨钢”，专利号为10-2009-0102791，涉及一种布氏硬度为360到440的耐磨钢，具有良好的焊接性能，但其具有较高的铬含量(Crl. 2%左右)，并含有MoO. 03 0. 3%，使其成本较高，且需要进行930°C淬火+350°C回火的调质工艺，生产能耗
大、生产效率低。日本NKK公司发明的“An abrasion resistant steel ”欧洲专利，专利号为EP0527276，该钢同时申请了 “Abrasion-resistant steel” 美国专利，专利号为 US 5403410，该钢具有硬度值HB最大为503，抗拉强度约为1230MPa，因此具有优异的耐磨性能。但是该专利实施例中HB > 300级别耐磨钢的碳含量典型成分为0. 30%，将导致钢材的冲击韧性和焊接性降低。美国Armco 公司申请的名为“Galling and wear resistant steelalloy”的美国专利，专利号为US 4494988，该钢HRC达到45左右，具有较好的耐磨性。但该钢中含有较高的合金含量Cr4 6%，Ni4 6%，必将提高炼钢成本；而且该中钢含有0. 07%的P，将导致钢材的韧性下降，不利于加工和焊接。武汉钢铁集团公司申请的名为“一种超高强度耐磨钢及其生产方法”，公开号为CN101250673A的专利，提供一种抗拉强度为1300Mpa左右的耐磨钢，具有较好的耐磨性，但其含Mo 0. I % 0. 4%、B0. 001% 0. 005%，增加了合金成本和冶炼工艺成本，且需要进行950°C淬火+500°C回火的调质工艺，生产能耗大、生产效率低。由以上对比专利可知，目前可用于机械设备等构件的耐磨钢存在如下不足I、碳含量较高，降低钢的韧性，且不利于焊接；2、含有较高的Cr、Mo等合金元素，生产成本较高；3、生产工艺能耗大、成本高，生产节奏较低；
发明内容
基于上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种较低合金含量、不需离线热处理、具有高强度、高耐磨性和易焊接性的一种高强耐磨用钢及其生产方法。本发明以较低的合金含量、在线淬火和自回火为基本特征，其化学成分为按(fft % ) C0. 20 % 0. 26 %、SiO. 25 % 0. 35 %、MnO. 85 % I. 05 %、P ≤ 0. 020 %，S ≤ 0. 010%, NiO. 01% 0. 05%, CrO. 70% I. 05%, NbO. 03% 0. 05%, AlsO. 005%
0.04%，其余为Fe以及不可避免的杂质。本发明所以选择以上合金元素种类及其含量是因为C :是影响低合金耐磨钢组织性能的关键元素，其变化幅度很大，碳含量不同可获得硬度和韧性的不同匹配关系，也是提高钢材硬度最便宜最直接的元素，但是高碳合金硬度高而韧性不足，也不利于结构件的焊接，低碳合金韧性较高而硬度偏低，本发明确定最适合的碳含量0. 20% 0. 26% ;Si :硅是炼钢脱氧的必要元素，具有一定固溶强化的作用。也能抑制第一类回火脆性，改善马氏体的回火稳定性，提高回火温度，获得较好性能，本发明硅的含量范围为
0.25% 0. 35% ；Mn :锰是提高强度和韧性的主要元素，能显著提高钢淬透性的元素，成本十分低廉，是主要添加元素，但Mn过高会使钢的延展性降低，本发明的含量限定在0.8%5 I. 05% ；Al :铝是脱氧元素，可以作为AlN形成元素，有效地细化晶粒，为了达到很好的脱氧效果本发明的Al含量的范围为AlsO. 005% 0. 04% ；Ni :对钢的强度贡献较小，但钢中添加适当的Ni能显著改善钢的韧性，尤其是能显著提高钢的低温韧性，但含量超过一定值后效果就不再明显，故本发明中，Ni的含量控制在 0. 01% 0. 05% ；Cr能扩大铁素体区，提高淬火硬化、耐蚀性的优点，但过高的Cr对韧性造成损害，故本发明中加入Cr含量为0. 70% 1.05% ；Nb在钢中形成碳化物，能提高屈服强度、抗拉强度和硬度，但会使冲击功下降，所以一般不超过0. 1%，本发明中含量选择范围为NbO. 03% 0. 05% ；钢中杂质元素P彡0. 020%，S彡0. 010%，以减少杂质元素的有害作用。本发明所用的生产工艺如下生产工艺流程铁水预处理-转炉冶炼-炉外精炼(LF)-真空处理(VD或RH)-微Ti处理-板还连铸-原料验收-加热_轧制_水冷_矫直_取样检验_切割-喷印标记_检查-入库。其工艺特征在于，炼钢工艺采取转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，进行深脱碳，采用RH或VD真空炉处理以及LF处理，降低有害气体O、H、N等以及S的有害作用；进行微合金化，出钢前加入铌铁合金，其加入量为I I. 5公斤/吨钢(含铌Wt %，50 % )，然后采用电磁搅拌技术进行连铸。轧制工艺轧前的加热温度控制在1150 1250°C以保证细小的奥氏体晶粒，保温lmin/mm,使奥氏体均匀化的同时起到轧后细化晶粒的作用。一阶段板坯开轧温度控制在1100 1150°C之间，压下率不小于60%，二阶段开轧温度在900 940°C，终轧温度不小于870°C，即刻入水进行快速冷却，开冷温度不小于850°C，冷却速度在25 60°C /s之间，返红温度在150 350°CZ间，实现在线淬火和自回火的效果。按上述方案生产的耐磨钢具有以下有益效果I、不需要进行离线调质等热处理工艺，生产效率高、成本低；2、具有良好的冲击韧性；3、具有较高的强度和硬度，屈服强度波动范围为1130MPa 1280MPa，抗拉强度波动范围为1470MPa 1530MPa，布氏硬度为430 470。
具体实施例方式本发明钢的化学成分为按(Wt % ) :C0.20% 0.26%、SiO. 25 % 0. 35 %、MnO. 85% I. 05%,P ( 0. 020%, S 彡 0. 010%, NiO. 01% 0. 05%, CrO. 70% I. 05%,NbO. 03% 0. 05%,AlsO. 005% 0. 04%，其余为Fe以及不可避免的杂质。本发明所用的生产工艺如下生产工艺流程铁水预处理-转炉冶炼-炉外精炼(LF)-真空处理(VD或RH)-微Ti处理-板坯连铸(采用电磁搅拌)-原料验收-加热-轧制-水冷-矫直-取样检验-切割-喷印标记-检查-入库。其工艺特点在于，炼钢工艺采取转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，进行深脱碳，采用RH或VD真空炉处理以及LF处理，降低有害气体O、H、N等以及S的有害作用；进行微合金化，出钢前加入铌铁合金，其加入量为I I. 5公斤/屯钢(含铌Wt %，50 % )，然后采用电磁搅拌技术进行连铸。轧制工艺轧前的加热温度控制在1150 1250°C以保证细小的奥氏体晶粒，保温lmin/mm，使奥氏体均匀化的同时起到轧后细化晶粒的作用。板坯开轧温度控制在1100 1150°C之间，二阶段开轧温度在900 940°C，终轧温度不小于870°C，即刻入水进行快速冷却，开冷温度不小于850°C，冷却速度在25 60°C /s之间，返红温度在150 350°C之间，实现在线淬火和自回火的效果。下面是本发明的几个具体的实施例，通过实施例说明本发明的技术效果。本发明的化学成分及生产工艺,其熔炼成分如表1，本发明的实际工艺参数如表2，本发明的实物性能检验结果如表3。表I熔炼成分，Wt %
权利要求
1.一种高强耐磨用钢及其生产方法，其特征在于，化学成分按重量百分比为CO. 20% 0. 26%, SiO. 25% 0. 35%, MnO. 85% I. 05%, P 彡 0. 020%, S 彡 0. 010%,NiO. 01% 0. 05%, CrO. 70% I. 05%, NbO. 03% 0. 05%, AlsO. 005% 0. 04%，其余为Fe以及不可避免的杂质。
2.一种如权利要求I所述的一种高强耐磨用钢的生产方法，其特征在于，生产工艺流程铁水预处理-转炉冶炼-炉外精炼-真空处理-微Ti处理-板坯连铸，采用电磁搅拌_原料验收_加热_轧制_水冷_矫直_取样检验_切割_喷印标记_检查_入库； 其工艺特征在于， 炼钢工艺采取转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，进行深脱碳，采用RH或VD真空炉处理以及LF处理，降低有害气体O、H、N等以及S的有害作用；进行微合金化，出钢前加入铌铁合金，其加入量为I I. 5公斤/吨钢，铌含量按重量百分比为50%，然后采用电磁搅拌技术进行连铸； 轧制工艺轧前的加热温度控制在1150 1250°C以保证细小的奥氏体晶粒，保温lmin/mm，板坯开轧温度控制在1100 1150°C，二阶段开轧温度在900 940°C，终轧温度不小于870°C，即刻入水进行快速冷却，开冷温度不小于850°C，冷却速度在25 60°C /s之间，返红温度在150 350°C。
全文摘要
本发明公开一种高强耐磨用钢及其生产方法，其化学成分，重百分比为(Wt％)C0.20％～0.26％，Si0.25％～0.35％，Mn0.85％～1.05％、P≤0.020％，S≤0.010％，Ni0.01％～0.05％，Cr0.70％～1.05％，Nb0.03％～0.05％、Als0.005％～0.04％，其余为Fe以及不可避免的杂质。工艺特点为，采取转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼，采用RH或VD真空炉处理以及LF处理，出钢前加入1～1.5公斤/吨钢，采用电磁搅拌进行连铸，钢加热温度1150～1250℃，保温1min/mm，开轧温度1100～1150℃，终轧温度不低于870℃”，轧后即刻冷却，开冷温度不低于850℃，冷却速度在25～60℃/s之间，返红温度150～350℃，本发明生产效率高、成本低；具有良好的冲击韧性；具有较高的强度和硬度。
文档编号C21C5/30GK102719766SQ201110077849
公开日2012年10月10日 申请日期2011年3月29日 优先权日2011年3月29日
发明者曹忠孝, 李云, 李文斌, 陈军平 申请人:鞍钢股份有限公司