布氏硬度450级耐磨钢及其制造方法与流程

本发明属于钢铁制造领域，具体涉及一种布氏硬度450级耐磨钢及其制造方法。

背景技术：

耐磨钢是广泛应用于各种磨损工况下的一类钢铁材料，其目的在于减缓机械部件的磨损消耗，提高产品的寿命，延长机械产品因磨损而发生失效行为的时间，要求具有较高的硬度值以保证恶劣工况下的耐摩擦磨损性能。

残余应力是影响耐磨钢使用的关键参数，与钢板的开裂以及表面的耐磨性有直接关系。而通常的耐磨钢硬度值高，其内残余应力大，均匀性不好，很容易在使用过程中发生钢板开裂的问题；另外，表面的残余应力还与耐磨性有一定关系，钢板表面如果是压应力，则对提高钢板的耐磨性能和疲劳性能有提升作用。

现有的布氏硬度450级耐磨钢的残余应力为拉应力或应力值较小，均匀性不好，在使用过程中易发生钢板开裂和变形，焊接性能差的缺点。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种布氏硬度450级耐磨钢及其制造方法，该制造方法通过对残余应力有较大影响的重要化学成分C、Si、Mn、Cr、B等元素的控制，并采用合理的淬火、回火热处理等工艺，使耐磨钢在拥有优良耐磨性和较高韧性的同时，在其表面具有均匀压应力，进一步增强其耐磨性能和抗疲劳性能；本耐磨钢的残余应力均匀性好，在使用过程中不发生开裂和变形，耐磨，使用寿命长。

本发明所采用的技术方案是：

一种布氏硬度450级耐磨钢，其特征在于钢的化学成分按重量百分比为：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％，其余为铁和不可避免的杂质。该耐磨钢钢板的布氏硬度值达到450左右，抗拉强度约1400Mpa。

本发明还提供一种布氏硬度450级耐磨钢的制造方法，包括如下步骤：超纯净钢工艺进行冶炼→铁水脱硫→转炉顶底复合吹炼→真空处理→连铸成板坯→板坯加热→轧制→冷却→淬火→低温回火→钢板成品；

所述耐磨钢的化学成分按重量百分比为：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％，其余为铁和不可避免的杂质；

在板坯加热阶段中，均热温度为1190℃～1250℃，加热速率为9～11min/cm，以保证微合金元素充分溶解以及一定的奥氏体晶粒度，减小残余应力分布不均可能性；

在轧制步骤中，轧制步骤的开轧温度≥1050℃，终轧温度≥980℃，单道次压下率大于20％，低度打压可以细化钢板心部晶粒，使得板材厚度上组织及残余应力分布趋于均匀；

在淬火步骤中，淬火温度为865℃-880℃，保温时间10-30min；

在低温回火步骤中，回火温度为220℃-255℃，保温时间3.5～5.0min/mm*板厚，低温回火保留了板材表面的压向应力，充分的回火时间对于板材内残余应力分布的均匀化起到重要作用，回火后得到回火马氏体组织。

本发明的有益效果在于：

本发明在优化残余应力的同时，保证了耐磨钢表面硬度值在450左右，抗拉强度约1400Mpa，因此具有较高的表面硬度，保证了其耐磨性能，同时具有较高的抗拉强度以及较好的韧性；

本发明成分设计中含有C 0.17～0.22，碳含量过高，则钢的硬度高而韧性低，热处理过程中容易开裂，碳含量过低，钢的淬硬性不足，硬度过低，耐磨性不足；成分中含有适量的Mn、Cr、Ni、B元素可以在控制成本的情况下，提高钢的淬透性，从而减小产品在厚度方向的残余应力梯度，抑制开裂；成分中适量的Ti、Al、V起到细化晶粒作用，使钢中残余应力分布更均匀；

本发明在轧制后采用865℃-880℃淬火，220℃-255℃低温回火处理，保留了板材表面的压向应力，对提高钢板的耐磨性能和疲劳性能有明显提升作用；

充分的回火时间使得板材内残余应力更加均匀，有利于减少板材的开裂倾向；

本发明能实现耐磨钢的残余应力优化；

本发明通过控制钢的成分，以及制造工艺，能使耐磨钢的残余应力均匀性好、耐磨性好，使耐磨钢在使用过程中不发生开裂和变形，从而提高了耐磨钢的使用寿命。

附图说明

图1是实施例1的金相组织图；

图2是实施例1的电镜图(2500倍)；

图3是实施例1的残余应力测点布置示意图；

图4是实施例2的金相组织图；

图5是实施例2的电镜图(2500倍)。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的实施例。

实施例1

一种厚度为30mm的布氏硬度450级耐磨钢，其化学成分按重量百分比为：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％，其余为铁和不可避免的杂质。

按配比化学成分依次进行如下步骤：超纯净钢工艺进行冶炼→铁水脱硫→转炉顶底复合吹炼→真空处理→连铸成板坯→板坯加热→轧制→冷却→淬火→低温回火→钢板成品，

在板坯加热阶段中，均热温度为1250℃，加热速率为11min/cm，加热300min；

在轧制步骤中，采用1060℃的开轧温度进行轧制，终轧温度1080℃，单道次压下率大于30％对板坯进行轧制；

在淬火步骤中，将冷却后的板材进行880℃高温淬火，保温时间20min；

在低温回火步骤中，将淬火后的板材进行225℃低温回火，保温120min，完成耐磨钢的制作。

表1和表2分别为采用上述方法制得的厚度为30mm的布氏硬度450级耐磨钢的力学性能表和表面残余应力分析表。图1、图2是采用上述方法制得的厚度为30mm的布氏硬度450级耐磨钢的金相组织图、电镜图(2500倍)。

表1力学性能

表2表面残余应力

残余应力测点布置位置如图3所示。

实施例2

一种厚度为40mm的布氏硬度450级耐磨钢，其化学成分按重量百分比为：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％，其余为铁和不可避免的杂质。

按配比化学成分依次进行如下步骤：超纯净钢工艺进行冶炼→铁水脱硫→转炉顶底复合吹炼→真空处理→连铸成板坯→板坯加热→轧制→冷却→淬火→低温回火→钢板成品，

在板坯加热阶段中，均热温度为1230℃，加热速率为10.5min/cm，加热400min；

在轧制步骤中，采用1300℃的开轧温度进行轧制，终轧温度1010℃，单道次压下率大于40％对板坯进行轧制；

在淬火步骤中，将冷却后的板材进行865℃高温淬火，保温时间25min；

在低温回火步骤中，将淬火后的板材进行245℃低温回火，保温150min，完成耐磨钢的制作。

表3和表4分别为采用上述方法制得的厚度为40mm的布氏硬度450级耐磨钢的力学性能表和表面残余应力分析表。图4、图5是采用上述方法制得的厚度为40mm的布氏硬度450级耐磨钢的金相组织图、电镜图(2500倍)。

表3力学性能

表4表面残余应力

实施例3

一种厚度为20mm的布氏硬度450级耐磨钢，其化学成分按重量百分比为：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％，其余为铁和不可避免的杂质。

按配比化学成分依次进行如下步骤：超纯净钢工艺进行冶炼→铁水脱硫→转炉顶底复合吹炼→真空处理→连铸成板坯→板坯加热→轧制→冷却→淬火→低温回火→钢板成品，

板坯加热阶段：均热温度采用1190℃，加热速率为10.1min/cm，加热时间为220min；

轧制阶段开轧温度1550℃，终轧温度1100℃，单道次压下率大于22％；

淬火温度875℃，保温时间27min；回火温度245℃，保温时间90min。

表5和表6分别为采用上述方法制得的厚度为20mm的布氏硬度450级耐磨钢的力学性能表和表面残余应力分析表。

表5力学性能

表6表面残余应力

实施例4

一种厚度为35mm的布氏硬度450级耐磨钢，其化学成分按重量百分比为：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％，其余为铁和不可避免的杂质。

按配比化学成分依次进行如下步骤：超纯净钢工艺进行冶炼→铁水脱硫→转炉顶底复合吹炼→真空处理→连铸成板坯→板坯加热→轧制→冷却→淬火→低温回火→钢板成品，

板坯加热阶段：均热温度采用1210℃，加热速率为10.7min/cm，加热时间为240min；

轧制阶段开轧温度1360℃，终轧温度1000℃，单道次压下率大于25％；

钢板热处理，淬火温度879℃，保温时间17min；回火温度230℃，保温时间175min。

表7和表8分别为采用上述方法制得的厚度为35mm的布氏硬度450级耐磨钢的力学性能表和表面残余应力分析表。

表7力学性能

表8表面残余应力

实施例5

一种厚度为28mm的布氏硬度450级耐磨钢，其化学成分按重量百分比为：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％，其余为铁和不可避免的杂质。

按配比化学成分依次进行如下步骤：超纯净钢工艺进行冶炼→铁水脱硫→转炉顶底复合吹炼→真空处理→连铸成板坯→板坯加热→轧制→冷却→淬火→低温回火→钢板成品，

在板坯加热阶段中，均热温度为1240℃，加热速率为10.8min/cm，加热340min；

在轧制步骤中，采用1470℃的开轧温度进行轧制，终轧温度1050℃，单道次压下率大于29％对板坯进行轧制；

在淬火步骤中，将冷却后的板材进行879℃高温淬火，保温时间29min；

在低温回火步骤中，将淬火后的板材进行245℃低温回火，保温112min，完成耐磨钢的制作。

表9和表10分别为采用上述方法制得的厚度为28mm的布氏硬度450级耐磨钢的力学性能表和表面残余应力分析表。

表9力学性能

表10表面残余应力

从表1至表10可以看出，采用本方法在优化残余应力的同时，保证了耐磨钢表面硬度值在450左右，抗拉强度约1400Mpa，-20℃冲击功超过40J，因此具有较高的表面硬度保证了其耐磨性能，同时具有较高的抗拉强度以及较好的韧性。从图1至图5看出，其微观组织为回火马氏体，且分布较为均匀。