TiC颗粒强化铁素体/贝氏体基耐磨钢板及制造方法与流程

本发明属于合金钢技术领域，特别是提供了一种TiC颗粒强化铁素体/贝氏体基耐磨钢板及制造方法，这种材料强度与传统铁素体基低合金钢相当，因此弯曲性能及成型性能优良，同时由于基体上均匀分布微米级的超硬颗粒质点，其耐磨性能能够达到传统马氏体钢的水平，可以应用于对成型性能及耐磨性能都有很高要求的工件，例如自卸车车斗、搅拌罐等，是一种加工性能及弯曲性能良好、成本低廉且具有优异耐磨性的钢种。

背景技术：

在冶金、建材等工业行业中，物料的搅拌、运输等，都要使用大量的耐磨钢工件，承受着不同程度的磨损和冲击，导致耐磨钢工件的使用寿命较短，更换频繁，耗费量极大。而部分工件形状复杂，制备过程需要经过弯曲成型。提高材料的硬度有利于提高材料的耐磨性能；但是，硬度越高的材料，成型越困难。因此有必要开发一种兼具成型性能和耐磨性能的材料，强度或硬度较低而耐磨性较高。目前主流产品是采用屈服强度500MPa级别的热轧钢卷，基体为铁素体/贝氏体；由于硬度较低，使用寿命较低。而使用屈服强度1000MPa(即NM360)以上的马氏体耐磨钢，弯曲及加工性能较差，成型效率很低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种TiC颗粒强化铁素体/贝氏体基耐磨钢及其制造方法，生产工艺简单，价格低廉，产品组织及性能均匀性良好，基体组织主要为铁素体或贝氏体，采用超硬粒子TiC增强材料耐磨性，析出相平均尺寸约为1～3μm，体积分数为0.5～3％。超硬TiC粒子提高耐磨性原理是：阻止磨粒磨损犁沟的通过，或者破碎磨粒、钝化磨粒尖角，显著减轻基体的磨损失重。

本发明提供的铁素体/贝氏体基耐磨钢板，屈服强度500MPa左右，弯曲成型性能可以与传统500MPa级低合金铁素体钢/贝氏体钢相当，同时由于采用超硬质点TiC(显微硬度HV3000以上)进行强化，耐磨性能可以达到NM360的水平。采用这种材料，兼具了成型性能和耐磨性能，而且生产工艺简单，价格低廉，可以广泛适用于自卸车车斗、搅拌罐用钢等。

本发明的耐磨钢板化学组成按重量百分含量(wt.％)为Mn：0-2；Si：0.30-0.60；Ti：0.4-0.8；Mo：0-1.0；S≤0.030；P≤0.030；C含量满足C≈0.07+Ti/4；余量为Fe和不可避免的杂质元素。

该耐磨钢的基体组织主要为铁素体/贝氏体，均匀分布体积分数0.5～3％的微米级TiC颗粒，屈服强度500～600MPa,材料室温冲击功可以达到Ak_v80J/cm²以上，产品组织及性能均匀性良好。

本发明各元素的作用及配比依据如下：

碳：具有强烈的固溶强化作用。碳含量较低，产品硬度不足；碳含量过高，产品硬度较高，弯曲成型性能较差。同时，碳与钛结合形成微米级TiC粒子，可显著改善耐磨性。由于TiC的溶解度较小，因此TiC在高温下(1300度以上)基本就析出完毕了，TiC的理论原子配比约为4，因此本发明控制碳含量应满足C含量C≈0.07+Ti/4。

硅：钢中脱氧元素之一，同时具有一定的固溶强化作用，但过量的硅对钢的韧性及焊接性能不利。综合上述考虑，本发明控制硅含量范围为0.30-0.60wt.％。

锰：提高奥氏体的稳定性，可以细化铁素体晶粒，在一定的冷却条件下可以形成综合性能良好的铁素体/贝氏体组织。本发明钢中锰含量范围为0-2wt.％。

钛：作为强碳化物形成元素，与碳结合形成硬度HV大于3000的超硬粒子TiC，显著改善钢的耐磨性。本发明控制钛含量0.40-0.80wt.％，所形成的TiC粒子体积分数约为0.5-3％，平均粒度约为1-3m。过多的TiC粒子恶化材料的塑性及韧性，过少的粒子不能有效提高材料的耐磨性。

钼：提高钢的淬透性，同时强化晶界，提高钢的耐蚀性能，同时可以溶解到TiC中形成(TiMo)C，提高强化相的体积分数。本发明控制钼含量范围为0-1.0wt.％。

磷、硫作为杂质元素严重损害钢的韧塑性，含量分别控制在S≤0.030wt.％，P≤0.030wt.％。

本发明耐磨钢板的制造方法，工艺依次包括：转炉或电炉冶炼、炉外精炼、板坯连铸、热连轧；在工艺中控制的技术参数如下：

将连铸坯或铸锭开坯后装入加热炉中加热，加热温度为1150～1220℃，开轧温度1000～1050℃，终轧温度为800～850℃，卷取温度550～600℃。

通过上述工艺，该耐磨钢的基体组织主要为铁素体/贝氏体，均匀分布体积分数0.5～3％的微米级TiC颗粒，屈服强度500～600MPa,抗拉强度600-700MPa以上，材料室温冲击功可以达到A_kv80J/cm²以上，产品组织及性能均匀性良好，磨粒磨损性能与NM360相当。

附图说明

图1为本发明耐磨钢的光学微观组织图。

图2为一种TiC粒子形貌及能谱图。

图3为另一种TiC粒子形貌及能谱图。

具体实施方式

实施例1：本发明的化学组成按重量百分含量为C：0.19；Si：0.43；Mn：1.10；Mo：0.21；S：0.005；P：0.005；余量为Fe及不可避免的杂质。钢板制造工艺：转炉冶炼，LF精炼，RH精炼，板坯连铸；采用热连轧轧机轧制，加热温度1200℃，终轧温度820℃，卷曲温度610℃。

表1本发明实施例力学性能及耐磨性能检测结果