一种布氏硬度400级耐磨钢及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于钢铁制造领域，具体涉及一种布氏硬度400级耐磨钢及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种布氏硬度400级耐磨钢及其制造方法，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。
[0005] 本发明是这样实现的：
[0006] -种布氏硬度400级耐磨钢，钢的化学成分按质量百分比为：C0. 14~0. 21%，Si 0.20~0.40%，Mn0.9~1.4%，P<0.015%，S$ 0.008%，Cr0.5~0.8%，Ni0.05~ 0? 08%，Mo0? 2 ~0? 4,Als0? 02 ~0? 05%，Ti0? 02 ~0? 03,V彡 0? 02%，B彡 0? 005%， 其余为铁和不可避免的杂质。
[0007] 本发明的碳（C)含量为0. 14~0. 21%。碳是影响耐磨钢强度、硬度、韧性及淬透 性的重要元素，也是影响钢显微组织最为重要的元素；随着碳含量增加，钢的硬度增加，冲 击韧性显著下降，耐磨性逐渐提高；碳含量过高，钢中的碳化物量过多，热处理后形成的是 高碳片状马氏体，钢的硬度高而韧性低，且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。
[0008] 本发明的硅（Si)含量为0. 20~0. 40%。在炼钢过程中，硅用作还原剂和脱氧剂。 硅是非碳化物形成元素，是以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体。因此可以强化铁素体， 提高钢的强度和硬度，同时可以降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。硅还可提高钢的 回火稳定性和抗氧化性，它提高钢中固溶体的强度和冷加工变形硬化率的作用极强，仅次 于磷，但同时也在一定程度上降低钢的韧性和塑性。另外，硅使钢呈带状组织，使钢材的横 向性能低于纵向性能。但硅含量过高会出现块状铁素体，使钢的韧性降低并易产生淬火裂 纹；并且残余奥氏体显著增加，使钢的硬度降低。当硅的含量较高时，可能使碳化铁（Fe3C) 分解，使碳游离而呈石墨状态存在，即有所谓的石墨化作用。在退火时，表面也容易脱碳。
[0009] 本发明的锰（Mn)的含量为0.9~1.4%。锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，能消除或 减弱因硫所引起的热脆性，从而改善钢的热加工性能。猛和铁形成固溶体，提尚钢中铁素体 和奥氏体的硬度和强度，强化基体；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁 原子，生成碳化锰（Mn3C),它与碳化铁（Fe3C)能相互溶解，在钢中形成在合金（碳化物（Fe Mn) 3C型化合物），从而提高钢的强度、硬度和耐磨性。锰可降低临界冷却速度，促进马氏体 形成，提高钢的淬透性。锰在钢中由于降低临界转变温度，起到细化珠光体的作用，也间接 地起到提高珠光体钢强度的作用。锰扩大铁碳平衡相图中的Y相区，它使钢形成和稳定奥 氏体组织的能力仅次于镍。淬火后易得到马氏体组织。但锰是过热敏感性元素，淬火时加 热温度过高会引起晶粒粗大；锰在凝固时偏析系数较大，很容易在晶界偏聚，对钢的性能产 生不利影响，并会导致钢的淬火组织中残余奥氏体量增加，所以锰含量控制在〇. 9~1. 4% 之间。
[0010] 本发明的磷（P)的含量彡0. 015%，硫（S)的含量彡0. 008%。硫存在于钢铁中会 使钢变的热脆，而磷在结晶过程中易产生偏析，从而在钢中的局部区域产生冷脆。硫、磷对 于耐磨钢残余应力控制而言是有害杂质元素，应尽力消除。
[0011] 本发明的铬（Cr)的含量为0.5~0.8%。铬有利于钢的固溶强化并适宜碳化物的 形成，进而提高钢的高温强度、硬度和耐磨性能。铬增加钢的淬透性，尤其与锰、硅合理搭配 能大大提高淬透性，但同时也增加钢的回火脆性倾向。铬能固溶于铁素体中而产生固溶强 化效应，提高焊缝金属的抗拉强度和屈服点。但其含量超过0. 8%，会使焊缝金属韧性明显 下降。
[0012] 本发明的镍（Ni)的含量为0. 05~0. 08%。镍和碳不形成碳化物，是形成和稳定 奥氏体的主要合金元素，加入一定的镍可提高淬透性，使钢的组织在常温下保留少量残余 奥氏体，以提高其韧性。镍元素能够提高钢材本身的冲击韧性，尤其是对钢材的低温冲击改 善较大。
[0013]本发明的钼（Mo)的含量为0.2~0.4。钼在钢中以固溶体相和碳化物相的形式存 在。可降低临界冷却速度，促进马氏体形成，提高钢的淬透性。与碳（C)形成碳化钼（MoC)， 提高钢的硬度；并通过固溶强化来强化基体，提高硬化相的密度，同时也提高碳化物的稳定 性，对钢的强度产生有利的作用。钼对回火脆性的影响颇为复杂，作为单一的合金元素存 在，提高钢的回火脆性，但和其他导致回火脆性的元素并存时，钼又降低或抑制其他元素所 导致的回火脆性。
[0014] 本发明的酸溶铝（Als)的含量为0. 02~0. 05%。钢中加入少量的酸溶铝，可以细 化晶粒，提尚冲击初性。
[0015] 本发明的钛（Ti)的含量为0. 02~0. 03。钛通过细化晶粒和沉淀强化提高钢的强 度，钛在连铸冷却条件下生成弥散的碳化钛（TiN)颗粒，由于它的熔点很高，在焊接热影响 区能显著抑制晶粒长大，加微量钛能显著改善热影响区的韧性。
[0016] 本发明的钒（V)的含量< 0. 02%。钒通过细化晶粒提高钢的强度，适量的钒含量 能够提高基体的耐磨性，但是钒含量的增加对冲击韧性亦有影响。
[0017] 本发明的硼（B)的含量< 0. 005%。微量的硼可吸附在奥氏体晶界上，降低晶界的 能量，提高钢的淬透性。
[0018] 本发明还提供上述布氏硬度400级耐磨钢的制造方法，包括如下步骤：超纯净钢 工艺进行冶炼一铁水脱硫一转炉顶底复合吹炼一真空处理一连铸成板坯一板坯加热一乳 制一冷却一淬火一低温回火一钢板成品，其中，
[0019] 在板坯加热步骤中，为了保证微合金元素充分溶解以及具有一定的奥氏体晶粒 度，减小残余应力分布不均可能性，均热温度采用1190°c~1250°C，加热速率为8~IOmin/ cm；
[0020] 在乳制步骤中，乳制步骤的开乳温度多1050°C，终乳温度多980°C，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；
[0021] 在淬火步骤中，淬火温度为870°C，保温时间为I. 0~2.Omin/mm*板厚；
[0022] 在低温回火步骤中，回火温度为190°C，保温时间为3~4min/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。
[0023] 本方法按配比化学成分进行真空冶炼并浇铸成坯，然后再将板坯加热到1190°C~ 1250°C，随后再进行乳制，再冷却至室温，随后再进行淬火和低温回火得到耐磨性较好的钢 板，低温回火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。
[0024] 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390左右，抗拉强度 约1300Mpa，具有较高的表面硬度，保证了其耐磨性能，具有较高的抗拉强度及较好的韧性； 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。
[0025] 本发明中碳（C)含量为0.14~0.21%，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。成分中含有的 Mn、Cr、Ni、B元素可以提高钢的淬透性，从