一种厚规格和窄硬度区间耐磨钢板及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于钢铁技术领域，涉及一种厚规格和窄硬度区间耐磨钢板及其制备方法。
【背景技术】
[0002]耐磨钢板广泛应用于高耐磨性能的工程、采矿、建筑、水泥生产、港口、电力以及冶金等机械产品上，如矿山翻斗车、推土机、装载机、挖掘机、自卸车及各种矿山机械、抓斗、堆取料机、输料弯曲结构等。目前国内外耐磨钢板产品，尤其是厚度在40-60mm、HBW430-470硬度区间的NM450耐磨钢板，由于产品厚度规格大，一般都存在从钢板表面到1/2板厚硬度大幅度衰减的质量问题，严重影响产品的使用寿命。
[0003]宝山钢铁股份有限公司申请的“一种低合金易焊接耐磨钢、钢板及其制造方法”专利(申请号200810041730.0)，该钢的化学成分Mn:1.0-2.8%，Mn高直接导致Pcm值升高，对钢板焊接性能不利;该钢不含提高淬透性的Cr元素，对于生产大厚度40-60mm钢板的1/2板厚硬度无法保证，且该钢最终硬度只能满足HBW360-430之间。
[0004]宝山钢铁股份有限公司申请的“一种高强度高硬度耐磨钢”专利(申请号201010022687.0)，该发明提供了一种平均布氏硬度在440以上的高强度耐磨钢板，其C含量为0.20-0.30%，Mn含量为1.40-2.0% ,较高的碳含量和锰含量对钢焊接性能起到恶化作用。同时该钢添加了0.03 % -0.06 %的V、0.02 % -0.04%的Nb这样势必大大增加产品的生产成本，且未添加提高淬透性的Cr元素，对于生产大厚度40-60mm钢板1/2板厚硬度无法保证。
[0005]宝山钢铁股份有限公司申请的“一种高韧性耐磨钢板及其制造方法”专利(申请号200910045273.7),该钢提高淬透性和硬度的C含量为0.04-0.11%,碳含量过低对于生产大厚度40-60mm钢板1/2板厚处的硬度无法保证，且该钢最终硬度只能满足大于HBW360，低于本发明产品HBW430-470。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明的一个目的在于提供一种厚规格和窄硬度区间耐磨钢板，该钢板综合性能指标优良，能更好的满足用户对NM450耐磨钢板长效使用要求，同时满足1/2板厚硬度、_20°C低温冲击韧性、高强度要求，冷弯性能好。
[0007]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0008]—种厚规格和窄硬度区间的耐磨钢板，该钢板按重量百分比由以下成分组成:C:
0.16?0.23%、S1:0.25?0.55%、Mn:0.60?1.00%、P<0.013%、S<0.003%、T1:0.010?
0.030%、N1:0.25?0.50%、Nb:0?0.030%、Cr:0.40?0.70%、Mo:0.20?0.50%、B:
0.0010?0.0035%、A1:0.010?0.050%，其余为Fe和不可避免的夹杂;其中，Cr和B质量百分比之和应满足如下关系式:
[0009]0.159C+0.235Mn+7.282Τ?+0.249Ν?<Cr+B<0.51C+0.371Mn+8.147Τ?+0.401Ν?，所述关系式中的各元素代表相应元素在所述钢板中的质量百分比。
[0010]上述耐磨钢板的厚度在40-60mm，表面布氏硬度HBW430?470、1/2板厚布氏硬度不低于HBW416且厚度方向硬度波动在HBW14以内，抗拉强度在1300MPa?1550MPa，-20°C冲击功2 34J，同时冷弯性能好，综合性能优良。
[0011 ]本发明钢板成分设计的原理及其各成分的作用如下:
[0012]C对钢板强度、硬度、韧性及其淬透性影响较大，较高的C含量会增加钢的强度、硬度和淬透性，但对韧性产生恶化作用。因此，本发明中，C含量控制在0.16 % -0.23 %的范围内。
[0013]Si对钢板的强度、耐磨性以及焊接性能也具有影响。硅在钢中起固溶强化的作用，固溶于铁素体和奥氏体中，可提高它们强度和硬度，在常见的固溶元素中，Si的固溶强化作用强于Mn、N1、Cr、W、Mo以及V等。另外，硅可以减少摩擦发热时的氧化作用，提到钢的冷变形硬化率和耐磨性，换言之，钢的耐磨性能会随硅含量的增加而提高。但是硅含量过高会导致钢的韧性下降，同时，硅与氧的亲和力比铁强，焊接时容易产生低熔点的硅酸盐，会增加熔渣和熔化金属的流动性，影响焊接性能。因此，Si含量控制在0.25 % -0.55 %的范围内。
[0014]Mn能够增加钢的韧性、强度、硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能;但是锰具有较高的偏析倾向，因此猛含量不易过高，同时猛含量过高也会减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。因此，Mn含量控制在0.60 % -1.0 %的范围内。
[0015]P和S是钢中的有害元素，可影响钢的脆性。硫在钢中可与锰形成塑性夹杂物硫化锰，对钢板的横向塑性和韧性具有较大影响；同时磷也严重影响钢板的塑性和韧性。换言之，对于本发明而言，磷和硫的含量越低越好，但是在实际生产过程中，磷和硫均不可避免，因此，P含量 <0.013%、S含量 <0.003%。
[0016]Nb可提高钢板的强度和韧性。在钼存在的条件下，铌可在控乳过程中有效地细化显微组织的晶粒，同时还可以降低钢板的过热敏感性。焊接过程中，铌可以阻碍加热过程中奥氏体晶粒的粗化，改善焊接性能，但Nb成本较高。本发明中，优选地不添加Nb，含量控制在0-0.030%的范围内。
[0017]Ti可与碳、氮形成细小的含钛化物，可阻碍连铸坯再加热过程中奥氏体晶粒的粗化进而细化晶粒，可提高钢板的焊接性能，同时Ti也是铁素体强化元素，可固溶于铁素体中提高铁素体的强度，其强化作用高于Al、Mn、N1、以及Mo等。因此，Ti含量控制在0.010%-
0.030%的范围内。
[0018]Ni能够提高钢的韧性，尤其能提高钢的低温韧性。因此，Ni含量控制在0.25-
0.50%内。
[0019]Cr可提高钢板的强度，硬度和耐磨性，改善钢板的抗腐蚀能力。由于铬在奥氏体中的溶解度较大，淬火后在马氏体中大量固溶，并在随后的回火过程中会析出含铬碳化物，可提高钢的强度和硬度。同时又由于固溶强化基体，细化组织，可显著提高钢的抗氧化能力，增加其抗腐蚀能力。因此，Cr含量控制在0.40 % -0.70 %的范围内。
[0020]Mo能减少钢的回火脆性，同时回火时还能析出细小的碳化物，能够提高钢的强度，但是Mo含量过多会损害焊接时形成的热影响区的韧性，降低钢的可焊接性，因此，本发明中，Mo含量控制在0.20%-0.50%的范围内。
[0021]B可以改善钢板的致密性和热乳性能，提高钢板淬透性，提高强度。本发明中，B含量控制在0.0010%-0.0035%的范围内。
[0022]为了保证耐磨钢板的淬硬性、淬透性的同时确保良好焊接性能，Cr和B质量百分比之和应满足如下关系式:
[0023]0.159C+0.235Mn+7.282Τ?+0.249Ν?< Cr+B<0.51C+0.371Mn+8.147Τ?+0.401Ν?。
[0024]Al的主要作用是脱氧，在钢中可以细化晶粒，提高钢板的冲击韧性。但是铝含量过高会导致铝的氧化物夹杂增加，降低钢的纯净度，同时还影响钢的热加工性能，焊接性能。因此，本发明的Al含量控制在0.01 % -0.050 %的范围内。
[0025]上述耐磨钢板的制备方法，依次包括冶炼、浇铸、板坯加热、乳制、冷却以及热处理工序，其中，在所述热处理工序中，首先进行淬火处理，然后进行回火处理。
[0026]在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述板坯加热工序中，所述板坯在入炉前温度控制在250?400°C (比如260°C、280°C、320°C、360°C、380°C、390°C)，加热温度为1180?1250°(3(比如1185°(3、1190°(3、1205°(3、1220°(3、1240°(3、1245°0，加热时间按8?12min/cm(比如9min/cm、1min/cm、I lmin/cm)以保证钢还烧勾烧透，其中，均热时间为60?10min(比如65min、70min、80min、90min、95min)。所述加热时间是板还厚度对应的加热时间，均热时间是加热时间的一部分。
[0027]在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述乳制工序中，包括粗乳和精乳两个阶段;所述粗乳在 1000°C 以上(比如 1020-1100°C、1050-1120°C、1080-1140°C、1100-1180°C、1150-1200°C、1180-1250°C)条件下进行完全再结晶乳制，粗乳共乳制5?9道次(比如6道次、7道次、8道次)，所述粗乳阶段钢坯展宽完毕，最后三个道次的单道次压下率215% (比如16%、17%、18%、19%、20%);所述精乳的开乳温度为850?910°(3(比如855°(3、860°(3、870°(3、880°(3、890°(3、90