一种硬度≥400hbw的超级耐磨钢及生产方法
【专利摘要】一种硬度≥400HBW的超级耐磨钢，其组分及wt%为：C：0.10%~1.00%，Si：1.5%~3.5%，Mn：0.2%~0.8%，Ti：0.20%~0.35%，Cr：3.0%~8.0%；生产步骤：经常规冶炼并浇注成坯后，对铸坯加热；进行双道次高压除鳞至表面干净；热轧，并采用单张轧制；采用两段式冷却；坑冷至室温。本发明通过获得回火马氏体加铁素体的金相组织，使布氏硬度大于400HBW，且在海水浸泡下腐蚀速率不超过0.04mm/a。
【专利说明】
一种硬度>400HBW的超级耐磨钢及生产方法
技术领域
[0001 ] 本发明涉及一种耐磨钢及其生产方法，具体地属于一种硬度多400HBW的超级耐磨 钢及生产方法。
【背景技术】
[0002] 目前在非路面矿山机械、建筑机械中的一些结构件由于长期工作环境恶劣，要求 钢板具有优良的耐磨性，因此研究一种硬度多400HBW的超级耐磨材料势在必行。
[0003] 国内现阶段使用的耐磨材料除低合金外主要有高锰钢、低合金铸铁两类，这两类 别的材料一般抗腐蚀性能不理想。高锰钢的铸态组织通常由奥氏体、碳化物和珠光体组成， 且析出物粗大，水韧处理亦不能完全消除，不利于材料腐蚀性的提高;低合金铸铁多通过碳 化物来增强硬度，即通过高硬度来增强耐磨性，但碳化物的析出造成腐蚀性的降低。
[0004] 随着工业发展的进步，耐磨材料尤其是耐磨钢的生产已经有很大的突破，期间产 生了很多比较优秀的发明，从而促进了耐磨钢向更高级别和更优性能的研究与发展。如： 中国专利公开号为CN103014521A的文献，其公开了一种"高硬度高韧性耐磨钢及其生 产方法"。其虽抗磨损性能好，但未提及钢板抗腐蚀性能未予重视。
[0005] 中国专利公开号为CN102605272A的文献，其公开了"一种低合金超高强度耐磨钢 及其生产方法"，其不仅在钢中加入了稀土元素，且延伸率较低，即最大值只有11%。
[0006] 中国专利公开号为CN103255341A的文献，其公开了"一种高强度高韧性热乳耐磨 钢及其制造方法"制备的耐磨钢的延伸率和冲击韧性较低，且制造中采用相变诱导效应来 增强耐磨钢的硬度和耐磨性。而只有在带有载荷冲击条件下，相变诱导效应效果才较好，无 载荷冲击工况下和高锰钢类似，抗磨损性能不高，抗腐蚀性能不突出，并且其中添加的Ni元 素含量高，生产成本较高，经济效益不明显。
【发明内容】
[0007] 本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种通过获得回火马氏体加铁素体的 金相组织，使布氏硬度大于400HBW，且在海水浸泡下腐蚀速率不超过0.04mm/a的超级耐磨 钢及生产方法。
[0008] 实现上述目的的措施： 一种硬度彡400HBW的超级耐磨钢，其组分及重量百分比含量为:C:0.10%~1.00%，Si: 1 · 5%~3 · 5%，Mn: 0 · 2%~0 · 8%，Ti : 0 · 20%~0 · 35%，Cr: 3 · 0%~8 · 0%，其余为Fe及不可避免的杂质； 并控制C/Si比值在0.07~0.55，Cr/Si比值在1.0~4.0;金相组织为：回火马氏体加铁素体。
[0009] 其在于:所述C的重量百分含量为0.12%~0.75%。
[0010] 其在于:所述Si的重量百分含量为1.6%~2.50%。
[0011] 其在于:所述Μη的量百分含量为0.4%~0.7%。
[0012] 其在于:所述Cr的量百分含量为3 · 0%~7 · 0%。
[0013]生产一种硬度彡400HBW的超级耐磨钢的方法，其步骤： 1) 经常规冶炼并浇注成坯后，对铸坯进行加热，其加热温度控制在1320°01380°c; 2) 进行双道次高压除鳞至表面干净； 3) 进行热乳，并采用单张乳制;其中： 在进行粗乳时，控制粗乳开乳温度在1050 °01100°C，前两道次压下量在30~40%，且保 证余下各道次压下率在10~18%，累计压下量在75%~85%; 控制精乳入口温度在900 °〇950 °C，累积压下率在65~80%，终乳温度在650 °〇820 °C ; 4) 采用两段式进行冷却，其中：冷却：首段在冷却速度为50~70°C/s下冷却至450~550 °C ;在放置3~10s后进行缓冷，并在冷却速度为15~45°C/s下冷却至50~150°C ; 5) 进行坑冷，在不超过15分钟内将钢板放入缓冷坑进行冷却，并缓冷至室温。
[0014] 本发明中各元素及主要工艺的作用及机理 C:碳是廉价而有效的强化元素，在本发明钢中，碳依然是获得高硬度高耐磨性的主要 元素。实验证实为获得400HBW以上的硬度，碳含量一般不小于0.10%，但过高的碳量将使贝 氏体转变区显著石移，并且与高Si作用会使材料脆性增加，出现开裂现象。在本发明钢设计 中，碳量控制在〇 · 10%~1 · 〇〇%范围内，C/Si比控制在0 · 07~0 · 55。
[0015] Mn:Mn为扩大奥氏体区元素，固溶于铁素体(或奥氏体）中强化基体，还能增加碳化 物的弥散度和稳定性，提高钢的淬透性和冲击韧性。但含量过高会引起晶粒粗化和回火脆 性，因此本发明将Μη控制在0.2%~0.8%，C/Si比值控制在0.10~0.55范围。
[0016] Si : Si固溶于钢中，起固溶强化作用，Si在钢中能降低碳在奥氏体中的溶解度。Si 元素在贝氏体转变过程中强烈抑制碳化物沿晶界析出的特点，提高奥氏体一贝氏体组织比 例，增加晶界结合力，提高韧性，并与Μη协调作用可明显提高钢的淬透性。当硅含量过高时 会导致材料的塑韧性显著下降，还会降低钢的可焊性，所以Si含量控制在1.5%~3.5%范围。
[0017] 考虑到Cr在钢中容易与C结合生成此心型化合物沿晶界析出，弱化晶界，对提高腐 蚀性不利，而Si元素的加入不但有效细化了晶粒，而且具有强烈抑制M 23C6化合物沿晶界洗 出的作用，从而提高材料的抗腐蚀性。所以合理控制Cr/Si比，以得到较细的晶粒度和合理 的析出物分布，从而使钢具有较好的耐磨性和抗腐蚀性。本发明将Cr/Si控制在1.0~4.0%。
[0018] Ti:Ti是强碳化物形成元素，Ti与C形成的碳化物结合力极强、很稳定，析出的碳化 物富集在钢的晶界处抑制晶粒长大，并且析出的硬质颗粒提高钢的强度和耐磨性。一定含 量的Ti具有阻止变形奥氏体再结晶的作用，能细化晶粒，能提高钢的抗蠕变性能和改善钢 的热强性，但过高会导致强度和韧性急剧下降。本发明加入的Ti含量为0.25%~0.35%。
[0019] Cr:Cr元素的加入对提高材料的抗腐蚀性非常重要，试验研究表明Cr元素含量大 于3.0%时钢板的耐点蚀效果会大幅提高，但在钢中随着Cr元素的增加它与C结合成M 23C6化 合物的趋势也增强，故将Cr元素控制在3.0~8.0%。
[0020] 本发明之所以采用在粗乳时，控制粗乳开乳温度在1050°01100°c，保证晶钢坯在 高温乳制段充分形变，精乳温度控制在900°095(TC，防止发生回复再结晶，产生混晶现象。
[0021] 本发明之所以采用两段式进行冷却，其中：冷却：首段在冷却速度为50~70°C/s下 冷却至450~550 °C;在放置3~10s后进行缓冷，并在冷却速度为15~45°C/s下冷却至50~150 °C，是由于 本发明与现有技术相比具有如下有益效果： 通过控制C/Si的比值，能有效控制碳化物沿晶界析出的数量，减弱C和Si总量的增加对 脆性的影响，提高钢的韧性。
[0022] 通过控制Cr/Si比值，以增强钢的抗腐蚀性和耐磨性。因为增添Si的含量对抑制Cr 的碳化物沿晶界析出有强烈作用，但Si含量过高会对冲击韧性不利；而Cr元素会增加材料 的抗腐蚀性，尤其是有效提高抗晶间腐蚀性能，Si在小于1.5%时则抑制碳化物沿晶界析出 作用不明显，所以合理控制Cr/Si比，使钢具有良好的抗腐蚀性和强韧性。
[0023] 在加入Ti的钢中，会大量弥散析出TiC颗粒，在高温段能有效阻止晶粒长大粗化， 减少粗大柱状组织和带状组织形成。Ti也能溶于γ和 〇相中，形成固溶体使钢强化。但Ti/C 比较大时，钢的强韧性均会急剧下降，所以要严格控制Ti含量。并且在含Ti量较高的高强度 钛钢中，其冷成型性好，各成形方向的性能均一。所以本发明加入的Ti含量为0.20%~0.35%。 [0024]本发明采用合适化学元素配比和热处理工艺，使其析出碳化物颗粒增强钢的耐磨 性，同时利用细化晶粒和控制脆性相的产生增强钢的韧性。在生产过程中，使用廉价合金元 素并通过适当的元素配比，以优化生产工艺，降低生产成本。
【具体实施方式】
[0025] 下面对本发明予以详细描述： 表1为本发明各实施例及对比例的取值列表； 表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表； 表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。
[0026] 本发明各实施例按照以下生产工艺生产： 1) 经常规冶炼并浇注成坯后，对铸坯进行加热，其加热温度控制在1320°01380°C; 2) 进行双道次高压除鳞至表面干净； 3) 进行热乳，并采用单张乳制;其中： 在进行粗乳时，控制粗乳开乳温度在1050 °01100°C，前两道次压下量在30~40%，且保 证余下各道次压下率在10~18%，累计压下量在75%~85%; 控制精乳入口温度在900 °〇950 °C，累积压下率在65~80%，终乳温度在650 °〇820 °C ; 4) 采用两段式进行冷却，其中：冷却：首段在冷却速度为50~70°C/s下冷却至450~550 °C ;在放置3~10s后进行缓冷，并在冷却速度为15~45°C/s下冷却至50~150°C ; 5) 进行坑冷，在不超过15分钟内将钢板放入缓冷坑进行冷却，并缓冷至室温。 表1本发明各实施例和对比例的成分取值列表(wt%)
说明：表1与表2中的数据并非一一对应关系。
[0027]表3本发明各实施例和对比例横向主要性能检测统计表
从表3可以看出，本发明产品与对比钢种强度指标均在一个级别，但是延伸率指标普遍 高于对比钢种3~4个百分点，冲击韧性为对比钢种的2~3倍，不难看出本发明产品具有更优 的强韧性匹配。
[0028]本【具体实施方式】仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。
【主权项】
1. 一种硬度彡400HBW的超级耐磨钢，其组分及重量百分比含量为:C: 0.10%~1.00%，Si : 1 · 5%~3 · 5%，Mn: 0 · 2%~0 · 8%，Ti : 0 · 20%~0 · 35%，Cr: 3 · 0%~8 · 0%，其余为Fe及不可避免的杂质； 并控制C/Si比值在0.07~0.55，Cr/Si比值在1.0~4.0;金相组织为：回火马氏体加铁素体。2. 如权利要求1所述的一种硬度多400HBW的超级耐磨钢，其特征在于:所述C的重量百 分含量为0·12%~0·75%。3. 如权利要求1所述的一种硬度多400HBW的超级耐磨钢，其而正在与:所述Si的重量百 分含量为1.6%~2.50% 〇4. 如权利要求1所述的一种硬度多400HBW的超级耐磨钢，其而正在与:所述Μη的量百分 含量为〇. 4%~0.7%。5. 如权利要求1所述的一种硬度多400HBW的超级耐磨钢，其而正在与:所述Cr的量百分 含量为3.0%~7.0%。6. 生产权利要求1所述的一种硬度多400HBW的超级耐磨钢的方法，其步骤： 1) 经常规冶炼并浇注成坯后，对铸坯进行加热，其加热温度控制在1320°01380°C; 2) 进行双道次高压除鳞至表面干净； 3) 进行热乳，并采用单张乳制;其中： 在进行粗乳时，控制粗乳开乳温度在1050°O1100°C，前两道次压下率在30~40%，且保 证余下各道次压下率在10~18%，累计压下率在7 5%~8 5%; 控制精乳入口温度在900 °〇950 °C，累积压下率在65~80%，终乳温度在650 °〇820 °C ; 4) 采用两段式进行冷却，其中：冷却首段在冷却速度为50~70°C/s下冷却至450~550 °C ;在放置3~10s后进行缓冷，并在冷却速度为15~45°C/s下冷却至50~150°C ; 5 )进行坑冷，在不超过15分钟内将钢板放入缓冷坑进行冷却，并缓冷至室温。
【文档编号】C22C38/04GK105937007SQ201610313585
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】马玉喜, 郭斌, 杜明, 王涛, 薛欢, 周荣, 蒋业华, 李祖来, 董翰, 贾淑君, 刘静, 段小林, 练容彪
【申请人】武汉钢铁股份有限公司