专利名称：：一种超高强度耐磨钢及其生产方法
技术领域：
：本发明涉及低合金化钢制造领域，具体地说是一种同时具有极优良强韧性匹配及高的耐磨性能的高强度耐磨钢及其生产方法。技术背景用于工程机械行业耐磨性部件的高强度耐磨钢，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，钢板化学成份通常含有较高的Cr和V,—般采用淬火工艺生产，因此内应力大，焊接性能较差。在本发明之前，舞阳钢铁公司生产的WZB-丽360钢，该钢成份范围为CO.170.21%，Si《1.90%，Mn《2.1%，Cr《0.80%，Mo《0.60%，V《0.09%;该钢采用轧制+回火处理生产工艺，生产工艺相对比较简单，同时硬度值HB达到380左右，抗拉强度约1250MPa，延伸率A5为1418%，由于硬度值很高，该钢具有很好的耐磨性能。但该钢的成份特点是Si含量很高，这将对焊接性能有很不利的影响；同时该钢还含有较高的Cr和V，Cr元素增加焊接热影响区的淬硬倾向，增加钢的焊接冷裂纹敏感性和焊接热影响区的再热裂纹敏感性，而V则使Cr增加焊接热影响区的再热裂纹敏感性的程度急剧增加，因而在含有较高Cr的情况下再加入较高的V，将显著降低钢的焊接性能，较同时较高的V也将降低钢的低温韧性。还有日本NKK公司发明的"Anabrasionresistantsteel"欧洲专利，专利号为EP0527276，该钢同时申请了"Abrasion-resistantsteel"美国专利，专利号为US5403410。该钢典型成份为CO.17%,Mn0.95%，Cr0.6%，Mo0.22%，V0.04%，Ti0.014%，B0.001%。该钢硬度值HB为380左右，抗拉强度约为1230MPa，延伸率As达23。/。，由于该钢硬度值很高，因此具有十分优异的耐磨性能。但该钢的设计侧重于提高耐磨性能，因此化学成份中含有较高的Cr和0.04%的V，用于提高耐磨性，同时该钢化学成份中不含Ni，这种成份特点将降低钢的焊接性能和低温韧性；另外该钢采用淬火工艺生产，没有经过50(TC以上的高温回火处理，因此限制了其在实际中的使用温度，该钢建议的使用温度不高于25(TC。
发明内容本发明针对现有耐磨钢化学成份中通常含有较高的Cr、V，耐磨性能、焊接性能较差，且通常采用淬火生产工艺，钢内应力大，实际使用温度范围受到限制，一般不超过30(TC的缺点，提供了一种超高强度耐磨钢及其生产方法，本钢化学成份中不含V，采用淬火十500。C回火处理，通过成份简化和在较高温度下回火，降低钢内应力，提高钢焊接性能，使钢具有优良耐磨性能和极高的强韧性能。本发明所述的一种超高强度耐磨钢，钢的化学成分按重量百分比为C0.100,17%，Si0.250.50%，Mn1.201.50%，P《0.018%，S《0.008%，Cr0.200.50%，Ni0.250.50%，Mo0.100.40%，Als0.020.06。/0，B《0.005%，RE《150g/吨钢，余量为Fe及不可避免的杂质，且碳当量Ceq(。/0)《0.60，同时还满足Ceq(%)=C+Mn/6+(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15。该超高强度耐磨钢的生产方法包括以下步骤超纯净钢工艺进行冶炼—铁水脱硫一转炉顶底复合吹炼一真空处理一结晶器喂稀土(RE)丝一浇注成板坯一板坯加热一粗扎一精扎一空冷或冲中压水冷却一钢板调质处理，具体参数控制为板坯加热至11701220°C,加热时间》150min;粗轧每道次压下率为2030%，累计压下率》70%，粗轧结束温度为10001050°C;精轧温度《95(TC，累积压下率>30%，终轧温度《880。C;钢板调质处理，淬火制度为保温温度95(TC，保温时间1.8min/mmX板厚+10min;回火制度为保温温度500。C，保温时间1min/mm。本发明的主要化学成分含量基于以下原理本发明的碳(C)含量为0.100.17%，碳是钢中最重要的固溶强化元素之一，并能显著提高钢的淬透性，为保证本发明钢具有足够的淬透性，从而在淬火时能形成均匀马氏体组织以保证强度，需要C含量不低于O.10%。同时为了保证高的韧性和焊接性能，将碳含量限定在O.17%以下。本发明的硅(Si)含量为0.250.50%，Si主要是以固溶强化形式提高钢的强度，同时也是钢中的脱氧元素，但含量不可过高，以免降低钢的韧性和焊接性能。本发明的锰(Mn)含量为L201.50%，Mn是钢中重要的固溶强化元素，能够提高淬透性，可降低奧氏体转变成铁素体的相变温度，扩大铁碳相图中的奥氏体区域，促进钢的中温组织转变，有利于细化晶粒尺寸，提高钢的屈服强度和冲击韧性。本发明的磷(P)含量《0.018%、硫(S)含量《0.008%。较高的磷含量可以大幅度提高钢的耐候性，但是磷在钢中具有容易造成偏析、恶化焊接性能、显著降低钢的低温冲击韧性、提高脆性转变温度，所以，考虑到本发明钢强度较高，控制磷含量《0.018%。硫易与锰结合生成MnS夹杂，硫还影响钢的低温冲击韧性。因此，本发明应尽量减少磷、硫元素对钢性能的不利影响，通过对铁水进行深脱硫预处理、真空处理等手段，控制磷、硫含量，从而减轻其不利影响。本发明的铬(Cr)含量为0.200.50%，铬是重要的固溶强化元素，并能提高钢的淬透性，但过高的铬对韧性损害较大，因此将铬含量限定在0.200.50%。本发明的镍(Ni)含量为0.250.50%，Ni对提高钢的强度贡献较小，但钢中添加适量的Ni能显著改善钢的韧性，尤其是能够显著提高钢的低温冲击韧性，但Ni含量超过一定值后这种作用就不再明显，因此将Ni含量限定在0.250.50%。本发明的钼(Mo)含量为0.100.40%，钼能提高钢板淬透性，在回火时能形成碳化物析出，从而增加钢的高温回火抗力，另外钼还能避免钢在40(TC50(TC左右回火时出现的脆化现象(第二类回火脆性)，但钼含量过高反而会导致钢的脆化，因此将钼含量限定在0.100.40%。本发明的(Als)含量0.020.06%，Al是钢中的主要脱氧元素。Al含量大于0.06%，将导致A1的氧化物夹杂增加，降低钢的纯净度，不利于钢的韧性及耐候性能。Al的熔点较高，在生产中，Al可以用来组织晶粒长大。本发明选择硼(B)含量《0.005%，B是表面活性元素，极易偏聚到晶界，有效地抑制先共析铁素体的形核及长大，强烈抑制Y-相变，提高钢材的强度；B与N的交互作用，能明显提高钢材的低温韧性。B含量过高易形成B的碳化物和氮化物，并集聚在原奥氏体晶界，促使附近地区位错密度增高，可以作为氢在局部地区的陷阱，因而促使此处发生晶界开裂。本发明钢在生产中进行稀土(RE)处理，其主要作用是球化本发明钢中硫化物夹杂，以改善钢的横向性能。但是过高的稀土加入量，容易造成大颗粒的稀土氧化物夹杂，影响钢的综合性能，本发明钢中的稀土加入量《150g/吨钢。本发明具有以下优点1.本发明钢表面硬度(HB)为320400，抗拉强度(Rm)为1280MPa1310MPa，延伸率(A5)为16%22%;所以本发明钢具有极高的表面硬度，因此耐摩擦磨损性能优异，同时具有极高抗拉强度和大的延伸率，强韧性匹配十分优异。2.本发明钢成份设计为C-Mn-Cr-Ni-Mo-B成份系列，成份中含有O.250.50%的組，使钢板具有优异的低温韧性，同时本发明钢不含有一般耐磨钢中常用的合金元素V，使钢板具有优异的焊接性能和低温韧性，但并不降低其耐磨性能。3.本发明钢在轧制后采用淬火+50(TC回火处理，较高的回火温度使钢板内应力很小，拓宽了钢板的实际使用温度范围，同时在回火温度较高的情况下，钢板仍具有极高的表面硬度和抗拉强度，因此利于推广应用。具体实施方式本发明钢的具体实施方式是在80吨氧气顶底复吹转炉上冶炼，经RH真空脱气处理后，进行稀土处理，采用全流程保护性浇注，其具体生产方法为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—结晶器喂稀土(RE)丝一浇注成板坯一板坯加热一粗扎一精扎一冲中压水冷却一钢板调质处理，其具体参数控制为钢坯在119(TC奥氏体化后出炉轧制，加热时间为150min;粗轧每道次压下率为20%,累计压下率为70%，粗轧结束温度为1020°C;精轧温度为95(TC，累积压下率为30%，终轧温度为88(TC钢板调质处理，淬火制度为保温温度95(TC，保温时间1.8min/mmX板厚+10min;回火制度为保温温度50(TC，保温时间1min/mm。实施例1根据上述方法，生产出钢l，其化学成分见表l中的钢l，力学性能见表2中的钢1，耐摩擦磨损性能见表3中的钢1，在油润滑条件下的磨损量见表4中的钢1。实施例2根据上述方法，生产出钢2，其化学成分见表l中的钢2，力学性能见表2中的钢2，耐摩擦磨损性能见表3中的钢2，在油润滑条件下的磨损量见表4中的钢2。实施例3根据上述方法，生产出钢3，其化学成分见表l中的钢3，力学性能见表2中的钢3，耐摩擦磨损性能见表3中的钢3，在油润滑条件下的磨损量见表4中的钢3。实施例4根据上述方法，生产出钢4，其化学成分见表l中的钢4，力学性能见表2中的钢4，耐摩擦磨损性能见表3中的钢4，在油润滑条件下的磨损量见表4中的钢4。实施例5根据上述方法，生产出钢5，其化学成分见表l中的钢5，力学性能见表2中的钢5，耐摩擦磨损性能见表3中的钢5，在油润滑条件下的磨损量见表4中的钢5。为了能更好的表现出本实施例钢的力学性能，本实施方式中提供了对比钢，其化学成分见表l中的对比钢l，力学性能见表2中的对比钢1。在测试本实施例钢的耐摩擦磨损性能时，采用了如下实验条件在载荷P:25N、转速n-150r/min条件时，同一试件连续与砂轮对磨，在不同的时间点测量材料的耐摩擦磨损性能。为了能更好的表现出本实施例钢的耐摩擦磨损性能，本实施方式提供了日本NKK公司的一种耐磨钢作为比较钢，其耐摩擦磨损性能见表3中的比较钢2。在测试本实施例钢在油润滑条件下的磨损量时，采用了如下实施条件所用润滑油为汽车发动机专用机油，型号SL-5W30;将试件浸入润滑油中，浸油时间6h以上，然后与Q345钢的对磨实验；与Q345钢进行对磨的实验条件为负荷200N，转速200rpm，时间为6h。当试件形状分别为环形和盘形时，测量实施例钢在油润滑条件下的磨损量。为了能更好的表现出本实施例钢在油润滑条件下的磨损量，仍提供上述日本NKK公司的一种耐磨钢作为比较钢，其在油润滑条件下的磨损量见表4中的比较钢2。表l本实施例钢和比较钢的化学成分(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2本实施例钢和比较钢的力学性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表3本实施例钢和比较钢的耐摩擦磨损性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表4本实施1列钢和比较l冈在油润滑条件下的磨损量<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>从表2中可以看出本实施例钢与对比钢的机械性能基本相当，其中本实施例钢的抗拉强度略高于对比钢。从表3中可以看出本实施例钢与对比钢的磨损量基本一致，即在与砂轮对磨的实验条件下，两种钢的耐磨损性能相当。从表4中可以看出，两种形状的试件进行实验，本实施例钢的磨损量均小于对比钢，即在油润滑条件下本发明钢的磨损量小于对比钢，即本实施例钢的耐摩擦磨损性能更为优异。根据上述特性，本发明钢可广泛用于挖掘机、推土机、装载机、大型自卸车、煤矿刮板运输机、港口运输机等主要耐磨损结构零件。上述是对于本发明最佳实施例工艺步骤的详细描述，本发明
技术领域：
的研究人员可以根据上述的步骤作形式和内容方面非实质性的改变而不偏离本发明所实质保护的范围，因此，本发明不局限于上述具体的实施实例。权利要求1.一种超高强度耐磨钢，其特征在于钢的化学成分按重量百分比为C0.10～0.17％，Si0.25～0.50％，Mn1.20～1.50％，P≤0.018％，S≤0.008％，Cr0.20～0.50％，Ni0.25～0.50％，Mo0.10～0.40％，Als0.02～0.06％，B≤0.005％，RE≤150g/吨钢，余量为Fe及不可避免的杂质，且碳当量Ceq(％)≤0.60，同时还满足Ceq(％)＝C+Mn/6+(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15。2.根据权利要求1所述的一种超高强度耐磨钢，其特征在于钢的化学成分按重量百分比为以下的一种、几种或全部CO.100.14%，Si0.320.50%,Mn1.201.28%，P《0.018%,S《0.008Q/q，Cr0.400.50%，Ni0.250.29%，Mo0.300.40%，Als0.020.04%,B《0.005。/q，RE《150g/吨钢，余量为Fe及不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的一种超高强度耐磨钢，其特征在于钢的化学成分按重量百分比为以下的一种、几种或全部CO.140.15%,Si0.290,32%,Mn1.281.32%，P《0.018%，S《0.008%，Cr0.300.40Q/q，Ni0.290.34%,Mo0.270.30%，Als0.040.05%，B《0.005%,RE《150g/吨钢，余量为Fe及不可避免的杂质。4.根据权利要求1所述的一种超高强度耐磨钢，其特征在于钢的化学成分按重量百分比为以下的一种、几种或全部CO.150.17%，Si0.250.29，Mn1.321.50%，P《0.018%，S《0.008%,Cr0.200.30%，Ni0.340.50%，Mo0.100.27%,Als0.050.06%，B《0.005%，RE《150g/吨钢，余量为Fe及不可避免的杂质。5.—种权利要求1、2、3或4所述超高强度耐磨钢的生产方法，其特征在于包括以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结晶器喂稀土(RE)丝一浇注成板坯一板坯加热一粗扎一精扎一空冷或冲中压水冷却一钢板调质处理，具体参数控制为板坯加热至11701220°C，加热时间^150min;粗轧每道次压下率为2030%，累计压下率>70%，粗轧结束温度为10001050°C;精轧温度《950。C，累积压下率>30%，终轧温度《88(TC;钢板调质处理，淬火制度为保温温度950。C，保温时间1.8min/腿X板厚+10min;回火制度为保温温度500。C，保温时间1min/腿。全文摘要本发明公开了一种超高强度耐磨钢及其生产方法，属于涉及低合金化钢制造领域，该钢的化学成分按重量百分比为C0.10～0.17％，Si0.25～0.50％，Mn1.20～1.50％，P≤0.018％，S≤0.008％，Cr0.20～0.50％，Ni0.25～0.50％，Mo0.10～0.40％，Als0.02～0.06％，B≤0.005％，RE≤150g/吨钢，余量为Fe及不可避免的杂质，且碳当量Ceq(％)≤0.60，Ceq(％)＝C+Mn/6+(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15。该钢的具体生产方法包括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—结晶器喂稀土(RE)丝—浇注成板坯—板坯加热—粗扎—精扎—空冷或冲中压水冷却—钢板调质处理。本钢化学成份中不含V，钢的内应力低，提高了钢焊接性能，使钢具有优良耐磨性能和极高的强韧性能，利于推广应用。文档编号C22C38/54GK101250673SQ20081004719公开日2008年8月27日申请日期2008年3月31日优先权日2008年3月31日发明者刘志勇,宋育来,段东明,王玉涛,敏胡,华郑,琳郑,陈吉清申请人:武汉钢铁(集团)公司