专利名称：一种耐磨钢及其冶炼方法
技术领域：
本发明涉及一种耐磨钢及冶炼该耐磨钢的方法。
背景技术：
矿山机车的自重与其耗油量成正比，即矿山机车越重耗油量越大，减轻车体质量是实现耐磨、减重、节能最有效的手段之一。车厢底板和侧板是承载矿石和运输煤炭的重要承载部件，要求在保证足够的承载能力的同时还应该具有质量轻的特征，以满足于低碳的需要。现有技术中，用于制作车厢底板和侧板的材料包括锰板、热处理的钢板等，锰板虽然价格较低，但其强度不够，使疲劳寿命偏低，采用热处理钢板价格昂贵，生产过程复杂，不利于推广和使用，所以，用于车厢底板和侧板的材料还有待于进一步开发。中国专利101033521A号公告的名称为“一种用于制造汽车刹车片的钢板及生产方法”提出一种新钢种。该种钢的化学成分为C :0. 24-0. 30% ;Si : 0. 17-0. 35% ； Mn:0. 50-0. 95% ；P ( 0. 025% ；S ( 0. 018 ；Als:0. 010-0. 030%,余量为铁。该种钢的冶炼方法是通过高炉炼铁、转炉炼钢、LF炉精炼、薄板坯连铸、进步式加热炉加热、粗轧、热卷曲、精轧等步骤制成成品钢。钢中碳含量对钢的质量影响很大，随着钢种碳含量的增加，钢的耐磨性能增加，但降低钢板的塑性；另外，其它元素的含量如硅、锰、氮、硫的含量是否符合于耐磨钢的要求也在进一步探讨之中。随着微合金化元素在钢中的基本作用和次生作用，提出了“奥氏体调节”的概念，有意识地控制加入微合金化元素铌、铬，以发展新的性能更好的钢种。如铌能细化晶粒，使钢在热轧过程中NbC应变诱导折出阻碍形变奥氏体的回复、再结晶，以提高钢的强韧性，铬能提高淬透性，Cr与碳的亲和力大于铁和锰，可以取代一部分铁而形成复合渗碳体(Fe，Cr) 3C。铬的复杂碳化物(Cr，Fe) 7C3、(Cr, Fe) 23C6对于钢的性能有显著的影响，特别是可以提高钢的耐磨性，在钢中加入0. 01-0. 04%的稀土，使钢的强度和冲击韧性均获得不同程度的提高。但到目前为止，在耐磨钢钢方面还没有发现同时含铌、铬的技术启示。
发明内容
本发明的任务是提供一种利用铌、铬微合金化，省略热处理的方式使其满足力学性能和使用性能要求的耐磨钢。本发明的另一个任务是提供一种利用稀土处理和有效地控制合金成分的工艺冶炼耐磨钢的方法。本发明所提出耐磨钢包括以下重量百分比的材料碳0. 10-0. 15% ;娃0. 10-0. 30% M I. 40-1. 80% M 0. 03-0. 10% ;磷彡 0. 015% ;氧彡 0. 004%，硫彡 0. 005% ；CrO. 40-0. 70%,
余量为铁和不可避免的杂质。其中，铌能细化晶粒，促进针状铁素体形成，如果铌的含量小于0. 005%不利于针状铁素体形成，而其含量高于0. 10%会直接影响耐磨钢的焊接性能；锰在耐磨钢中具有提高强度、韧性、降低韧脆转变温度、提高耐磨性的作用；Cr与碳的亲和力大于铁和锰，可以取代一部分铁而形成复合渗碳体(Fe，Cr)3C。铬的复杂碳化物(Cr，Fe)7C3、(Cr，Fe)23C6对于钢的性能有显著的影响，特别是可以提高钢的耐磨性，钢中的碳含量决定钢的性能，本发明中的碳只在0. 10-0. 15%之间，使该钢具有很好的延展性，钢中加入铌和铬可提高钢的屈服强度和抗拉强度，碳含量的提高，可以提高钢的耐磨性能。本发明所提出的上述冶炼耐磨钢的方法，包括以下步骤
铁水预处理往铁水预处理装置中加入脱硫剂，当铁水中硫的含量< 0. 005%时将其转入转炉冶炼；
转炉冶炼对脱硫后的铁水喷吹氧气冶炼，并采用石灰和轻烧白云石造渣，其吹氧时间为14分钟一 18分钟，出钢温度保持在1670°C — 1690°C之间；
炉外精炼将经转炉冶炼后的钢液送入钢包精炼炉即LF炉中，并根据预计钢液中的合金含量向该钢包精炼炉内加入铌、锰、硅、铬调整钢中合金含量，同时加入脱氧剂，然后从钢包精炼炉的顶部向其内喷吹氧气，从底部向喷吹氩气或氮气，钢液经过浇注、配合稀土处理后经常规轧制即为耐磨钢。所述脱硫剂是由镁粉和石灰粉构成，且镁粉和石灰粉之间的重量比为I :2. 5 —
3.50所述转炉冶炼出钢步骤中，其下渣量为每吨钢小于或等于5千克钢渣。所述炉外精炼步骤中所加入的脱氧剂采用硅铝钡锶钙复合材料构成的脱氧剂，其加入量为每炉钢(150吨钢)加350-450千克。 所述炉外精炼步骤中，炉内钢液顶渣保持在200mm — 300mm之间。用本发明所提出的耐磨钢制作的8. OmmUO. Omm厚的车厢底板、侧板，经检测，其屈服强度在560MPa，抗拉强度在670Mpa，布氏硬度值均> 200，耐磨性实验在ML-100磨粒磨损试验机上进行，为进行比较，取SS400作为参比试样，其实验结果表明耐磨钢的磨损 率低于SS400，耐磨性能良好。该发明所述的耐磨钢主要应用于运载能力达到30吨以上的重型卡车上。由于采用该种耐磨钢制作的钢板，承载能力强，耐磨性高，车箱底部和两边部具有很相当好的抗变形能力，可使原预防变形的托挂件已拆除，进而减轻机动车质量。
附图I是本发明所提出的一种耐磨钢及其冶炼方法120目砂纸、21N载荷条件下的磨损率图。
具体实施例方式 参见图1，该图给出本发明所提出的一种耐磨钢及其冶炼方法120目砂纸、21N载荷条件下的磨损率图，该图的竖向轴表示磨损率/mg/M，这些数据说明该耐磨钢的性能远远超过现有材料的性能，并且还有进一步减薄的空间，机动车使用该耐磨钢可以实现节能。
具体实施例方式 实施例I:
首先对铁水预处理装置中的铁水进行脱硫处理，即往铁水加入由镁粉和石灰粉构成的脱硫剂，镁粉和石灰粉之间的重量比为I :3，经常规检测，当铁水中硫含量< 0. 005%时，预处理工序完成，将铁水倒入转炉内冶炼；在转炉冶炼的工序中，向转炉内添加石灰和轻烧白云石造渣，然后向转炉内喷吹14分钟的氧气，待吹氧工序完成后出钢，出钢温度保持在1670°C，其下渣量为每吨钢小于或等于5千克钢渣；再将钢水送入钢包精炼炉即LF炉内，并根据预计钢液中的合金含量向该钢包精炼炉内加入铌、锰、硅、铬等调整钢中合金含量，同时加入脱氧剂，炉内钢液顶渣保持在200-300mm，采用从钢包精炼炉的顶部向其内喷吹氧气，从底部喷吹氩气或氮气，钢水经浇注、稀土处理后经常规轧制即为耐磨钢。该耐磨钢包括以下重量百分比的材料:碳0. 13% ;硅0. 18% M I. 57% -MO. 04% ;铬0. 50% ;磷彡0. 012% ；氧彡0. 005%，硫彡0. 012 ;余量为铁和不可避免的杂质。实施例2:
按照实施例I的方法采用铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼的步骤冶炼耐磨钢，所不同的是在转炉冶炼的工序中，向脱硫后的铁水喷吹18分钟的氧气，出钢温度保持1690°C;在出钢过程中所加的硅铝钡锶钙脱氧剂为每炉钢(150吨钢)加350千克，炉内钢液顶渣保持在300mm。该耐磨钢包括以下重量百分比的材料碳0. 12% ;硅0. 20% ;锰I. 70% ;铌0. 05% ；铬0. 55 % ;磷彡0. 012% ;氧彡0. 005%，硫彡0. 012 ;余量为铁和不可避免的杂质。实施例3:
按照实施例I的方法采用铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼的步骤冶炼耐磨钢，所不同的是在转炉冶炼的工序中，向脱硫后的铁水喷吹17分45秒氧气，出钢温度保持1675°C;在出钢过程中所加的硅铝钡锶钙脱氧剂为每炉钢(150吨钢)加400千克，炉内净空高度保持在200mm。该车轮钢包括以下重量百分比的物料 碳0. 12% ;硅0. 15% ;锰I. 70% ;铌0. 03% ； 铬0. 60% ;磷< 0. 012% ;氧< 0. 005%，硫彡0. 012 ;余量为铁和不可避免的杂质。
权利要求
1.一种耐磨钢，其特征在于包括以下重量百分比的材料碳0. 10 -0.15%;硅.0. 10-0. 30 % M I. 40-1. 8 0% M 0. 03-0. 10% ;磷彡 0. 015% ;氧彡 0. 004%，硫彡 0. 005% ;铬.0.40-0. 70%，余量为铁和不可避免的杂质。
2.用于冶炼权利要求I所述耐磨钢的方法，其特征在于包括以下步骤 铁水预处理往铁水预处理装置中加入脱硫剂，当铁水中硫的含量< 0. 005%时将其转入转炉冶炼； 转炉冶炼对脱硫后的铁水喷吹氧气冶炼，并采用石灰和轻烧白云石造渣，其吹氧时间为14分钟一 18分钟，出钢温度保持在1670°C — 1690°C之间； 炉外精炼将经转炉冶炼后的钢液送入LF钢包精炼炉中，并根据要求向该钢中加入铌、锰、硅、铬等以调整钢中合金含量，同时加入脱氧剂，然后从钢包精炼炉的顶部向其内喷吹氧气，从底部喷吹氩气或氮气，经浇注后经常规轧制即为耐磨钢。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述脱硫剂是由镁粉和石灰粉构成，且镁粉和石灰粉之间的重量比为I :2. 5 — 3. 5。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述转炉冶炼出钢步骤中，其下渣量为每吨钢小于或等于5千克钢渣。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述炉外精炼步骤中所加入的脱氧剂采用硅铝钡锶钙复合材料构成的脱氧剂，其加入量为每炉钢(150吨钢)加350-450千克。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述炉外精炼步骤中，炉内净空高度保持在 200mm — 300mm 之间。
全文摘要
本发明涉及一种耐磨钢及其冶炼方法，该耐磨钢包括碳、硅、锰、铌、铬、磷、氧、硫及铁等元素，通过铁水预处理、转炉冶炼和炉外精炼及常规轧制步骤冶炼成该耐磨钢。在冶炼中通过微合金化和稀土处理等方式控制合金成分，使用该耐磨钢制造的汽车结构件的屈服强度、抗拉强度、疲劳寿命、耐磨性能等指标均远高于现有的钢板，并且还有进一步减薄的空间，可减轻机动车的质量，进而实现节能。
文档编号C22C38/38GK102719750SQ20121012151
公开日2012年10月10日 申请日期2012年4月24日 优先权日2012年4月24日
发明者吴刚, 姜学锋, 左远鸿, 张力龙, 朱海侠, 梁雪冬, 王会中, 赵科, 赵迪 申请人:本钢板材股份有限公司