专利名称：一种耐热耐磨钢板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及耐磨钢，特别是涉及一种耐热耐磨钢板及其制造方法；其力学性能:布氏硬度大于360HB，500°C下的拉伸强度大于lOOOMPa。
背景技术：
耐磨钢板广泛应用于工作条件特别恶劣，要求高强度，高耐磨性能的工程、采矿、农业、水泥生产、港口、电力以及冶金等机械产品上。如推土机、装载机、挖掘机、自卸车及抓斗、堆取料机、输料弯曲结构等。近几十年来，耐磨钢的开发与应用发展很快，目前普遍应用的为低合金马氏体耐磨钢。这种类型耐磨钢主要通过增加碳含量并加入适量的合金元素，如铬、钥、镍、钒、钨、钴、硼等，充分利用相变强化等强化方式提高耐磨钢的力学性能，其主要通过淬火和低温回火热处理方式得到马氏体耐磨钢。此类钢种存在一定弊病一在高温环境下其强硬度均有大幅下降，进而降低耐磨性，显著降低耐磨钢的使用寿命，影响耐磨钢的推广应用。中国专利CN101451220公开了一种低碳低合金耐磨钢，化学成分为:C:0.12-0.16%, Si:0.10-0.70%, Mn:0.90-1.50%, P 彡 0.020%, S 彡 0.010%, Ni:0.05-0.30%,
V:0.03-0.08%, Nb:0.01-0.06%, Al:0.020-0.08%, Cr:0.20-0.70%, Mo:0.1-0.50%, Ti:0.010-0.060%, B:0.0005-0.0030%，其余为Fe和不可避免的杂质；力学性能:抗拉强度彡1220MPa，硬度:360_440HB，采用淬火+低温回火(150_250°C )热处理工艺生产。由于其采用低温回火工艺生产，这往往导致钢板在高温条件下力学性能和耐磨性能显著降低，进而降低设备使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种耐热耐磨钢板及其制造方法，该耐热耐磨钢板在添加适量合金元素的基础上，获得了在较高温度下仍具有较佳强硬度和耐磨性的耐热耐磨钢板，有益于高温条件下各种工程上的广泛应用。为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案:一种耐热耐磨钢板，其化学成分的重量百分比为:C:0.10-0.30%, Si:0.10-1.50%, Mn:0.50-2.00%, P 彡 0.015%, S 彡 0.010%, Cr:0.20-2.00%, Mo:0.10-1.50%,Ni ( 1.00%, V 彡 0.10%, RE ( 0.10%, W^l.00%, Al:0.010-0.080%, B:0.0005-0.0040%,Ti 彡 0.080%, Ca:0.0010-0.0080%，N 彡 0.0080%，O 彡 0.0080%，H 彡 0.0004%，其余为 Fe 和不
可避免的杂质。其典型力学性能:布氏硬度大于360HB，500°C下的拉伸强度大于lOOOMPa。上述RE代表稀土元素，具体选自La、Ce、Nd中的一种或几种。本发明所涉及的耐热耐磨钢板的化学成分作用如下:碳:碳是耐磨钢中最基本、最重要的元素，可以提高钢的强度和硬度，进而提高钢的耐磨性，但其对钢的韧性和焊接性能不利，因此，本发明耐热耐磨钢中控制碳含量为0.10-030wt.%， 优选为 0.12-0.30wt.%。
硅:硅固溶在铁素体和奥氏体中提高它们的硬度和强度，然而硅含量过高会导致钢的韧性下降。另外，硅具有的抗高温特性，能够提高钢的回火稳定性。本发明耐热耐磨钢中控制硅含量为0.10-1.50wt.%，优选的Si含量为0.20-1.50%。锰:锰强烈增加钢的淬透性，降低耐磨钢转变温度和钢的临界冷却速度。但锰含量较高时，有使晶粒粗化的倾向，并增加钢的回火脆敏感性，而且容易导致铸坯中出现偏析和裂纹，降低钢板的性能，本发明耐热耐磨钢中控制锰含量为0.50-2.0Owt.%，优选为0.50-1.80wt.%。铬:铬可以降低临界冷却速度、提高钢的淬透性。铬在钢中可以形成多种碳化物，提高强度和硬度。铬在回火时能阻止或减缓碳化物的析出与聚集，可以提高钢的回火稳定性，本发明耐热耐磨钢中控制铬含量为0.30-2.0Owt.%，优选为0.30-1.80wt.%。钥:钥可以细化晶粒，提高强度和韧性。钥在钢中存在于固溶体相和碳化物相中，因此，含钥钢同时具有固溶强化和碳化物弥散强化的作用。钥是减小回火脆性的元素，可以提高回火稳定。因此本发明耐热耐磨钢中控制钥含量为0.10-1.50wt.%，优选为0.20-1.30wt.%。镍:镍可以降低临界冷却速度、提高钢的淬透性，但含量过高易导致钢板表面氧化皮难以脱落，且成本显著增加，本发明耐热耐磨钢中控制镍含量为< 1.0Owt.%，优选为^ 0.80wt.%。钒:钒使钢坯在加热阶段奥氏体晶粒不至于生长的过于粗大，在随后的次轧制过程中，可以使钢的晶粒得到进一步细化，提高钢的强度和韧性。此外，钒在高温下具有析出强化作用。本发明耐热耐磨钢中控制银含量为< 0.1Owt.%,优选钥;含量为0.020—0.1Owt.%。稀土 RE:在钢中添加稀土可以减少硫、磷等元素的偏析，改善非金属夹杂物的形状、大小和分布，同时可以细化晶粒、强化晶界，提高强硬度及韧性。稀土的含量不易过多，否则会产生严重偏析，降低铸坯质量和力学性能。因此本发明耐热耐磨钢中控制稀土含量为彡 0.1Owt.%，优选为彡 0.080wt.%.
钨:钨可以增加钢的回火稳定性和热强性，并可以起到一定的细化晶粒作用。此外，钨可以形成硬质碳化物而增加钢的耐磨性。本发明耐热耐磨钢中控制钨含量为(1.0Owt.% 范围内，优选为< 0.80wt.%。铝:铝可细化晶粒，固定钢中的氮和氧，减轻钢对缺口的敏感性，减小或消除钢的时效现象，并提高钢的韧性，本发明耐热耐磨钢中铝含量控制在0.010-0.0SOwt.%，优选为0.020—0.080wt.%。硼:硼能增加钢的淬透性但含量过高将导致热脆现象，影响钢的焊接性能及热加工性能，因此需要严格控制硼的含量，本发明耐热耐磨钢中控制硼含量为
0.0005-0.0040wt.%，优选为 0.0005-0.0020wt.%。钛:钛是强碳化物形成元素之一，与碳形成细微的TiC颗粒，分布在晶界，达到细化晶粒的效果，本发明耐热耐磨钢中控制钛为彡0.080wt.%，优选为0.005-0.060wt.%。钙:钢中加入适量钙可将钢中的长条状硫化物夹杂转变为球状的CaS或(Ca，Mn)S夹杂，钙所形成的氧化物及硫化物夹杂密度小，易于上浮排除。钙还显著降低硫在晶界的偏聚，这些都有益于提高铸钢的质量，进而提高 钢的性能。本发明耐热耐磨钢中控制钙含量为 0.0010-0.0080wt.%，优选为 0.0010-0.0050wt.%。磷与硫:在耐磨钢中，硫与磷均为有害元素，它们的含量要严格控制，本发明所涉及钢种中控制磷含量彡0.015wt.%，优选为彡0.012wt.% ;控制硫含量彡0.0lOwt.%，优选为硫含量< 0.005wt.%。氮、氧、氢:钢中过多的氧、氮和氢对钢的性能尤其对焊接性、冲击韧性和抗裂性是十分不利的，降低钢板的质量及使用寿命，但控制过严会大幅增加生产成本，因此，本发明的耐热耐磨钢中控制氮含量彡0.0080wt.%，优选为彡0.0050wt.% ;控制氧含量(0.0080wt.%，优选为彡 0.0050wt.% ;控制氢含量彡 0.0004wt.%，优选为彡 0.0003wt.%。本发明的耐热耐磨钢板的制造方法，包括如下步骤:按照上述化学成分的配比冶炼，经铸造、加热、轧制、淬火和回火等步骤，获得所述耐热耐磨钢板；其中，所述加热步骤中，加热温度为1000-1250°C，保温时间为2-3h ;所述轧制步骤中，采用自由轧制，轧后空冷；所述淬火步骤中，淬火温度为800-980°C，保温时间为60-120min ;所述回火步骤中，回火温度为400_650°C，保温时间为30_100min。优选的，在加热过程中，加热温度为1000-1200°C ;更优选的，在加热过程中，加热温度为1050-1200°C ;为保证碳及合金元素充分扩散，防止奥氏体晶粒过分长大及钢坯表面严重氧化，在加热过程中，最优选的加热温度为1050-1150°C。优选的，在淬火步骤中，淬火温度为820-960°C;更优选的，淬火温度为820-950°C ;最优选的，淬火温度为830-950°C。优选的，在回火步骤中，加热温度为400-630°C ;更优选的，在回火步骤中，加热温度为400-620°C ;最优选的，在回火步骤中，加热温度为400-600°C。由于本发明的耐热耐磨钢板科学设计了碳及合金元素的含量以及各工艺参数，通过合金元素及淬火和回火热处理工艺的强韧化作用，使得该钢板具有优异的力学性能和耐磨性能，尤其适用需要在高温条件下工作的各种机械设备中易磨损部件。本发明与现有技术相比具有如下特点:1.从化学成分上看，本发明的耐热耐磨钢板的化学成分以中低碳低合金为主，通过采用较高的C含量(0.10-0.30%)保证耐磨钢板具有较高的硬度及耐磨性；添加适量的Cr、Mo、V、Re和W等元素来提高钢板的高温抗力，保证钢板在较高温度(300-600°C )下仍然具有良好的强硬度，进而在较高温度下仍然具有优异的耐磨性。2.从生产工艺上看，本发明的耐热耐磨钢板采用淬火加高温回火工艺生产，保证合金元素V等化合物充分析出，进而提高钢板在高温下的强硬度，进而提高耐磨性能。3.从产品性能上看，本发明的耐热耐磨钢板在较高温度下(300-600°C)具有高硬度及良好的耐磨性,并具有良好的机械加工性能；本发明的耐磨钢板经高温回火后硬度较高，大于360HB，具有良好的高温拉伸性能，500°C下抗拉强度大于lOOOMPa，这主要是较高的碳含量及适量的合金元素能够提高高温下钢板回火抗力，保持较高的强硬度，进而保证具有良好的耐磨性-本发明的耐热耐磨钢板具有较明显的优势。其控制碳和合金元素的含量，工艺简单、力学性能佳，具有上述优势的耐热耐磨钢是社会经济和钢铁工业发展的必然趋势。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细描述，应当明确，实施例仅仅是对本发明具体实施方式
的描述，并不对本发明的保护范围构成任何限制。实施例以下实施例1-10的耐热耐磨钢板和对比例I的钢板，其化学成分的重量百分比如表I所示；实施例1-10的耐热耐磨钢板和对比例I的钢板的制造方法为:将相应的冶炼原料依次按照如下步骤进行:冶炼一铸造一加热一轧制一淬火一回火，控制各实施例及对比例I中的钢板化学元素质量百分配比，在加热步骤中，加热温度为1000-1250°c ;在轧制步骤中，采用自由轧制，轧后空冷；在淬火步骤中，淬火温度为800-980°C，保温时间为60-120min ;在回火步骤中，回火 温度为400-650°C，保温时间为30_100min ;其具体工艺参数如表2所示。表I单位:重量百分比
权利要求
1.一种耐热耐磨钢板，其化学成分的重量百分比为:c:0.10-0.30%, S1:0.10-1.50%，Mn:0.50-2.00%, P 彡 0.015%, S 彡 0.010%, Cr:0.30-2.00%, Mo:0.10-1.50%, Ni ( 1.00%,V彡 0.10%, RE ( 0.10%, W^l.00%, Al:0.010-0.080%, B:0.0005-0.0040%, Ti ( 0.080%,Ca ( 0.0080%, N彡0.0080%, O彡0.0080%, H彡0.0004%,其余为Fe和不可避免的杂质；其力学性能:布氏硬度大于360HB，500°C拉伸强度为大于lOOOMPa。
2.如权利要求1所述的耐热耐磨钢板，其特征在于，RE选自La、Ce、Nd中的一种或几种。
3.如权利要求1或2所述的耐热耐磨钢板，其特征在于，C:0.12-0.30% ；Si:0.20-1.50%,以重量百分比计。
4.如权利要求1或2所述的耐热耐磨钢板，其特征在于，Mn:0.50-1.80% ；Cr:0.30-1.80% ；Mo:0.20-1.30%,以重量百分比计。
5.如权利要求1或2所述的耐热耐磨钢板，其特征在于，Ni( 0.80% ；V:0.020-0.10% ；RE ( 0.08%,以重量百分比计。
6.如权利要求1所述的耐热耐磨钢板，其特征在于，W彡0.8% ；A1:0.020-0.080% ；B:0.0005-0.0020%,以重量百分比计。
7.如权利要求1或2所述的耐热耐磨钢板，其特征在于，T1:0.005-0.060% ；Ca:0.0010-0.0050%,以重量百分比计。
8.如权利要求1或2所述的耐热耐磨钢板，其特征在于，N^0.0050% ；0 ( 0.0050% ；H 彡 0.0003% ；P ( 0.012% ；S ( 0.005%`,以重量百分比计。
9.如权利要求1-8任一所述的耐热耐磨钢板的制造方法，包括如下步骤: 按照上述化学成分的配比冶炼，经铸造、加热、轧制、淬火和回火步骤，获得所述耐热耐磨钢板；其中，所述加热步骤中，加热温度为1000-1250°C，保温时间为2-3h ;所述轧制步骤中，采用自由轧制，轧后空冷；所述淬火步骤中，淬火温度为800-980°C，保温时间为60-120min ;所述回火步骤中，回火温度为400_650°C，保温时间为30_100min。
10.如权利要求9所述的耐热耐磨钢板的制造方法，其特征在于，在加热步骤中，加热温度为1000-1200°C;更优选的，在加热过程中，加热温度为1050-1200°C ;最优选的，在加热步骤中，加热温度为1050-1150°C。
11.如权利要求9所述的耐热耐磨钢板的制造方法，其特征在于，在淬火步骤中，淬火温度为820-960°C;更优选的，在淬火步骤中，淬火温度为820-950°C;最优选的，在淬火步骤中，淬火温度为830-950°C。
12.如权利要求9所述的耐热耐磨钢板的制造方法，其特征在于，在回火步骤中，加热温度为400-630°C;更优选的，在回火步骤中，加热温度为400-620°C;最优选的，在回火步骤中，加热温度为400-600°C。
全文摘要
本发明提供了一种耐热耐磨钢板及其制造方法，其化学成分的重量百分比为C0.10-0.30%，Si0.10-1.50%，Mn0.50-2.00%，P≤0.015%，S≤0.010%，Cr0.20-2.00%，Mo0.10-1.50%，Ni≤1.00%，V≤0.10%，RE≤0.10%，W≤1.00%，Al0.010-0.080%，B0.0005-0.0040%，Ti≤0.080%，Ca0.0010-0.0080%，N≤0.0080%，O≤0.0080%，H≤0.0004%，其余为Fe和不可避免的杂质；其力学性能布氏硬度大于360HB，500℃拉伸强度为大于1000MPa。本发明通过各成分及淬火和回火等工艺得到的钢板具有优异的力学性能和耐磨性能，尤其适用在高温条件下工作的各种机械易磨损部件。
文档编号C22C38/32GK103205650SQ20131010515
公开日2013年7月17日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者李红斌, 姚连登, 张继诚 申请人:宝山钢铁股份有限公司