本发明涉及一种耐磨钢，尤其是一种HB500级非调质耐磨钢板及其制造方法。
背景技术：
耐磨钢是广泛应用于各类磨损工况的一类钢铁材料，如冶金、矿山、建筑、电力、农业、水泥生产、铁路和军事等各个领域中；具体如推土机、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；重点部件包括挖掘机斗齿、球磨机衬板、破碎机鄂板、轧臼壁和拖拉机履带板等等，能够起到减少设备的磨损量，延长其使用寿命的效果。
随着机械设备向着大功率、高速度方向发展，以及机械设备在苛刻工况下的应用，使得机械零件的磨损越来越严重，不仅维修费用增大，而且甚至是整个机械设备丧失功能，发展高级别耐磨钢是一个重要发展趋势。
目前高级别耐磨钢均采用热轧后调质工艺，通过调质工艺生产的耐磨钢，所需添加的合金元素少，缺点是增加了工艺生产成本，另外使钢板的板型难以控制，增加了生产难度。若是加工成零件后再进行调质处理，在淬火的过程中会使零件发生变形而不能保证零件的尺寸精度和形状精度。
现有技术中关于耐磨钢的生产方式介绍，如公开号CN 103243277A提供的一种HB400级抗裂纹高强度马氏体耐磨钢及生产方法，其采用了在线淬火加回火的工艺路线制造HB400级耐磨钢板；其余的如CN 103540729 A、CN 103266269 A、CN102230135A、CN102676922A、CN103114252A、CN102943213A等专利申请公开文件中均采用了调质工艺生产耐磨钢，非调质工艺生产硬度为HB500耐磨钢的方法未见报道。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种具有良好板型的HB500级非调质耐磨钢板；本发明还提供了一种HB500级非调质耐磨钢板的制造方法。
为解决上述技术问题，本发明化学成分的质量百分含量为：C 0.24～0.34%，Si 0.20～0.40%，Mn 1.20～1.60%，P≤0.015%，S≤0.01%，Cr 0.2～1.0%，Mo 0.1～0.3%，Ni 0.5～1.2%，Cu 1.0～1.6%，Ti≤0.1%，Nb≤0.1%，V≤0.2%，Al≤0.05%，N≤0.005%，O≤0.003%，B 0.001～0.005%，稀土 0～0.02%，其余为铁和不可避免杂质。
本发明所述钢板厚度为8～50mm。
本发明的化学成分中各元素的作用如下所述：
碳（C）：耐磨钢中实现相变强化的重要元素，可以显著提高钢的强度和硬度，实现较高的耐磨性。但是，过高含量的碳弱化钢的韧性和焊接性能。因此，选择碳含量控制在0.24～0.34%范围内。
硅（Si）：在钢中的作用主要是固溶强化。较高含量的Si能够提高钢的淬透性，一般钢中加Si有利于提高钢的强度和韧性。另外，Si可以增加降低氢扩散速度的奥氏体数量，并使钢可以在更高温度下回火。采用硅合金化形成无碳化物贝氏体既可以降低钢中的位错密度，又可以利用无碳化物贝氏体中的残余奥氏体膜降低氢原子在钢中的扩散速度，从而改善超高强度钢的耐延迟断裂性能。因此，本发明将Si含量限制为0.20～0.40%。
锰（Mn）：在钢中的作用是固溶强化和提高淬透性，但是Mn的偏析倾向较高，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。因此Mn含量控制在1.2～1.6%。
铬（Cr）：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(Fe,Cr)3C，(Fe,Cr)7C3和(Fe,Cr)23C7等多种碳化物，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。铬含量控制在0.2～1.0%范围内。
钼（Mo）：可以提高淬透性，细化晶粒，提高强度和韧性。钼在钢中存在于固溶体相和碳化物相中，因此，含钼钢同时具有固溶强化和碳化物弥散强化的作用。钼是减小回火脆性的元素，可以提高回火稳定。其含量控制在0.1～0.3%范围内。
镍（Ni）：可以降低临界冷却速度、提高钢的淬透性。镍在0.5～1.2%范围内，能与铁以任何比例互溶，通过细化铁素体晶粒改善钢的低温韧性，并具有明显降低冷脆转变温度的作用。对于高级别且高低温韧性的耐磨钢，镍是十分有益的添加元素。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，因此需控制其含量。
铜（Cu）：铜在钢中的突出作用是改善普通低合金钢的抗大气腐蚀性能，特别是和磷配合使用时，加入铜还能提高钢的强度和屈服比，而对焊接性能没有不利的影响。能提高钢中奥氏体的稳定性，所以可提高可淬性和淬透性，有强化铁素体的作用，在铁素体中加Cu，可提高它在某些还原性介质中的耐蚀性和改善钢的韧性。铜含量超过0.75%时，经固溶处理和时效后可产生时效强化作用。铜对临界温度和淬透性的影响以及其固溶强化作用与镍相似，可用来代替一部分镍。其含量控制在1.0～1.6%范围内。
硼（B）：硼在钢中的主要作用是增加钢的淬透性，从而节约其他较稀贵的金属，如镍、铬、钼等，它可以代替1.6%的镍、0.3%的铬或0.2%的钼，以硼代钼应注意，因钼能防止或降低回火脆性，而硼却略有促进回火脆性的倾向，所以不能用硼将钼完全代替。其含量控制在0.001～0.005%范围内。
稀土：稀土元素能提高锻轧钢材的塑性和冲击切性，特别是在铸钢中尤为显著。它还能提高耐热钢、电热合金和高温合金的抗蠕变性能。稀土元素也可以提高钢的抗氧化性和耐蚀性。抗氧化性的效果超过硅、铝、钛等元素。它能改善钢的流动性，减少非金属夹杂，使钢组织致密、纯净。普通低合金钢中加入适量的稀土元素，有良好的脱氧去硫作用，可以提高冲击韧性(特别是低温韧性)，改善各向异性性能。其含量控制在0～0.02%范围内。
钒（V）：钒和碳、氮、氧有极强的亲合力，与之形成相应的稳定化合物。钒在钢中主要以碳化物的形态存在。其主要作用是细化钢的组织和晶粒。降低钢的过热敏感性，提高钢的强度和韧性。当在高温溶入固溶体时，增加淬透性；反之，如以碳化物形态存在时，降低淬透性。钒增加淬火钢的回火稳定性，并产生二次硬化效应。其含量控制在0～0.2%范围内。
铝（Al）：铝和钢中氮能形成细小难溶的AlN颗粒，细化显微组织。铝不仅是脱氧剂，还有促进亚稳定奥氏体形成的作用。铝能抑制和延缓过冷奥氏体的碳化物分解，提高韧性。其含量控制在0～0.05%范围内。
磷（P）与硫（S）：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磷含量小于0.015%，硫含量小于0.01%。
本发明方法包括加热、轧制和冷却工序；所述钢板化学成分的质量百分含量如上所述。
本发明方法所述加热工序：加热温度控制在1200～1250℃。
本发明方法所述轧制工序：粗轧开轧温度1100～1150℃，终轧温度1000～1050℃；精轧累计压下率不小于50%，最后三道次压下率不小于10%，精轧开轧温度980～1030℃，终轧温度850～950℃。所述轧制工序中，精轧后钢板厚度为8～50mm。
本发明方法所述冷却工序：采用空冷或层流冷却；所述层流冷却中，开冷温度800～900℃，冷却至400～500℃后空冷。所述冷却工序中的空冷均采用冷床冷却。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明采用中碳含量微合金化思想，适当添加Cr、Ni、Cu、B等具有提高淬透性作用的元素和V等具有析出强化左右的元素，利用其高的淬透性在较低的冷速下得到硬质相马氏体，利用碳化物形成元素形成的大量碳氮化合物的析出，提高硬质相含量以大幅度提高钢板的耐磨性能。
本发明方法通过中碳含量、微合金化，采用了非调质工艺，生产的耐磨钢具硬度达到HB500级别，保证了良好的板型，并在较低的成本下降低了生产难度，可大大提高生产效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的显微组织照片（10μm）。
具体实施方式
实施例1：本HB500级非调质耐磨钢板的成分配比以及制造方法如下所述。
本耐磨钢板的化学成分按质量百分比为：C 0.33%，Si 0.40%，Mn 1.5%，P 0.007%，S 0.002%，Cr 1.0%，Mo 0.15%，Ni 0.5%，Cu 1.6%，Al 0.04%，B 0.002%，稀土0.002%，其余为Fe和不可避免的杂质；厚度为30mm。
将钢水熔炼并浇铸成上述化学成分的铸锭，对铸锭进行轧前加热，加热温度为1230℃，加热时间为3小时。采用两阶段控轧，粗轧开轧温度在1150℃，终轧温度1050℃，粗轧累计压下率为51.5%；精轧开轧温度为1030℃，终轧温度在950℃，精轧累计压下率60%，最后三道次压下率不小于10%，精轧后的板厚为30mm。将轧制后的钢板采用冷床冷却的方式空冷至室温，即可得到所述HB500级非调质耐磨钢板。本实施例所得耐磨钢板的断面布氏硬度为HB545；其显微组织照片见图1，由图1可知，其显微组织基本为马氏体。
实施例2：本HB500级非调质耐磨钢板的成分配比以及制造方法如下所述。
本耐磨钢板的化学成分按质量百分比为：C 0.24%，Si 0.30%，Mn 1.3%，P 0.009%，S 0.002%，Cr 0.95%，Mo 0.1%，Ni 0.6%，Cu 1.6%，Ti 0.1%，Al 0.02%，B 0.003%，稀土0.002%，其余为Fe和不可避免的杂质；厚度为8mm。
将钢水熔炼并浇铸成上述化学成分的铸锭，对铸锭进行轧前加热，加热温度为1225℃，加热时间为3小时。采用两阶段控轧，粗轧开轧温度在1130℃，终轧温度1040℃，粗轧累计压下率为72.1%；精轧开轧温度为1010℃，终轧温度在880℃，精轧累计压下率82.6%，最后三道次压下率不小于10%，精轧后的板厚为8mm。轧制后的钢板开冷温度850℃，层流冷却至400℃后采用冷床空冷至室温，即可得到所述HB500级非调质耐磨钢板。本实施例所得耐磨钢板的断面布氏硬度为HB530。
实施例3：本HB500级非调质耐磨钢板的成分配比以及制造方法如下所述。
本调质耐磨钢板的化学成分按质量百分比为：C 0.24%，Si 0.30%，Mn 1.6%，P 0.005%，S 0.006%，Cr 0.3%，Mo 0.3%，Ni 1.2%，Cu 1.2%，Nb 0.1%，V 0.1%，B 0.001%，稀土0.001%，其余为Fe和不可避免的杂质；厚度为50mm。
将钢水熔炼并浇铸成上述化学成分的铸锭，对铸锭进行轧前加热，加热温度为1200℃，加热时间为3小时。采用两阶段控轧，粗轧开轧温度在1120℃，终轧温度1030℃，粗轧累计压下率为51.5%；精轧开轧温度为1000℃，终轧温度在920℃，精轧累计压下率50%，最后三道次压下率不小于10%，精轧后的板厚为50mm。轧制后的钢板开冷温度900℃，层流冷却到500℃后采用冷床空冷至室温，即可得到所述HB500级非调质耐磨钢板。本实施例所得耐磨钢板的断面布氏硬度为HB508。
实施例4：本HB500级非调质耐磨钢板的成分配比以及制造方法如下所述。
本耐磨钢板的化学成分按质量百分比为：C 0.29%，Si 0.3%，Mn 1.4%，P 0.015%，S 0.004%，Cr 0.2%，Mo 0.2%，Ni 1.2%，Cu 1.3%，Ti 0.1%，Nb 0.1%，Al 0.05%，N 0.005%，B 0.004%，稀土0.002%，其余为Fe和不可避免的杂质；厚度为15mm。
将钢水熔炼并浇铸成上述化学成分的铸锭，对铸锭进行轧前加热，加热温度为1220℃，加热时间为3.5小时。采用两阶段控轧，粗轧开轧温度在1100℃，终轧温度1050℃，粗轧累计压下率为72.1%；精轧开轧温度为990℃，终轧温度在920℃，精轧累计压下率82.6%，最后三道次压下率不小于10%，精轧后的板厚为15mm。将轧制后的钢板采用冷床冷却的方式空冷至室温，即可得到所述HB500级非调质耐磨钢板。本实施例所得耐磨钢板的断面布氏硬度为HB513。
实施例5：本HB500级非调质耐磨钢板的成分配比以及制造方法如下所述。
本HB500级非调质耐磨钢板的化学成分按质量百分比为：C 0.27%，Si 0.35%，Mn 1.6%，P 0.010%，S 0.01%，Cr 0.6%，Mo 0.3%，Ni 0.8%，Cu 1.0%，V 0.2%，Al 0.01%，N 0.005%，O 0.003%，B 0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质；厚度为8mm。
以上化学成分按质量百分比进行熔炼并浇铸成铸锭，对铸锭进行轧前加热，加热温度为1250℃，加热时间为2.5小时。采用两阶段控轧，粗轧开轧温度在1140℃，终轧温度1040℃，粗轧累计压下率为72.1%；精轧开轧温度为980℃，终轧温度在850℃，精轧累计压下率82.6%，最后三道次压下率不小于10%，精轧后的板厚为8mm。轧制后的钢板开冷温度800℃，层流冷却至450℃然后采用冷床空冷至室温，即可得到所述HB500级非调质耐磨钢板。本实施例所得耐磨钢板的断面布氏硬度为HB525。
实施例6：本HB500级非调质耐磨钢板的成分配比以及制造方法如下所述。
本HB500级非调质耐磨钢板的化学成分按质量百分比为：C 0.34%，Si 0.20%，Mn 1.2%，P 0.012%，S 0.005%，Cr 0.7%，Mo 0.2%，Ni 0.9%，Cu 1.4%，Ti 0.04%，Nb 0.07%，N 0.002%，O 0.001%，稀土0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质；厚度为22mm。
以上化学成分按质量百分比进行熔炼并浇铸成铸锭，对铸锭进行轧前加热，加热温度为1210℃，加热时间为3小时。采用两阶段控轧，粗轧开轧温度在1110℃，终轧温度1000℃；精轧开轧温度为980℃，终轧温度在860℃，精轧累计压下率74%，最后三道次压下率不小于11%，精轧后的板厚为22mm。轧制后的钢板开冷温度820℃，层流冷却至470℃然后采用冷床空冷至室温，即可得到所述HB500级非调质耐磨钢板。本实施例所得耐磨钢板的断面布氏硬度为HB522。