本发明属于金属材料领域，涉及一种耐热耐磨用钢板及其生产方法，可用于环境温度不大于500℃的耐磨设备或部件制作。
背景技术：
：近年来，低、中合金耐磨钢由于生产工艺较简单，较好的耐磨性和经济性的特点，获得了较快的发展，这种类型耐磨钢主要通过淬火或淬火加低温回火热处理的工艺获得低碳马氏体或其低温回火态组织，保证了钢板具有良好的耐磨性能，成分设计上一般通过一定的碳含量保证钢板的淬硬性，同时加入适量的铬、钼、镍、钒、钨、硼等合金元素提高耐磨钢的淬透性和韧性等综合力学性能。低中合金耐磨钢的一个明显缺点是在大于250摄氏度的环境下使用时钢板的强、硬度均会有大幅下降，常见的硬度hb400的普通耐磨钢板nm400加热到500摄氏度时的硬度仅为hb290，硬度的下降会显著降低其耐磨性和使用寿命，影响了低中合金耐磨钢板在高温环境下的推广和应用。耐热耐磨钢板可广泛应用于冶金、电力、矿山、建材等工业部门,用于高温耐热输送管道、耐热衬板、高温风机等设备的制作,这些零部件长期在250～500摄氏度的较高温环境下使用,要求材料具有良好的耐高温磨料磨损能力，以缩短检修时间，延长工作寿命。国内外此类耐热耐磨钢板已经形成多项专利，例如cn1026901c、cn104611641acn103205650a、cn101746089a、cn103342020a、ep3015561a、us2015/0184270a1等；但现有耐热耐磨钢板的生产存在以下不足：1、碳及ni，w、mo等合金含量高，成本高且无法进行连铸生产；2、需采用双金属铸造、真空复合或堆焊等特定的生产方法生产，工艺复杂，需专用生产装备，质量不易保证；3、钢板淬火后残余内应力，容易发生裂纹；4、高温回火后硬度下降，不具有耐热耐磨性能。技术实现要素：针对上述缺陷，本发明所要解决的技术问题提供一种耐热耐磨用钢板及其生产方法，钢板500℃以下回火后表面硬度大于hb400；生产工艺简单，不需专用复合设备；残余应力低，不易发生裂纹；成分简单常用，成本低廉。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：本发明钢板化学成分设计以中碳、ti、b微合金化为主要特征，复合添加少量常用提高淬透性和细化晶粒的常见合金元素cr，mo、nb等；成分简单，合金含量相对较低，成本低廉且便于冶炼、连铸。轧制时通过在线淬火的方式得到均匀的高硬度马氏体组织，不需离线回火处理，生产工艺简单，钢板板型好内应力低。一种耐热耐磨用钢板，其特征在于化学成分按质量百分比为：c：0.33％～0.40％、si：0.2％～～0.4％、mn：0.80％～1.00％、cr：0.5～0.7％、mo：0.2～0.4％，nb：0.015％～0.03％、b：0.0005～0.0022％、ti：0.10％～0.20％、als：0.015％～0.045％，余量为fe及不可避免的杂质；钢中的杂质元素控制：p≤0.015％,s≤0.005％，[n]≤0.0040％，[o]≤0.0020％。c：为了保证钢板高的表面硬度和厚钢板水冷时的淬透性需要相当的碳含量做保证，在一定范围内钢的硬度随碳含量的增加而相应的增加，同时一定的碳含量可以和nb、ti、cr、mo等形成碳化物析出，增加高温时的耐磨性。碳含量过高则塑性韧性降低焊接性能下降，为了保证钢板的高温硬度及焊接性能，因此本发明中c含量控制在0.33～0.40％；si：主要作用是固溶强化和脱氧，是非碳化物形成元素，固溶在铁素体和奥氏体中提高强度和高温回火后的硬度。但si与氧的亲和力比铁强，焊接时容易产生低熔点的硅酸盐，含量较多时会使焊接性能下降，同时影响韧性，因此本发明中si含量控制在0.2～0.4％；mn：主要作用是固溶强化，含量大于0.8％时可以提高淬透性，提高马氏体中碳的过饱和度，有利于强度和硬度的提高，且成本低廉，但含量高于1.0时易形成中心偏析，碳含量较高时，会使板坯中心有易发裂纹的倾向；因此本发明中mn含量控制在0.8％～1.0％；nb：是强碳和氮化合物形成元素，主要作用是通过在钢中形成细小碳氮化物抑制加热时晶粒长大，空冷时又具有一定的析出强化的作用；nb加入钢中，通过抑制奥氏体晶粒界面运动，从而提高钢板的再结晶温度。钢板中加入适量的nb，高温奥氏体化时，未溶解的nbc起到钉轧奥氏体晶界的作用，从而阻碍奥氏体晶界过分粗化。溶解在奥氏体中的nb在两阶段轧制过程中抑制奥氏体再结晶，细化奥氏体晶粒。但nb含量过高，则会形成粗大的nbc，影响钢板的力学性能。因此，本发明中nb的加入量为0.0l5～0.03％。ti：本专利的重点添加元素。与其它合金元素相比，价格便宜，可以与氮、碳和硫形成化合物，其碳化物tic颗粒细小且具有极高的硬度，最高硬度可达到3200hv，添加大于0.1％的钛时，这些碳化物弥散分布在钢板的基体中能够有效的提高钢板的常温和高温耐磨性。另外钢中形成细小钛的碳氮化物能有效抑制加热时晶粒的长大，钛与氮的化合物形成温度较高，碳化铌的析出温度较氮化钛和碳化钛低，因此本专利添加足够多的钛和碳，可以使铌主要与碳化合，同时可以阻止钢中的游离n与b形成化合物，提高酸溶硼收得率充分发挥b提高淬透性的作用，但含量过高时(大于0.2％)时会钢中会形成过多的粗大的tin,降低钢板的低温韧性和疲劳性能，因此本发明中ti的加入量控制在0.10％～0.20％且对控制[n]≤0.0040％，避免过多tin的形成。mo、cr：主要作用是降低临界冷却速度，提高钢板的淬透性，形成完全细小的马氏体组织。铬、钼是强碳化物形成元素，在钢中可形成多种碳化物，提高钢板的强度和高温回火后的硬度。钢中加入一定的cr、mo元素增加了钢板过冷奥氏体的稳定性，推迟了珠光体和贝氏体转变，使c曲线右移，淬透性提高，保证厚规格钢板的心部回火硬度可达到400hb以上。mo含量大于0.2％，cr含量大于0.5％时效果明显，mo、cr含量随厚度增加而适当增加，但mo价格昂贵，mo、cr过多加入，还会使焊接性降低，因此本发明控制cr：0.5～0.7％、mo：0.2～0.4％。b：钢中加入微量的硼可极大的提高淬火淬透性，由于硼的加入量很小，且在钢液中与氧、氮有较强的亲和力，很容易与其发生化合反应，从而失去提高淬透性的作用。因此冶炼时加硼之前应尽量降低钢水中氧和氮的含量，但b含量过多时(≥0.0025％)易在晶界处富集，会降低晶界结合能，使钢板在受到冲击载荷时更倾向于沿晶断裂，降低钢板的低温冲击吸收功。因此，本发明中b的加入量为0.0005～0.0022％，且[n]≤0.0040％，[o]≤0.0020％。als：在钢中的主要作用是脱氧，细化钢板的晶粒，降低钢板回火脆性，固定钢中自由n，改善焊接热影响区的韧性，als加入量大于0.015％，效果明显，但是加入过多的als(大于0.045％)会在钢中形成大量弥散的氧化物夹杂，损害钢板的低温韧性，因此钢中als的加入量控制在0.015～0.045％p、s：都为钢中的有害元素。磷在钢中容易造成偏析，s在钢中容易形成mns夹杂物带，都对钢板的机械性能和焊接性能具有巨大的损害，理论上二种元素越低越好，但考虑到炼钢成本及可操作性，将有害元素控制在：p≤0.015％,s≤0.005％。一般低中合金高强度耐磨钢板采用离线淬火加低温回火的工艺生产，本发明钢板的特点是不需进行离线淬火及回火热处理，钢板轧制后在线淬火配合余温回火，钢板轧态性能即达到超高的强度和硬度；一种耐热耐磨用钢板的生产方法，其特征在于：包括铁水预处理—转炉冶炼—精炼—真空脱气—微ti处理—b合金化—连铸—堆垛缓冷—带温清理—板坯加热—轧制—在线淬火—堆垛缓冷—检验入库；具体步骤如下：转炉冶炼，通过顶吹或顶底复合吹炼；进行精炼处理，并进行微合金化，控制钢中杂质含量在上述成分范围；精炼时要控制钢水[n]≤0.0040％，[o]≤0.0020％，加ti微合金化；连铸采用电磁搅拌，减少元素偏析；连铸后需堆垛缓冷不小于72小时，缓冷可有效去除钢坯中的氢含量和铸造内应力，避免裂纹的产生；缓冷后进行板坯带温清理，进一步减少铸造缺陷，清理时板坯温度要控制在100～200℃，可避免切割裂纹的发生；轧前加热温度1200℃～1250℃，为保证ti能充分固溶，加热时间需控制在1.5-2分/厘米；轧制时采用两阶段控轧，目的在于充分细化热轧态组织,第一阶段轧制开轧温度控制在1050～1100℃，终轧温度控制在980～1050℃；第一阶段轧制过程中，奥氏体发生动态再结晶、静态再结晶和动态回复的过程，细化了奥氏体晶粒；第二阶段轧制开始温度控制在不大于930℃；终轧温度控制在810～850℃。第二阶段奥氏体进一步细化且富集了大量的位错，为在线淬火或相变提供了大量细小的单元位置，利于淬火后形成细小的马氏体组织。本发明的特征在于采用二阶段控轧工艺充分细化钢板的组织，有利于钢板在线淬火后获得高的硬度和较好的韧性；本发明的工艺特征为在线淬火入水温度780～840℃，冷却速度不小于10℃/s，返红温度为150～250℃，轧后下线堆垛或进槽缓冷，利用余温进行自回火，时间不小于24小时，既可有效减少淬火应力避免钢板淬火开裂，又减少了回火热处理，缩短了工艺流程，提高了生产效率，降低了生产成本。按上述技术方案生产的高强度钢板具有以下有益效果：1)以低成本的ti、b复合为主要强硬化手段，复合添加其它常用合金元素，成分简单，合金含量相对较低；2)具有很高的常温硬度和高温耐磨性能，钢板在不大于500℃回火后表面硬度仍大于hb400，，可在中等耐热耐磨工况下使用；3)采用在线淬火余温回火的生产工艺，不需离线热处理；降低了生产成本，提高了生产效率，还可保证钢板水冷后不开裂；4)生产工艺简单，不需专用热处理设备。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。根据本发明的化学成分及生产工艺，冶炼本发明的钢种实际化学成分如表1，本发明钢实例的实际轧制工艺参数如表2，本发明钢实例的热轧态及在250～500℃的实际硬度见表3。表1本发明钢种的冶炼成分实例，wt％p≤0.015％，s≤0.005％表2本发明钢实例的实际轧制工艺参数表3本发明钢实施例的硬度序号热轧250℃300℃400℃500℃1579575552469418256156554247242035565595254654094545546512456401当前第1页12