一种残余应力为50‑100MPa的耐磨钢板及其制备方法与流程

本发明属于钢板制备
技术领域：
，具体地，本发明涉及一种残余应力为50-100mpa的耐磨钢板及其制备方法。
背景技术：
：耐磨钢是广泛用于各种磨损工况的耐磨材料，随着生产工艺技术的进步，新的耐磨钢钢种层出不穷，其冶炼、铸造、热处理和机加工工艺不断改进，耐磨钢的综合力学性能、耐磨性能和使用寿命都在逐步提高，其应用领域日渐扩大。常制成工程机械、矿山机械、煤矿机械、破碎机等机械零件广泛地应用于冶金、矿山、建材、电力、铁路和军事等各个部门中，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、破碎机颚板、破碎壁、轧臼壁、拖拉机履带板、风扇磨冲击板和铁路道岔等。耐磨钢生产通常需要通过淬火将奥氏体转变为马氏体组织以达到所要求的强度和硬度，淬火时由于相变产生了大量的残余应力，在使用过程中极易出现开裂的质量问题，为了防止由于淬火残余应力导致的开裂质量缺陷，通常采用淬火后加低温回火处理以达到消除残余应力的目的，但回火处理生产周期长、生产成本高，造成了大量的人力、物力及财力浪费。本领域一般将残余应力低于150mpa的钢专称为低残余应力钢。在本发明之前，中国专利公开号cn101451220a即舞阳钢铁有限责任公司申请的“一种高强度耐磨钢钢板”，该钢中添加化学成分0.01～0.06％的nb，这造成了钢材的成本较高，且淬火后需要回火处理，生产工艺复杂、流程长。中国专利公开号cn101649474a宝山钢铁股份有限公司申请的“一种低合金易焊接耐磨钢、钢板及其制造方法”、中国专利公开号cn101638755a东北大学申请的“高韧性超高强度耐磨板及其生产方法”、中国专利公开号cn101698900a北京科技大学申请的“一种低合金超高硬度耐磨钢板生产工艺方法”、中国专利公开号cn102021492a鞍钢股份有限公司申请的“一种低碳低合金耐磨钢及其生产方法”，所涉及的耐磨钢淬火后均需要回火处理，生产工艺复杂、流程长、成本高。技术实现要素：针对现有技术的上述不足，本发明的一个目的在于提供一种残余应力为50-100mpa的耐磨钢板，本发明的另外一个目的在于提供上述钢板的制备方法，在满足表面布氏硬度hbw340～hbw440的基础上，工艺不需进行回火处理，实现了低残余应力、短流程、低成本生产及组织形态为马氏体的综合组织性能指标需要。为达到上述目的，本发明公开了一种低残余应力耐磨钢板，其化学成分及其重量百分含量为：c0.10～0.21％，si0.20～0.60％，mn1.0～1.40％，cr0.15～0.50％，ti0.015～0.040％，p≤0.015％，s≤0.003％，b0.0010～0.0025％，al0.015～0.045％，h≤0.00015％，n≤0.0035％，余量为fe和不可避免的夹杂物，且cr元素满足0.491c+0.31mn+0.101b≥cr≥0.213c+0.109mn+0.0032b。其中，本发明中各种元素的作用如下：c：是对钢板强度、硬度、韧性及其淬透性影响较大，较高的c含量会增加钢的强度、硬度和淬透性，但对韧性产生恶化作用。因此，本发明中，c含量控制在0.10～0.21％的范围内。si：对钢板的强度，耐磨性以及焊接性能也具有影响。硅在钢中起固溶强化的作用，固溶于铁素体和奥氏体中，可提高它们强度和硬度，在常见的固溶元素中，si的固溶强化作用强于mn、ni、cr、w、mo以及v等。另外，硅可以减少摩擦发热时的氧化作用，提到钢的冷变形硬化率和耐磨性，换言之，钢的耐磨性能会随硅含量的增加而提高。但是硅含量过高会导致钢的韧性下降，同时，硅与氧的亲和力比铁强，焊接时容易产生低熔点的硅酸盐，会增加熔渣和熔化金属的流动性，影响焊接性能。因此，优选地，si含量控制在0.20～0.60％的范围内。mn：能够增加钢的韧性，强度，硬度，以及提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能；但是锰具有较高的偏析倾向，因此锰含量不易过高，同时锰含量过高也会减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。因此，优选地，mn含量控制在1.0～1.40％的范围内。p和s：是钢中的有害元素，可影响钢的脆性。硫在钢中可与锰形成塑性夹杂物硫化锰，对钢板的横向塑性和韧性具有较大影响；同时磷也严重影响钢板的塑性和韧性。换言之，对于本发明而言，磷和硫的含量越低越好，但是在实际生产过程中，磷和硫均不可避免，因此，优选地，p含量≤0.015％、s含量≤0.003％。ti：可与碳、氮形成细小的含钛化物，可阻碍连铸坯再加热过程中奥氏体晶粒的粗化进而细化晶粒，可提高钢板的焊接性能，同时ti也是铁素体强化元素，可固溶于铁素体中提高铁素体的强度，其强化作用高于al、mn、ni、以及mo等。因此，优选地，ti含量控制在0.015～0.040％的范围内。cr：可提高钢板的强度，硬度和耐磨性，改善钢板的抗腐蚀能力。由于铬在奥氏体中的溶解度较大，淬火后在马氏体中大量固溶，并在随后的回火过程中会析出含铬碳化物，可提高钢的强度和硬度。同时又由于固溶强化基体，细化组织，可显著提高钢的抗氧化能力，增加其抗腐蚀能力。因此，cr含量优选控制在0.15～0.50％的范围内。b：可以改善钢板的致密性和热轧性能，提高钢板淬透性，提高强度。本发明中，b含量控制在0.0010～0.0025％的范围内。al：的主要作用是脱氧，在钢中可以细化晶粒，提高钢板的冲击韧性。但是铝含量过高会导致铝的氧化物夹杂增加，降低钢的纯净度，同时还影响钢的热加工性能，焊接性能。因此，本发明的al含量控制在0.015～0.045％的范围内。h：由氢引起的氢脆和白点是中厚板材的常见缺陷，容易造成钢的强度，特别是钢的塑性和韧性显著下降，使钢变脆易于开裂，氢也是钢中白点产生的根本原因。因此，本发明要求氢含量≤0.00015％。n：氮是钢中非常重要的强化元素，固溶于钢中基体相可以阻碍结晶和再结晶晶粒的长大，起到细晶强化的作用；还可以与钢中的其它合金元素或微合金元素形成氮化物，提高钢的强度和耐磨性。钢中过多的氮对钢的性能尤其是焊接性能是十分不利的，但控制过严会大幅增加生产成本，因此，本发明要求氮含量在≤0.0035％。本发明提供的特厚规格耐磨钢板的制备方法包括以下步骤：1)冶炼：将钢水经脱硫、转炉炼钢、精炼、真空脱气炉真空处理；2)浇铸：将步骤1)处理后的钢水送连铸机，连铸采用全程氩气保护浇铸；3)板坯加热：加热后进行轧制；4)轧制：利用宽厚板轧机完成精轧、粗轧两阶段轧制；5)淬火处理：加热至完全奥氏体化后经淬火机进行淬火；6)矫直：淬火后钢板进行带温矫直。作为上述方法一种更好的选择，所述步骤1)中，转炉底吹全程吹氩气。作为上述方法一种更好的选择，所述步骤1)中，浇注过热度不大于25℃。作为上述方法一种更好的选择，所述步骤4)中，精轧终轧温度850℃～950℃，轧后空冷。作为上述方法一种更好的选择，所述步骤5)中，钢板淬火温度为860～910℃，保温5～20min，淬火终冷温度为150～250℃。作为上述方法一种更好的选择，所述步骤6)中，淬火后的钢板矫直温度控制在80～200℃，矫直道次为1～5道，压下量1～6mm，矫直力600～1000吨。本发明中典型的制备耐磨钢板的方法包括如下的步骤：1)冶炼：将钢水经脱硫、转炉炼钢底吹全程吹氩气、精炼、真空脱气炉真空处理；2)浇铸：将步骤1)处理后的钢水送连铸机，连铸采用全程氩气保护浇铸，浇注过热度不大于25℃；3)板坯加热：加热后进行轧制；4)轧制：利用宽厚板轧机完成精轧、粗轧两阶段轧制，终轧温度为850～950℃；5)淬火处理：加热至完全奥氏体化后经淬火机进行淬火，淬火为860～910℃，保温时间为5～20min，淬火终冷温度为150～250℃；6)矫直：淬火后钢板进行带温矫直，矫直温度为80～200℃，矫直道次为1～5道，压下量1～6mm，矫直力为600～1000吨。由于本发明中科学合理的设计了碳及合金元素含量，通过微合金元素的细化强化作用及控制轧制控制冷却过程的细化强化效果，使得钢板具有优异的力学性能(强度高、硬度高等)和焊接性能。为了更好的满足用户对8-40mm耐磨钢板的使用要求，同时满足良好硬度及其焊接性能要求，本发明公开了一种特厚规格耐磨钢板，该产品及生产技术满足了厚度hbw340～hbw440硬度区间的耐磨钢板的长效使用要求。本发明利用4300mm宽厚板双机架可逆式两阶段轧制技术，轧后采用高精度淬火热处理技术，获得了马氏体组织形态的8～40mm低残余应力耐磨钢板，硬度为hbw340～hbw440，钢板残余应力100mpa以内(60-100mpa)，综合性能优异，制备方法简便实用。本发明与现有技术相比具有如下的改进：1)从化学成分上看，本发明涉及的耐磨钢的化学成分除c、si、mn、cr、b等元素外，没有添加价格昂贵的nb、v、mo、ni等微合金元素元素，具有合金成本低廉等特点；2)从生产流程上看，本发明涉及的耐磨钢板经过淬火和矫直后，不进行回火处理，生产流程短，工艺成本低，易于操作；3)从产品性能上看，本发明涉及的耐磨钢板具有高强度、高硬度兼备和回火等同效果的低残余应力特点；本发明涉及的低残余应力耐磨钢板具有较明显的优势，并且研发低成本、力学性能佳、工艺简单，符合社会经济和钢铁工业发展的必然趋势。附图说明图1-图4分别为本发明实施例1-实施例4的组织图。具体实施方式下面具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明中，除非另有指明，含量均指重量百分比含量。如下实施例中制备残余应力为50-100mpa的钢板的方法包括如下的步骤：1)冶炼：将钢水经脱硫、转炉炼钢底吹全程吹氩气、精炼、真空脱气炉真空处理；2)浇铸：将步骤1)处理后的钢水送连铸机，连铸采用全程氩气保护浇铸，浇注过热度不大于25℃；3)板坯加热：加热后进行轧制；4)轧制：利用宽厚板轧机完成精轧、粗轧两阶段轧制，终轧温度为850～950℃；5)淬火处理：加热至完全奥氏体化后经淬火机进行淬火，淬火为860～910℃，保温时间为5～20min，淬火终冷温度为150～250℃；6)矫直：淬火后钢板进行带温矫直，矫直温度为80～200℃，矫直道次为1～5道，压下量1～6mm，矫直力为600～1000吨。为实现本发明提供厚度在8-40mmhbw340～hbw440硬度区间的残余应力100mpa以内的耐磨钢板。本发明按表1所示化学成分进行转炉冶炼并浇注成连铸坯，将连铸坯温装、加热后在宽厚板生产线轧机轧制，轧后对钢板进行淬火和矫直处理。铸坯加热温度、终轧温度、淬火加热温度、矫直等主要工艺参数及硬度指标见表2。表1本发明实施例1-4低残余应力耐磨钢板的化学成分(wt.％)实施例1234c0.190.150.170.14si0.450.300.250.53mn1.211.151.251.28cr0.350.310.400.20ti0.0180.0220.0250.033p0.0110.0120.0100.013s0.0020.0010.0010.001b0.00180.0020.00220.0024al0.0150.0200.0180.022n0.00300.00250.00220.0028h0.00010.000110.00010.0001表2本发明实施例1-4特厚规格耐磨钢板主要生产工艺参数通过实施例1-4及相应检测结果可以看出，按照本发明成分设计、轧制工艺及热处理工艺要求所生产的耐磨钢板，硬度在hbw340-440之间，钢板具有优异的强度、硬度，不需进行回火处理，钢板在使用过程中不会出现开裂问题，实现了8～40mm残余应力100mpa以内的耐磨钢板制造，生产工艺流程短，成本低，制备方法简便实用，更好的满足用户使用期望，采用本发明的生产技术所制造的产品填补了国内空白，因此，本发明的耐磨钢板具有较明显的优势。本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。当前第1页12