本发明属于合金钢领域，具体地，本发明涉及一种中厚规格高硬度、高耐磨性(ti，zr)c颗粒增强型耐磨钢板及其制备方法。
背景技术：
耐磨钢的分类有锰钢系列和合金耐磨钢系列。其中锰钢类耐磨钢的使用条件为高应力条件，靠强烈的冲击载荷或挤压载荷使表面加工硬化，从而使材料强韧兼备。而绝大部分耐磨钢的服役条件为低应力工况，因此合金耐磨钢采用mn、cr、mo等合金或微合金元素进行合金化处理，这样得到强韧兼备的马氏体或贝氏体型耐磨钢。合金类耐磨钢的耐磨性的提高要借助于c及合金元素含量的增加，这会恶化材料的焊接、加工和使用性能。为了在不显著增加合金元素含量的情况下改善钢的耐磨性，最近新提出了“tic粒子增强型复相组织高塑性耐磨钢板”的思路，但这种新设计的耐磨钢也有一些不足的地方，例如cn105018844a“低成本高韧性超级耐磨钢及其制备方法”cn104388821a“tic粒子增强型复相组织高塑性耐磨钢板及其制造方法”cn105483539a“一种超硬粒子增强型奥氏体耐磨钢板及其制造方法”，成分中为了在同等硬度条件下提高耐磨性而设计了很高的ti含量或c含量，且tic作为单一强化相颗粒密度与钢铁相密度相差较大，在钢液中形成时容易偏聚，从而造成钢中tic粒子尺寸偏大，热处理过程又不能对tic颗粒尺寸进行有效的调控，容易导致钢板内部残余应力分布不均匀。目前还没有ti-zr-c颗粒增强型耐磨钢的研究，本发明采用ti、zr复合并进行更为合理的成分设计和工艺路径设计，以改善颗粒粒径及分布均匀性，同时提高耐磨钢硬度和耐磨性。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种高硬度、高耐磨性且成本较低的ti-zr-c颗粒型耐磨钢板。本发明钢板的组织为板条马氏体与ti-zr-c粒子的复相组织。ti-zr-c粒径为1～5μm，钢板硬度395～430hv，耐磨性优于同级别普通耐磨钢。
为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种ti-zr-c颗粒增强型耐磨钢板，所述耐磨钢板的化学成分按重量百分比设计为：c0.12～0.25％、si0.2～0.4％、mn1.0～2.5％、p0.007～0.01％、ti0.10～0.20％、s0.0015～0.003％、ni0.15～0.30％、mo0～0.01％、nb0.01～0.02％、cr0.10～0.40％、v0～0.01％，zr0.008～0.010％，余量为fe及不可避免的夹杂。
其中ti和zr质量百分比之和应满足如下关系式：
0.214c+0.057mn+0.086ni+0.129cr≤ti+zr≤0.225c+0.029mn+0.058ni+0.159cr，所述关系式中的各元素代表相应元素在所述钢板中的重量百分含量。
本发明还提供了上述的ti-zr-c颗粒增强型耐磨钢板的制备方法，所述制备方法依次包括下述步骤：冶炼、浇铸、加热、控制轧制、热处理；
其中：
1)加热：钢锭在加热炉中加热，加热温度1200～1250℃，加热时间1～3h；
2)控制轧制：粗轧2～5道次，精轧2～5道次，轧制后钢板空冷至室温；
3)钢板热处理：淬火加热温度880～920℃，加热时间20～50min，加热后水淬到室温，回火加热温度200～600℃，加热时间30～70min，加热后空冷到室温。
更详细地，一种(ti，zr)c颗粒增强型耐磨钢板的制备方法，所述制备方法包括下列步骤：
1)采用上述成分炼钢后浇注成钢锭，对设定成分控制范围的钢锭进行加热、轧制，加热温度控制在1200～1250℃，加热时间1～3h；
2)加热后将钢锭轧制成12mm板材，粗轧开轧温度为1050～1120℃，道次压下率31％，累计压下率62％，精轧开轧温度为950℃，道次压下率20％，累计压下率为40％，轧制后钢板空冷至室温；
3)对冷至室温的钢板要进行“淬火+回火”处理，淬火加热温度900℃，加热时间20～50min，水淬到室温，回火加热温度200～400℃，加热时间30～70min，回火后空冷到室温。
本发明的优点在于：
1)低碳、低钛、微锆成分设计。低碳可减少钢的碳当量，低钛是在提高耐磨性的同时合理降低颗粒增强相尺寸，锆不但能阻止奥氏体晶粒长大、细化组织，同时zrc与tic物理性能接近，很容易与tic共格，zrc密度为6.70g/cm3，与钢液密度较为接近，与tic共格相一起对增强相在钢液中的均匀分布有利。
2)良好的组织均匀性。钛、锆、铌的微合金化均能阻止奥氏体晶粒长大、细化组织，提高组织均匀性。同时，锆、钼、铬等元素设计提高淬透性，改善表-芯组织的不均匀性。
3)颗粒增强相尺寸合适且分布均匀。采用合理的成分设计、轧制及热处理工艺对ti-zr-c颗粒增强相颗粒尺寸及分布进行合理控制，ti-zr-c颗粒尺寸为1～5μm，钢中增强相没有明显的团聚现象。
4)较高的硬度和耐磨性。钢板表面硬度最高能达到430hv，耐磨性相比同级别耐磨钢最高能增加23.8％。
附图说明
图1为实施例1中普通耐磨钢扫描电镜图；
图2为实施例1中颗粒增强型耐磨钢中ti-zr-c颗粒扫描电镜图；
图3为实施例1中颗粒增强型耐磨钢的eds图；
图4为实施例2中颗粒增强型耐磨钢中ti-zr-c颗粒扫描电镜图；
图5为实施例2中颗粒增强型耐磨钢的eds图；
图6为实施例3中颗粒增强型耐磨钢中ti-zr-c颗粒扫描电镜图；
图7为实施例3中颗粒增强型耐磨钢的eds图。
具体实施方式
本说明书中公开得任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或者类似特征中的一个例子而已。所述仅仅是为了帮助理解本发明，不应该视为对本发明的具体限制。
下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
颗粒增强型耐磨钢：
颗粒增强型耐磨钢化学成分按重量百分数计，c0.22％、si0.25％、mn0.98％、ni0.22％、nb0.016％、ti0.17％、cr0.20％、b0.0012％、zr0.009％，余量为fe及不可避免夹杂，钢锭尺寸80*100*300mm3。
把钢锭在1220℃加热，加热时间2h，进行两阶段控制轧制。粗轧开轧温度是1087℃，2道次变形量为62％，中间坯厚度控制在30mm。精轧开轧温度为956℃，经2道次轧制后，达到最终产品厚度12mm。终轧后进行空冷至室温。
对冷却至室温的钢板进行900℃淬火处理，加热时间30min，然后水淬到室温。
对淬火后的钢板进行200℃回火热处理，加热时间50min，钢板表面硬度为431hvhv，在磨损试验机上测试磨损性能，失重为0.0623g。所得耐磨钢板的扫描电镜图如图2所示，eds图如图3所示，从图2可以看出淬火后200℃回火热处理后钢板内部ti-zr-c颗粒的形貌及尺寸，颗粒尺寸约为1.5μm，无团聚现象，从图3可以看出颗粒的组成主要有zr、ti、c。
普通耐磨钢：
普通耐磨钢化学成分按重量百分数计，c0.17％、si0.22％、mn1.18％、ni0.23％、ti0.012％、cr0.36％、b0.002％、mo0.2％，余量为fe及不可避免夹杂，钢锭尺寸80*100*300mm3。
把钢锭在1220℃加热，加热时间2h，进行两阶段控制轧制。粗轧开轧温度是1091℃，2道次变形量为62％，中间坯厚度控制在30mm。精轧开轧温度为952℃，经2道次轧制后，达到最终产品厚度12mm。终轧后进行空冷至室温。
对冷却至室温的钢板进行900℃淬火处理，加热时间30min，然后水淬到室温。
对淬火后的钢板进行200℃回火热处理，加热时间50min，钢板表面硬度为444hv，在磨损试验机上测试磨损性能，失重为0.0714g。所得钢板的扫描电镜图如图1所示，从图1可以看出普通耐磨钢的组织为板条马氏体。
实施例2
颗粒增强型耐磨钢：
颗粒增强型耐磨钢化学成分按重量百分数计，c0.22％、si0.25％、mn0.98％、ni0.22％、nb0.016％、ti0.17％、cr0.20％、b0.0012％、zr0.009％，余量为fe及不可避免夹杂，钢锭尺寸80*100*300mm3。
把钢锭在1220℃加热，加热时间2h，进行两阶段控制轧制。粗轧开轧温度是1087℃，2道次变形量为62％，中间坯厚度控制在30mm。精轧开轧温度为956℃，经2道次轧制后，达到最终产品厚度12mm。终轧后进行空冷至室温。
对冷却至室温的钢板进行900℃淬火处理，加热时间30min，然后水淬到室温。
对淬火后的钢板进行300℃回火热处理，加热时间50min，钢板表面硬度为406hv，在磨损试验机上测试磨损性能，失重为0.0684g。所得耐磨钢板的扫描电镜图如图4所示，eds图如图5所示，从图4可以看出淬火后300℃回火热处理后钢板内部ti-zr-c颗粒的形貌及尺寸，颗粒尺寸约为2μm，无团聚现象，从图5可以看出颗粒的组成主要有zr、ti、c。
普通耐磨钢：
普通耐磨钢化学成分按重量百分数计，c0.17％、si0.22％、mn1.18％、ni0.23％、ti0.012％、cr0.36％、b0.002％、mo0.2％，余量为fe及不可避免夹杂，钢锭尺寸80*100*300mm3。
把钢锭在1220℃加热，加热时间2h，进行两阶段控制轧制。粗轧开轧温度是1091℃，2道次变形量为62％，中间坯厚度控制在30mm。精轧开轧温度为952℃，经2道次轧制后，达到最终产品厚度12mm。终轧后进行空冷至室温。
对冷却至室温的钢板进行900℃淬火处理，加热时间30min，然后水淬到室温。
对淬火后的钢板进行300℃回火热处理，加热时间50min，钢板表面硬度为425hv，在磨损试验机上测试磨损性能，失重为0.0861g。
实施例3
颗粒增强型耐磨钢：
颗粒增强型耐磨钢化学成分按重量百分数计，c0.22％、si0.25％、mn0.98％、ni0.22％、nb0.016％、ti0.17％、cr0.20％、b0.0012％、zr0.009％，余量为fe及不可避免夹杂，钢锭尺寸80*100*300mm3。
把钢锭在1220℃加热，加热时间2h，进行两阶段控制轧制。粗轧开轧温度是1087℃，2道次变形量为62％，中间坯厚度控制在30mm。精轧开轧温度为956℃，经2道次轧制后，达到最终产品厚度12mm。终轧后进行空冷至室温。
对冷却至室温的钢板进行900℃淬火处理，加热时间30min，然后水淬到室温。
对淬火后的钢板进行400℃回火热处理，加热时间50min，钢板表面硬度为395hv，在磨损试验机上测试磨损性能，失重为0.0685g。所得耐磨钢板的扫描电镜图如图6所示，eds图如图7所示，从图6可以看出，淬火后400℃回火热处理后钢板内部ti-zr-c颗粒的形貌及尺寸，颗粒尺寸约为4～5μm，无团聚现象，从图7可以看出颗粒的组成主要有zr、ti、c。
普通耐磨钢：
普通耐磨钢化学成分按重量百分数计，c0.17％、si0.22％、mn1.18％、ni0.23％、ti0.012％、cr0.36％、b0.002％、mo0.2％，余量为fe及不可避免夹杂，钢锭尺寸80*100*300mm3。
把钢锭在1220℃加热，加热时间2h，进行两阶段控制轧制。粗轧开轧温度是1091℃，2道次变形量为62％，中间坯厚度控制在30mm。精轧开轧温度为952℃，经2道次轧制后，达到最终产品厚度12mm。终轧后进行空冷至室温。
对冷却至室温的钢板进行900℃淬火处理，加热时间30min，然后水淬到室温。
对淬火后的钢板进行400℃回火热处理，加热时间50min，钢板表面硬度为400hv，在磨损试验机上测试磨损性能，失重为0.0899g。
普通耐磨钢扫描电镜照片显示为马氏体板条组织，颗粒增强型耐磨钢回火后扫描电镜照片显示除了马氏体板条外还存在大量ti-zr-c颗粒，颗粒粒径大小为1～5μm，颗粒分布均匀，无明显团聚现象。
从上述实施例可知，本发明ti-zr-c颗粒增强型耐磨钢的制造方法，通过合理的成分设计，采用轧制、淬火+回火工艺，可以生产出高硬度、高耐磨性的颗粒增强型耐磨钢。
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。