一种适于-40℃环境使用的HB450级耐磨钢及生产方法与流程

本发明涉及一种机械工程用耐磨钢及生产方法，具体属于一种适于-40℃环境使用的hb450级耐磨钢及方法。

背景技术：

1、低合金高强度耐磨钢应用于冶金、矿山、建材、铁路、电力、煤炭等机械装备中，当前耐磨钢-40℃低温韧性只能达到10～20j水平，难以满足低温环境应用要求。

2、中国专利公开号为cn102605234a的文献，公开了《一种耐磨钢板及其制造方法》，其成分重量百分比为：c：0.08-0.24％、si：0.10-0.30％、mn：0.70-1.70％、p：≤0.050％、s：≤0.030％、cr：≤1.00％、mo：≤0.60％、al：0.01-0.10％、b：0.0005-0.0040％、ti：0.005-0.06％，且满足：0.15≤cr+mo≤1.20％，0.011％≤al+ti≤0.15％，余量为fe和不可避免的杂质。采用铸造-控轧-调质热处理工艺生产，性能优良，适用于制造工程机械中易磨损设备，不足之处在于耐磨钢强度达1200mpa～1400mpa级别，较高的强度会恶化低温韧性，如应用于-40℃低温环境下，会产生开裂的风险。

3、由于耐磨钢主要采用组织强化来保证组织和性能，马氏体强度高，淬火后原始奥氏体晶粒粗大，导致耐磨钢强度通常高达1200mpa～1400mpa级别，但低温回火后的韧性较差，强韧性难以同时满足。

4、可见，现有耐磨钢存在低温韧性差易开裂等技术问题，因此有必要重新设计成分、工艺，提高产品质量和生产效率。

技术实现思路

1、本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种在保证产品硬度hb不低于420、屈服强度不低于1150mpa、抗拉强度不低于1270mpa、延伸率不低于9％前提下，-40℃冲击功不低于45j，且组分简单的采用csp生产的hb450级耐磨钢及生产方法。

2、实现上述目的的措施：

3、一种适于-40℃环境使用的hb450级耐磨钢，其组分及重量百分比含量为：c：0.15～0.22％，mn：0.2～1.3％，p≤0.020％，s≤0.010％，als：0.03～0.06％，nb：0.010～0.02％，si：≤0.1％或cr：≤0.3％或b：≤0.0003％或其中两种及两种以上的复合添加，其余为fe及杂质。

4、优选地：mn的重量百分比含量为0.30～1.20％。

5、优选地：als的重量百分比含量为0.04～0.06％。

6、优选地：si的重量百分比含量≤0.06％。

7、优选地：cr的重量百分比含量≤0.20％。

8、优选地：b的重量百分比含量≤0.002％。

9、一种适于-40℃环境使用的hb450级耐磨钢的生产方法，其步骤：

10、1)常规冶炼并浇铸成坯，控制铸坯厚度在40～80mm；

11、2)对铸坯常规加热后进行热轧，控制终轧温度ft7按800～830℃，卷取温度ct按550～580℃控制

12、3)经常规卷取后连续开卷并进行淬火，控制淬火温度在800～850℃，控制淬火时间在5～10分钟；

13、4)进行高速冷却，在冷却速度为50～100℃/s下冷却至50～150℃；

14、5)按定尺横切后进行回火，控制回火温度在150～200℃，回火时间在10～30min；

15、6)自然冷却至室温。

16、优选地：终轧温度ft7温度在808～825℃，卷取温度ct温度在557～575℃。

17、优选地：淬火温度在807～845℃。

18、优选地：回火温度在156～195℃。

19、本发明中各元素及主要工艺的作用及机理

20、c：c是提高材料强度最廉价的元素，随着含碳量增加，硬度、强度提高，但塑韧性和焊接性能降低。综合考虑，c重量百分含量为0.15～0.22％即可。

21、si：si能降低碳在铁素体中的扩散速度，促进铁素体形成，也会恶化表面质量。综合考虑，si重量百分含量为0～0.1％为宜。

22、mn：mn显著降低ar1温度、奥氏体分解速度，提高过冷奥氏体稳定性，促进奥氏体释放应力，增加最终组织中的残余奥氏体含量，提高冷弯性能，但mn含量若太高，会增加回火脆性，导致严重中心偏析，综合考虑，mn重量百分含量为0.2～1.3％为宜。

23、als：als在钢中可脱氧，降低夹杂物含量，也能起到细化晶粒的作用，综合考虑，als在0.03～0.06％。

24、nb：nb在钢中与c、n具有极强的亲和力，形成稳定的nb(c，n)化合物，在控制轧制过程中诱导析出，沿奥氏体晶界弥散分布，作为相变的形核质点，可有效阻止再结晶，提高铁素体形核率，对细化晶粒作用显著，综合考虑，nb重量百分含量为0.010～0.020％为宜。

25、cr：cr能提高淬透性，也能提高回火稳定性，降低得到马氏体的冷速，但过高的cr降低加工性和焊接性，综合考虑，cr重量百分含量为0～0.3％为宜。

26、b：钢中加入微量的b可极大提高淬透性，但b过多时，易在晶界富集，会降低晶界结合能，使钢板受到冲击载荷时更倾向于沿晶断裂，降低钢板的低温冲击功，因此，本发明中b的加入量为≤0.0003％。

27、p、s：p、s是钢中有害的杂质元素，钢中p易在钢中形成偏析，降低钢的韧性和焊接性能，s易形成塑性硫化物，使钢板产生分层，恶化钢板性能，故p、s含量越低越好，综合考虑，将钢的p、s含量为p≤0.020％，s≤0.010％。

28、本发明之所以控制终轧温度ft7温度在800～830℃，优选地在808～825℃，是由于当终轧温度较高时，易引起晶粒粗大，在较低的终轧温度时，有利于轧制过程中的晶粒细化，而当终轧温度低于808℃时，容易造成混晶，影响最终组织和性能。

29、本发明之所以控制卷取温度ct温度在550℃～580℃，优选地在557～575℃，是由于钢卷厚度较薄，当卷取温度低于557℃时，难以抵抗热应力，恶化钢板板形和卷形，当卷取温度高于575℃时，冷却阶段的冷却速度不够，奥氏体晶粒粗大，对于成品的性能也有不利影响。

30、本发明之所以控制淬火温度在800～850℃，控制淬火时间在5～10分钟，是由于当淬火温度低于800℃时，钢板不能完全奥氏体化，钢板会出现混晶组织，影响成品钢板的组织、性能均匀性，当淬火温度高于850℃时，原始奥氏体晶粒粗大，转变成马氏体后，板条尺寸大，韧性受到严重影响。

31、本发明之所以控制在冷却速度为50～100℃/s下冷却至50～150℃，是由于在此工艺下，能够防止奥氏体在冷却过程中长大，同时在冷却过程中，急冷至马氏体区域，得到均匀细小的马氏体组织。另外，冷却至50～150℃时，有利于残余奥氏体的稳定化，保证最终韧性的提升。

32、本发明之所以控制控制回火温度在150～200℃，回火时间10～30分钟，是由于当回火温度低于150℃或回火时间低于10min，回火效果不佳，对于板形和内应力的改善能力弱，当回火温度高于200℃或回火时间高于30min，马氏体中过饱和的碳易析出，固溶度下降，强度和硬度的影响较大，性能不合的风险较大。

33、本发明与现有技术相比，本发明在保证产品硬度hb不低于420、屈服强度不低于1150mpa、抗拉强度不低于1270mpa、延伸率不低于9％前提下，-40℃冲击功不低于45j，且组分简单。