專利名稱：一種耐熱耐磨鋼板及其制造方法
技術領域：
本發明涉及耐磨鋼，特別是涉及一種耐熱耐磨鋼板及其制造方法；其力學性能:布氏硬度大于360HB，500°C下的拉伸強度大于lOOOMPa。
背景技術：
耐磨鋼板廣泛應用于工作條件特別惡劣，要求高強度，高耐磨性能的工程、采礦、農業、水泥生產、港口、電力以及冶金等機械產品上。如推土機、裝載機、挖掘機、自卸車及抓斗、堆取料機、輸料彎曲結構等。近幾十年來，耐磨鋼的開發與應用發展很快，目前普遍應用的為低合金馬氏體耐磨鋼。這種類型耐磨鋼主要通過增加碳含量并加入適量的合金元素，如鉻、鑰、鎳、釩、鎢、鈷、硼等，充分利用相變強化等強化方式提高耐磨鋼的力學性能，其主要通過淬火和低溫回火熱處理方式得到馬氏體耐磨鋼。此類鋼種存在一定弊病一在高溫環境下其強硬度均有大幅下降，進而降低耐磨性，顯著降低耐磨鋼的使用壽命，影響耐磨鋼的推廣應用。中國專利CN101451220公開了一種低碳低合金耐磨鋼，化學成分為:C:0.12-0.16%, Si:0.10-0.70%, Mn:0.90-1.50%, P 彡 0.020%, S 彡 0.010%, Ni:0.05-0.30%,
V:0.03-0.08%, Nb:0.01-0.06%, Al:0.020-0.08%, Cr:0.20-0.70%, Mo:0.1-0.50%, Ti:0.010-0.060%, B:0.0005-0.0030%，其余為Fe和不可避免的雜質；力學性能:抗拉強度彡1220MPa，硬度:360_440HB，采用淬火+低溫回火(150_250°C )熱處理工藝生產。由于其采用低溫回火工藝生產，這往往導致鋼板在高溫條件下力學性能和耐磨性能顯著降低，進而降低設備使用壽命。
發明內容
本發明的目的在于提供了一種耐熱耐磨鋼板及其制造方法，該耐熱耐磨鋼板在添加適量合金元素的基礎上，獲得了在較高溫度下仍具有較佳強硬度和耐磨性的耐熱耐磨鋼板，有益于高溫條件下各種工程上的廣泛應用。為了實現上述目的，本發明采用如下的技術方案:一種耐熱耐磨鋼板，其化學成分的重量百分比為:C:0.10-0.30%, Si:0.10-1.50%, Mn:0.50-2.00%, P 彡 0.015%, S 彡 0.010%, Cr:0.20-2.00%, Mo:0.10-1.50%,Ni ( 1.00%, V 彡 0.10%, RE ( 0.10%, W^l.00%, Al:0.010-0.080%, B:0.0005-0.0040%,Ti 彡 0.080%, Ca:0.0010-0.0080%，N 彡 0.0080%，O 彡 0.0080%，H 彡 0.0004%，其余為 Fe 和不
可避免的雜質。其典型力學性能:布氏硬度大于360HB，500°C下的拉伸強度大于lOOOMPa。上述RE代表稀土元素，具體選自La、Ce、Nd中的一種或幾種。本發明所涉及的耐熱耐磨鋼板的化學成分作用如下:碳:碳是耐磨鋼中最基本、最重要的元素，可以提高鋼的強度和硬度，進而提高鋼的耐磨性，但其對鋼的韌性和焊接性能不利，因此，本發明耐熱耐磨鋼中控制碳含量為0.10-030wt.%， 優選為 0.12-0.30wt.%。
硅:硅固溶在鐵素體和奧氏體中提高它們的硬度和強度，然而硅含量過高會導致鋼的韌性下降。另外，硅具有的抗高溫特性，能夠提高鋼的回火穩定性。本發明耐熱耐磨鋼中控制硅含量為0.10-1.50wt.%，優選的Si含量為0.20-1.50%。錳:錳強烈增加鋼的淬透性，降低耐磨鋼轉變溫度和鋼的臨界冷卻速度。但錳含量較高時，有使晶粒粗化的傾向，并增加鋼的回火脆敏感性，而且容易導致鑄坯中出現偏析和裂紋，降低鋼板的性能，本發明耐熱耐磨鋼中控制錳含量為0.50-2.0Owt.%，優選為0.50-1.80wt.%。鉻:鉻可以降低臨界冷卻速度、提高鋼的淬透性。鉻在鋼中可以形成多種碳化物，提高強度和硬度。鉻在回火時能阻止或減緩碳化物的析出與聚集，可以提高鋼的回火穩定性，本發明耐熱耐磨鋼中控制鉻含量為0.30-2.0Owt.%，優選為0.30-1.80wt.%。鑰:鑰可以細化晶粒，提高強度和韌性。鑰在鋼中存在于固溶體相和碳化物相中，因此，含鑰鋼同時具有固溶強化和碳化物彌散強化的作用。鑰是減小回火脆性的元素，可以提高回火穩定。因此本發明耐熱耐磨鋼中控制鑰含量為0.10-1.50wt.%，優選為0.20-1.30wt.%。鎳:鎳可以降低臨界冷卻速度、提高鋼的淬透性，但含量過高易導致鋼板表面氧化皮難以脫落，且成本顯著增加，本發明耐熱耐磨鋼中控制鎳含量為< 1.0Owt.%，優選為^ 0.80wt.%。釩:釩使鋼坯在加熱階段奧氏體晶粒不至于生長的過于粗大，在隨后的次軋制過程中，可以使鋼的晶粒得到進一步細化，提高鋼的強度和韌性。此外，釩在高溫下具有析出強化作用。本發明耐熱耐磨鋼中控制銀含量為< 0.1Owt.%,優選鑰;含量為0.020—0.1Owt.%。稀土 RE:在鋼中添加稀土可以減少硫、磷等元素的偏析，改善非金屬夾雜物的形狀、大小和分布，同時可以細化晶粒、強化晶界，提高強硬度及韌性。稀土的含量不易過多，否則會產生嚴重偏析，降低鑄坯質量和力學性能。因此本發明耐熱耐磨鋼中控制稀土含量為彡 0.1Owt.%，優選為彡 0.080wt.%.
鎢:鎢可以增加鋼的回火穩定性和熱強性，并可以起到一定的細化晶粒作用。此外，鎢可以形成硬質碳化物而增加鋼的耐磨性。本發明耐熱耐磨鋼中控制鎢含量為(1.0Owt.% 范圍內，優選為< 0.80wt.%。鋁:鋁可細化晶粒，固定鋼中的氮和氧，減輕鋼對缺口的敏感性，減小或消除鋼的時效現象，并提高鋼的韌性，本發明耐熱耐磨鋼中鋁含量控制在0.010-0.0SOwt.%，優選為0.020—0.080wt.%。硼:硼能增加鋼的淬透性但含量過高將導致熱脆現象，影響鋼的焊接性能及熱加工性能，因此需要嚴格控制硼的含量，本發明耐熱耐磨鋼中控制硼含量為
0.0005-0.0040wt.%，優選為 0.0005-0.0020wt.%。鈦:鈦是強碳化物形成元素之一，與碳形成細微的TiC顆粒，分布在晶界，達到細化晶粒的效果，本發明耐熱耐磨鋼中控制鈦為彡0.080wt.%，優選為0.005-0.060wt.%。鈣:鋼中加入適量鈣可將鋼中的長條狀硫化物夾雜轉變為球狀的CaS或(Ca，Mn)S夾雜，鈣所形成的氧化物及硫化物夾雜密度小，易于上浮排除。鈣還顯著降低硫在晶界的偏聚，這些都有益于提高鑄鋼的質量，進而提高 鋼的性能。本發明耐熱耐磨鋼中控制鈣含量為 0.0010-0.0080wt.%，優選為 0.0010-0.0050wt.%。磷與硫:在耐磨鋼中，硫與磷均為有害元素，它們的含量要嚴格控制，本發明所涉及鋼種中控制磷含量彡0.015wt.%，優選為彡0.012wt.% ;控制硫含量彡0.0lOwt.%，優選為硫含量< 0.005wt.%。氮、氧、氫:鋼中過多的氧、氮和氫對鋼的性能尤其對焊接性、沖擊韌性和抗裂性是十分不利的，降低鋼板的質量及使用壽命，但控制過嚴會大幅增加生產成本，因此，本發明的耐熱耐磨鋼中控制氮含量彡0.0080wt.%，優選為彡0.0050wt.% ;控制氧含量(0.0080wt.%，優選為彡 0.0050wt.% ;控制氫含量彡 0.0004wt.%，優選為彡 0.0003wt.%。本發明的耐熱耐磨鋼板的制造方法，包括如下步驟:按照上述化學成分的配比冶煉，經鑄造、加熱、軋制、淬火和回火等步驟，獲得所述耐熱耐磨鋼板；其中，所述加熱步驟中，加熱溫度為1000-1250°C，保溫時間為2-3h ;所述軋制步驟中，采用自由軋制，軋后空冷；所述淬火步驟中，淬火溫度為800-980°C，保溫時間為60-120min ;所述回火步驟中，回火溫度為400_650°C，保溫時間為30_100min。優選的，在加熱過程中，加熱溫度為1000-1200°C ;更優選的，在加熱過程中，加熱溫度為1050-1200°C ;為保證碳及合金元素充分擴散，防止奧氏體晶粒過分長大及鋼坯表面嚴重氧化，在加熱過程中，最優選的加熱溫度為1050-1150°C。優選的，在淬火步驟中，淬火溫度為820-960°C;更優選的，淬火溫度為820-950°C ;最優選的，淬火溫度為830-950°C。優選的，在回火步驟中，加熱溫度為400-630°C ;更優選的，在回火步驟中，加熱溫度為400-620°C ;最優選的，在回火步驟中，加熱溫度為400-600°C。由于本發明的耐熱耐磨鋼板科學設計了碳及合金元素的含量以及各工藝參數，通過合金元素及淬火和回火熱處理工藝的強韌化作用，使得該鋼板具有優異的力學性能和耐磨性能，尤其適用需要在高溫條件下工作的各種機械設備中易磨損部件。本發明與現有技術相比具有如下特點:1.從化學成分上看，本發明的耐熱耐磨鋼板的化學成分以中低碳低合金為主，通過采用較高的C含量(0.10-0.30%)保證耐磨鋼板具有較高的硬度及耐磨性；添加適量的Cr、Mo、V、Re和W等元素來提高鋼板的高溫抗力，保證鋼板在較高溫度(300-600°C )下仍然具有良好的強硬度，進而在較高溫度下仍然具有優異的耐磨性。2.從生產工藝上看，本發明的耐熱耐磨鋼板采用淬火加高溫回火工藝生產，保證合金元素V等化合物充分析出，進而提高鋼板在高溫下的強硬度，進而提高耐磨性能。3.從產品性能上看，本發明的耐熱耐磨鋼板在較高溫度下(300-600°C)具有高硬度及良好的耐磨性,并具有良好的機械加工性能；本發明的耐磨鋼板經高溫回火后硬度較高，大于360HB，具有良好的高溫拉伸性能，500°C下抗拉強度大于lOOOMPa，這主要是較高的碳含量及適量的合金元素能夠提高高溫下鋼板回火抗力，保持較高的強硬度，進而保證具有良好的耐磨性-本發明的耐熱耐磨鋼板具有較明顯的優勢。其控制碳和合金元素的含量，工藝簡單、力學性能佳，具有上述優勢的耐熱耐磨鋼是社會經濟和鋼鐵工業發展的必然趨勢。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明的技術方案進一步詳細描述，應當明確，實施例僅僅是對本發明具體實施方式
的描述，并不對本發明的保護范圍構成任何限制。實施例以下實施例1-10的耐熱耐磨鋼板和對比例I的鋼板，其化學成分的重量百分比如表I所示；實施例1-10的耐熱耐磨鋼板和對比例I的鋼板的制造方法為:將相應的冶煉原料依次按照如下步驟進行:冶煉一鑄造一加熱一軋制一淬火一回火，控制各實施例及對比例I中的鋼板化學元素質量百分配比，在加熱步驟中，加熱溫度為1000-1250°c ;在軋制步驟中，采用自由軋制，軋后空冷；在淬火步驟中，淬火溫度為800-980°C，保溫時間為60-120min ;在回火步驟中，回火 溫度為400-650°C，保溫時間為30_100min ;其具體工藝參數如表2所示。表I單位:重量百分比
權利要求
1.一種耐熱耐磨鋼板，其化學成分的重量百分比為:c:0.10-0.30%, S1:0.10-1.50%，Mn:0.50-2.00%, P 彡 0.015%, S 彡 0.010%, Cr:0.30-2.00%, Mo:0.10-1.50%, Ni ( 1.00%,V彡 0.10%, RE ( 0.10%, W^l.00%, Al:0.010-0.080%, B:0.0005-0.0040%, Ti ( 0.080%,Ca ( 0.0080%, N彡0.0080%, O彡0.0080%, H彡0.0004%,其余為Fe和不可避免的雜質；其力學性能:布氏硬度大于360HB，500°C拉伸強度為大于lOOOMPa。
2.如權利要求1所述的耐熱耐磨鋼板，其特征在于，RE選自La、Ce、Nd中的一種或幾種。
3.如權利要求1或2所述的耐熱耐磨鋼板，其特征在于，C:0.12-0.30% ；Si:0.20-1.50%,以重量百分比計。
4.如權利要求1或2所述的耐熱耐磨鋼板，其特征在于，Mn:0.50-1.80% ；Cr:0.30-1.80% ；Mo:0.20-1.30%,以重量百分比計。
5.如權利要求1或2所述的耐熱耐磨鋼板，其特征在于，Ni( 0.80% ；V:0.020-0.10% ；RE ( 0.08%,以重量百分比計。
6.如權利要求1所述的耐熱耐磨鋼板，其特征在于，W彡0.8% ；A1:0.020-0.080% ；B:0.0005-0.0020%,以重量百分比計。
7.如權利要求1或2所述的耐熱耐磨鋼板，其特征在于，T1:0.005-0.060% ；Ca:0.0010-0.0050%,以重量百分比計。
8.如權利要求1或2所述的耐熱耐磨鋼板，其特征在于，N^0.0050% ；0 ( 0.0050% ；H 彡 0.0003% ；P ( 0.012% ；S ( 0.005%`,以重量百分比計。
9.如權利要求1-8任一所述的耐熱耐磨鋼板的制造方法，包括如下步驟: 按照上述化學成分的配比冶煉，經鑄造、加熱、軋制、淬火和回火步驟，獲得所述耐熱耐磨鋼板；其中，所述加熱步驟中，加熱溫度為1000-1250°C，保溫時間為2-3h ;所述軋制步驟中，采用自由軋制，軋后空冷；所述淬火步驟中，淬火溫度為800-980°C，保溫時間為60-120min ;所述回火步驟中，回火溫度為400_650°C，保溫時間為30_100min。
10.如權利要求9所述的耐熱耐磨鋼板的制造方法，其特征在于，在加熱步驟中，加熱溫度為1000-1200°C;更優選的，在加熱過程中，加熱溫度為1050-1200°C ;最優選的，在加熱步驟中，加熱溫度為1050-1150°C。
11.如權利要求9所述的耐熱耐磨鋼板的制造方法，其特征在于，在淬火步驟中，淬火溫度為820-960°C;更優選的，在淬火步驟中，淬火溫度為820-950°C;最優選的，在淬火步驟中，淬火溫度為830-950°C。
12.如權利要求9所述的耐熱耐磨鋼板的制造方法，其特征在于，在回火步驟中，加熱溫度為400-630°C;更優選的，在回火步驟中，加熱溫度為400-620°C;最優選的，在回火步驟中，加熱溫度為400-600°C。
全文摘要
本發明提供了一種耐熱耐磨鋼板及其制造方法，其化學成分的重量百分比為C0.10-0.30%，Si0.10-1.50%，Mn0.50-2.00%，P≤0.015%，S≤0.010%，Cr0.20-2.00%，Mo0.10-1.50%，Ni≤1.00%，V≤0.10%，RE≤0.10%，W≤1.00%，Al0.010-0.080%，B0.0005-0.0040%，Ti≤0.080%，Ca0.0010-0.0080%，N≤0.0080%，O≤0.0080%，H≤0.0004%，其余為Fe和不可避免的雜質；其力學性能布氏硬度大于360HB，500℃拉伸強度為大于1000MPa。本發明通過各成分及淬火和回火等工藝得到的鋼板具有優異的力學性能和耐磨性能，尤其適用在高溫條件下工作的各種機械易磨損部件。
文檔編號C22C38/32GK103205650SQ20131010515
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月28日 優先權日2013年3月28日
發明者李紅斌, 姚連登, 張繼誠 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司