本發明涉及機械工程用耐磨鋼制造領域，具體地指一種布氏硬度450級抗裂紋高強度耐磨鋼及其制造方法。
背景技術：
：目前可使用的耐磨材料分為金屬和金屬化合物、陶瓷及其復合材料、塑料等三大類，其中金屬耐磨材料仍居主導地位。我國每年消耗金屬耐磨材料約達300萬噸以上。金屬材料的80％失效于磨損，因此解決磨損和延長機械設備及其部件的使用壽命成為工業界人士在設計、制造和使用各種機械設備所需要考慮的首要問題。合金馬氏體耐磨鋼其組織主要由馬氏體組成，采用Cr、Ni和Mo等元素合金化，然后通過淬火與低溫回火熱處理，獲得回火馬氏體組織。同奧氏體高錳鋼相比，在中等沖擊磨損條件下，馬氏體耐磨鋼具有更好的綜合機械性能，但缺憾之處在于，隨著硬度的增加易產生裂紋，降低了使用壽命和安全系數。技術實現要素：本發明目的是提供了一種布氏硬度450級抗裂紋高強度耐磨鋼及其制造方法，該方法制造得到綜合性能優良的馬氏體耐磨鋼，且該制造成本低，工藝簡單，解決了馬氏體耐磨鋼易產生裂紋的問題。為實現上述目的，本發明提供的一種布氏硬度450級抗裂紋高強度耐磨鋼，所述布氏硬度450級抗裂紋高強度耐磨鋼的化學成分重量百分比含量為：C：0.15～0.24％、Si：0.30～0.50％、Mn：1.30～1.60％、P≤0.015％、S≤0.015％、Cr：0.30～0.65％、Mo：0.40～0.80％、Nb：0.030～0.060％、Ti：0.015～0.035％、B：0.0010～0.0050％、Als：0.010～0.040％，其余為Fe和微量雜質元素。進一步地，所述布氏硬度450級抗裂紋高強度耐磨鋼的化學成分重量百分比含量為：C：0.17～0.22％、Si：0.25～0.45％、Mn：1.35～1.55％、P：0.008～0.014％、S≤0.010％、Cr：0.35～0.60％、Mo：0.50～0.70％、Nb：0.035～0.055％、Ti：0.018～0.030％、B：0.0020～0.0045％、Als：0.015～0.035％，其余為Fe和微量雜質元素。再進一步地，所述布氏硬度450級抗裂紋高強度耐磨鋼的化學成分重量百分比含量為：C：0.19％、Si：0.37％、Mn：1.53％、P：0.008％、S≤0.008％、Cr：0.42％、Mo：0.56％、Nb：0.048％、Ti：0.023％、B：0.0024％、Als：0.029％，其余為Fe和微量雜質元素。再進一步地，所述鋼板厚度規格范圍為10～30mm，Rm≥1250MPa，延伸率≥10％，-20℃Akv≥24J，HBW/10/3000：420～480。再進一步地，所述鋼板厚度規格范圍為10～30mm，Rm：1250～1500MPa，延伸率：10～15％，-20℃Akv：24～60J，HBW/10/3000：420～480。本發明還提供了一種布氏硬度450級抗裂紋高強度耐磨鋼的制造方法，該高強度耐磨鋼是由冶煉連鑄、軋制工藝、在線進行淬火、冷卻工藝和回火熱處理五大工藝制造而成，1)軋制工藝中，第一階段開軋溫度為1050℃～1120℃，第一階段累積壓下率≥65％，第二階段開軋溫度為960℃～1020℃，道次壓下率≥16％，終軋溫度≥900℃；2)冷卻工藝中，冷卻速率為25～32℃/s，終冷溫度為220℃～330℃；3)回火熱處理中，回火溫度為300±10℃。本發明原理：(1)在設計鋼的合金成分時，主要應考慮了以下三點：提高淬透性，獲得板條馬氏體組織，避免片狀馬氏體產生；提高強度和耐磨性；減少因合金元素添加造成的裂紋敏感性。C、Mn是最有效的固溶強化元素，隨著鋼中的C、Mn含量的增加，強度和耐磨性能提高十分明顯，但對塑性和韌性十分不利。對于馬氏體鋼，馬氏體的形態主要取決于奧氏體的含碳量，C含量的增加大幅降低馬氏體轉變點，易于轉變為裂紋敏感性強的片狀馬氏體。因此設計該鋼C含量范圍為：0.15～0.24％。Mn將降低鋼的塑性，促使其回火脆性增強，增強鋼對白點的敏感性，這些因素均對抗裂紋性能不利。因此設計該鋼Mn含量范圍為：1.30～1.60％。Si可顯著地減慢回火馬氏體在低溫(200℃)時的分解速度，增加回火穩定性，含量增加會造成Fe、Mn的硅酸鹽類夾雜物增加，降低鋼的各種力學性能，和焊縫質量。因此設計該鋼Si含量范圍為：0.2～0.5％。Cr與Mo復合添加，可以降低臨界冷卻速度、提高鋼的淬透性，并可細化晶粒，提高強度和韌性。Cr在鋼中可以形成多種碳化物，提高強度和硬度，Mo在鋼中固溶于鐵素體和奧氏體中，具有固溶強化和碳化物彌散強化作用。本發明中Cr、Mo的含量為Cr：0.30～0.65％、Mo：0.40～0.80％。固溶在奧氏體中的Nb、Ti能很好的控制加工后的再結晶，還能將再結晶溫度提高100℃以上。這一作用使一般程度的控制軋制在較高的溫度也可以獲得。固溶在奧氏體中的Nb、Ti在相變時或相變后作為極微細的碳化物、碳氮化物析出，使強度升高。因此設計該鋼Nb、Ti含量范圍分別為：Nb：0.03～0.06％、Ti：0.015～0.035％。為了提高淬透性向鋼中加入微量的B元素。由于在奧氏體中B會以BN的形式析出而影響提高淬透性的效果，因此，還要通過添加Al來固N。B含量增加會向晶界偏聚增加裂紋敏感性。因此設計該鋼B、Als含量范圍分別為：B：0.001～0.005％、Als：0.010～0.040％，(2)短流程制造工藝：控制軋制-DQ-T，替代傳統的調質工藝，縮短生產周期，降低工序成本和工序能耗。采用該工藝可獲得具有形變熱處理效果的精細板條馬氏體組織，避免片狀馬氏體的產生，控制殘余奧氏體和未溶碳化物的形態和分布。板條馬氏體在準解理斷裂時有較小的斷裂單元而消耗斷裂功，殘余奧氏體存在于馬氏體板條間，因其能使應力松馳，阻礙裂紋擴展，材料斷裂時吸收能量增加，而使韌性改善。本發明的有益效果在于：本發明合金添加量較少，合金成本低，屬于資源節約型鋼種。采用短流程制造工藝，避免了復雜熱處理工藝帶來的能源損耗，同時大幅縮短生產周期，節約了工序成本。解決了馬氏體耐磨鋼易產生裂紋的難題，提高了耐磨鋼使用安全性和高效性。因此具有很強的市場競爭力和廣闊的應用前景，經濟效益和社會效益明顯。附圖說明圖1為實例鋼板回火板條馬氏體組織(晶粒尺寸約為5～10μm)；圖1A為表層組織；圖1B為心部組織。具體實施方式為了更好地解釋本發明，以下結合具體實施例進一步闡明本發明的主要內容，但本發明的內容不僅僅局限于以下實施例。實施例1一種布氏硬度450級抗裂紋高強度耐磨鋼及其加工方法，其組分及重量百分比含量：C：0.15％、Si：0.45％、Mn：1.60％、P：0.012％、S：0.010％、Cr：0.36％、Mo：0.72％、Nb：0.043％、Ti：0.019％、B：0.0025％、Als：0.035％，其余為Fe和微量雜質元素。其生產步驟：1)冶煉并連鑄成200mm厚的連鑄坯；2)對鑄坯進行加熱，軋制工藝：第一階段開軋溫度1120℃，第一階段累積壓下率75％，第二階段開軋溫度1020℃，道次壓下率≥15％，終軋溫度925℃；3)在線進行淬火，開冷溫度在910℃，冷卻速度控制在27℃/秒，終冷溫度在290℃；4)自然冷卻至室溫；5)進行回火，回火溫度控制在300℃；6)待用。實施例2一種布氏硬度450級抗裂紋高強度耐磨鋼及其加工方法，其組分及重量百分比含量：C：0.24％、Si：0.25％、Mn：1.35％、P：0.014％、S：≤0.009％、Cr：0.30％、Mo：0.65％、Nb：0.053％、Ti：0.028％、B：0.0035％、Als：0.038％，其余為Fe和微量雜質元素。其生產步驟：1)冶煉并連鑄成200mm厚的連鑄坯；2)對鑄坯進行加熱，軋制工藝：第一階段開軋溫度1108℃，第一階段累積壓下率70％，第二階段開軋溫度1010℃，道次壓下率≥15％，終軋溫度919℃；3)在線進行淬火，開冷溫度在902℃，冷卻速度控制在31℃/秒，終冷溫度在240℃；4)自然冷卻至室溫；5)進行回火，回火溫度控制在300℃；6)待用。實施例3一種布氏硬度450級抗裂紋高強度耐磨鋼及其加工方法，其組分及重量百分比含量：C：0.19％、Si：0.37％、Mn：1.53％、P：0.012％、S：≤0.008％、Cr：0.42％、Mo：0.56％、Nb：0.048％、Ti：0.023％、B：0.0024％、Als：0.029％，其余為Fe和微量雜質元素。其生產步驟：1)冶煉并連鑄成200mm厚的連鑄坯；2)對鑄坯進行加熱，軋制工藝：第一階段開軋溫度1089℃，第一階段累積壓下率68％，第二階段開軋溫度997℃，道次壓下率≥15％，終軋溫度905℃；3)在線進行淬火，開冷溫度889℃，冷卻速度25℃/秒，終冷溫度在310℃；4)自然冷卻至室溫；5)進行回火，回火溫度控制在300℃；6)待用。實施例4一種布氏硬度450級抗裂紋高強度耐磨鋼及其加工方法，其組分及重量百分比含量：C：0.22％、Si：0.41％、Mn：1.47％、P：0.011％、S：≤0.007％、Cr：0.63％、Mo：0.49％、Nb：0.052％、Ti：0.031％、B：0.0041％、Als：0.039％，其余為Fe和微量雜質元素。其生產步驟：1)冶煉并連鑄成200mm厚的連鑄坯；2)對鑄坯進行加熱，軋制工藝：第一階段開軋溫度1050℃，第一階段累積壓下率70％，第二階段開軋溫度964℃，道次壓下率≥15％，終軋溫度917℃；3)在線進行淬火，開冷溫度884℃，冷卻速度控制在32℃/秒，終冷溫度在236℃；4)自然冷卻至室溫；5)進行回火，回火溫度控制在300℃；6)待用。實施例5一種布氏硬度450級抗裂紋高強度耐磨鋼及其加工方法，其組分及重量百分比含量：C：0.17％、Si：0.49％、Mn：1.32％、P：0.012％、S：≤0.009％、Cr：0.33％、Mo：0.74％、Nb：0.044％、Ti：0.032％、B：0.0029％、Als：0.033％，其余為Fe和微量雜質元素。其生產步驟：1)冶煉并連鑄成200mm厚的連鑄坯；2)對鑄坯進行加熱，軋制工藝：第一階段開軋溫度1114℃，第一階段累積壓下率65％，第二階段開軋溫度1014℃，道次壓下率≥15％，終軋溫度942℃；3)在線進行淬火，開冷溫度923℃，冷卻速度控制在31℃/秒，終冷溫度在292℃；4)自然冷卻至室溫；5)進行回火，回火溫度控制在300℃；6)待用。表1為上述各實施例經檢測后的力學性能情況列表。表1各實施例經檢測后力學性能結果列表實施例規格/mmRm/MPaA/％-20℃沖擊功/JHBW/10/300011012801145460/475/465216126013.555440/430/43531912751250435/460/46542412651445450/445/445530127012.560430/445/435從表1中可看出，本發明鋼板厚度規格范圍為10～30mm，Rm≥1250MPa，延伸率≥10％，-20℃Akv≥24J，HBW/10/3000：420～480，從實例可以看出，采用控制軋制+DQ+T工藝生產的鋼板性能穩定。實例鋼板焊接、火焰切割、使用過程中無裂紋產生。其它未詳細說明的部分均為現有技術。盡管上述實施例對本發明做出了詳盡的描述，但它僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部實施例，人們還可以根據本實施例在不經創造性前提下獲得其他實施例，這些實施例都屬于本發明保護范圍。當前第1頁1 2 3