本發明涉及一種耐磨鋼，尤其是一種HB500級非調質耐磨鋼板及其制造方法。
背景技術：
耐磨鋼是廣泛應用于各類磨損工況的一類鋼鐵材料，如冶金、礦山、建筑、電力、農業、水泥生產、鐵路和軍事等各個領域中；具體如推土機、裝載機、挖掘機、自卸車及各種礦山機械、抓斗、堆取料機、輸料彎曲結構等；重點部件包括挖掘機斗齒、球磨機襯板、破碎機鄂板、軋臼壁和拖拉機履帶板等等，能夠起到減少設備的磨損量，延長其使用壽命的效果。
隨著機械設備向著大功率、高速度方向發展，以及機械設備在苛刻工況下的應用，使得機械零件的磨損越來越嚴重，不僅維修費用增大，而且甚至是整個機械設備喪失功能，發展高級別耐磨鋼是一個重要發展趨勢。
目前高級別耐磨鋼均采用熱軋后調質工藝，通過調質工藝生產的耐磨鋼，所需添加的合金元素少，缺點是增加了工藝生產成本，另外使鋼板的板型難以控制，增加了生產難度。若是加工成零件后再進行調質處理，在淬火的過程中會使零件發生變形而不能保證零件的尺寸精度和形狀精度。
現有技術中關于耐磨鋼的生產方式介紹，如公開號CN 103243277A提供的一種HB400級抗裂紋高強度馬氏體耐磨鋼及生產方法，其采用了在線淬火加回火的工藝路線制造HB400級耐磨鋼板；其余的如CN 103540729 A、CN 103266269 A、CN102230135A、CN102676922A、CN103114252A、CN102943213A等專利申請公開文件中均采用了調質工藝生產耐磨鋼，非調質工藝生產硬度為HB500耐磨鋼的方法未見報道。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種具有良好板型的HB500級非調質耐磨鋼板；本發明還提供了一種HB500級非調質耐磨鋼板的制造方法。
為解決上述技術問題，本發明化學成分的質量百分含量為：C 0.24～0.34%，Si 0.20～0.40%，Mn 1.20～1.60%，P≤0.015%，S≤0.01%，Cr 0.2～1.0%，Mo 0.1～0.3%，Ni 0.5～1.2%，Cu 1.0～1.6%，Ti≤0.1%，Nb≤0.1%，V≤0.2%，Al≤0.05%，N≤0.005%，O≤0.003%，B 0.001～0.005%，稀土 0～0.02%，其余為鐵和不可避免雜質。
本發明所述鋼板厚度為8～50mm。
本發明的化學成分中各元素的作用如下所述：
碳（C）：耐磨鋼中實現相變強化的重要元素，可以顯著提高鋼的強度和硬度，實現較高的耐磨性。但是，過高含量的碳弱化鋼的韌性和焊接性能。因此，選擇碳含量控制在0.24～0.34%范圍內。
硅（Si）：在鋼中的作用主要是固溶強化。較高含量的Si能夠提高鋼的淬透性，一般鋼中加Si有利于提高鋼的強度和韌性。另外，Si可以增加降低氫擴散速度的奧氏體數量，并使鋼可以在更高溫度下回火。采用硅合金化形成無碳化物貝氏體既可以降低鋼中的位錯密度，又可以利用無碳化物貝氏體中的殘余奧氏體膜降低氫原子在鋼中的擴散速度，從而改善超高強度鋼的耐延遲斷裂性能。因此，本發明將Si含量限制為0.20～0.40%。
錳（Mn）：在鋼中的作用是固溶強化和提高淬透性，但是Mn的偏析傾向較高，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。因此Mn含量控制在1.2～1.6%。
鉻（Cr）：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(Fe,Cr)3C，(Fe,Cr)7C3和(Fe,Cr)23C7等多種碳化物，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。鉻含量控制在0.2～1.0%范圍內。
鉬（Mo）：可以提高淬透性，細化晶粒，提高強度和韌性。鉬在鋼中存在于固溶體相和碳化物相中，因此，含鉬鋼同時具有固溶強化和碳化物彌散強化的作用。鉬是減小回火脆性的元素，可以提高回火穩定。其含量控制在0.1～0.3%范圍內。
鎳（Ni）：可以降低臨界冷卻速度、提高鋼的淬透性。鎳在0.5～1.2%范圍內，能與鐵以任何比例互溶，通過細化鐵素體晶粒改善鋼的低溫韌性，并具有明顯降低冷脆轉變溫度的作用。對于高級別且高低溫韌性的耐磨鋼，鎳是十分有益的添加元素。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，因此需控制其含量。
銅（Cu）：銅在鋼中的突出作用是改善普通低合金鋼的抗大氣腐蝕性能，特別是和磷配合使用時，加入銅還能提高鋼的強度和屈服比，而對焊接性能沒有不利的影響。能提高鋼中奧氏體的穩定性，所以可提高可淬性和淬透性，有強化鐵素體的作用，在鐵素體中加Cu，可提高它在某些還原性介質中的耐蝕性和改善鋼的韌性。銅含量超過0.75%時，經固溶處理和時效后可產生時效強化作用。銅對臨界溫度和淬透性的影響以及其固溶強化作用與鎳相似，可用來代替一部分鎳。其含量控制在1.0～1.6%范圍內。
硼（B）：硼在鋼中的主要作用是增加鋼的淬透性，從而節約其他較稀貴的金屬，如鎳、鉻、鉬等，它可以代替1.6%的鎳、0.3%的鉻或0.2%的鉬，以硼代鉬應注意，因鉬能防止或降低回火脆性，而硼卻略有促進回火脆性的傾向，所以不能用硼將鉬完全代替。其含量控制在0.001～0.005%范圍內。
稀土：稀土元素能提高鍛軋鋼材的塑性和沖擊切性，特別是在鑄鋼中尤為顯著。它還能提高耐熱鋼、電熱合金和高溫合金的抗蠕變性能。稀土元素也可以提高鋼的抗氧化性和耐蝕性。抗氧化性的效果超過硅、鋁、鈦等元素。它能改善鋼的流動性，減少非金屬夾雜，使鋼組織致密、純凈。普通低合金鋼中加入適量的稀土元素，有良好的脫氧去硫作用，可以提高沖擊韌性(特別是低溫韌性)，改善各向異性性能。其含量控制在0～0.02%范圍內。
釩（V）：釩和碳、氮、氧有極強的親合力，與之形成相應的穩定化合物。釩在鋼中主要以碳化物的形態存在。其主要作用是細化鋼的組織和晶粒。降低鋼的過熱敏感性，提高鋼的強度和韌性。當在高溫溶入固溶體時，增加淬透性；反之，如以碳化物形態存在時，降低淬透性。釩增加淬火鋼的回火穩定性，并產生二次硬化效應。其含量控制在0～0.2%范圍內。
鋁（Al）：鋁和鋼中氮能形成細小難溶的AlN顆粒，細化顯微組織。鋁不僅是脫氧劑，還有促進亞穩定奧氏體形成的作用。鋁能抑制和延緩過冷奧氏體的碳化物分解，提高韌性。其含量控制在0～0.05%范圍內。
磷（P）與硫（S）：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磷含量小于0.015%，硫含量小于0.01%。
本發明方法包括加熱、軋制和冷卻工序；所述鋼板化學成分的質量百分含量如上所述。
本發明方法所述加熱工序：加熱溫度控制在1200～1250℃。
本發明方法所述軋制工序：粗軋開軋溫度1100～1150℃，終軋溫度1000～1050℃；精軋累計壓下率不小于50%，最后三道次壓下率不小于10%，精軋開軋溫度980～1030℃，終軋溫度850～950℃。所述軋制工序中，精軋后鋼板厚度為8～50mm。
本發明方法所述冷卻工序：采用空冷或層流冷卻；所述層流冷卻中，開冷溫度800～900℃，冷卻至400～500℃后空冷。所述冷卻工序中的空冷均采用冷床冷卻。
采用上述技術方案所產生的有益效果在于：本發明采用中碳含量微合金化思想，適當添加Cr、Ni、Cu、B等具有提高淬透性作用的元素和V等具有析出強化左右的元素，利用其高的淬透性在較低的冷速下得到硬質相馬氏體，利用碳化物形成元素形成的大量碳氮化合物的析出，提高硬質相含量以大幅度提高鋼板的耐磨性能。
本發明方法通過中碳含量、微合金化，采用了非調質工藝，生產的耐磨鋼具硬度達到HB500級別，保證了良好的板型，并在較低的成本下降低了生產難度，可大大提高生產效率。
附圖說明
下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
圖1是本發明的顯微組織照片（10μm）。
具體實施方式
實施例1：本HB500級非調質耐磨鋼板的成分配比以及制造方法如下所述。
本耐磨鋼板的化學成分按質量百分比為：C 0.33%，Si 0.40%，Mn 1.5%，P 0.007%，S 0.002%，Cr 1.0%，Mo 0.15%，Ni 0.5%，Cu 1.6%，Al 0.04%，B 0.002%，稀土0.002%，其余為Fe和不可避免的雜質；厚度為30mm。
將鋼水熔煉并澆鑄成上述化學成分的鑄錠，對鑄錠進行軋前加熱，加熱溫度為1230℃，加熱時間為3小時。采用兩階段控軋，粗軋開軋溫度在1150℃，終軋溫度1050℃，粗軋累計壓下率為51.5%；精軋開軋溫度為1030℃，終軋溫度在950℃，精軋累計壓下率60%，最后三道次壓下率不小于10%，精軋后的板厚為30mm。將軋制后的鋼板采用冷床冷卻的方式空冷至室溫，即可得到所述HB500級非調質耐磨鋼板。本實施例所得耐磨鋼板的斷面布氏硬度為HB545；其顯微組織照片見圖1，由圖1可知，其顯微組織基本為馬氏體。
實施例2：本HB500級非調質耐磨鋼板的成分配比以及制造方法如下所述。
本耐磨鋼板的化學成分按質量百分比為：C 0.24%，Si 0.30%，Mn 1.3%，P 0.009%，S 0.002%，Cr 0.95%，Mo 0.1%，Ni 0.6%，Cu 1.6%，Ti 0.1%，Al 0.02%，B 0.003%，稀土0.002%，其余為Fe和不可避免的雜質；厚度為8mm。
將鋼水熔煉并澆鑄成上述化學成分的鑄錠，對鑄錠進行軋前加熱，加熱溫度為1225℃，加熱時間為3小時。采用兩階段控軋，粗軋開軋溫度在1130℃，終軋溫度1040℃，粗軋累計壓下率為72.1%；精軋開軋溫度為1010℃，終軋溫度在880℃，精軋累計壓下率82.6%，最后三道次壓下率不小于10%，精軋后的板厚為8mm。軋制后的鋼板開冷溫度850℃，層流冷卻至400℃后采用冷床空冷至室溫，即可得到所述HB500級非調質耐磨鋼板。本實施例所得耐磨鋼板的斷面布氏硬度為HB530。
實施例3：本HB500級非調質耐磨鋼板的成分配比以及制造方法如下所述。
本調質耐磨鋼板的化學成分按質量百分比為：C 0.24%，Si 0.30%，Mn 1.6%，P 0.005%，S 0.006%，Cr 0.3%，Mo 0.3%，Ni 1.2%，Cu 1.2%，Nb 0.1%，V 0.1%，B 0.001%，稀土0.001%，其余為Fe和不可避免的雜質；厚度為50mm。
將鋼水熔煉并澆鑄成上述化學成分的鑄錠，對鑄錠進行軋前加熱，加熱溫度為1200℃，加熱時間為3小時。采用兩階段控軋，粗軋開軋溫度在1120℃，終軋溫度1030℃，粗軋累計壓下率為51.5%；精軋開軋溫度為1000℃，終軋溫度在920℃，精軋累計壓下率50%，最后三道次壓下率不小于10%，精軋后的板厚為50mm。軋制后的鋼板開冷溫度900℃，層流冷卻到500℃后采用冷床空冷至室溫，即可得到所述HB500級非調質耐磨鋼板。本實施例所得耐磨鋼板的斷面布氏硬度為HB508。
實施例4：本HB500級非調質耐磨鋼板的成分配比以及制造方法如下所述。
本耐磨鋼板的化學成分按質量百分比為：C 0.29%，Si 0.3%，Mn 1.4%，P 0.015%，S 0.004%，Cr 0.2%，Mo 0.2%，Ni 1.2%，Cu 1.3%，Ti 0.1%，Nb 0.1%，Al 0.05%，N 0.005%，B 0.004%，稀土0.002%，其余為Fe和不可避免的雜質；厚度為15mm。
將鋼水熔煉并澆鑄成上述化學成分的鑄錠，對鑄錠進行軋前加熱，加熱溫度為1220℃，加熱時間為3.5小時。采用兩階段控軋，粗軋開軋溫度在1100℃，終軋溫度1050℃，粗軋累計壓下率為72.1%；精軋開軋溫度為990℃，終軋溫度在920℃，精軋累計壓下率82.6%，最后三道次壓下率不小于10%，精軋后的板厚為15mm。將軋制后的鋼板采用冷床冷卻的方式空冷至室溫，即可得到所述HB500級非調質耐磨鋼板。本實施例所得耐磨鋼板的斷面布氏硬度為HB513。
實施例5：本HB500級非調質耐磨鋼板的成分配比以及制造方法如下所述。
本HB500級非調質耐磨鋼板的化學成分按質量百分比為：C 0.27%，Si 0.35%，Mn 1.6%，P 0.010%，S 0.01%，Cr 0.6%，Mo 0.3%，Ni 0.8%，Cu 1.0%，V 0.2%，Al 0.01%，N 0.005%，O 0.003%，B 0.005%，其余為Fe和不可避免的雜質；厚度為8mm。
以上化學成分按質量百分比進行熔煉并澆鑄成鑄錠，對鑄錠進行軋前加熱，加熱溫度為1250℃，加熱時間為2.5小時。采用兩階段控軋，粗軋開軋溫度在1140℃，終軋溫度1040℃，粗軋累計壓下率為72.1%；精軋開軋溫度為980℃，終軋溫度在850℃，精軋累計壓下率82.6%，最后三道次壓下率不小于10%，精軋后的板厚為8mm。軋制后的鋼板開冷溫度800℃，層流冷卻至450℃然后采用冷床空冷至室溫，即可得到所述HB500級非調質耐磨鋼板。本實施例所得耐磨鋼板的斷面布氏硬度為HB525。
實施例6：本HB500級非調質耐磨鋼板的成分配比以及制造方法如下所述。
本HB500級非調質耐磨鋼板的化學成分按質量百分比為：C 0.34%，Si 0.20%，Mn 1.2%，P 0.012%，S 0.005%，Cr 0.7%，Mo 0.2%，Ni 0.9%，Cu 1.4%，Ti 0.04%，Nb 0.07%，N 0.002%，O 0.001%，稀土0.02%，其余為Fe和不可避免的雜質；厚度為22mm。
以上化學成分按質量百分比進行熔煉并澆鑄成鑄錠，對鑄錠進行軋前加熱，加熱溫度為1210℃，加熱時間為3小時。采用兩階段控軋，粗軋開軋溫度在1110℃，終軋溫度1000℃；精軋開軋溫度為980℃，終軋溫度在860℃，精軋累計壓下率74%，最后三道次壓下率不小于11%，精軋后的板厚為22mm。軋制后的鋼板開冷溫度820℃，層流冷卻至470℃然后采用冷床空冷至室溫，即可得到所述HB500級非調質耐磨鋼板。本實施例所得耐磨鋼板的斷面布氏硬度為HB522。