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CN115537655B - 一种高硅耐磨钢板及其生产方法 - Google Patents

一种高硅耐磨钢板及其生产方法 Download PDF

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CN115537655B CN202211127924.9A CN202211127924A CN115537655B CN 115537655 B CN115537655 B CN 115537655B CN 202211127924 A CN202211127924 A CN 202211127924A CN 115537655 B CN115537655 B CN 115537655B
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Abstract

本发明公开了一种高硅耐磨钢板及其生产方法，所述钢板化学成分组成及质量百分含量为：C：0.28～0.35%，Si：2.20～2.66%，Mn：1.40～1.60%，P≤0.015%，S≤0.005%，Cr：0.40～0.60%，Mo：0.25～0.45%，Nb：0.020～0.050%，Al：0.020～0.050%，其余为Fe及不可避免的杂质；生产方法包括炼钢、连铸、加热轧制和调质热处理工序。本发明提供的钢板厚度为20～50mm，整个板厚屈服强度≥1350MPa，抗拉强度≥1500MPa，20℃横向V型冲击功≥50J，钢板表面硬度≥450HBW，耐磨性能好。

Description

一种高硅耐磨钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种高硅耐磨钢板及其生产方法。
背景技术
耐磨钢广泛用于矿山机械、煤炭采运、工程机械、农业机械、建材、电力机械、铁路运输等部门。例如球磨机的钢球、衬板、挖掘机的斗齿、铲斗，各种破碎机的轧臼壁、齿板、锤头，拖拉机和坦克的履带板、风扇磨机的打击板，铁路辙叉，煤矿刮板输送机用的中部槽中板、槽帮、圆环链，推土机用铲刀、铲齿，大型电动轮车斗用衬板，石油和露天铁矿穿孔用牙轮钻头等等。磨损是工件失效的主要形式之一，磨损造成了能源和原材料的大量消耗，根据不完全统计，能源的1/3到1/2消耗于摩擦与磨损。矿石和水泥磨机中使用的研磨介质（球、棒和衬板）是消耗量很大的钢铁磨损件。在美国，磨球大多数是用碳素钢和合金钢锻造或铸造的，它们占磨球总消耗量的97%。在加拿大，消耗的磨球中钢球占81%。据统计，中国每年消耗磨球约80～100万t，全国磨机衬板的年消耗量近20万t，这其中绝大多数为钢制品。中国煤矿用刮板输送机中部槽每年要消耗6～8万t钢板。另据中国电力、建材、冶金、采煤和农机等5个部门的不完全统计，每年备件消耗钢材在150万t以上，以煤矿所用刮板输送机为例，由于中部槽磨损所造成的损失每年为1～2亿元人民币。如果再考虑到其他机械设备磨损造成的经济损失和钢材的消耗那将是很惊人的。由此可见，提高耐磨钢的质量，开发新型高性能耐磨钢，以及广泛、深入地开展钢材磨损机理的研究，以降低由于磨损造成的损失，对于国民经济建设的发展是一件具有重要意义的工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高硅耐磨钢板；本发明还提供一种高硅耐磨钢板的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：
一种高硅耐磨钢板，所述钢板化学成分组成及质量百分含量为：C：0.28～0.35%，Si：2.20～2.66%，Mn：1.40～1.60%，P≤0.015%，S≤0.005%，Cr：0.40～0.60%，Mo：0.25～0.45%，Nb：0.020～0.050%，Al：0.020～0.050%，其余为Fe及不可避免的杂质。
本发明所述钢板厚度为20～50mm。
本发明所述钢板强度高、韧性好，组织均匀，整个板厚屈服强度≥1350MPa，抗拉强度≥1500MPa，20℃横向冲击功≥50J，板厚表面硬度≥450HBW。
本发明还提供了一种高硅耐磨钢板的生产方法，所述方法包括炼钢、连铸、轧制和调质热处理工序。
本发明所述炼钢工序，经过初炼炉冶炼的合格钢水送入LF精炼炉精炼，在LF精炼过程中，白渣保持时间≥30min后加入硅合金，总精炼时间≥60min，LF炉精炼完毕钢水合格后，将钢水送入VD炉进行真空脱气处理，要求高真空度≤66.7Pa，高真空保持时间≥20min，真空破坏后软吹8～10min，同时喂入1.5～2.0m/t钢水的钙线进行钙处理，促进夹杂物球化上浮。
本发明所述连铸工序，通过大板坯连铸机浇铸成板坯，钢水过热度控制在15～25℃之间。
本发明所述加热轧制工序，铸坯在连续炉中加热，铸坯装炉温度≥300℃，保温阶段温度控制在1220～1260℃，总加热时间≥300min。
本发明所述加热轧制工序，开轧温度1050～1100℃，采用大压下轧制，前两个道次，每个道次压下率≥15%，终轧温度850～880℃。
本发明所述调质热处理工序，淬火温度890～910℃，加热时间1.8～2.0min/mm，钢板回火温度400～430℃，加热时间3.0～3.5min/mm，回火结束空冷后得到所述钢板。
本发明设计思路：
本发明采用高碳低合金的化学成分设计方式，通过提高硅碳含量来保证钢板的强度和耐磨性，在炼钢过程中通过精炼控制，VD过程中通过控制真空度和保持时间，真空后进行钙处理和合理的软吹工艺来保证钢水的纯净度，通过连铸的方式浇铸成大钢锭，轧制时采用大压下轧制工艺保证钢板内部质量的稳定性，加上合适的调质热处理工艺，最后生产得到20～50mm具有良好的强韧性和耐磨性的钢板，适用于对耐磨性要求较高的部件上，应用前景广阔。
其中，各化学成分及含量在本发明中的作用是：
C：0.28～0.35%，碳对钢板的各种性能都有重要影响，特别是钢板的强度、硬度，碳含量过低会使钢的强度低，增大冶炼难度，碳含量过高，使钢的韧性、塑性、焊接性能降低，本发明根据强度和耐磨性的要求设计此含量。
Si：2.20～2.66%，硅是炼钢过程中主要的还原剂和脱氧剂，在镇静钢中都含有一定量的硅，硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和抗拉强度，同时能够提高钢板的耐磨性。
Mn：1.40～1.60%，锰的成本低廉，且是良好的脱氧剂和脱硫剂，能增加钢的韧性、强度、硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能。
P≤0.015%，在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，降低塑性，使焊接性能变坏，在控制成本合理的情况下，尽量降低磷含量。
S≤0.005%，硫也是钢中的有害元素，增加钢的热脆性，降低钢的延展性和韧性，但是硫能增加钢的易切削性能，除非有特殊要求，在经济效益下应尽量降低钢中硫的含量。
Cr：0.40～0.60%，铬是提高钢的淬透性的重要元素，能改善厚度方向上的性能的均匀性，加入一定含量的铬能够提高钢板的耐磨性能，但是铬加入太高，会和锰形成低熔点Cr-Mn复合氧化物的形成，在热加工过程中形成表面裂纹，根据多次试验情况确定本发明的铬含量。
Nb：0.025～0.050%，铌能促进钢板显微组织的晶粒细化，同时能提高强度和韧性，在轧制过程中通过抑制奥氏体再结晶有效的细化显微组织，并通过析出强化提高钢淬透性，降低钢的过热敏感性，改善焊接性能。
Mo：0.25～0.45%，钼对强度、塑性和低温冲击韧性均有较大提高，这是由于Mo固溶于铁素体和奥氏体时，可使钢的C曲线右移，从而显著提高钢的淬透性；而且钼能显著提高钢的再结晶温度，钼也能提高钢的强韧性。
Al：0.020～0.050%，铝是钢中常用的脱氧剂，钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝含量过高影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、本发明通过优化化学成分设计，采用硅含量来保证钢板的强度和耐磨性，从而降低Cr、Mo等贵金属的加入量，同时不加入较贵的金属Ni来降低钢板的生产成本。通过这样的成分设计方案，在保证钢板性能的情况下降低贵金属的加入量，降低生产成本，增强市场竞争力强。
2、本发明通过采用LF精炼、VD真空、钙处理、软吹工艺减少钢水产生的内生夹杂，提高钢水纯净度。
3、本发明通过合理的加热轧制工艺和调质热处理工艺，使钢板具有良好强韧性和耐磨性能，满足用户对耐磨性能要求高的使用要求，应用前景广阔。
4、本发明生产的钢板厚度规格为20～50mm，钢板整个板厚屈服强度≥1350MPa，抗拉强度≥1500MPa，20℃横向冲击功≥50J，板厚表面位置硬度≥450HBW，耐磨性能好。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
本实施例高硅耐磨钢板板厚度为30mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.28%，Si：2.51%，Mn：1.60%，P：0.012%，S：0.005%，Cr：0.60%，Mo：0.25%，Nb：0.050%，Al：0.035%，其余为Fe及不可避免的杂质。
本实施例高硅耐磨钢板板的生产方法包括炼钢、连铸、加热轧制、调质热处理工序，具体工艺步骤如下：
（1）炼钢工序：经过初炼炉冶炼的合格钢水送入LF精炼炉精炼，在LF精炼过程中，白渣保持31min后加入硅合金，总精炼时间68min，LF炉精炼完毕钢水合格后，将钢水送入VD炉进行真空脱气处理，高真空度40Pa，保持时间20min，真空破坏后软吹8min，同时喂入2.0m/t钢水的钙线进行钙处理，促进夹杂物球化上浮。
（2）连铸工序：通过大板坯连铸机浇铸成板坯，钢水过热度为15℃。
（3）加热轧制工序：铸坯在连续炉中加热，铸坯装炉温度310℃，保温阶段温度控制在1230℃，总加热时间310min。开轧温度1070℃，采用大压下轧制，前两个道次，每个道次压下率16%，终轧温度880℃。
（4）调质热处理工序：淬火温度900℃，加热时间1.9min/mm，钢板回火温度400℃，加热时间3.3min/mm，回火结束空冷后得到所述钢板。
钢板整个板厚屈服强度1406MPa，抗拉强度1634MPa，20℃横向冲击功78J，板厚表面位置硬度490HBW，耐磨性能好。
实施例2
本实施例高硅耐磨钢板板厚度为35mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.35%，Si：2.42%，Mn：1.52%，P：0.010%，S：0.004%，Cr：0.52%，Mo：34%，Nb：0.34%，Al：0.31%，其余为Fe及不可避免的杂质。
本实施例高硅耐磨钢板板的生产方法包括炼钢、连铸、加热轧制、调质热处理工序，具体工艺步骤如下：
（1）炼钢工序：经过初炼炉冶炼的合格钢水送入LF精炼炉精炼，在LF精炼过程中，白渣保持30min后加入硅合金，总精炼时间60min，LF炉精炼完毕钢水合格后，将钢水送入VD炉进行真空脱气处理，高真空度55Pa，保持时间20min，真空破坏后软吹10min，同时喂入1.8m/t钢水的钙线进行钙处理，促进夹杂物球化上浮。
（2）连铸工序：通过大板坯连铸机浇铸成板坯，钢水过热度为20℃。
（3）加热轧制工序：铸坯在连续炉中加热，铸坯装炉温度320℃，保温阶段温度控制在1240℃，总加热时间320min。开轧温度1060℃，采用大压下轧制，前两个道次，每个道次压下率15%，终轧温度850℃。
（4）调质热处理工序：淬火温度900℃，加热时间1.8min/mm，钢板回火温度410℃，加热时间3.5min/mm，回火结束空冷后得到所述钢板。
钢板整个板厚屈服强度1369MPa，抗拉强度1596MPa，20℃横向冲击功63J，板厚表面位置硬度478HBW，耐磨性能好。
实施例3
本实施例高硅耐磨钢板板厚度为20mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.32%，Si：2.66%，Mn：1.42%，P：0.015%，S：0.003%，Cr：0.40%，Mo：0.29%，Nb：0.42%，Al：0.020%，其余为Fe及不可避免的杂质。
本实施例高硅耐磨钢板板的生产方法包括炼钢、连铸、加热轧制、调质热处理工序，具体工艺步骤如下：
（1）炼钢工序：经过初炼炉冶炼的合格钢水送入LF精炼炉精炼，在LF精炼过程中，白渣保持时间33min后加入硅合金，总精炼时间65min，LF炉精炼完毕钢水合格后，将钢水送入VD炉进行真空脱气处理，高真空度66.7Pa，保持时间21min，真空破坏后软吹9min，同时喂入1.6m/t钢水的钙线进行钙处理，促进夹杂物球化上浮。
（2）连铸工序：通过大板坯连铸机浇铸成板坯，钢水过热度为25℃。
（3）加热轧制工序：铸坯在连续炉中加热，铸坯装炉温度310℃，保温阶段温度控制在1250℃，总加热时间300min。开轧温度1050℃，采用大压下轧制，前两个道次，每个道次压下率17%，终轧温度870℃。
（4）调质热处理工序：淬火温度910℃，加热时间1.9min/mm，钢板回火温度410℃，加热时间3.0min/mm，回火结束空冷后得到所述钢板。
钢板整个板厚屈服强度1350MPa，抗拉强度1675MPa，20℃横向冲击功50J，板厚表面位置硬度502HBW，耐磨性能好。
实施例4
本实施例高硅耐磨钢板板厚度为40mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.34%，Si：2.63%，Mn：1.40%，P：0.012%，S：0.002%，Cr：0.48%，Mo：0.38%，Nb：0.38%，Al：0.039%，其余为Fe及不可避免的杂质。
本实施例高硅耐磨钢板板的生产方法包括炼钢、连铸、加热轧制、调质热处理工序，具体工艺步骤如下：
（1）炼钢工序：经过初炼炉冶炼的合格钢水送入LF精炼炉精炼，在LF精炼过程中，白渣保持33min后加入硅合金，总精炼时间60min，LF炉精炼完毕钢水合格后，将钢水送入VD炉进行真空脱气处理，高真空度60Pa，保持时间22min，真空破坏后软吹9min，同时喂入1.5m/t钢水的钙线进行钙处理，促进夹杂物球化上浮。
（2）连铸工序：通过大板坯连铸机浇铸成板坯，钢水过热度为22℃。
（3）加热轧制工序：铸坯在连续炉中加热，铸坯装炉温度300℃，保温阶段温度控制在1260℃，总加热时间310min。开轧温度1060℃，采用大压下轧制，前两个道次，每个道次压下率18%，终轧温度860℃。
（4）调质热处理工序：淬火温度910℃，加热时间2.0min/mm，钢板回火温度430℃，加热时间3.4min/mm，回火结束空冷后得到所述钢板。
钢板整个板厚屈服强度1412MPa，抗拉强度1685MPa，20℃横向冲击功58J，板厚表面位置硬度506HBW，耐磨性能好。
实施例5
本实施例高硅耐磨钢板板厚度为50mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.29%，Si：2.34%，Mn：1.55%，P：0.014%，S：0.002%，Cr：0.46%，Mo：0.42%，Nb：0.027%，Al：0.042%，其余为Fe及不可避免的杂质。
本实施例高硅耐磨钢板板的生产方法包括炼钢、连铸、加热轧制、调质热处理工序，具体工艺步骤如下：
（1）炼钢工序：经过初炼炉冶炼的合格钢水送入LF精炼炉精炼，在LF精炼过程中，白渣保持31min后加入硅合金，总精炼时间70min，LF炉精炼完毕钢水合格后，将钢水送入VD炉进行真空脱气处理，高真空度40Pa，保持时间23min，真空破坏后软吹8min，同时喂入1.7m/t钢水的钙线进行钙处理，促进夹杂物球化上浮。
（2）连铸工序：通过大板坯连铸机浇铸成板坯，钢水过热度为19℃。
（3）加热轧制工序：铸坯在连续炉中加热，铸坯装炉温度310℃，保温阶段温度控制在1250℃，总加热时间320min。开轧温度1100℃，采用大压下轧制，前两个道次，每个道次压下率16%，终轧温度870℃。
（4）调质热处理工序：淬火温度900℃，加热时间1.8min/mm，钢板回火温度420℃，加热时间3.2min/mm，回火结束空冷后得到所述钢板。
钢板整个板厚屈服强度1392MPa，抗拉强度1500MPa，20℃横向冲击功≥74J，板厚表面位置硬度450HBW，耐磨性能好。
实施例6
本实施例高硅耐磨钢板板厚度为25mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.30%，Si：2.20%，Mn：1.48%，P：0.013%，S：0.003%，Cr：0.41%，Mo：0.41%，Nb：0.020%，Al：0.050%，其余为Fe及不可避免的杂质。
本实施例高硅耐磨钢板板的生产方法包括炼钢、连铸、加热轧制、调质热处理工序，具体工艺步骤如下：
（1）炼钢工序：经过初炼炉冶炼的合格钢水送入LF精炼炉精炼，在LF精炼过程中，白渣保持30min后加入硅合金，总精炼时间64min，LF炉精炼完毕钢水合格后，将钢水送入VD炉进行真空脱气处理，高真空度50Pa，保持时间24min，真空破坏后软吹10min，同时喂入1.9m/t钢水的钙线进行钙处理，促进夹杂物球化上浮。
（2）连铸工序：通过大板坯连铸机浇铸成板坯，钢水过热度为18℃。
（3）加热轧制工序：铸坯在连续炉中加热，铸坯装炉温度330℃，保温阶段温度控制在1230℃，总加热时间330min。开轧温度1080℃，采用大压下轧制，前两个道次，每个道次压下率17%，终轧温度880℃。
（4）调质热处理工序：淬火温度890℃，加热时间1.9min/mm，钢板回火温度430℃，加热时间3.1min/mm，回火结束空冷后得到所述钢板。
钢板整个板厚屈服强度1364MPa，抗拉强度1547MPa，20℃横向冲击功≥81J，板厚表面位置硬度464HBW，耐磨性能好。
实施例7
本实施例所生产的高硅耐磨钢板板厚度为30mm，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.34%，Si：2.28%，Mn：1.54%，P：0.014%，S：0.002%，Cr：0.57%，Mo：0.45%，Nb：0.044%，Al：0.048%，其余为Fe及不可避免的杂质。
本实施例高硅耐磨钢板板的生产方法包括炼钢、连铸、加热轧制、调质热处理工序，具体工艺步骤如下：
（1）炼钢工序：经过初炼炉冶炼的合格钢水送入LF精炼炉精炼，在LF精炼过程中，白渣保持35min后加入硅合金，总精炼时间63min，LF炉精炼完毕钢水合格后，将钢水送入VD炉进行真空脱气处理，高真空度50Pa，保持时间22min，真空破坏后软吹9min，同时喂入2.0m/t钢水的钙线进行钙处理，促进夹杂物球化上浮。
（2）连铸工序：通过大板坯连铸机浇铸成板坯，钢水过热度为21℃。
（3）加热轧制工序：铸坯在连续炉中加热，铸坯装炉温度320℃，保温阶段温度控制在1220℃，总加热时间310min。开轧温度1090℃，采用大压下轧制，前两个道次，每个道次压下率15%，终轧温度860℃。
（4）调质热处理工序：淬火温度910℃，加热时间2.0min/mm，钢板回火温度420℃，加热时间3.2min/mm，回火结束空冷后得到所述钢板。
钢板整个板厚屈服强度1375MPa，抗拉强度1532MPa，20℃横向冲击功93J，板厚表面位置硬度460HBW，耐磨性能好。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述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当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种高硅耐磨钢板，其特征在于，所述钢板化学成分组成及质量百分含量为：C：0.28～0.35%，Si：2.20～2.66%，Mn：1.40～1.60%，P≤0.015%，S≤0.005%，Cr：0.40～0.60%，Mo：0.25～0.45%，Nb：0.020～0.050%，Al：0.020～0.050%，其余为Fe及不可避免的杂质；
所述钢板整个板厚屈服强度≥1350MPa，抗拉强度≥1500MPa，20℃横向冲击功≥50J，钢板表面硬度≥450HBW；
所述钢板的生产方法包括炼钢、连铸、加热轧制和调质热处理工序；
所述调质热处理工序，淬火温度890～910℃，加热时间1.8～2.0min/mm，钢板回火温度400～430℃，加热时间3.0～3.5min/mm，回火结束空冷后得到所述钢板。
2.根据权利要求1所述的一种高硅耐磨钢板，其特征在于，所述钢板厚度为20～50mm。
3.根据权利要求1所述的高硅耐磨钢板，其特征在于，所述炼钢工序，经过初炼炉冶炼的合格钢水送入LF精炼炉精炼，在LF精炼过程中，白渣保持时间≥30min后加入硅合金，总精炼时间≥60min。
4.根据权利要求1所述的高硅耐磨钢板，其特征在于，所述炼钢工序，LF炉精炼完毕钢水合格后，送入VD炉进行真空脱气处理，要求高真空度≤66.7Pa，高真空保持时间≥20min，真空破坏后软吹8～10min，同时喂入1.5～2.0m/t钢水的钙线进行钙处理，促进夹杂物球化上浮。
5.根据权利要求1所述的高硅耐磨钢板，其特征在于，所述连铸工序，通过大板坯连铸机浇铸成板坯，钢水过热度控制在15～25℃之间。
6.根据权利要求1所述的高硅耐磨钢板，其特征在于，所述加热轧制工序，铸坯在连续炉中加热，装炉温度≥300℃，保温阶段温度控制在1220～1260℃，总加热时间≥300min。
7.根据权利要求1所述的高硅耐磨钢板，其特征在于，所述轧制工序，开轧温度1050～1100℃，采用大压下轧制，前两个道次，每个道次压下率≥15%，终轧温度850～880℃。
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