稀土处理的HB500级高耐磨性钢板及其生产方法.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010380264.X (22)申请日 2020.05.08 (71)申请人 包头钢铁 （集团） 有限责任公司 地址 014010 内蒙古自治区包头市昆区河 西工业区 (72)发明人 袁晓鸣段承轶屈文胜高军 温利军吴鹏飞乔建军 (74)专利代理机构 北京律远专利代理事务所 (普通合伙) 11574 代理人 全成哲 (51)Int.Cl. C22C 38/02(2006.01) C22C 38/04(2006.01) C22C 38/06(2006.01) C22C 38/4

2、4(2006.01) C22C 38/50(2006.01) C22C 38/54(2006.01) B21B 1/46(2006.01) C21D 8/02(2006.01) C22C 33/04(2006.01) (54)发明名称 一种稀土处理的HB500级高耐磨性钢板及其 生产方法 (57)摘要 本发明公开了一种稀土处理的HB500级高耐 磨性钢板及其生产方法。 本发明的稀土处理的 HB500级高耐磨性钢板的化学成分按质量百分比 计为： C： 0.250.30、 Si： 0.150.30、 Mn： 1.101.40、 P： 0.012、 S： 0.002、 Cr： 0.701.00、 T

3、i： 0.0080.018、 B： 0.0010 0.0020、 Mo： 0.300.50、 Ni： 0.300.50、 Ce： 0.0015、 Als： 0.0250.04、 CEV： 0.60 0.70， 其余为铁和不可避免的杂质。 该钢板 具有高强度、 高硬度、 高低温韧性和高耐磨性的 特点。 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 CN 111676418 A 2020.09.18 CN 111676418 A 1.一种稀土处理的HB500级高耐磨性钢板， 其特征在于， 所述稀土处理的HB500级高耐 磨性钢板的化学成分按质量百分比计为： C： 0.250.30、 Si： 0.150.3

4、0、 Mn： 1.10 1.40、 P： 0.012、 S： 0.002、 Cr： 0.701.00、 Ti： 0.0080.018、 B： 0.0010 0.0020、 Mo： 0.300.50、 Ni： 0.300.50、 Ce： 0.0015、 Als： 0.0250.04、 CEV： 0.600.70， 其余为铁和不可避免的杂质。 2.根据权利要求1所述的稀土处理的HB500级高耐磨性钢板， 其特征在于， 所述稀土处 理的HB500级高耐磨性钢板的力学性能满足： 屈服强度1500MPa， 抗拉强度1580MPa， 延 伸率A5020， 表面布氏硬度480HB， 心部布氏硬度460HB，

5、 -20夏比V型纵向冲击功 40J， 金相组织为马氏体组织及残余奥氏体。 3.根据权利要求1或2所述的稀土处理的HB500级高耐磨性钢板， 其特征在于， 所述稀土 处理的HB500级高耐磨性钢板的厚度为1660mm。 4.权利要求1-3中任一项所述的稀土处理的HB500级高耐磨性钢板的生产方法， 其包括 以下步骤： 1)冶炼 冶炼用铁水经脱硫预处理， 加入废钢， 经LF精炼加热、 成分微调、 合金化， 保证钢水成 份、 温度满足后续工序需要； RH真空处理时， 真空处理时间20min， 真空处理时添加所需含量 的稀土Ce-Fe合金； RH真空处理结束后进行软吹； 2)连铸 连铸全程采用保护浇注

6、， 并投入电磁搅拌、 轻压下， 获得的连铸板坯低倍检测要求中心 偏析不大于C类3级， 中心疏松不大于2级； 3)轧制 连铸板坯出炉温度为120020， 采用二阶段轧制， 粗轧开轧温度1100， 精轧终轧 温度820870， 轧后无控冷， 获得轧制板坯； 4)热处理 淬火工艺： 轧制板坯加热温度为86010， 保温3050min进行淬火， 以冷却速度为40 /s冷却至室温， 获得淬火钢板； 回火工艺： 淬火钢板加热温度为20010， 保温60120min后进行空冷， 得到稀土处 理的HB500级高耐磨性钢板。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111676418 A 2 一种稀土处理的HB500

7、级高耐磨性钢板及其生产方法 技术领域 0001 本发明属于稀土高强度耐磨用调质钢板领域， 具体涉及一种稀土处理的HB500级 高耐磨性钢板及其生产方法。 背景技术 0002 煤炭是我国主体能源， 高性能耐磨钢是支撑煤炭采运装备安全、 高效运行的关键 基础材料。 煤炭采运过程中工况环境极其复杂， 钢板在服役过程中面临着煤、 矸石、 环境介 质(温度、 湿度、 腐蚀性气氛)及载荷应力等多因素磨损(或腐蚀)协同作用。 且我国地域广 阔， 不同矿井工况条件差异很大： 常规工况下矸石含量约10， 常温常湿； 而苛刻工况下矸 石含量可达50， 井下气温高达40， 湿度90以上， 不同工况条件下钢板的磨损机

8、理和失 效行为差异很大。 煤炭采运典型耐磨部件-刮板输送机中部槽， 在常规工况下过煤量约为 800万吨， 而在高矸石、 高湿热苛刻工况下， 过煤量不足500万吨。 随着我国大型矿井年产超 千万吨的高产高效工作面不断增多， 亟待开发新型高耐磨性钢板材料， 以满足煤炭行业的 迫切需求。 0003 低合金马氏体耐磨钢是我国煤机行业应用最广泛的耐磨钢， 与中高锰奥氏体耐磨 钢和贝氏体耐磨钢相比， 具有生产工艺简单、 成本低、 综合性能优良稳定等明显优势， 代表 了煤炭采运用耐磨钢的发展方向。 但传统低合金马氏体钢通过简单地提高硬度来改善耐磨 性， 导致钢材加工性能变差， 耐磨部件开裂倾向明显增加。 如

9、何在不增加硬度和不降低加工 性能的前提下提高耐磨性， 是发展煤炭采运高耐磨性钢面临的关键技术难题。 0004 文献CN102392186A公开一种HB500级低锰耐磨钢板的制造方法， 其主要采用了低 锰的成分设计， 主要是为了保证低温冲击韧性和焊接性能。 采用该成分生产的耐磨钢板布 氏硬度至少HB500以上， 抗拉强度至少1500MPa， -20冲击韧性至少40J/cm， 断裂伸长率 12以上， 但其未提及心部硬度的指标。 0005 文献CN102943212公开一种NM500高强度耐磨钢板及其热处理工艺， 其采用了低成 本的成分设计和亚温热处理工艺， 有效地节约能源、 降低生产成本， 生产的

10、NM500高强度耐 磨钢板具有较高的强度、 良好的耐磨性、 冲击韧性以及较好的焊接性能， 但未提及心部硬度 的指标。 0006 文献CN106566993A公开一种具有优良低温冲击韧性的NM500厚板及其生产方法， 其采用了低碳当量成分设计以确保钢板的焊接性能， 通过加入适量合金元素和合适的轧制 及热处理工艺， 从而使所生产钢板具有均匀细小的组织结构和优良的综合力学性能。 本方 法所得厚板的最大厚度可达到80mm， 具有强度适中、 板厚1/4处-40低温冲击韧性优良的 特点。 但其未提及心部硬度指标。 发明内容 0007 针对现有技术中存在的问题的一个或多个， 本发明一个方面提供一种稀土处理的

11、 HB500级高耐磨性钢板， 其化学成分按质量百分比计为： C： 0.250.30、 Si： 0.15 说明书 1/5 页 3 CN 111676418 A 3 0.30、 Mn： 1.101.40、 P： 0.012、 S： 0.002、 Cr： 0.701.00、 Ti： 0.008 0.018、 B： 0.00100.0020、 Mo： 0.300.50、 Ni： 0.300.50、 Ce： 0.0015、 Als： 0.0250.04、 CEV： 0.600.70， 其余为铁和不可避免的杂质。 0008 上述稀土处理的HB500级高耐磨性钢板的力学性能满足： 屈服强度1500MPa，

12、抗 拉强度1580MPa， 延伸率A5020， 表面布氏硬度480HB， 心部布氏硬度460HB， -20 夏比V型纵向冲击功40J， 金相组织为马氏体组织及残余奥氏体。 0009 上述稀土处理的HB500级高耐磨性钢板的厚度为1660mm。 0010 本发明另一方面提供了上述的稀土处理的HB500级高耐磨性钢板的生产方法， 其 包括以下步骤： 0011 1)冶炼 0012 冶炼用铁水经脱硫预处理， 加入废钢， 经LF精炼加热、 成分微调、 合金化， 保证钢水 成份、 温度满足后续工序需要； RH真空处理时， 真空处理时间20min， 真空处理时添加所需含 量的稀土Ce-Fe合金； RH真空处

13、理结束后进行软吹； 0013 2)连铸 0014 连铸全程采用保护浇注， 并投入电磁搅拌、 轻压下， 获得的连铸板坯低倍检测要求 中心偏析不大于C类3级， 中心疏松不大于2级； 0015 3)轧制 0016 连铸板坯出炉温度为120020， 采用二阶段轧制， 粗轧开轧温度1100， 精轧 终轧温度820870， 轧后无需控冷， 获得轧制板坯； 0017 4)热处理 0018 淬火工艺： 轧制板坯加热温度为86010， 保温3050min进行淬火， 获得淬火钢 板； 0019 回火工艺： 淬火钢板加热温度为20010， 保温60120min后进行空冷， 得到稀 土处理的HB500级高耐磨性钢板。

14、 0020 基于以上技术方案提供的稀土处理的HB500级高耐磨性钢板的合金成分以低碳、 低合金为主， 充分利用稀土在改善铸坯枝晶偏析、 组织形貌、 晶粒大小、 可焊性、 易成型性、 高耐磨性等方面的有益作用， 实现了厚规格耐磨钢在心部硬度不降低(实施例数据表明， 获 得的钢板的心部硬度达到钢板表面硬度的90以上)的情况下， 提高耐磨钢的可焊性。 该钢 板的力学性能满足屈服强度1500MPa， 抗拉强度1580MPa， 延伸率A5020， 表面布氏硬 度480HB， 心部布氏硬度460HB， -20夏比V型纵向冲击功40J， 金相组织为马氏体组 织及残余奥氏体， 因此具有高强度、 高硬度和高低温

15、韧性， 可以显著提高产品的使用周期， 并实现了稀土高强度耐磨钢较普通耐磨钢耐磨损性能提高1.5倍的目标。 提供的钢板的生 产方法中在RH真空处理时添加稀土Ce-Fe合金， 可以显著提高稀土的收得率， 保证了性能的 稳定性， 同时轧制过程采用TMCP工艺生产， 通过控制中间坯厚度、 轧制变形量及冷却速度等 工艺参数， 实现铸坯组织细化、 热轧态组织细化， 提高组织均匀性， 同时保证了厚度方向的 硬度一致性， 进而得到力学性能和焊接性能等均十分优异的钢板。 附图说明 0021 图1为实施例1获得的钢板的金相组织照片； 说明书 2/5 页 4 CN 111676418 A 4 0022 图2为实施例

16、1获得的钢板的面扫描图像； 0023 图3为耐磨性试验样片的结构示意图。 具体实施方式 0024 本发明旨在提供一种稀土处理的HB500级高耐磨性钢板及其生产方法， 其中在生 产过程中通过添加稀土元素， 有利于改善钢中高的铬含量引起的晶间脆化， 同时提高了奥 氏体稳定性， 改善钢板的淬透性， 进而在减小钢板各向异性、 提高弯曲成型性能、 减小焊接 开裂倾向、 提高心部耐磨性等方面作用显著， 在保证心部硬度达到表面硬度90的同时， 显 著提高材料的可焊性。 0025 其中生产方法具体包括以下步骤： 0026 (1)冶炼 0027 冶炼用铁水经脱硫预处理， 加入自产优质废钢， 经LF精炼加热、 成

17、分微调、 合金化， 保证钢水成份、 温度满足后续工序需要。 RH真空处理时， 真空处理时间20min， 真空处理时添 加稀土Ce-Fe合金(经实验证实， 通过Ce-Fe合金形式的添加， 稀土的收得率可达到50以 上， 显著高于直接向体系中添加稀土元素所获得的收得率(30以下)， 合金加入前测温定 氧。 真空处理结束后进行软吹， 软吹期间钢包渣面保持平静， 不得有钢水液面裸露在空气 中。 0028 (2)连铸 0029 连铸全程采用保护浇注， 在浇铸过程中使用稀土钢特制的防氧化保护浇铸装置。 保证稀土钢在浇铸过程中实现不絮钢， 连续浇铸的目标。 同时， 投入电磁搅拌、 轻压下， 板坯 低倍检测要

18、求中心偏析不大于C类3级， 中心疏松不大于2级。 0030 (3)轧制 0031 板坯出炉温度为120020。 采用二阶段轧制， 粗轧开轧温度1100。 精轧终轧 温度820870， 轧后无需控冷。 0032 (4)热处理工艺 0033 淬火工艺： 86010， 保温3050min淬火， 冷却速度40/s； 0034 回火工艺： 20010， 保温60120min空冷。 0035 在以下实施例中， 将实施例13获得的钢板统一命名为BTNM500钢板。 0036 以下通过具体实施例详细说明本发明， 以下实施例的描述仅用于理解本发明， 并 不在限制本发明的内容。 0037 实施例1 0038 钢板

19、的化学成分重量百分比见下表1。 板坯的加热炉出炉温度为1210， 采用二阶 段轧制， 粗轧开轧温度1150。 精轧终轧温度845， 轧后无需控冷， 中间坯厚度为3倍成品 厚度。 淬火工艺： 867， 保温20min淬火， 冷却速度为40/s； 回火工艺： 204， 保温30min空 冷。 最后即可得到所述钢板， 该钢板的金相组织照片如图1所示， 可见其金相组织为马氏体 组织及残余奥氏体， 图2为该钢板的面扫描成分分析结果， 可见该钢种中含有稀土元素。 0039 实施例2 0040 钢板的化学成分重量百分比见下表1。 板坯的加热炉出炉温度为1205， 加热后及 时轧制。 采用二阶段轧制， 粗轧开

20、轧温度1160。 精轧终轧温度835， 薄规格无需控冷， 说明书 3/5 页 5 CN 111676418 A 5 中间坯厚度为3倍成品厚度。 淬火工艺： 862， 保温30min淬火； 回火工艺： 210， 保温50min 空冷。 最后即可得到所述钢板。 0041 实施例3 0042 钢板的化学成分重量百分比见下表1。 板坯的加热炉出炉温度为1205， 加热后及 时轧制。 采用二阶段轧制， 粗轧开轧温度1160。 精轧终轧温度840， 薄规格无需控冷， 中间坯厚度为3倍成品厚度。 淬火工艺： 854， 保温40min淬火； 回火工艺： 204， 保温70min 空冷。 最后即可得到所述钢板。

21、 0043 对比例1 0044 钢板的化学成分重量百分比见下表1。 板坯的加热炉出炉温度为1205， 加热后及 时轧制。 采用二阶段轧制， 粗轧开轧温度1160。 精轧终轧温度831， 薄规格无需控冷， 中间坯厚度为3倍成品厚度。 淬火工艺： 870， 保温20min淬火； 回火工艺： 207， 保温 120min空冷。 最后即可得到所述钢板。 0045 表1： 钢板化学成分(wt) 0046 0047 0048 检测实验1 0049 对实施例13和对比例1获得的耐磨钢板进行力学性能测试， 其结果如下表2所 示。 0050 表2： 钢板力学性能 0051 0052 从上表2中可以看出， 实施例

22、13的钢板， 抗拉强度： 15881665MPa， 延伸率： 20.527.0， 表面布氏硬度： 487499HB， 心部布氏硬度： 458472HB， -20夏比V型纵 向冲击功： 4248J， 可见钢板的心部硬度达到表面硬度的90以上(表面硬度和心部硬度 没有直接对应关系， 淬火钢板一般有一定厚度的淬硬层， 淬硬层的厚度与淬透性元素多少 有关， 如果淬透性元素少， 表面很硬， 而淬硬层很薄， 没有淬透到心部， 导致心部硬度低。 所 以无法直接由表面硬度推算出心部硬度)， 而对比例1获得的钢板在钢板强度以及-20夏 比V型纵向冲击功方面都不及实施例13的钢板， 并且对比例1获得的钢板的心部硬

23、度仅为 其表面硬度的77， 显著低于实施例13的钢板的心部硬度， 因此耐磨性不及实施例13 说明书 4/5 页 6 CN 111676418 A 6 的钢板。 以上数据说明利用本发明提供的耐磨钢板不但具有高强、 高硬、 高延伸率等特点， 而且具有优异的冷弯成型性能， 其钢板的强度、 硬度、 延伸率、 冲击、 弯曲明显优于对比例1 的钢板。 0053 检测实验2 0054 该检测实验对上述实施例1的钢板(三个重复对应样品编号N1、 N2、 N3)的耐磨性进 行检测， 同时与瑞典SSAB公司生产的HADOX500钢板(三个重复对应样品编号H1、 H2、 H3)进行 耐磨性对比。 0055 耐磨性试

24、验在MLS-225型湿式橡胶轮磨粒磨损试验机上进行， 采用线切割设备在 厚度方向距表面0.7mm位置切取并加工成尺寸为57.0mm25.5mm7.0mm的样片进行磨粒 磨损试验， 试样要求见图3所示。 试验在湿式橡胶轮磨粒磨损试验机上完成， 摩擦介质为水、 泥沙。 检测结果如下表3所示。 0056 表3： BTNM500与对比材料的磨损结果 0057 0058 由上表3数据可知， 上述实施例1获得的钢板BTNM500的平均磨损量为0.1386g， 明 显低于现有的NM500钢板的磨损量0.20576g， 试验结果表明， 本发明提供的稀土高强度耐磨 钢BTNM500具有优良的耐磨损性能。 0059 最后应说明的是： 以上所述仅为本发明的优选实施例而已， 并不用于限制本发明， 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明， 对于本领域的技术人员来说， 其依然可 以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分技术特征进行等同替换。 凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的 保护范围之内。 说明书 5/5 页 7 CN 111676418 A 7 图1 图2 图3 说明书附图 1/1 页 8 CN 111676418 A 8