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1、(10)申请公布号 CN 102605234 A (43)申请公布日 2012.07.25 C N 1 0 2 6 0 5 2 3 4 A *CN102605234A* (21)申请号 201110027548.1 (22)申请日 2011.01.25 C22C 38/04(2006.01) C22C 38/32(2006.01) C22C 33/04(2006.01) C21D 8/02(2006.01) (71)申请人宝山钢铁股份有限公司 地址 201900 上海市宝山区富锦路885号 (72)发明人李红斌 姚连登 施青 (74)专利代理机构北京市金杜律师事务所 11256 代理人郑立柱 。
2、金惠淑 (54) 发明名称 一种400HB级耐磨钢板及其制造方法 (57) 摘要 本发明提供一种耐磨钢板，其化学成分(重 量)为：C：0.08-0.24、Si：0.10-0.30、 Mn：0.70-1.70、P：0.050、S：0.030、 Cr：1.00、Mo：0.60、Al：0.01-0.10、 B：0.0005-0.0040、Ti：0.005-0.06， 且满足：0.15Cr+Mo1.20，0.011 Al+Ti0.15，余量为Fe和不可避免的杂 质。该耐磨钢板的制造方法，包括冶炼、铸造、轧 制、淬火和回火等步骤。通过以上成分及工艺得到 的400HB级耐磨钢板强度高，韧性佳，易焊接和弯 。
3、曲，机械加工性能优异，适用于工程机械中易磨损 设备，如铲斗、刮板运输机和矿用电动轮自卸车箱 体等。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书8页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 8 页 附图 1 页 1/1页 2 1.一种耐磨钢板，其化学成分按重量百分比计为：C：0.08-0.24、Si：0.10-0.30、 Mn：0.70-1.70、P0.050、S0.030、Cr1.00、Mo0.60、Al：0.01-0.10、 B：0.0005-0.0040、Ti：0.005-0.06，且满足：0.15Cr+Mo1.20，0.011。
4、 Al+Ti0.15，余量为Fe和不可避免的杂质。 2.如权利要求1所述的耐磨钢板，其特征在于，C：0.08-0.23、Si：0.17-0.30、 Mn：0.75-1.65、P0.026、S0.015、Cr：0.95、Mo0.52、Al： 0.027-0.091、B：0.0009-0.0025、Ti：0.012-0.056，0.52Cr+Mo1.20， 0.055Al+Ti0.15。 3.如权利要求1或2所述的耐磨钢板，其特征在于，Cr：0.45-0.95，Mo： 0.16-0.52。 4.如权利要求1-3任一所述的耐磨钢板，其特征在于，布氏硬度大于400HB，优选地， 其-40夏比纵向冲击功。
5、为40J以上。 5.权利要求1-4任一所述的耐磨钢板的制造方法，依次包括：冶炼、铸造、加热、轧制、 冷却、淬火和回火步骤； 在加热步骤中，加热温度为900-1250； 在轧制步骤中，进行自由轧制，轧后空冷； 在淬火步骤中，淬火温度为(Ac 3 -50)(Ac 3 +100)；保持时间为5-40min。 在回火步骤中，回火温度为150-500，保持时间为10-60min。 6.如权利要求5所述的耐磨钢板的制造方法，其特征在于，加热温度为1000-1200。 7.如权利要求5或6所述的耐磨钢板的制造方法，其特征在于，淬火温度为 (Ac 3 -20)(Ac 3 +80)。 8.如权利要求57任一所述。
6、的耐磨钢板的制造方法，其特征在于，回火温度为 150-400。 9.如权利要求58任一所述的耐磨钢板的制造方法，其特征在于，空冷采用堆垛或冷 床冷却。 10.如权利要求711任一所述的制造方法得到的耐磨钢板，其布氏硬度大于400HB， 其-40夏比纵向冲击功为40J以上。 权 利 要 求 书CN 102605234 A 1/8页 3 一种 400HB 级耐磨钢板及其制造方法 技术领域 0001 本发明涉及耐磨钢，特别是涉及一种400HB级耐磨钢板及其制造方法。 背景技术 0002 耐磨钢板广泛应用于工作条件特别恶劣，要求高强度，高耐磨性能的工程、采矿、 建筑、农业、水泥生产、港口、电力以及冶金。
7、等机械产品上。如推土机，装载机，挖掘机，自卸 车及抓斗、堆取料机、输料弯曲结构等。 0003 材料的耐磨性主要取决于其硬度，而韧性对材料的耐磨性也有着非常重要的影 响。单单提高材料的硬度并不能保证材料在复杂工况下具有较佳的耐磨性和较长的使用寿 命。通过调整成分与热处理工艺，控制低合金耐磨钢硬度和韧性的合理匹配，得到优良的综 合机械性能，进而提高冲击条件下的耐磨性能，使其满足不同磨损工况的需要。 0004 焊接可以解决各种钢材的连接，在工程应用中具有十分重要的作用。焊接冷裂纹 是最常出现的焊接工艺缺陷，尤其是当焊接高强耐磨钢时，冷裂纹出现的倾向很大。对于高 强度耐磨钢板，焊接问题尤为明显。 00。
8、05 现有技术中有关于耐磨钢的介绍，如CN1132264A，CN1189542A，CN1385549A， CN1865481A和CN1132263A，公开的均为高硅、高锰成分体系，并含有较多的合金元素，不宜 于焊接，限制了耐磨钢在工业上的广泛应用。 0006 因此，合理设计碳和合金元素的种类及含量，研发高性能且适用性强的低合金耐 磨钢具有重要的意义。 发明内容 0007 本发明的目的是提供一种400HB级耐磨钢，在添加适量合金元素基础上实现高强 度、高硬度和高韧性的匹配，焊接及机械加工性能优异，有益于在工程上广泛应用。 0008 为实现上述目的，本发明的400HB级耐磨钢板的化学成分重量百分比。
9、含量为： C：0.08-0.24、Si：0.10-0.30、Mn：0.70-1.70、P：0.050、S：0.030、Cr： 1.00、Mo：0.60、Al：0.01-0.10、B：0.0005-0.0040、Ti：0.005-0.06，余量 为Fe和不可避免的杂质，且满足：Cr+Mo1.20，0.011Al+Ti0.15。余量为Fe 和不可避免的杂质。 0009 优选地，C：0.08-0.23、Si：0.17-0.30、Mn：0.75-1.65、P：0.026、S： 0.015、Cr：0.95、Mo0.52、Al：0.027-0.091、B：0.0009-0.0025、Ti： 0.012-0。
10、.056，0.52Cr+Mo1.20，0.055wt.Al+Ti0.15wt.。 0010 优选地，Cr：0.45-0.95。 0011 优选地，Mo：0.16-0.52。 0012 本发明所涉及的钢种通过元素种类及含量的科学设计，在添加适量合金元素基础 上实现了高强度、高硬度和高韧性的匹配。 0013 以下详述本发明所涉及的400HB级耐磨钢板的化学成分作用。 说 明 书CN 102605234 A 2/8页 4 0014 碳：含量控制在0.08-0.24wt.范围内。碳是耐磨钢中最基本、最重要的元素，可 以提高钢的强度和硬度，进而提高钢的耐磨性，但其对钢的韧性和焊接性能不利，因此，应 合理。
11、控制钢中的碳含量为0.08-0.24wt.，优选为0.08-0.23wt.。 0015 硅：含量控制在0.10-0.30wt.范围内。硅固溶在铁素体和奥氏体中提高它们的 硬度和强度，然而硅含量过高会导致钢的韧性急剧下降。同时考虑到硅与氧的亲和力比铁 强，焊接时容易产生低熔点的硅酸盐，增加熔渣和熔化金属的流动性，影响焊缝质量，因此 含量不易过多，本发明中控制硅为0.10-0.30wt.，优选地为0.17-0.30wt.。 0016 锰：含量控制在0.70-1.70wt.范围内。锰强烈增加钢的淬透性，降低耐磨钢转 变温度和钢的临界冷却速度。但锰含量较高时，有使晶粒粗化的倾向，并增加钢的回火脆 敏感。
12、性，而且容易导致铸坯中出现偏析和裂纹，降低钢板的性能，本发明中控制锰含量为 0.70-1.70wt.，优选地0.75-1.65wt.。 0017 铬：含量控制在0-1.00wt.范围内。铬可以降低临界冷却速度、提高钢的淬透 性。铬在钢中可以形成(Fe，Cr) 3 C、(Fe，Cr) 7 C 3 和(Fe，Cr) 23 C 7 等多种碳化物，提高强度和硬 度。铬在回火时能阻止或减缓碳化物的析出与聚集，可以提高钢的回火稳定性，本发明中控 制铬含量为1.0wt.，优选为0.45wt.。 0018 钼：含量控制在0-0.60wt.范围内。钼可以细化晶粒，提高强度和韧性。钼在 钢中存在于固溶体相和碳化物。
13、相中，因此，含钼钢同时具有固溶强化和碳化物弥散强化的 作用。钼是减小回火脆性的元素，可以提高回火稳定性。铬可以提高淬透性，但对韧性 不利，需要加入适量的钼进行调节，但钼会大大增加成本，因此含量需要控制，综合考虑 以上因素，铬和锰的含量控制在以下范围：0.15Cr+Mo1.20wt.，优选地，0.52 Cr+Mo1.20wt.。 0019 铝：含量控制在0.01-0.10wt.范围内。铝和钢中氮能形成细小难溶的AlN颗 粒，细化钢的晶粒。铝可细化钢的晶粒，固定钢中的氮和氧，减轻钢对缺口的敏感性，减小或 消除钢的时效现象，并提高钢的韧性，本发明中Al含量控制在0.01-0.10wt.，优选地为 0。
14、.027-0.091wt.。 0020 钛：含量控制在0.005-0.06wt.范围内。钛是强碳化物形成元素之一，与碳形成 细微的TiC颗粒。TiC颗粒细小，分布在晶界，达到细化晶粒的效果，较硬的TiC颗粒提高钢 的耐磨性。钛能形成细小钛化物颗粒细化晶粒，而铝可以保证细小钛化物颗粒的形成，充分 发挥钛的细化晶粒作用，故铝和钛的含量范围如下：0.011wt.Al+Ti0.15wt.，优 选地为0.055wt.Al+Ti0.15wt.。 0021 硼：含量控制在0.0005-0.0040wt.范围内。硼增加钢的淬透性但含量过高将导 致热脆现象，影响钢的热加工性能，本发明中控制硼含量为0.0005-。
15、0.0040wt.，优选地为 0.0009-0.0025wt.。 0022 磷与硫：在耐磨钢中，硫与磷均为有害元素，它们的含量要严格控制，本发明所涉 及钢种中控制磷含量小于0.050wt.，优选0.026wt.；硫含量小于0.030wt.，优选 0.015wt.。 0023 本发明的另一个目的在于提供该400HB级耐磨钢板的制造方法，该方法依次 包括冶炼、铸造、加热、轧制、冷却、淬火和回火步骤。其中加热步骤中，加热到温度为 900-1250；淬火步骤中，淬火温度为(Ac 3 -50)(Ac 3 +100)，保持时间为5-40min；回 说 明 书CN 102605234 A 3/8页 5 火步。
16、骤中，回火温度为150-500，保持时间为10-60min。 0024 优选地，在所述加热过程中，加热温度为1000-1200，更优选加热温度为 1050-1200，为提高生产效率并防奥氏体晶粒过分长大及钢坯表面严重氧化，最优选加热 温度为1080-1200。 0025 优选地，淬火温度为(Ac 3 -20)(Ac 3 +80)，出炉后水冷，更优选淬火温度 小于(Ac 3 -10)(Ac 3 +70)，有利于细化组织，提高力学性能。最优选淬火温度为 (Ac 3 -10)(Ac 3 +50)。 0026 优选地，回火温度为150-400，出炉后空冷。更优选回火温度180-400，有利于 提高钢板。
17、力学性能。最优选回火温度为180-380。 0027 优选地，空冷采用堆垛或冷床冷却，可以减缓冷却速度，防止钢板开裂。 0028 本发明通过合理设计化学成分(C、Mn、Cr和Mo等主要元素的含量及配比)，控制了 碳和合金含量。这样的成分设计得到的耐磨钢板不仅具有高强、硬度，而且具有可焊接性， 适合需要焊接的工程机械使用领域。 0029 本发明通过将钢板淬火后低温回火，消除了淬火后钢板的内应力，并使钢板有较 高的强度、硬度和韧性。 0030 由于成分和工艺设计合理，从实施效果来看，本发明耐磨钢板的工艺制度比较宽 松，可以稳定地进行工业生产。 0031 本发明的耐磨钢板具有高的强度、硬度及良好的冲。
18、击韧性等，可以进行切割、弯曲 等机械加工，具有很强的适用性。 0032 本发明生产的400HB级耐磨钢板布氏硬度大于400HB，-40夏比纵向冲击功可达 40J以上，具有优异的力学性能，增强了耐磨钢的适用性。 附图说明 0033 图1是焊接试验中，斜Y坡口焊接裂纹试件的形状和尺寸。 具体实施方式 0034 下面用一些实施例对本发明作进一步阐述。这些实施例仅仅是对本发明的一些实 施方式的描述，并不对本发明的范围构成任何限制。 0035 实施例1 0036 本发明的400HB级耐磨钢板的化学成分如表1所示。按表1所示的化学成分冶炼 后将连铸坯或钢锭加热至1250，轧后空冷，淬火温度为915，保持时。
19、间为5min，回火温 度为180，保持时间为15min，回火后堆垛或冷床冷却。 0037 实施例2 0038 实施方式同实施例1，其中连铸坯或钢锭加热温度为1200，淬火温度为900， 保持时间为11min，回火温度为220，保持时间为10min，回火后堆垛或冷床冷却。 0039 实施例3 0040 实施方式同实施例1，其中连铸坯或钢锭加热温度为1140，淬火温度为880， 保持时间为28min，回火温度为270，保持时间为46min，回火后堆垛或冷床冷却。 0041 实施例4 说 明 书CN 102605234 A 4/8页 6 0042 实施方式同实施例1，其中连铸坯或钢锭加热温度为118。
20、5，淬火温度为865， 保持时间为40min，回火温度为320，保持时间为31min，回火后堆垛或冷床冷却。 0043 实施例5 0044 实施方式同实施例1，其中连铸坯或钢锭加热温度为1000，淬火温度为895， 保持时间为33min，回火温度为380，保持时间为60min，回火后堆垛或冷床冷却。 0045 实施例6 0046 实施方式同实施例1，其中连铸坯或钢锭加热温度为1090，淬火加热温度为 905，保持时间为22min，回火温度为420，保持时间为26min，回火后堆垛或冷床冷却。 0047 表1本发明实施例1-6及对比例的化学成分(wt.) 0048 C Si Mn P S Cr 。
21、Mo Ni Al B Ti 实施例1 0.08 0.30 1.65 0.023 0.011 - 0.52 - 0.056 0.0018 0.012 实施例2 0.12 0.25 1.47 0.026 0.015 0.45 0.43 - 0.055 0.0025 0.026 实施例3 0.15 0.26 1.15 0.022 0.009 0.75 - - 0.073 0.0013 0.048 实施例4 0.17 0.21 1.31 0.015 0.012 0.71 0.31 - 0.091 0.0022 0.056 实施例5 0.20 0.17 1.21 0.018 0.008 0.95 0.2。
22、5 - 0.027 0.0009 0.028 实施例6 0.23 0.22 0.75 0.023 0.005 0.83 0.16 - 0.046 0.0016 0.035 对比例1 0.22 0.83 1.25 - - 1.35 0.28 0.22 0.025 0.0020 0.035 0049 试验例1：力学性能试验 0050 对本发明实施例1-6的400HB级耐磨钢板进行力学性能测试，结果见表2。 0051 表2本发明实施例1-6的400HB级耐磨钢板及对比钢的力学性能 0052 说 明 书CN 102605234 A 5/8页 7 0053 从表2可以看出，本发明实施例1-6高耐磨性耐磨。
23、硬度大于400HB，-40夏比纵 向冲击功在40J以上，本发明所涉及高耐磨性钢板具有优良的机械性能。本发明所涉及钢 板硬度高于与对比钢1钢板的硬度，强度和冲击韧性比对比钢佳。 0054 试验例2：焊接性试验 0055 按照斜Y坡口焊接裂纹试验方法(GB4675.1-84)对本发明耐磨钢板进行斜Y坡 口焊接裂纹试验，分五组进行试验。斜Y坡口焊接裂纹试件的形状和尺寸见图1。 0056 首先焊接拘束焊缝，拘束焊缝采用富Ar气体保护焊焊接，使用1.2的JM-58 焊丝，焊接过程中严格控制了试件的角变形。焊后冷却室温后进行试验焊缝的焊接。试 验焊缝在室温下进行焊接，试验焊缝完成48小时后，检测焊缝表面裂。
24、纹、断面裂纹和根部 裂纹。经过解剖试验，利用着色法对焊缝的表面、断面、根部分别进行检查。焊接规范为 170A25V160mm/min。斜Y坡口焊接裂纹试验结果见表4。 0057 对本发明实施例1-6的400HB级耐磨钢板进行焊接性能试验，试验结果如表3所 示。 0058 表3本发明实施例的400HB级耐磨钢板焊接性能试验结果 0059 说 明 书CN 102605234 A 6/8页 8 0060 说 明 书CN 102605234 A 7/8页 9 0061 由表3可知，本发明实施例钢板在适当的预热条件下焊后未出现裂纹，本发明钢 板具有良好的焊接性能。 0062 试验例3：耐磨性试验 006。
25、3 耐磨性试验在ML-100磨粒磨损试验机上进行。截取试样时，令试样的轴线垂直于 钢板表面，试样的磨损面即钢板的轧制面。将试样按要求加工成台阶状圆柱体，测试部分尺 寸为4mm，卡具夹持部分尺寸为5mm。试验前用酒精清洗试样，然后用吹风机吹干，在万 分之一精度的天平上称重，测得试样重量作为原始重量，而后安装在弹性夹具上。用粒度为 80目的砂纸，在42N载荷作用下进行试验。试验后由于试样与砂纸间的磨损，试样在砂纸上 画出一条螺旋线，根据螺旋线的起始和终止半径来计算螺旋线的长度，计算公式为 0064 0065 r1为螺旋线的起始半径，r2为螺旋线的终止半径，a为螺旋线的进给量。每次实 验称重三次取平。
26、均值，然后计算失重，用每米失重来表示试样的磨损率(mg/M)。 0066 对本发明的实施例1-6的400HB级耐磨钢板进行耐磨性试验。本发明的实施例钢 种与对比例1钢(瑞典HARDOX400耐磨钢板)的磨损试验结果见表4。 0067 表4本发明涉及的耐磨钢板与400HB级耐磨钢板的耐磨试验结果 说 明 书CN 102605234 A 8/8页 10 0068 钢种 试验温度 磨损试验条件 磨损率(mg/M) 实施例1 室温 80目砂纸/42N载荷 10.723 实施例2 室温 80目砂纸/42N载荷 10.452 实施例3 室温 80目砂纸/42N载荷 10.136 实施例4 室温 80目砂纸/42N载荷 9.723 实施例5 室温 80目砂纸/42N载荷 9.881 实施例6 室温 80目砂纸/42N载荷 9.462 对比例1 室温 80目砂纸/42N载荷 10.581 0069 从表4可看出本发明的400HB级耐磨钢板的耐磨性能与瑞典HARDOX400耐磨钢板 相当。 说 明 书CN 102605234 A 10 1/1页 11 图1 说 明 书 附 图CN 102605234 A 11 。