一种布氏硬度500级的耐磨钢及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种布氏硬度500级耐磨钢，其钢的化学成分按质量百分比为：C 0.25～0.28％，Si 0.22～0.28％，Mn 1.15～1.24％，P≤0.01％，S≤0.005％，Cr 0.2～0.25％,Cu 0.01～0.015％，Al 0.03～0.05％，Ni 0.04～0.045％，Mo 0.01～0.02％,Ti 0.03～0.04％，V 0.007～0.018％，B≤0.004％，其余为铁和不可避免的杂质。本发明专利技术还提供一种布氏硬度500级耐磨钢的制造方法。本发明专利技术使耐磨钢具有优良耐磨性和较高韧性，并使其表面具有均匀压应力，增强其耐磨性能和抗疲劳性能。

Abrasion resistant steel of Brinell hardness 500 grade and manufacturing method thereof

The invention discloses a Brinell hardness grade 500 wear-resistant steel, chemical composition of the steel by weight percentage: C 0.25 ~ 0.28%, 0.22 ~ 0.28% Si, Mn 1.15 ~ 1.24%, P = 0.01%, S = 0.005%, Cr 0.2 ~ 0.25%, 0.01 ~ 0.015% Cu, Al 0.03 0.04 ~ 0.05%, Ni ~ 0.045%, Mo 0.01 ~ 0.02%, 0.03 ~ 0.04% Ti, V 0.007 ~ 0.018%, B = 0.004%, the rest is iron and unavoidable impurities. The invention also provides a method for manufacturing Brinell hardness 500 grade wear-resistant steel. The abrasion resistant steel has excellent abrasion resistance and high toughness, and has uniform compressive stress on the surface of the wear-resistant steel, and enhances the abrasion resistance and the fatigue resistance of the wear-resistant steel.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钢铁制造领域，具体涉及一种布氏硬度500级耐磨钢及其制造方法。
技术介绍
耐磨钢是广泛应用于各种磨损工况下的一类钢铁材料，其目的在于减缓机械部件的磨损消耗，提高产品寿命，延长机械产品因磨损而发生失效行为的时间，要求具有较高的硬度值以保证恶劣工况下的耐摩擦磨损性能。残余应力是影响耐磨钢使用的关键参数，与钢板的开裂以及表面的耐磨性有直接关系。而通常的耐磨钢硬度值高，其内残余应力大，均匀性不好，很容易在使用过程中发生钢板开裂和变形，以及焊接性能差的问题；另外，表面的残余应力还与耐磨性有一定关系，钢板表面如果是压应力，则对提高钢板的耐磨性能和疲劳性能有提升作用。现有布氏硬度500级耐磨钢存在内残余应力大，均匀性不好的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有布氏硬度500级耐磨钢中存在残余应力为拉应力或应力值较小，均匀性不好，在使用过程中易发生钢板开裂和变形，焊接性能差的缺点，提供了一种布氏硬度500级耐磨钢及其制造方法，该耐磨钢及制造方法通过对残余应力有较大影响的重要化学成分C、Si、Mn、Cr、B等元素的控制，并采用合理的淬火、回火热处理工艺，使耐磨钢在拥有优良耐磨性和较高韧性的同时，在其表面具有均匀压应力，进一步增强其耐磨性能和抗疲劳性能。本专利技术所采用的技术方案是：一种布氏硬度500级耐磨钢，钢的化学成分按质量百分比为：C0.25～0.28％，Si0.22～0.28％，Mn1.15～1.24％，P≤0.01％，S≤0.005％，Cr0.2～0.25％,Cu0.01～0.015％，Al0.03～0.05％，Ni0.04～0.045％，Mo0.01～0.02％,Ti0.03～0.04％，V0.007～0.018％，B≤0.004％，其余为铁和不可避免的杂质。按上述方案，所述耐磨钢的屈服强度为1400Mpa～1520Mpa，抗拉强度为1730～1800Mpa，耐磨钢的布氏硬度值达到510左右。本专利技术的碳(C)含量为0.25～0.28％。碳是影响耐磨钢强度、硬度、韧性及淬透性的重要元素，也是影响钢显微组织最为重要的元素。随着碳含量增加，钢的硬度增加，冲击韧性显著下降，耐磨性逐渐提高。碳含量过高，钢中的碳化物量过多，热处理后形成的是高碳片状马氏体，钢的硬度高而韧性低，且热处理过程中容易开裂，这一点尤其要注意；碳含量过低，钢的淬硬性不足，硬度过低，耐磨性不足。本专利技术的硅(Si)含量为0.22～0.28％，在炼钢过程中，其用作还原剂和脱氧剂。Si是非碳化物形成元素，是以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体。因此可以强化铁素体，提高钢的强度和硬度，同时可以降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。Si还可提高钢的回火稳定性和抗氧化性。它提高钢中固溶体的强度和冷加工变形硬化率的作用极强，仅次于磷，但同时也在一定程度上降低钢的韧性和塑性。另外，硅使钢呈带状组织，使钢材的横向性能低于纵向性能。但硅含量过高会出现块状铁素体，使钢的韧性降低并易产生淬火裂纹；并且残余奥氏体显著增加，使钢的硬度降低。当Si的含量较高时，可能使Fe3C分解，使C游离而呈石墨状态存在，即有所谓的石墨化作用。在退火时，表面也容易脱碳。本专利技术的锰(Mn)的含量为1.15～1.24％。Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，能消除或减弱因硫所引起的热脆性，从而改善钢的热加工性能。Mn和铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，强化基体；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子，生成Mn3C，它与Fe3C能相互溶解，在钢中形成在(FeMn)3C型化合物，从而提高钢的强度、硬度和耐磨性。Mn可降低临界冷却速度，促进马氏体形成，提高钢的淬透性。锰在钢中由于降低临界转变温度，起到细化珠光体的作用，也间接地起到提高珠光体钢强度的作用。锰扩大铁碳平衡相图中的γ相区，它使钢形成和稳定奥氏体组织的能力仅次于镍。淬火后易得到马氏体组织。但锰是过热敏感性元素，淬火时加热温度过高会引起晶粒粗大；锰在凝固时偏析系数较大，很容易在晶界偏聚，对钢的性能产生不利影响，并会导致钢的淬火组织中残余奥氏体量增加，所以锰含量控制在1.15～1.24％之间。本专利技术的磷(P)的含量≤0.01％，硫(S)的含量≤0.005％。硫存在于钢铁中会使钢变的热脆，而磷在结晶过程中易产生偏析，从而在钢中的局部区域产生冷脆。硫、磷对于耐磨钢残余应力控制而言是有害杂质元素，应尽力消除。本专利技术的铬(Cr)的含量为0.2～0.25％。铬有利于钢的固溶强化并适宜碳化物的形成，进而提高钢的高温强度、硬度和耐磨性能。铬增加钢的淬透性，尤其与锰、硅合理搭配能大大提高淬透性，但同时也增加钢的回火脆性倾向。铬能固溶于铁素体中而产生固溶强化效应，提高焊缝金属的抗拉强度和屈服点。但其含量超过0.8％，会使焊缝金属韧性明显下降。本专利技术的铜(Cu)的含量0.01～0.015％。铜在钢中能改善普通低合金钢抗大气腐蚀性能，改善焊接性、成型性与机加工性等。但是当铜含量超过0.015时容易产生“铜脆现象”。英国斯文西大学材料工程系的Morrison指出，Cu与Ni以0.5％的总量同时加入钢坯时，钢中的冲击性能不受损害。本专利技术的镍(Ni)的含量为0.04～0.045％。镍和碳不形成碳化物，是形成和稳定奥氏体的主要合金元素，加入一定的镍可提高淬透性，使钢的组织在常温下保留少量残余奥氏体，以提高其韧性。镍元素能够提高钢材本身的冲击韧性，尤其是对钢材的低温冲击改善较大。本专利技术的钼(Mo)的含量为0.01～0.02％。Mo在钢中以固溶体相和碳化物相的形式存在。可降低临界冷却速度，促进马氏体形成，提高钢的淬透性。与C形成MoC，提高钢的硬度。并通过固溶强化来强化基体，提高硬化相的密度，同时也提高碳化物的稳定性，对钢的强度产生有利的作用。对回火脆性的影响颇为复杂，作为单一的合金元素存在，提高钢的回火脆性，但和其他导致回火脆性的元素并存时，钼又降低或抑制其他元素所导致的回火脆性。本专利技术的铝(Al)的含量为0.03～0.05％。铝是钢中常用脱氧剂。钢中加入少量的铝，可以细化晶粒，提高冲击韧性。本专利技术的钛(Ti)的含量为0.03～0.04％。钛通过细化晶粒和沉淀强化提高钢的强度，钛在连铸冷却条件下生成弥散的TiN颗粒，由于它的熔点很高，在焊接热影响区能显著抑制晶粒长大，加微量钛能显著改善热影响区的韧性。本专利技术的钒(V)的含量0.007～0.018％。钒通过细化晶粒提高钢的强度，适量的V含量能够提高基体的耐磨性，但是V含量的增加对冲击韧性亦有影响。本专利技术的硼(B)的含量≤0.004％。微量硼可吸附在奥氏体晶界上，降低晶界的能量，提高钢的淬透性。本专利技术还提供上述布氏硬度500级耐磨钢的制造方法，其包括冶炼工艺和轧制工艺两个步骤；所述冶炼工艺的步骤为：高炉铁水→铁水脱硫→转炉顶底复合吹炼→吹氩→LHF炉处理(三分厂)→RH(SiCa)处理→连铸→铸坯检查→铸坯下送；所述轧制工艺的步骤为：铸坯验收→铸坯二次切割→铸坯清理→铸坯加热→轧制→冷却→淬火→低温回火→精整→检验入库；其特征在于：在板坯加热步骤中，为了保证微合金元素充分溶解以及一定的奥氏体晶粒度，减小残余应力分布不均可能性，均热温度采用1180℃～1240℃，加热速率为8～12min/cm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种布氏硬度500级耐磨钢，其特征在于：钢的化学成分按质量百分比为：C 0.25～0.28％，Si 0.22～0.28％，Mn 1.15～1.24％，P≤0.01％，S≤0.005％，Cr 0.2～0.25％,Cu 0.01～0.015％，Al 0.03～0.05％，Ni 0.04～0.045％，Mo 0.01～0.02％,Ti 0.03～0.04％，V 0.007～0.018％，B≤0.004％，其余为铁和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种布氏硬度500级耐磨钢，其特征在于：钢的化学成分按质量百分比为：C0.25～0.28％，Si0.22～0.28％，Mn1.15～1.24％，P≤0.01％，S≤0.005％，Cr0.2～0.25％,Cu0.01～0.015％，Al0.03～0.05％，Ni0.04～0.045％，Mo0.01～0.02％,Ti0.03～0.04％，V0.007～0.018％，B≤0.004％，其余为铁和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的布氏硬度500级耐磨钢，其特征在于：所述耐磨钢的屈服强度为1400Mpa～1520Mpa，抗拉强度约1730～1800Mpa。3.一种如权利要求1或2所述的布氏硬度500级耐磨钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛欢，马玉喜，余立，彭文杰，
申请(专利权)人：武汉钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42