一种低密度轻质自卸车车厢用耐磨钢板及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种低密度轻质自卸车车厢用耐磨钢板及其制备方法。该类钢板的显著特征是：(1)以马氏体组织为基体组织；(2)所制造钢板在合金设计时为添加质量百分比为3.0‑4.0％的Al元素，(3)所制造钢板的硬度在360～480HB之间。其制造方法为：选取不同的合金成分进行冶炼，连铸或模铸成钢坯，经过加热、控轧、控冷、热处理等工序制造所需要的钢板。上述钢板特别适用于大型矿车车厢或城市渣土车车厢等设备或零件制造，通过较多Al元素的加入，降低了钢板密度，从而降低了所制造装备的质量，同时该类钢板还具有良好的成型性(适合90°冷弯)和焊接性能，尤其是具有更高的低温冲击韧性和耐磨性能。

Wear resistant steel plate for low density lightweight dump truck and preparation method thereof

The invention provides a wear-resistant steel plate for a low density light dump truck and a preparation method thereof. The remarkable characteristics of this type of steel plate are: (1) martensitic tissue is the matrix structure; (2) the steel plate is designed to add Al elements with a mass percentage of 3 and 4%, and (3) the hardness of the steel plate is between 360 and 480HB. The manufacturing method is to select different alloy components for smelting, continuous casting or mould casting into billet, and the required steel plates are made through heating, controlled rolling, controlled cooling, heat treatment and other processes. The steel plate is especially suitable for the manufacture of equipment or parts such as large miner carriage or city residue car. By adding more Al elements, the steel plate density is reduced and the quality of the manufactured equipment is reduced. At the same time, the steel plate also has good formability (suitable for 90 degrees cold bending) and welding performance, especially with higher quality. Low temperature impact toughness and wear resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种低密度轻质自卸车车厢用耐磨钢板及其制备方法
本专利技术涉及低合金化钢制造领域，具体涉及一种低密度轻质自卸车车厢用耐磨钢板及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着社会和经济的高速发展，节能降耗、减少环境污染和节约资源成为大家面临的一个十分迫切的问题。对于矿山用或城市渣土车用自卸车来说，降低车身重量，不但可以节能降耗、减少环境污染，而且还可以增加车辆的载重量。为了适应这种需要，目前普遍采用的方法是使用更高强度的钢板，从而降低所使用钢板的厚度，实现减重的目标，该类方法在现有的自卸车制造过程中已经取得了良好的效果。然而，随着钢板的使用级别越来越高，当继续减薄时，所制造部件由于刚度的降低极易出现变形，因此，在使用钢板降低到一定厚度后，不宜继续减薄来降低重量实现轻量化的目标。在这种情况下，可以使用密度更低的材料如铝合金等来实现减重的目标，但是其价格极其昂贵，加工性能和焊接性能难以控制。在钢中添加一定量密度较低的铝元素的方法，可以实现所生产钢板的密度降低，从而达到减重的目标，近年来该类方法在汽车制造用薄规格钢板中有较多的研究和应用，并已形成多项专利，但都是用于制造薄板，尚未涉及中厚钢板的制造。且铝元素含量过高时，钢中易产生使性能恶化的κ碳化物。如于西纳公司公开号为CN1688725A的名为“很高强度和低密度热轧薄钢板及其制造方法”的中国专利，该专利涉及高铝低密度钢板的生产，但是主要是涉及薄规格钢板的生产并被应用于汽车制造，尚未涉及中厚规格钢板及其生产工艺；安塞米塔尔法国公司研发的名称为“具有良好可压延性的低密度钢”，申请号为200880016091，该专利涉及一种热轧铁素体钢片材，其Al含量为6-10％，易产生使性能严重恶化的κ碳化物；中国专利CN103484771A“一种海洋平台用高铝低密度中厚钢板及其制备方法”虽然属于中厚钢板生产，但是属于超低碳热轧海洋工程用钢，其合金设计和制备工艺与本专利技术存在较大差异。
技术实现思路
本专利技术的目的是获得布氏硬度在360～480HB之间的低密度轻质自卸车车厢用耐磨钢板，使其具有较高硬度和耐磨性的同时还具有较低的密度以及良好的低温韧性，以利于在自卸车车厢等部件的制造，同时还实现在相同钢板厚度的条件下减重的目的。本专利技术提出了一种低密度轻质自卸车车厢用耐磨钢板，该类钢板的显著特征是：(1)以马氏体为基体组织；(2)所制造钢板在合金设计时为添加质量百分比为3.0-4.0％的Al元素。本专利技术还提出了一种低密度轻质自卸车车厢用耐磨钢板的制造方法：选取不同的合金成分进行冶炼，连铸或模铸成钢坯，经过加热、控轧、控冷、热处理等工序制造所需要的钢板。本专利技术的具体技术方案为：一种低密度轻质自卸车车厢用耐磨钢板，所述钢板的组分按质量百分比计包括：C0.15～0.24％，Si0.20～0.60％，Mn1.20～1.80％，Al3.00～4.00％，P≤0.014％，S≤0.004％，Nb0.015～0.05％，V0.00～0.05％，Ti0.010～0.040％，Mo0.00～0.60％，Cr0.20～1.00％，B0.0008～0.004％，N≤0.0050％，H≤1.5ppm，余量为Fe。上述钢板的组分优选为，按质量百分比计包括：C0.16～0.22％，Si0.20～0.50％，Mn1.20～1.60％，Al3.00～4.00％，P≤0.013％，S≤0.003％，Nb0.015～0.05％，V0.00～0.05％，Ti0.010～0.030％，Mo0.15～0.60％，Cr0.30～1.00％，B0.0008～0.004％，N≤0.0040％，H≤1.4ppm，余量为Fe。上述耐磨钢板的制备方法，包括如下步骤：第一步，按照所述钢板中各组分的质量百分比配比，再进行冶炼，连铸或模铸得到钢坯，钢坯进行加热，加热温度控制在1180～1230℃，保温时间为180～210min；第二步，对第一步得到的钢坯进行粗轧、精轧成钢板，其中粗轧终轧温度控制在980～1100℃，粗轧道次压下率≥10％，精轧终轧温度控制在820～940℃，精轧道次累计压下率≥40％；钢板精轧终轧后经过空冷或层流冷却，钢板厚度为20mm及以下时采用空冷，空冷终冷温度为室温；钢板厚度大于20mm时采用冷速为5-10℃/s的层流冷却，层流冷却的终冷温度控制在600-700℃范围内，然后空冷至室温；第三步，对轧制后的钢板进行离线热处理，离线热处理时淬火温度为860～930℃，回火温度为170～250℃。本专利技术所述耐磨钢板的主要化学成分的选择和控制理由如下：C：碳元素是钢板获得高的强度和硬度的关键元素。对于要获得布氏硬度达到360～480HB的钢板而言，碳是最重要的元素，碳元素可以显著提高钢板的位错密度和淬透性。但由于碳元素的增加，会增加冶炼难度，增加铸坯出现裂纹的几率；同时，高碳含量时还会显著的降低钢板塑性和焊接性能。所以如果钢板既要获得高硬度和一定的韧性，又要考虑冶炼时的控制难度，综合考虑，对于本专利技术而言，0.15～0.24％的碳是比较合适的。优选地，碳含量为0.16～0.22％。Al：铝作为轻质化元素加入钢中，一方面使得钢铁材料的晶格常数增大，另一方面，其本身的原子质量较小，因而可以降低所制备钢铁材料的密度。同时，铝元素在钢中还可以起到固溶强化和增加钢本身的耐蚀性能的作用。但是，当铝元素添加量过多时，极易引起晶界粗化，从而使性能恶化。优选地，铝含量为3.00～4.00％。Si：钢中加入硅元素能够提高钢质纯净度和脱氧。硅在钢中起固溶强化作用，其在奥氏体中的溶解度较大，提高硅含量有利于提高钢的强度和硬度，且能提高奥氏体的稳定性。但硅元素含量过高会导致钢的韧性下降，且高硅含量的钢板加热时的氧化皮粘度较大，出炉后除鳞困难，导致轧后钢板表面红色氧化皮严重、表面质量较差。此外，较高硅元素加入还不利于钢板的焊接性能。综合考虑硅元素各方面的影响，本专利技术硅含量为0.20-0.60％。优选地，硅含量为0.20-0.50％。Mn：锰元素能够扩到奥氏体区，稳定奥氏体组织，其能力仅次于合金元素镍，是廉价的稳定奥氏体和强化合金元素，同时锰元素能够增加钢的淬透性，降低马氏体形成的临界冷速，从而实现在很小的冷速下即可得到强硬组织--马氏体组织，实现高硬度的目的。但过高的锰元素含量会加重铸坯或钢锭中的偏析，大大的增加冶炼难度。本专利技术锰的含量应控制在1.20～1.80％。优选地，锰的含量为1.20～1.60％。S和P：硫在钢中与锰等化合形成塑性夹杂物硫化锰，尤其对钢的横向塑性和韧性不利，因此硫的含量应尽可能地低。磷也是钢中的有害元素，严重损害钢板的塑性和韧性。对于本专利技术而言，硫和磷均是不可避免的杂质元素，应该越低越好，考虑到钢厂实际的炼钢水平，本专利技术要求P≤0.014％，S≤0.004％。优选地，P≤0.013％，S≤0.003％。Ti：钛是强碳化物形成元素，钢中加入微量的Ti有利于固定钢中的N,从而使得B元素起到增强淬透性的作用，同时，Ti元素还可与N元素相结合，形成TiN阻止钢坯加热时奥氏体晶粒的过分长大，细化原始奥氏体晶粒尺寸。本专利技术钛含量控制在Ti0.010～0.040％。优选地，钛含量为0.010-0.030％。Cr：铬提高钢材的淬透性和耐蚀性能的元素，同时还本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低密度轻质自卸车车厢用耐磨钢板，其特征在于，所述钢板的组分按质量百分比计包括：C 0.15～0.24％，Si 0.20～0.60％，Mn 1.20～1.80％，Al 3.00～4.00％，P≤0.014％，S≤0.004％，Nb 0.015～0.05％，V 0.00～0.05％，Ti 0.010～0.040％，Mo 0.00～0.60％，Cr 0.20～1.00％，B 0.0008～0.004％，N≤0.0050％，H≤1.5ppm，余量为Fe。

【技术特征摘要】
1.一种低密度轻质自卸车车厢用耐磨钢板，其特征在于，所述钢板的组分按质量百分比计包括：C0.15～0.24％，Si0.20～0.60％，Mn1.20～1.80％，Al3.00～4.00％，P≤0.014％，S≤0.004％，Nb0.015～0.05％，V0.00～0.05％，Ti0.010～0.040％，Mo0.00～0.60％，Cr0.20～1.00％，B0.0008～0.004％，N≤0.0050％，H≤1.5ppm，余量为Fe。2.根据权利要求1所述的一种低密度轻质自卸车车厢用耐磨钢板，其特征在于，所述钢板的组分按质量百分比计包括：C0.16～0.22％，Si0.20～0.50％，Mn1.20～1.60％，Al3.00～4.00％，P≤0.013％，S≤0.003％，Nb0.015～0.05％，V0.00～0.05％，Ti0.010～0.030％，Mo0.15～0.60％，Cr0.30～1.00％，B0....

【专利技术属性】
技术研发人员：邓想涛，王昭东，田勇，付天亮，王丙兴，王国栋，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21