[发明专利]一种低合金高强度高韧性耐磨钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐磨钢，具体地说，本发明涉及一种低合金高强度高韧性耐磨钢板及其制造方法。

背景技术

在科学技术和现代工业高速发展的今天，机械设备的运转速度越来越高，许多工件和设备由于磨损而迅速失效，造成的材料浪费和经济损失相当惊人。据不完全统计，我国仅在冶金、矿山、电力、煤炭和农机部门，由于工件磨损而造成的经济损失每年约400亿元。因此，耐磨材料的发展已成为影响现代生产效率的重要因素。

传统上一般选用奥氏体高锰钢生产耐磨部件。奥氏体高锰钢在大的冲击载荷作用下，可发生应变诱导马氏体相变，提高其耐磨性。奥氏体高锰钢布氏硬度只有180～220，使用寿命短，不符合建立节约型社会发展方向，目前通常采用中碳或高碳合金钢，通过调质处理改善其机械性能，以满足实际工况对耐磨件的要求。

材料的耐磨性主要取决于其硬度。较高的硬度可以提供良好的抗磨损性能。调整合金钢中的合金元素成分，增加碳含量并加入适量的微量元素如铬、钼、镍、钒、钨、钴、硼和钛等元素，充分利用析出强化，细晶强化和相变强化、位错强化等不同强化方式提高钢的硬度。

韧性对材料的耐磨性也有着非常重要的影响。通过调整成分与热处理工艺，能在较大范围内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，进而提高耐磨性能，使其满足不同磨损工况的需要。

通过调整优化钢的成分和工艺可以获得有良好耐磨性能的合金钢。碳含量对钢的性能影响很大。随着碳含量的增加，淬火形成的马氏体HCP晶格的晶格常数增大，淬火后的组织硬度增加。但是碳含量增加会导致钢的韧性下降，且过高的碳严重恶化了钢的焊接性能，限制了硬质高碳合金钢的使用范围；铬能显著改善钢的抗氧化作用，提高淬透性，增加抗腐蚀能力，提高耐磨性；镍可以细化晶粒，通过细晶强化同时提高低合金钢的韧性和塑性；钼是铁素体形成元素，能促进马氏体形成，增加钢的淬透性并提高碳化物的稳定性；稀土元素能改善合金钢的铸态组织、细化晶粒和净化钢液。钢中添加的较多合金元素会增加钢的制造成本，降低了其作为工业产品的实际应用性能。

焊接可以解决各种钢材的连接，是十分重要的加工工艺，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，尤其是当焊接高强度钢时，冷裂纹出现的倾向很大。为防止冷裂纹产生，通常是焊前预热、焊后热处理，造成了焊接工艺的复杂性，特殊情况下的不可操作性，危及焊接结构的安全可靠性。对于高强度的耐磨钢板，焊接问题尤为明显。材料的化学成分对焊接性能有着重要的影响。碳和合金元素对钢的焊接的影响可用碳当量(钢的碳当量就是把钢中包括碳在内的对淬硬、冷裂纹及脆化等有影响的合金元素含量换算成碳的相当含量。)来表示，通过对钢的碳当量的估算，可以初步衡量低合金高强度钢冷裂敏感性的高低，这对焊接工艺条件如预热、焊后热处理、线能量等的确定具有重要的指导作用。国际焊接协会确认的碳当量的公式为

Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

增加钢中合金元素含量可以得到优良的机械性能，但影响其焊接性并增加了钢的生产成本，因此其不具有较好的经济效益和社会效益。因此，控制合金元素含量，研发低成本且工艺简单的低合金耐磨钢是社会经济和钢铁工业发展的必然趋势。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明的一个目的在于提供一种低合金高强度高韧性耐磨钢板。

本发明的低合金高强度高韧性耐磨钢板的化学成分和含量为C：0.15～0.27wt.％、Si：0.20～1.0wt.％、Mn：0.80～1.8wt.％、P：＜0.030wt.％、S：＜0.010wt.％、Cr：0.20～1.0wt.％、Mo：0.10～0.40wt.％、Nb：0.010～0.040wt.％、B：0.0005～0.0040wt.％、Al：0.020～0.060wt.％、Ti：0.004～0.030wt.％，余量为Fe和不可避免的杂质；且Cr、Mo、Nb的含量满足Cr+Mo+Nb≥0.35wt.％；Cr、Mo的含量满足Cr/Mo≥1.2。