[发明专利]一种非调质的高强耐磨钢及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，特别涉及到一种非调质的高强度耐磨用钢及其生产技术方法。

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，耐磨材料的发展已成为影响现代生产效率的重要因素。耐磨钢广泛地应用于冶金、矿山、建材、电力、铁路和军事等各个部门中，如挖掘机斗齿、球磨机衬板、破碎机颚板、破碎壁、轧臼壁、拖拉机履带板、风扇磨冲击板和铁路道岔等等。

目前生产的耐磨钢综合性能较低，如较早的高锰耐磨钢，需要在强烈的冲击载荷或挤压载荷下受力表面被加工硬化，硬度提高才具有较好的耐磨性，其使用范围较窄；一些低合金耐磨钢因为碳当量较高而不利于焊接使用，且大都需要进行离线热处理，存在生产能耗大、生产效率低等问题，如以下几个专利：

武汉钢铁集团公司申请的名为“高抗拉强度的耐冲刷磨蚀钢及其生产方法”，专利号为CN 101381847A，提供一种抗拉强度为800Mpa左右的耐磨钢，含有Cr1.0～6.5％，使其成本较高；而且其1200℃左右的开轧温度，导致其奥氏体晶粒过分长大且能源消耗较多。

武汉钢铁集团公司申请的另一名为“一种超高强度耐磨钢及其生产方法”，公开号为CN 101250673A的专利，提供一种抗拉强度为1300Mpa左右的耐磨钢，具有较好的耐磨性，但其需要进行950℃淬火+500℃回火的调质工艺，生产能耗大、生产效率低。

日本NKK公司发明的“An abrasion resistant steel”欧洲专利，专利号为EP 0527276，该钢同时申请了“Abrasion-resistant steel”美国专利，专利号为US 5403410，该钢具有硬度值HB最大为503，抗拉强度约为1230MPa，因此具有优异的耐磨性能。但是该专利实施例中HB＞300级别耐磨钢的碳含量为0.19～0.34％，典型成分为0.30％，将导致钢材的冲击韧性和焊接性降低；而且该钢也采取了离线淬火工艺生产。

美国Armco公司申请的名为“Galling and wear resistant steel alloy”的美国专利，专利号为US 4494988，该钢HRC达到45左右，具有较好的耐磨性。但该钢含有较高的合金含量Cr4～6％，Ni4～6％，必将提高炼钢成本；而且该钢含有0.07％的P，将导致钢材的韧性下降，不利于加工和焊接。

由以上对比专利可知，目前可用于机械设备等构件的耐磨钢存在如下不足：1、需要进行热处理，生产工序复杂，工艺能耗大、成本高、生产节奏较低；2、含有较高的Cr、Ni等合金元素，生产成本较高；3、碳含量较高，降低钢的韧性，且不利于焊接。

发明内容

针对上述问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种成分设计合理、不需离线热处理、具有高强度、高耐磨性和易焊接性的耐磨钢板，其抗拉强度达到1530MPa左右，布氏硬度HB在450左右。技术方案具体如下：

本发明以较低的合金含量、不需热处理为基本特征，在本发明中，其化学成分的含量(Wt％)：C 0.18％～0.23％、Si 0.51％～0.65％、Mn 1.26％～1.75％、P≤0.020％，S≤0.010％，Ni 0.26～0.55％、Cr 0.80～1.10％、Mo 0.40％～0.55％、Nb 0.03％～0.05％、V 0.04～0.06％、Ti0.02～0.04％、B 0.001％～0.003％、Als 0.005％～0.04％，其余为Fe以及不可避免的杂质。

本发明所以选择以上合金元素种类及其含量是因为：C：是影响低合金耐磨钢组织性能的关键元素，其变化幅度很大，碳含量不同可获得硬度和韧性的不同匹配关系，也是提高钢材硬度最便宜最直接的元素，但是高碳合金硬度高而韧性不足，也不利于结构件的焊接，低碳合金韧性较高而硬度偏低，本发明确定最适合的碳含量0.18％～0.23％；

Si：硅是炼钢脱氧的必要元素，具有一定固溶强化的作用。也能抑制第一类回火脆性，改善马氏体的回火稳定性，提高回火温度，获得较好性能，本发明硅的含量范围为0.51％～0.65％；

Mn：锰是提高强度和韧性的主要元素，能显著提高钢淬透性的元素，成本十分低廉，是主要添加元素，但Mn过高会使钢的延展性降低，本发明的含量限定在1.26％～1.75％；