[发明专利]一种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，特别是涉及一种低合金易焊接高强度高韧性耐磨钢板及其制造方法。

背景技术

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、农业、水泥生产、港口、电力以及冶金等机械产品上。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。

近几十年来，耐磨钢的开发与应用发展很快，一般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，充分利用析出强化、细晶强化、相变强化和位错强化等不同强化方式提高耐磨钢的力学性能。大多数耐磨钢为中碳、中高碳和高碳钢，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，另外，增加合金含量会导致成本提高和焊接性能下降，这些缺点制约了耐磨钢的进一步发展。

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，使其满足不同磨损工况的需要。

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、高硬度的耐磨钢板，焊接问题尤为明显。

CN1140205A公开了一种中碳中合金耐磨钢，其碳及合金元素(Cr、Mo等)含量均远高于本发明，这必然导致焊接性能与机械加工性能较差。

CN1865481A公开了一种贝氏体耐磨钢，与本发明相比，其碳及合金元素(Si、Mn、Cr、Mo等)含量均较高，焊接性能、力学性能均较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种低合金易焊接高强高韧耐磨钢板，在添加微量合金元素基础上实现高强度、高硬度和高韧性的匹配，极易焊接、具有良好的机械加工性能，十分有益于工程上的广泛应用。

为实现上述目的，本发明的低合金易焊接高强高韧耐磨钢板的化学成分重量百分比含量为C：0.08-0.21％、Si：0.15-0.45％、Mn：1.10-1.80％、P：≤0.015％、S：≤0.010％、Nb：0.010-0.040％、Al：0.010-0.080％、B：0.0006-0.0014％、Ti：0.005-0.050％、Ca：0.0010-0.0080％、V≤0.080％、Cr≤0.60％、N≤0.0080％、O≤0.0060％、H≤0.0004％，且满足：0.025％≤Nb+Ti≤0.080％，0.030％≤Al+Ti≤0.12％，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明耐磨钢的显微组织主要为马氏体和残余奥氏体，其中残余奥氏体体积分数≤5％。

本发明的另一个目的在于提供该低合金易焊接高强高韧耐磨钢板的制造方法，该方法依次包括冶炼、铸造、加热、轧制和轧后直接冷却等步骤。其中加热步骤中，加热到温度为1000-1200℃；轧制步骤中，开轧温度：950-1150℃，终轧温度：800-950℃；轧后直接冷却步骤中，采用水冷，停冷温度：室温至300℃。

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，碳当量越低，焊接性越好，反之，则焊接性越差，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

低焊接裂纹敏感性钢板的焊接裂纹敏感性指数Pcm可按下式确定：

Pcm＝C+Si/30+Ni/60+(Mn+Cr+Cu)/20+Mo/15+V/10+5B

焊接裂纹敏感性指数Pcm是反映钢的焊接冷裂纹倾向的判定指标，Pcm越低，焊接性越好，反之，则焊接性越差。焊接性好是指焊接时不易产生焊接裂纹，而焊接性差的钢容易产生裂纹，为了避免裂纹的产生，在焊接前对钢进行预热，焊接性越好，则所需的预热温度越低，甚至不预热，反之则需要较高的预热温度。