一种马氏体-铁素体双相耐磨钢板及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种马氏体-铁素体双相耐磨钢板及其制备方法。本发明专利技术马氏体-铁素体双相耐磨钢板包含有马氏体和铁素体双相组织，其中马氏体组织的体积分数大于90％，硬度在480～560HB之间，采用特定用量的C、Si、Mn、P、S、Nb、V、Ti、Mo、Ni、Cr、Al、B、N、Fe等元素制备得到。本发明专利技术马氏体-铁素体双相耐磨钢板具有高硬度的同时还具有良好的低温韧性和耐磨性能，有助于在严酷环境下尤其是极低温条件下机械零件的制造。本发明专利技术马氏体-铁素体双相耐磨钢板的制备方法工艺简单，能够得到马氏体-铁素体双相组织，综合提高所得马氏体-铁素体双相耐磨钢板的硬度、低温韧性和耐磨性能，适于大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种马氏体-铁素体双相耐磨钢板及其制备方法
本专利技术涉及低合金化钢
，具体而言，涉及一种马氏体-铁素体双相耐磨钢板及其制备方法。
技术介绍
磨损是材料的主要失效形式之一，每年我过因磨损造成大量的材料和能源损耗，开发和使用高性能的耐磨材料是降低磨损的有效手段。低合金耐磨钢作为一种重要的耐磨钢铁材料，被广泛应用于工程、采矿、建筑、农业、水泥生产、港口、电力以及冶金等机械制造产品上，如推土机，装载机，挖掘机，自卸式车厢，盾构机、掘进机等各种矿山机械以及化工、造纸和废弃物处理等装备的制造。布氏硬度480～560HB低合金耐磨钢板是高级别的耐磨钢板，目前已经有部分该类钢的报道专利，但是其组织均是以全部马氏体的形式出现。由于马氏体组织具有极高的硬度，从而决定了其韧塑性较差。例如，舞阳钢铁公司专利“一种高等级别耐磨钢板及其生产方法(申请号：200910312254.6)”仅给出了制造钢板的硬度(445-485HB)和常温下的低温冲击韧性，对于0℃及其以下的温度的冲击韧性则难以保证；宝钢专利“一种低合金高强度高韧性耐磨钢板及其制造方法(申请号：200910045274.1)”指出生产钢板具有良好的韧性，但所指韧性为室温下的冲击韧性；南京钢铁股份有限公司和东北大学合作申请专利“一种HB500级低锰耐磨钢板的制造方法(申请号：201110347184.5)”也给出了制造钢板相应的低温冲击韧性，但所给韧性均为-20℃冲击韧性。马氏体组织具有高的硬度和强度，然而，无论是片状马氏体还是板条马氏体，它们均是脆性相，存在韧塑性较差的特点。现有技术中的马氏体钢其硬度、低温韧性、耐磨性等综合性能难以满足实际使用需求。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种马氏体-铁素体双相耐磨钢板，所述的马氏体-铁素体双相耐磨钢板具有高硬度的同时还具有良好的低温韧性和耐磨性能，有助于在严酷环境下尤其是极低温条件下机械零件的制造。本专利技术的第二目的在于提供一种所述的马氏体-铁素体双相耐磨钢板的制备方法，该方法工艺简单，能够得到马氏体-铁素体双相组织，综合提高所得马氏体-铁素体双相耐磨钢板的硬度、低温韧性和耐磨性能，适于大规模生产。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种马氏体-铁素体双相耐磨钢板，所述马氏体-铁素体双相耐磨钢板中马氏体的体积分数不小于90％，所述马氏体-铁素体双相耐磨钢板主要包括以下质量分数的成分：C0.23％～0.33％，Si0.20％～0.60％，Mn1.60％～2.50％，P≤0.016％，S≤0.006％，Nb0.00～0.06％，V0.00～0.05％，Ti0.010％～0.050％，Mo0.00～0.60％，Ni0.00～1.00％，Cr0.00～1.00％，Al0.020％～0.060％，B0.0008％～0.004％，N≤0.0050％，余量为Fe及不可避免的杂质。本专利技术马氏体-铁素体双相耐磨钢板选择特定含量的成分制备得到，且所得马氏体-铁素体双相耐磨钢板中马氏体组织的体积分数不小于90％，所得马氏体-铁素体双相耐磨钢板具有高硬度的同时还具有良好的低温韧性和耐磨性能，以利于在严酷环境下尤其是极低温条件下机械零件的制造。本专利技术的主要化学成分的选择和控制理由如下：C：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480～560HB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，高碳含量时还会降低钢板的塑性和焊接性能。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，0.23％～0.33％的碳是比较合适的。优选地，碳含量为0.25％～0.32％。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，高硅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1.60％-2.50％。优选地，锰的含量为1.60％～2.00％。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≤0.016％、S≤0.006％。优选地，P≤0.014％、S≤0.004％。Al：强脱氧元素。为了保证钢中的氧含量尽量地低，铝的含量控制在0.02％-0.06％。脱氧后多余的铝和钢中的氮元素能形成A1N析出物，提高强度并且在热处理加热时能细化钢的元素奥氏体晶粒度。优选地，铝含量为0.025％-0.055％。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0.010％-0.050％。优选地，钛含量为0.010％-0.030％。Cr：铬提高钢的淬透性，增加钢的回火稳定性。铬在奥氏体中溶解度很大，稳定奥氏体，淬火后在马氏体中大量固溶，提高钢的强度和硬度。为了保持钢的强度级别，铬可以部分代替锰，增强其淬透性。本专利技术可添加不大于1.00％的铬。优选地，铬含量为0.30-0.60％。Ni：镍是稳定奥氏体的元素，钢中加镍能大幅提高钢的韧性尤其是低温韧性，同时由于镍属于贵重合金元素，所以本专利技术可添加不超过1.00％的镍元素。优选地，镍含量为0.00-0.50％。Mo：钼元素能显著地细化晶粒，提高淬透性，从而增加强度和韧性。此外，钼元素还能减少钢的回火脆性，同时回火时可以析出非常细小的碳化物，显著强化钢的基体。由于钼是较贵的合金元素，所以本专利技术中可添加不超过0.60％的钼。优选地，钼含量为0.15％-0.40％。N：本专利技术不含或含有较少的Nb、V微合金元素，且主要以相变强化和回火碳化物析出强化为主要强化方式。小于等于50ppm含量的氮可以稳定0.01％-0.03％的钛形成TiN,可保证加热时板坯的奥氏体晶粒不过分粗大。本专利技术中控制氮含量0.005％。优选地，氮含量为0.0000-0.0040％。优选地，所述马氏体-铁素体双相耐磨钢板主要包括以下质量分数的成分：C0.25％～0.32％，Si0.20％～0.50％，Mn1.60％～2.00％，P≤0.014％，S≤0.004％，Nb0.010％～0.050本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种马氏体‑铁素体双相耐磨钢板，其特征在于，所述马氏体‑铁素体双相耐磨钢板中马氏体的体积分数不小于90％，所述马氏体‑铁素体双相耐磨钢板主要包括以下质量分数的成分：C0.23％～0.33％，Si 0.20％～0.60％，Mn 1.60％～2.50％，P≤0.016％，S≤0.006％，Nb 0.00～0.06％，V 0.00～0.05％，Ti 0.010％～0.050％，Mo 0.00～0.60％，Ni 0.00～1.00％，Cr 0.00～1.00％，Al 0.020％～0.060％，B 0.0008％～0.004％，N≤0.0050％，余量为Fe及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种马氏体-铁素体双相耐磨钢板，其特征在于，所述马氏体-铁素体双相耐磨钢板中马氏体的体积分数不小于90％，所述马氏体-铁素体双相耐磨钢板主要包括以下质量分数的成分：C0.25％～0.32％，Si0.20％～0.50％，Mn1.60％～2.00％，P≤0.014％，S≤0.004％，Nb0.010％～0.050％，V0.000～0.040％，Ti0.010％～0.030％，Mo0.15％～0.40％，Ni0.00～0.50％，Cr0.30％～0.60％，Al0.025％～0.055％，B0.0015％～0.0030％，N≤0.0045％，余量为Fe及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种马氏体-铁素体双相耐磨钢板，其特征在于，所述马氏体-铁素体双相耐磨钢板的布氏硬度为480～560HB，-40℃下冲击功Akv≥24J，屈服强度≥1285MPa，抗拉强度≥1670MPa。3.如权利要求1-2任一所述的一种马氏体-铁素体双相耐磨钢板的制备方法，其特征在于，将钢坯进行控制轧制后进行冷却，然后在Ac1和Ac3温度之间进行热处理，之后进行回火处理。4.如权利要求3所述的一种马氏体-铁素体双相耐磨钢板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用所需成分含量的原料制备成钢坯；(2)将步骤(1)所得钢坯进行热处理；(3)将步骤(2)所得钢坯进行一阶段或两阶段控制轧制处理；(4)将步骤(3)所得钢板进行控制冷却处理；(5)将步骤(4)所得钢板进行热处理；所述热处理包括淬火和回火；所述淬火温度为Ac3温度以下5～20℃；所述回火温度为0～230℃。5.根据权利要求4所述的一种马氏体-铁素体双相...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓想涛，王昭东，王国栋，张逖，陈林恒，
申请(专利权)人：东北大学，南京钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21