一種高碳硬珠光體耐磨鋼板及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明所屬材料技術領域，特別涉及一種鋼板及其制備方法。
【背景技術】
[0002]通常耐磨鋼的基本組織類型主要有馬氏體和貝氏體。珠光體組織因為其硬度較低，耐磨性不高，因此，到目前為止，除了作為鋼軌的高碳珠光體鋼以外，還沒有珠光體組織耐磨鋼的研究和實際應用報道。然而，珠光體鋼生產工藝最簡單，生產成本最低，性能最穩(wěn)定，是作為高損耗材料的理想鋼鐵材料。
[0003]從金屬學角度來講，當鋼中的C含量超過共析點成分0.77%時，將在奧氏體中先析出先共析滲碳體(二次滲碳體)，然而，當在奧氏體向珠光體轉變溫度區(qū)間內提高冷速時，即使C含量超過共析點，也可抑制先共析滲碳體的形成，從而形成偽共析珠光體，并且隨著冷速的提高，偽共析珠光體的C含量的上限也會提高。
[0004]—般認為，為了提高珠光體鋼的韌性，可通過細化珠光體組織來實現(xiàn)，具體方法為細化原始奧氏體晶?；蛘邷p小珠光體塊的尺寸。為實現(xiàn)原始奧氏體晶粒細化，可在熱乳時降低乳制溫度，增加壓下量，以及在乳制后利用低溫再加熱的方法進行熱處理。此外，為使珠光體組織細化，進行了增加珠光體形核數(shù)，以促進奧氏體晶粒內珠光體相變等方法。然而，利用增加珠光體相變形核數(shù)，促進奧氏體晶粒內的珠光體相變的方法，存在相變形核數(shù)量難以控制，與從晶粒內進行珠光體相變不穩(wěn)定等問題，不能保證珠光體組織充分細化。
[0005]對于上問題，為了從根本上改善高碳珠光體鋼的韌性，就高碳鋼軌而言，采用在乳制后低溫再加熱，然后通過加速冷卻得到細化珠光體組織的方法。近年來，為了改善高碳珠光體的耐磨性，鋼軌成分向高碳化發(fā)展，因此在上述低溫再加熱熱處理時，奧氏體晶粒內易殘留粗大的碳化物，使得加速冷卻后得到的珠光體組織延展性與韌性降低。同時，由于進行再加熱，還存在著制造成本尚，生廣率低等經濟性冋題。另外，在尚碳鋼中，奧氏體晶粒長大較快，通過乳制而細化的奧氏體晶粒在乳制后會長大，即使進行加速冷卻，也不能提高熱處理后的高碳珠光體鋼的韌性。
[0006]因此，我們開發(fā)出可確保乳制時鋼板的成形性，同時確保乳制后珠光體組織超細化的高碳硬珠光體鋼耐磨鋼板的制造方法。這是一種全新的耐磨鋼板的設計理念和制造方法，本發(fā)明主要是通過合金化手段使高溫奧氏體晶粒在較低的溫度且較小的壓下量下也容易發(fā)生再結晶，結合珠光體相變溫度區(qū)間以上快速冷卻，珠光體溫度區(qū)間緩慢冷卻，使珠光體轉變充分，同時，增加珠光體的形核率和轉變速度，控制珠光體中滲碳體長大，使珠光體組織細化，并在較短的時間內轉變完成。使珠光體耐磨鋼板很容易在控乳控冷生產線上獲得，并且，實現(xiàn)在提高高碳珠光體鋼硬度的同時，提高珠光體鋼的延展性及韌性。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、易于在控乳控冷生產線上直接生產、并確保乳制后珠光體組織超細化的高碳硬珠光體鋼耐磨鋼板及其制備方法。本發(fā)明主要是通過合金化手段使高溫奧氏體晶粒在較低的溫度且較小的壓下量下也容易發(fā)生再結晶，結合珠光體相變溫度區(qū)間以上快速冷卻，珠光體溫度區(qū)間緩慢冷卻，使珠光體轉變充分，同時，增加珠光體的形核率和轉變速度，控制珠光體中滲碳體長大，使珠光體組織細化，并在較短的時間內轉變完成。
[0008]本發(fā)明的高碳硬珠光體耐磨鋼板的化學成分質量百分比為(wt % ):C0.8-1.0、Sil.0-1.5,Crl.0-1.5,A10.3-0.5、Mn〈0.1、微合金化元素0.1-0.3，其余為鐵以及不可避免的微量的雜質元素；所述微合金化元素為兩種及以上V、B、T1、N、Zr和Mg元素；制得的高碳硬珠光體耐磨鋼板的組織為全珠光體組織，且珠光體片間距為60-100nm，其中，滲碳體占比為30-40 %，其余為鐵素體。
[0009]上述高碳硬珠光體耐磨鋼板的制備方法:
[0010](I)采用常規(guī)的熔煉方法制造鋼錠，將鋼錠加熱到1180-1200 °C保溫，在1100-1180°C開始乳制，經過5-8個道次乳制成厚度為12_18mm的耐磨鋼板，鋼板終乳溫度為 800-850 0C ；
[0011](2)終乳后以大于200°C /min的冷卻速度冷卻到650-680°C，然后以小于10°C /min的冷卻速度冷卻到450-500°C，再空冷到200_250°C保溫Ih后，最后空冷到室溫；
[0012](3)對鋼板再進行熱處理，將鋼板以10-20°C /min的速度加熱到350-380°C保溫
1-2h后空冷到室溫。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點:
[0014]1、制備方法簡單、成本較低、易于在控乳控冷生產線上直接生產。
[0015]2、制備的硬珠光體耐磨鋼板的耐磨性能明顯高于同這種耐磨鋼板的硬度達到HRC50-53，沖擊韌性達到8-12J/cm2;同時，具有優(yōu)異的耐磨性能，其耐磨性能比同硬度馬氏體耐磨鋼板和貝氏體耐磨鋼板的耐磨性能提高30%以上。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實施例1制得的硬珠光體耐磨鋼板組織的透射電鏡圖。
具體實施方案
[0017]實施例1
[0018]采用電弧爐加LF爐精煉后澆鑄成鋼錠，該鋼錠的化學成分為(wt % ):C0.81、Sil.5、Crl.1、A10.3、Mn0.05、V0.15、Zr0.05、N0.005、P0.012、S0.007，其余為鐵。然后將鋼錠加熱到1200°C保溫，在1150°C左右開始乳制，經過8個道次乳制成厚度為15_的耐磨鋼板，其終乳溫度為805°C。乳制后開始控制冷卻，首先將耐磨鋼板以210°C /min的冷卻速度冷卻到655°C，然后以5°C /min的冷卻速度冷卻到460°C，接著空冷到250°C保溫lh，最后空冷到室溫。再將耐磨鋼板以10°C /min的加熱速度加熱到350°C保溫2h后空冷到室溫。如圖1所示，獲得的耐磨鋼板的組織為全珠光體組織，且珠光體平均片間距為90nm。該硬珠光體耐磨鋼板的硬度為HRC50，沖擊韌性達到11.5J/cm2。其耐磨性能比同硬度馬氏體組織鋼板的耐磨性能提高35%。
[0019]實施例2
[0020]利用真空爐熔煉后澆鑄成鋼錠，該鋼錠化學成分為(wt% ):C0.99、Sil.K Crl.3、Al0.5、Mn0.02、T1.06、Mg0.06、N0.004、P0.009、S0.005，其余為鐵。然后將鋼錠加熱到1180°C保溫，在1150°C左右開始乳制，經過5個道次乳制成厚度為12mm的鋼條，其終乳溫度為845°C。乳制后開始控制冷卻，首先將耐磨鋼板以250°C /min的冷卻速度冷卻到680°C，然后以7°C /min的冷卻速度冷卻到490°C，接著空冷到230°C保溫lh，最后空冷到室溫。再將耐磨鋼板以15°C /min的加熱速度加熱到380°C保溫2h后空冷到室溫。獲得的耐磨鋼的組織為全珠光體組織，且珠光體平均片間距為65nm。該硬珠光體耐磨鋼板的硬度為HRC53，沖擊韌性達到8.5J/cm2。其耐磨性能比同硬度馬氏體組織鋼板的耐磨性能提高40%。
[0021]實施例3
[0022]采用小型感應爐熔煉后澆鑄成鋼錠，該鋼錠的化學成分為(wt% ):C0.91、Sil.3、Crl.5、Α10.4、ΜηΟ.07、Β0.05、Zr0.06^N0.005、Ρ0.012、S0.007，其余為鐵。然后將鋼錠加熱到1200°C保溫，在1100°C左右開始乳制，經過6個道次乳制成厚度為12mm的鋼板，其終乳溫度為830°C。乳制后開始控制冷卻，首先將鋼板以230°C /min的冷卻速度冷卻到650°C，然后以10°C /min的冷卻速度冷卻到500°C，接著空冷到200°C保溫lh，最后空冷到室溫。再將耐磨鋼板以20°C /min的加熱速度加熱到350°C保溫2h后空冷到室溫。獲得的鋼板的組織為全珠光體組織，且珠光體平均片間距為65nm。該硬珠光體耐磨鋼板的硬度為HRC52，沖擊韌性達到9.0J/cm2。其耐磨性能比同硬度馬氏體組織鋼板的耐磨性能提高45%。
[0023]實施例4
[0024]利用電弧爐加LF爐精煉后澆鑄成鋼錠，該鋼錠的化學成分為(wt % ):C0.95、Sil.2、Crl.4、A10.4、Mn0.06、Zr0.05、N0.005、Mg0.01、P0.01/5、S0.011，其余為鐵。然后將鋼錠加熱到1200°C保溫，在1180°C左右開始乳制，經過7個道次乳制成厚度為18mm的耐磨鋼板，其終乳溫度為810°C。乳制后開始控制冷卻，首先將耐磨鋼板以220°C /min的冷卻速度冷卻到665°C，然后以6°C /min的冷卻速度冷卻到470°C，接著空冷到230°C保溫lh，最后空冷到室溫。再將耐磨鋼板以15°C /min的加熱速度加熱到370°C保溫2h后空冷到室溫。獲得的耐磨鋼板的組織為全珠光體組織，且珠光體平均片間距為82nm。該硬珠光體耐磨鋼板的硬度為HRC51，沖擊韌性達到lOJ/cm2。其耐磨性能比同硬度馬氏體組織鋼板的耐磨性能提高50%。
【主權項】
1.一種高碳硬珠光體耐磨鋼板，其特征在于:它是一種組織為全珠光體，珠光體片間距為60-100nm，其中滲碳體占比為30-40%，其余為鐵素體的高碳硬珠光體耐磨鋼板；它的化學成分質量百分比被0A為:C0.8-1.0、Sil.0-1.5、Crl.0-1.5、A10.3-0.5、Μη〈0.1、微合金化元素0.1-0.3，其余為鐵以及不可避免的微量的雜質元素。2.權利要求1所述的高碳硬珠光體耐磨鋼板，其特征在于:所述微合金化元素為兩種及以上V、B、T1、N、Zr和Mg元素。3.權利要求1所述的高碳硬珠光體耐磨鋼板的制備方法，其特征在于: (1)采用常規(guī)的熔煉方法制造鋼錠，將鋼錠加熱到1180-1200°C保溫，在1100-1180°C開始乳制，經過5-8個道次乳制成厚度為12-18_的耐磨鋼板，鋼板終乳溫度為800-850°C ； (2)終乳后以大于200°C/min的冷卻速度冷卻到650_680°C，然后以小于10°C /min的冷卻速度冷卻到450-500°C，再空冷到200-250°C保溫Ih后，最后空冷到室溫； (3)對鋼板再進行熱處理，將鋼板以10-20°C/min的速度加熱到350-380°C保溫l_2h后空冷到室溫。
【專利摘要】一種高碳硬珠光體耐磨鋼板，它是一種組織為全珠光體，珠光體片間距為60-100nm，其化學成分質量百分比為：C0.8-1.0、Si1.0-1.5、Cr1.0-1.5、Al0.3-0.5、Mn<0.1、微合金化元素0.1-0.3，其余為鐵及微量雜質；上述耐磨鋼板的制備方法是將鋼錠軋制成鋼板，終軋溫度為800-850℃；以大于200℃/min的速度冷卻到650-680℃，以小于10℃/min的速度冷卻到450-500℃，再空冷到200-250℃保溫1h后空冷到室溫；再將鋼板以10-20℃/min的速度加熱到350-380℃保溫1-2h后空冷到室溫。本發(fā)明制備方法簡單、易于在控軋控冷生產線上直接生產，這種硬珠光體鋼板耐磨性能比同硬度馬氏體和貝氏體耐磨鋼板的耐磨性能提高30％以上，而成本明顯低于馬氏體和貝氏體耐磨鋼板。
【IPC分類】C21D8/02, C22C38/24, C22C38/32, C22C38/18, C22C38/28
【公開號】CN105039855
【申請?zhí)枴緾N201510444073
【發(fā)明人】張福成, 張明, 呂博, 李艷國
【申請人】燕山大學
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月27日