[发明专利]高强度马氏体耐磨钢及其生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁基合金及其生产工艺，尤其是马氏体耐磨钢及其生产工艺。

背景技术

耐磨钢广泛应用于冶金、建材、矿山、电力、水泥、工程机械以及煤炭等领域，并且有需求越来越多的趋势。目前广泛使用的耐磨钢从组织特征的角度主要分为奥氏体、马氏体和贝氏体耐磨钢。传统的耐磨钢即高锰钢冲击韧性高，其耐磨性原理主要是通过大的冲击载荷发生加工硬化而实现，而在较小的冲击力作用下，高锰钢不足以发生加工硬化，导致其耐磨性降低，故主要适合于高应力磨损条件。马氏体耐磨钢主要是指低碳多合金化低合金钢，一般通过淬火和回火热处理后使用，为提高淬透性，通常加入合金元素Cr和Mo以及Ni等。贝氏体耐磨钢主要是指中碳高硅合金钢，经相应的贝氏体相变热处理后使用。马氏体和贝氏体耐磨钢主要适用于低应力磨损条件。

钢中碳含量对耐磨钢的抗拉强度影响较大，碳含量越高，抗拉强度越高，碳含量较高时淬火形成的马氏体组织内部应力大，需进行低温热处理，同时也影响焊接性，因此，在强度满足要求的前提下，最好要降低碳的含量。现有的马氏体耐磨钢碳含量一般都比较高，如中国专利CN1109919和CN1132263这两种马氏体耐磨钢含碳量都在0.4％以上，CN1132264含碳量略低，但也在0.25-0.5％，而且为了提高淬透性，通常都加入了合金元素Cr和Mo，并且这些钢种都需要淬火+回火等热处理工艺，这样就增加了的钢的生产成本。从组织特征看，由于绝大部分耐磨钢采用热处理工艺生产，因此其显微组织主要是回火马氏体和少量贝氏体，同时由于碳含量较高，淬火时可形成少量残余奥氏体。

中国专利CN1865481公开的耐磨钢虽然含碳量稍低，但是该钢种为贝氏体钢，主要应用于较大的冲击力的高应力磨损场合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度马氏体耐磨钢，该钢种在保证强度的基础上降低含碳量，在钢中加入低成本的微合金化元素代替传统耐磨钢中成本较高的贵金属元素，结合TMCP(热机械控制加工)工艺以及轧后快速冷却淬火，无需进行诸如回火等热处理工序即可具有极高的强度、硬度、韧性以及耐磨性，并且保证焊接性，降低成本。

本发明是这样实现的：一种高强度马氏体耐磨钢，其化学成分按重量百分比计为：0.1％≤C≤0.2％，0.5％≤Si≤1.0％，1.0％≤Mn≤2.0％，P≤0.009％，S≤0.004％，Al≤0.03％，0.02％≤Nb≤0.04％，0.02％≤Ti≤0.03％，0.015％≤V≤0.060％，0.0015％≤B≤0.0020％，其余为Fe以及其它不可避免的杂质。

高强度马氏体耐磨钢生产工艺为：转炉或电炉冶炼—真空炉二次精炼—铸坯或铸锭—钢坯或钢锭再加热—TMCP+快速冷却工艺—钢板；

钢坯或钢锭再加热及其后的工序工艺参数为：钢坯或钢锭加热温度：1150～1200℃，保温时间：1～2小时，开轧温度：1000～1070℃，在未再结晶温度以上多道次大压下且累计变形量≥80％，在850℃左右中间坯待温，然后进行最后2-3个道次轧制；终轧温度800～850℃，最后水淬冷却。

本发明成分及工艺设计原理：

(1)碳C是钢中最基本的元素，对钢的强度、硬度等影响较大，由于本发明主要是为了获得低碳马氏体耐磨钢，通过工艺控制而非通过合金化来提高强度，所以将碳含量范围定在0.1-0.2％较低水平。在此范围内，随着碳含量的增加，强度和硬度等也相应低增加；

(2)硅Si能降低钢的临界冷却速度，但对淬透性的提高影响比锰小，不过当硅含量适当时，使钢具有良好的综合性能，故将钢的含量控制在0.5-1.0％。

(3)锰Mn也可以降低临界冷却速度，稳定奥氏体，推迟奥氏体向珠光体转变，大大提高淬透性，在低含量范围内，对钢具有很大的强化作用，能够提高钢的强度、硬度和耐磨性，同时具有固溶强化效果；使珠光体和贝氏体转变区分离，若含量太高，使Ms(马氏体转变开始温度)点下降太多，会导致室温时残余奥氏体增加，不利于钢的强度、硬度和耐磨性，因此锰的含量控制在1.0-2.0％的范围内；

(4)钢中磷P的含量较高(≥0.1％)时，形成Fe₂P在晶粒周围析出，降低钢的塑性和韧性，故其含量越低越好，一般控制在0.009％以内较好；

(5)在钢中硫S含量较高时以FeS-Fe共晶体的形式存在于钢的晶粒周围，降低钢的力学性能，其含量与磷类似，也是越低越好，实际生产时通常控制在0.004％以内；