[发明专利]高硬度耐磨热轧带钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁材料领域，具体地，本发明涉及高硬度耐磨钢铁材料。

背景技术

钢材由于其强度高、韧性好、耐冲击、抗疲劳等优点而成为一种重要的工业用原材料，广泛用于各种工程建设和机械设备中。对于一般的机械设备来说，其运动或工作零部件的磨损仍是它们失效的主要因素。因此需要使用具有高耐磨性能的材料来制造易磨损的零部件。随着我国国民经济的快速发展，矿山、电力、水泥、工程机械等各行业每年消耗的金属耐磨材料约300万吨以上。目前，常用的耐磨材料主要是铸铁类和耐磨钢系列。在耐磨钢系列中，可分为高锰钢和高、中、低碳合金钢类。

钢材的耐磨性能取决于其硬度，硬度高的钢材耐磨性就高，反之则低。通常，碳素钢的含碳量愈高，在经过淬火的热处理后，其硬度愈高，耐磨性也随之提高；但却带来韧性随之降低、不耐冲击和易断裂的缺点。于是又有添加各种合金元素(如铬、钼、钛、锰)得合金钢问世。高锰钢的冲击韧性高(a_k≥147J/cm²)，但其耐磨性只有在大冲击工况下通过加工硬化才能实现，而冲击较小时不足以使高锰钢产生加工硬化，易被磨损。耐磨合金钢是近20年来国内外根据各自的用途和资源状况发展起来的，其综合性能较好，生产成本低，应用于中等冲击又要求有一定耐磨性的工况下，并且可通过调整成份和热处理工艺，满足不同的工况要求。

工程机械，如推土机、挖掘机、重型装载车、破碎机、磨煤机及矿山用传送系统等广泛使用具有相当强度和硬度的耐磨钢板，目前最常用的是硬度为360HV和400HV级别的耐磨钢板。常见的耐磨钢板是中厚板产品，钢板经厚板轧机轧制后再经淬火处理以达到高强度、高硬度；或者通过合金化处理，依靠轧后空冷时发生相变强化获得高强度、高硬度。因厚板轧机和热处理条件限制，此类耐磨钢最小厚度较厚，一般均超过8mm，极少有6mm以下的钢板；而且，通过淬火热处理方式生产耐磨钢生产流程长，工艺复杂，效率比较低。

虽然淬火热处理方式会延长工艺流程，然后目前耐磨合金钢的研制与应用，大部分是通过热处理方法来获得高硬度、高韧性和高耐磨性，如申请号为95103150.3的专利申请公开了一种低合金耐磨钢，该材料主要用于矿山、煤炭、建材等工业领域用的耐磨易损件，如简体衬板、端衬板等，但该种材料必须通过高温热处理，才能使硬度达到HRC50，冲击韧性a_k为58J/cm²，组织为回火马氏体M+少量贝氏体B+少量残余奥氏体A，由于增加了一道热处理工序，延长了生产周期，提高了生产成本。

专利号为98100966.2的专利公开了一种火力发电厂用的铸态耐磨钢，在该材质的实施例中，虽然铸件在铸态下就可使用，但铸件必须在900-950℃打箱空冷，在300-350℃埋入沙中缓冷，操作过程费时费力，再加上温度不易控制，工厂中实际操作较困难；另外添加元素种类过多，生产中溶连不易控制，且成本较高。

US4494988A公开了一种耐磨钢，该耐磨钢是一种高锰钢，锰含量高达10％以上，该钢种自身硬度并不高，其耐磨性的提高是通过使用过程中剧烈冲击发生亚稳奥氏体向马氏体转变来实现的。

JP63270445A公开了一种高锰钢，并且同时加入了大量铬、钼、镍等合金元素，还添加了大量金属钴。

JP63190116A、JP62142726A分别公开了一种耐磨钢板制造方法，成分设计上属于碳锰钢，添加了微量Nb和V，并依靠加硼来改善淬透性。在生产工艺方面，该钢种需要经过淬火和低温回火处理，即钢板轧后在线立即水淬，终冷温度低于200℃，随后于200-500℃回火；或钢板再加热至900-950℃淬火，300-500℃回火。

JP62167862A公开了一种高碳高合金钢，钢中碳含量超过1.2％，铬、钼、钨、钒合金含量很高，需要淬火、回火等热处理，根据使用需要还可以软化退火处理。

JP57210956A公开了一种含硼低碳锰钢，为了增加钢板的淬透性允许视需要添加适量Cr、Ni、Mo、V等元素中的一种或数种。钢板轧后需要淬火处理，即加热至Ac3以上并水淬，可在400℃以下温度回火。

JP59074264A公开了一种高碳耐磨钢，采用高碳、低锰、高钨设计，碳含量超过1.1％，添加不低于2％的钨，成分有所差异。经淬火回火处理后硬度高达780-850HV。

JP61012852A公开了一种中高碳耐磨钢的制造方法，碳含量高达0.45-0.65％，并且含1.8-2.5％硅和添加不常用的合金钨，尽管由于碳含量很高可大幅提高硬度，从而耐磨性能优越，但焊接性能恶化。