一种耐磨钢及其冶炼方法
阅读说明：本技术 一种耐磨钢及其冶炼方法 (Wear-resistant steel and smelting method thereof ) 是由 杨名旗 于 2018-06-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种耐磨钢及其冶炼方法,该耐磨钢包括碳、硅、锰、铌、铬、磷、氧、硫及铁等元素,通过铁水预处理、转炉冶炼和炉外精炼及常规轧制步骤冶炼成该耐磨钢。在冶炼中通过微合金化和稀土处理等方式控制合金成分,使用该耐磨钢制造的汽车结构件的屈服强度、抗拉强度、疲劳寿命、耐磨性能等指标均远高于现有的钢板,并且还有进一步减薄的空间,可减轻机动车的质量,进而实现节能。(The invention relates to wear-resistant steel and a smelting method thereof, wherein the wear-resistant steel comprises elements such as carbon, silicon, manganese, niobium, chromium, phosphorus, oxygen, sulfur, iron and the like, and is smelted through the steps of molten iron pretreatment, converter smelting, external refining and conventional rolling. Alloy components are controlled in modes of micro-alloying, rare earth treatment and the like in smelting, indexes such as yield strength, tensile strength, fatigue life, wear resistance and the like of an automobile structural part manufactured by using the wear-resistant steel are far higher than those of an existing steel plate, and a space for further thinning is provided, so that the mass of a motor vehicle can be reduced, and energy conservation is realized.)
技术领域
本发明涉及一种耐磨钢及冶炼该耐磨钢的方法。
背景技术
矿山机车的自重与其耗油量成正比，即矿山机车越重耗油量越大，减轻车体质量是实现耐磨、减重、节能最有效的手段之一。 车厢底板和侧板是承载矿石和运输煤炭的重要 承载部件，要求在保证足够的承载能力的同时还应该具有质量轻的特征，以满足于低碳的 需要。 现有技术中，用于制作车厢底板和侧板的材料包括锰板、热处理的钢板等，锰板虽然价格较低，但其强度不够，使疲劳寿命偏低，采用热处理钢板价格昂贵，生产过程复杂，不利 于推广和使用，所以，用于车厢底板和侧板的材料还有待于进一步开发。
中国专利 101033521A 号公告的名称为“一种用于制造汽车刹车片的钢板及 生产方法”提出一种新钢种。 该种钢的化学成分为 C ：0.24-0.30% ；si:0.17-0.35% ；Mn:0.50-0.95% ；P ≤ 0.025% ；S ≤ 0.018 ；Als:0.010-0.030%, 余量为铁。 该种钢的冶炼方 法是通过高炉炼铁、转炉炼钢、LF 炉精炼、薄板坯连铸、进步式加热炉加热、粗轧、热卷曲、精 轧等步骤制成成品钢。 钢中碳含量对钢的质量影响很大，随着钢种碳含量的增加，钢的耐磨 性能增加，但降低钢板的塑性 ；另外，其它元素的含量如硅、锰、氮、硫的含量是否符合于耐磨钢的要求也在进一步探讨之中。 随着微合金化元素在钢中的基本作用和次生作用，提出 了 “奥氏体调节”的概念，有意识地控制加入微合金化元素铌、铬，以发展新的性能更好的钢 种。 如铌能细化晶粒，使钢在热轧过程中 NbC 应变诱导折出阻碍形变奥氏体的回复、再结 晶，以提高钢的强韧性，铬能提高淬透性， Cr 与碳的亲和力大于铁和锰，可以取代一部分铁而形成复合渗碳体 （ Fe， Cr） 3C。 铬的复杂碳化物 （ Cr， Fe）7C3、 （ Cr， Fe） 23C6 对于钢的性能有 显著的影响，特别是可以提高钢的耐磨性，在钢中加入 0.01-0.04% 的稀土，使钢的强度和 冲击韧性均获得不同程度的提高。 但到目前为止，在耐磨钢钢方面还没有发现同时含铌、铬 的技术启示。
发明内容
本发明的任务是提供一种利用铌、铬微合金化，省略热处理的方式使其满足力学性能和使用性能要求的耐磨钢。
本发明的另一个任务是提供一种利用稀土处理和有效地控制合金成分的工艺冶炼耐磨钢的方法。
本发明所提出耐磨钢包括以下重量百分比的材料 ：碳 0.10-0.15% ；硅 0.10-0.30 % ；锰 1.40-1.80% ；铌 0.03-0.10% ；磷≤ 0.015% ；氧≤ 0.004%，硫≤ 0.005% ；Cr0.40-0.70%， 余量为铁和不可避免的杂质。 其中，铌能细化晶粒，促进针状铁素体形成，如果铌的含量小 于 0.005% 不利于针状铁素体形成，而其含量高于 0.10% 会直接影响耐磨钢的焊接性能 ；锰在耐磨钢中具有提高强度、韧性、降低韧脆转变温度、提高耐磨性的作用 ；Cr 与碳的亲和力 大于铁和锰，可以取代一部分铁而形成复合渗碳体 （ Fe， Cr） 3C。铬的复杂碳化物 （ Cr， Fe）7C3、 （ Cr，Fe）23C6 对于钢的性能有显著的影响，特别是可以提高钢的耐磨性，钢中的碳含量决 定钢的性能，本发明中的碳只在 0.10-0.15% 之间，使该钢具有很好的延展性，钢中加入铌 和铬可提高钢的屈服强度和抗拉强度，碳含量的提高，可以提高钢的耐磨性能。
本发明所提出的上述冶炼耐磨钢的方法，包括以下步骤 ：
铁水预处理 ：往铁水预处理装置中加入脱硫剂，当铁水中硫的含量≤ 0.005% 时将其转 入转炉冶炼 ；
转炉冶炼 ：对脱硫后的铁水喷吹氧气冶炼，并采用石灰和轻烧白云石造渣，其吹氧时间 为 14 分钟－ 18 分钟，出钢温度保持在 1670℃－ 1690℃之间 ；
炉外精炼 ：将经转炉冶炼后的钢液送入钢包精炼炉即 LF 炉中，并根据预计钢液中的合 金含量向该钢包精炼炉内加入铌、锰、硅、铬调整钢中合金含量，同时加入脱氧剂，然后从钢 包精炼炉的顶部向其内喷吹氧气，从底部向喷吹氩气或氮气，钢液经过浇注、配合稀土处理 后经常规轧制即为耐磨钢。
所述脱硫剂是由镁粉和石灰粉构成，且镁粉和石灰粉之间的重量比为 1 ：2.5 －3.5。
所述转炉冶炼出钢步骤中，其下渣量为每吨钢小于或等于 5 千克钢渣。
所述炉外精炼步骤中所加入的脱氧剂采用硅铝钡锶钙复合材料构成的脱氧剂，其加入量为每炉钢 (150 吨钢 ) 加 350-450 千克。
所述炉外精炼步骤中，炉内钢液顶渣保持在 200mm － 300mm 之间。
用本发明所提出的耐磨钢制作的 8.0mm、10.0mm 厚的车厢底板、侧板，经检测，其屈服强度在 560MPa，抗拉强度在 670Mpa，布氏硬度值均≥ 200, 耐磨性实验在 ML-100磨粒 磨损试验机上进行，为进行比较，取 SS400 作为参比试样，其实验结果表明 ：耐磨钢的磨损 率低于 SS400，耐磨性能良好。
该发明所述的耐磨钢主要应用于运载能力达到 30 吨以上的重型卡车上。 由于采 用该种耐磨钢制作的钢板，承载能力强，耐磨性高，车箱底部和两边部具有很相当好的抗变 形能力，可使原预防变形的托挂件已拆除，进而减轻机动车质量。
附图说明
附图 1是本发明所提出的一种耐磨钢及其冶炼方法 120目砂纸、21N载荷条件下的 磨损率图。
具体实施方式
参见图 1，该图给出本发明所提出的一种耐磨钢及其冶炼方法 120 目砂纸、21N载荷条 件下的磨损率图，该图的竖向轴表示磨损率 /mg/M, 这些数据说明该耐磨钢的性能远远超过现有材料的性能，并且还有进一步减薄的空间，机动车使用该耐磨钢可以实现节能。 实施例 1:
首先对铁水预处理装置中的铁水进行脱硫处理，即往铁水加入由镁粉和石灰粉构成的脱硫剂，镁粉和石灰粉之间的重量比为 1 ：3，经常规检测，当铁水中硫含量≤ 0.005% 时，预 处理工序完成，将铁水倒入转炉内冶炼 ；在转炉冶炼的工序中，向转炉内添加石灰和轻烧白云石造渣，然后向转炉内喷吹 14 分钟的氧气，待吹氧工序完成后出钢，出钢温度保持在 1670℃，其下渣量为每吨钢小于或等于 5 千克钢渣 ；再将钢水送入钢包精炼炉即 LF炉内，并根据预计钢液中的合金含量向该钢包精炼炉内加入铌、锰、硅、铬等调整钢中合金含量， 同时加入脱氧剂，炉内钢液顶渣保持在 200-300mm，采用从钢包精炼炉的顶部向其内喷吹氧 气，从底部喷吹氩气或氮气，钢水经浇注、稀土处理后经常规轧制即为耐磨钢。该耐磨钢包 括以下重量百分比的材料 ：碳 0.13% ；硅 0.18% ；锰 1.57% ；铌 0.04% ；铬0.50% ；磷≤ 0.012% ；氧≤ 0.005%，硫≤ 0.012 ；余量为铁和不可避免的杂质。
实施例 2:
按照实施例 1 的方法采用铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼的步骤冶炼耐磨钢，所不同 的是 ：在转炉冶炼的工序中，向脱硫后的铁水喷吹 18 分钟的氧气，出钢温度保持1690℃；在 出钢过程中所加的硅铝钡锶钙脱氧剂为每炉钢 (150 吨钢 ) 加 350 千克，炉内钢液顶渣保持在 300mm。 该耐磨钢包括以下重量百分比的材料 ：碳 0.12% ；硅 0.20%；锰 1.70% ；铌 0.05% ； 铬 0.55 % ；磷≤ 0.012% ；氧≤ 0.005%，硫≤ 0.012 ；余量为铁和不可避免的杂质。
实施例 3:
按照实施例 1 的方法采用铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼的步骤冶炼耐磨钢，所不同 的是 ：在转炉冶炼的工序中，向脱硫后的铁水喷吹 17分 45秒氧气，出钢温度保持1675℃；在出钢过程中所加的硅铝钡锶钙脱氧剂为每炉钢 (150 吨钢 ) 加 400 千克，炉内净空高度保持 在 200mm。 该车轮钢包括以下重量百分比的物料 ：碳 0.12% ；硅 0.15%；锰 1.70% ；铌 0.03% ； 铬 0.60% ；磷≤ 0.012% ；氧≤ 0.005%，硫≤ 0.012 ；余量为铁和不可避免的杂质。