一种高性能耐磨钢板nm500e的生产方法
阅读说明：本技术 一种高性能耐磨钢板nm500e的生产方法 (Production method of high-performance wear-resistant steel plate NM500E ) 是由 许少普 杨东 杨虎 康文举 李忠波 刘庆波 朱先兴 袁高俭 杨春 李嘎子 王勇 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高性能耐磨钢板NM500E的生产方法,该钢板包含如下质量百分比的化学成分：C 0.25～0.30、Si 0.15～0.35、Mn 1.40～1.55、P≤0.010、S≤0.003、Als 0.010～0.050、Mo 0.33～0.45、B 0.0012～0.0025、Ni 1.15～1.30、Cr 1.10～1.30,其它为Fe和残留元素；该钢板具有马氏体组织,硬度483～497HB,屈服强度≥1400MPa,抗拉强度≥1500MPa,-40℃V型低温冲击吸收能量≥45J,该钢板的生产方法包括KR脱硫、转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼、浇铸、坯料清理、加热、轧制、缓冷、淬火+回火。本发明与现有技术相比,有力的满足大厚度钢板使用需求。(The invention discloses a production method of a high-performance wear-resistant steel plate NM500E, which comprises the following chemical components in percentage by mass: 0.25-0.30% of C, 0.15-0.35% of Si, 1.40-1.55% of Mn, less than or equal to 0.010% of P, less than or equal to 0.003% of S, 0.010-0.050% of Als, 0.33-0.45% of Mo, 0.0012-0.0025% of B, 1.15-1.30% of Ni, 1.10-1.30% of Cr, and the balance of Fe and residual elements; the steel plate has a martensite structure, the hardness is 483-497 HB, the yield strength is more than or equal to 1400MPa, the tensile strength is more than or equal to 1500MPa, the V-shaped low-temperature impact absorption energy at minus 40 ℃ is more than or equal to 45J, and the production method of the steel plate comprises KR desulfurization, converter smelting, LF refining, VD vacuum refining, casting, blank cleaning, heating, rolling, slow cooling, quenching and tempering. Compared with the prior art, the invention can powerfully meet the use requirement of the large-thickness steel plate.)
技术领域
本发明涉及宽厚板生产领域，具体涉及一种高性能耐磨钢板NM500E的生产方法。
背景技术
耐磨钢作为一种抗磨损性能较高的材料，目前被广泛用于矿山、铁路和冶金等工况恶劣的场合。近年来，国内企业在耐磨钢方面的技术得到很大的进度，但是国内生产的耐磨钢强度级别较低，400HB以上强度级别的高韧性耐磨钢主要依赖进口。
专利申请号为201310181136.2的名称为一种HB500级热连轧高强耐磨钢及其生产方法的专利技术采用较低的合金设计，但是不含Ni等元素，使得钢板低温冲击吸收功较低，另一方面该申请是基于热连轧，不适合于宽厚板线。
专利申请号为201510781536.6的名称为兼具高硬度高韧性的NM500耐磨钢板的生产方法的专利公布了一个NM500耐磨钢的生产方法，但仅限于6-20mm厚钢板生产，不能满足大厚度钢板使用需求。
发明内容
为解决上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种高性能耐磨钢板NM500E的生产方法，满足大厚度钢板的使用需求。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种高性能耐磨钢板NM500E的生产方法，该钢板包含如下质量百分比的化学成分：C 0.25～0.30、Si 0.15～0.35、Mn 1.40～1.55、P≤0.010、S≤0.003、Als 0.010～0.050、Mo 0.33～0.45、B 0.0012～0.0025、Ni1.15～1.30、Cr 1.10～1.30，其它为Fe和残留元素；
该钢板具有马氏体组织，硬度483～497HB，屈服强度≥1400MPa，抗拉强度≥1500MPa，-40℃V型低温冲击吸收能量≥45J。
需要说明的是，在化学成分设置上，为提高钢板强度、硬度、淬透性和耐磨性能，添加有了适量的Cr、Mo、B合金，提高淬透性，以获得理想的马氏体组织，同时，为保证钢板具有较高的低温韧性，添加较高含量的Ni合金，以提高强度和韧性。
具体地，合适的C含量起扩大奥氏体区间，Mn主要起固溶强化和降低相变温度的作用，可强烈降低钢的Ar1和马氏体转变温度，降低钢中相变的速度，提高钢的淬透性，增加残余奥氏体含量，在高碳高锰耐磨钢中，Mn经固溶处理后具有良好的韧性，当受到冲击而变形时，表面层将因变形而强化，具有高的耐磨性；B元素可提高淬透性，淬火+低温回火可提高钢板强度；Cr与碳结合形成铬碳化合物，具有细小均匀分布的特点，故本发明添加较高的Cr，形成较多的铬碳化合物，具有较高的耐磨性及较高强度和硬度；Mo可细化钢的晶粒，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力,提高淬透性和热强性能；Ni在钢中为纯固溶元素，具有提高钢的低温韧性、降低冷脆转变温度的作用，Ni与Fe以互溶形式存在于α和γ铁相中，通过其在晶粒内的吸附作用细化晶粒，提高钢的低温冲击韧性，因此设计较高的Ni含量。
该钢板的生产方法包括KR脱硫、转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼、浇铸、坯料清理、加热、轧制、缓冷、淬火+回火，
其中KR脱硫工艺中，铁水经KR处理后硫含量在0.005％以下；
转炉冶炼工艺中，采用低拉增碳脱P工艺，出钢时P≤0.01％；
LF精炼工艺中，采取大渣量进行造渣，白渣保持时间控制在30-40min以上，控制S含量≤0.005％；
VD真空精炼在≤67Pa下进行，保压时间按22-25min进行控制，H含量≤1.2ppm；
浇铸过程中，采用铜板结晶器水冷模浇铸500～700mm厚钢锭，过热度控制在25±5℃以内；
坯料清理中，坯料轧制前采用带温清理，清理温度控制在150～300℃；
加热采用分阶段升温-保温工艺，坯料清理后快速装炉，入炉温度300～500℃，焖钢3小时，焖钢结束后以60～80℃/h的速度升温至800～850℃，在此温度区间保温6小时后，再以80～100℃/h的速度升温至1000℃，1000℃以上升温速度为100～140℃/h，升温至保温温度1240～1260℃，保温15～16小时，以获得原始均匀细小的奥氏体晶粒；
轧制工艺中，采用两阶段轧制，一阶段开轧温度1050℃～1150℃，道次压下率13％～16％，确保轧制渗透改善内部质量，2-3倍成品厚度晾钢，二阶段开轧温度820～840℃，道次压下量7％～9％，在未再结晶区中下限温度范围内轧制，防止部分晶粒再结晶，造成混晶现象，终轧温度770-790℃；
缓冷工艺中，轧制结束钢板直接入矫直机矫直，矫直后钢板入缓冷坑温度≥450℃，缓冷时间36～48小时，控制缓冷垛高1.5～2m，钢板上下表面用保温材料覆盖，脱除钢板内H的含量，降低H脆，增加韧性，缓冷均匀化，防止钢板变形，降低板面的氧化程度；
采用高温淬火+低温回火的热处理工艺，淬火保温温度890～920℃，保温时间按2.0～2.2mim/mm控制，钢板出炉后淬火至常温，淬火后进行低温去应力回火，回火温度150～215℃，保温时间按3.5～4.0min/mm控制，在此温度范围内的回火仅仅是为了去除应力，而原马氏体组织保持不变，以保持原马氏体的高硬度和高耐磨性。钢板精整切割采用锯切的方法。
本发明所述生产方法通过合理的化学成分设计，添加较高含量的Cr和Ni，可提高厚板的耐磨性和低温韧性，LF+VD工艺来保证钢水的洁净度，以及合理的浇铸工艺，减轻了坯锭内部疏松和偏析，促进内部组织致密、成分均匀。浇铸坯料采用温清温装的方式处理，避免坯料应力开裂。加热过程中采用分阶段升温-保温的方式，一方面避免温差过大造成的组织应力开裂，另一方面确保坯料烧钢时间充分，温度均匀，防止加热过程中奥氏体晶粒粗大，为后续轧制和热处理提供原始均匀细小的奥氏体晶粒。在轧制过程中，采用两阶段轧制，一阶段高温低速大压下，充分破碎晶粒确保轧制渗透，提高钢板内部质量，二阶段在未再结晶区中下限温度范围内轧制，防止部分晶粒再结晶，造成混晶现象。采用缓冷工艺，充分扩氢及应力释放，并采用高温淬火和低温去应力回火的热处理工艺，最终获得理想的马氏体组织。
通过上述一系列的工艺实施，开发出了40～60mm厚高性能耐磨NM500E钢板，该钢板的硬度在483～497HB，屈服强度≥1400MPa，抗拉强度≥1500MPa，-40℃V型低温冲击吸收能量≥45J，可满足特殊环境耐磨要求用钢相关需求。
附图说明
下面结合附图及实施例，对本发明的技术特征作进一步论述。
图1是本发明的实施例中制得钢板1/4厚度处的500倍金相组织示意图。
具体实施方式
上述40～60mm厚高性能耐磨NM500E钢板包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：
C：0.25～0.30、Si：0.15～0.35、Mn：1.40～1.55、P≤0.010、S≤0.003、Als：0.010～0.050、Mo：0.33～0.45、B：0.0012～0.0025、Ni：1.15～1.30、Cr：1.10～1.30，其它为Fe和残留元素。
其生产方法包括：KR脱硫、转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼、浇注、坯料清理、加热、轧制、缓冷、淬火+回火等工艺控制。工艺控制重点如下：
1)KR铁水预处理
铁水KR站扒渣处理，液面渣层厚度≤25mm，铁水经KR处理后硫含量在0.005％以下，脱硫温降≤25℃；
2)转炉冶炼工艺点要求
入炉铁水S含量≤0.005％，P≤0.050％，铁水温度≥1280℃；采用低拉增碳脱P工艺，出钢P≤0.01％，出钢时向钢水中加入碳粉增碳；出钢结束前采用挡渣锥挡渣，保证钢包液面渣层厚度≤20mm。
3)LF精炼工艺点要求
采取大渣量进行造渣，石灰加入量1000-1200公斤，碱度按4.0-6.0控制，一加热3min后，先加入50Kg电石，再加入20-40Kg铝粒，此后每隔2min向钢包中用铁锨添加2～4锨铝粒，以确保炉渣变白为准。二加热根据埋弧效果每次加入10-30Kg的电石，同时每隔2min用铁锨向钢包中添加1～3锨铝粒，以确保整个二加热过程维持白渣；三加热脱氧剂的加入视炉渣颜色加入，维持白渣即可。白渣保持时间控制在30-40min以上，控住S含量≤0.005％。铬铁和硼铁在白渣形成后的二加热过程中加入，加入量以成分设计量为准。
4)VD真空精炼工艺点要求
在≤67Pa的真空度下，保压时间按22-25min进行控制，保压后10分钟通过高位真空料仓加入硼铁微合金化，破空后软吹3-5min，软吹过程中钢水不得裸露。抽真空结束后进行定H处理，控制H含量≤1.2ppm。破空后按1.5-2.0m/t进行Ca处理，对夹杂物进行改性，软吹5-7min后吊钢。
5)浇铸工艺要求：
浇铸过程中使用铜板结晶器水冷模浇铸500～700mm厚钢锭，采用低温快铸工艺，浇铸前软吹氩5min，均匀钢液温度，过热度控制在25±5℃以内。
6)坯料清理：
坯料在加热前采用带温清理，清理温度控制在150～300℃，坯料清理后快速装炉，炉温需≤650℃。
7)加热工艺要求：
钢锭入炉温度300～500℃，焖钢时间3小时。焖钢结束后以60～80℃/h的升温速度，升温至800～850℃，在此温度区间保温6小时后，再以80～100℃/h的升温速度，升温至1000℃，1000℃以上升温速度100～140℃/h，升温至最高保温温度1240～1260℃，保温15～16小时。
8)轧制工艺要求：
采用两阶段轧制，一阶段开轧温度1050℃～1150℃，采用高温低速大压下轧制，道次压下率13％～16％，确保轧制力渗透，消除中间缩松现象，且可以进行再结晶，细化晶粒；2-3倍成品厚度晾钢，是为了在二阶段开轧温度820～840℃、终轧温度770-790℃范围内拉长晶粒，使晶格变形和破碎晶粒，为后序热处理再结晶提供更加丰富新的形核质点，从而细化晶粒。
9)轧后缓冷工艺要求：
轧后钢板入缓冷坑温度≥450℃，缓冷时间36～48小时。控制缓冷垛高1.5～2m，顶部钢板表面覆盖保温棉，避免钢板上下表面裸露在空气中。轧后堆垛缓冷一方面可促进钢板中H的扩散，避免“H陷阱”造成的内部缺陷，另一方面可通过缓慢冷却逐步释放轧制造成的残余应力，避免应力开裂。
10)热处理工艺要求：
采用调质工艺，淬火保温温度890～920℃，保温时间按2.0～2.2mim/mm控制，钢板出炉后淬火至常温，淬火后回火保温温度150～215℃，保温时间按3.5～4.0min/mm控制。
11)精整切割要求：
采用锯切的方法，保证钢板组织保持不变。
通过以上工艺控制，所生产的40-60mm厚NM500E钢，其屈服强度1441-1486MPa，抗拉强度1531～1562MPa，布氏硬度483～497HB，伸长率10.0％～11.0％，-40℃V型冲击功47～61J，具备较好的强韧性。
案例实施：
通过KR脱硫、转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼、浇铸、坯料清理、加热、轧制、缓冷、淬火+回火等工艺控制，获得如下表1所述化学成分的NM500E成品钢，其中各工艺参数及力学性能见如下表1、2。
表1 NM500E钢的化学成分(wt％)
表2 NM500E的机械力学性能
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