本發(fā)明屬于鋼鐵制造領域，具體涉及一種布氏硬度500級耐磨鋼及其制造方法。

背景技術：

耐磨鋼是廣泛應用于各種磨損工況下的一類鋼鐵材料，其目的在于減緩機械部件的磨損消耗，提高產品壽命，延長機械產品因磨損而發(fā)生失效行為的時間，要求具有較高的硬度值以保證惡劣工況下的耐摩擦磨損性能。

殘余應力是影響耐磨鋼使用的關鍵參數，與鋼板的開裂以及表面的耐磨性有直接關系。而通常的耐磨鋼硬度值高，其內殘余應力大，均勻性不好，很容易在使用過程中發(fā)生鋼板開裂和變形，以及焊接性能差的問題；另外，表面的殘余應力還與耐磨性有一定關系，鋼板表面如果是壓應力，則對提高鋼板的耐磨性能和疲勞性能有提升作用?，F有布氏硬度500級耐磨鋼存在內殘余應力大，均勻性不好的問題。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于針對現有布氏硬度500級耐磨鋼中存在殘余應力為拉應力或應力值較小，均勻性不好，在使用過程中易發(fā)生鋼板開裂和變形，焊接性能差的缺點，提供了一種布氏硬度500級耐磨鋼及其制造方法，該耐磨鋼及制造方法通過對殘余應力有較大影響的重要化學成分c、si、mn、cr、b等元素的控制，并采用合理的淬火、回火熱處理工藝，使耐磨鋼在擁有優(yōu)良耐磨性和較高韌性的同時，在其表面具有均勻壓應力，進一步增強其耐磨性能和抗疲勞性能。

本發(fā)明所采用的技術方案是：

一種布氏硬度500級耐磨鋼，鋼的化學成分按質量百分比為：c0.25～0.28％，si0.22～0.28％，mn1.15～1.24％，p≤0.01％，s≤0.005％，cr0.2～0.25％,cu0.01～0.015％，al0.03～0.05％，ni0.04～0.045％，mo0.01～0.02％,ti0.03～0.04％，v0.007～0.018％，b≤0.004％，其余為鐵和不可避免的雜質。

按上述方案，所述耐磨鋼的屈服強度為1400mpa～1520mpa，抗拉強度為1730～1800mpa，耐磨鋼的布氏硬度值達到510左右。

本發(fā)明的碳(c)含量為0.25～0.28％。碳是影響耐磨鋼強度、硬度、韌性及淬透性的重要元素，也是影響鋼顯微組織最為重要的元素。隨著碳含量增加，鋼的硬度增加，沖擊韌性顯著下降，耐磨性逐漸提高。碳含量過高，鋼中的碳化物量過多，熱處理后形成的是高碳片狀馬氏體，鋼的硬度高而韌性低，且熱處理過程中容易開裂，這一點尤其要注意；碳含量過低，鋼的淬硬性不足，硬度過低，耐磨性不足。

本發(fā)明的硅(si)含量為0.22～0.28％，在煉鋼過程中，其用作還原劑和脫氧劑。si是非碳化物形成元素，是以固溶體的形態(tài)存在于鐵素體或奧氏體。因此可以強化鐵素體，提高鋼的強度和硬度，同時可以降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性。si還可提高鋼的回火穩(wěn)定性和抗氧化性。它提高鋼中固溶體的強度和冷加工變形硬化率的作用極強，僅次于磷，但同時也在一定程度上降低鋼的韌性和塑性。另外，硅使鋼呈帶狀組織，使鋼材的橫向性能低于縱向性能。但硅含量過高會出現塊狀鐵素體，使鋼的韌性降低并易產生淬火裂紋；并且殘余奧氏體顯著增加，使鋼的硬度降低。當si的含量較高時，可能使fe3c分解，使c游離而呈石墨狀態(tài)存在，即有所謂的石墨化作用。在退火時，表面也容易脫碳。

本發(fā)明的錳(mn)的含量為1.15～1.24％。mn是良好的脫氧劑和脫硫劑，能消除或減弱因硫所引起的熱脆性，從而改善鋼的熱加工性能。mn和鐵形成固溶體，提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強度，強化基體；同時又是碳化物形成元素，進入滲碳體中取代一部分鐵原子，生成mn3c，它與fe3c能相互溶解，在鋼中形成在(femn)3c型化合物，從而提高鋼的強度、硬度和耐磨性。mn可降低臨界冷卻速度，促進馬氏體形成，提高鋼的淬透性。錳在鋼中由于降低臨界轉變溫度，起到細化珠光體的作用，也間接地起到提高珠光體鋼強度的作用。錳擴大鐵碳平衡相圖中的γ相區(qū)，它使鋼形成和穩(wěn)定奧氏體組織的能力僅次于鎳。淬火后易得到馬氏體組織。但錳是過熱敏感性元素，淬火時加熱溫度過高會引起晶粒粗大；錳在凝固時偏析系數較大，很容易在晶界偏聚，對鋼的性能產生不利影響，并會導致鋼的淬火組織中殘余奧氏體量增加，所以錳含量控制在1.15～1.24％之間。

本發(fā)明的磷(p)的含量≤0.01％，硫(s)的含量≤0.005％。硫存在于鋼鐵中會使鋼變的熱脆，而磷在結晶過程中易產生偏析，從而在鋼中的局部區(qū)域產生冷脆。硫、磷對于耐磨鋼殘余應力控制而言是有害雜質元素，應盡力消除。

本發(fā)明的鉻(cr)的含量為0.2～0.25％。鉻有利于鋼的固溶強化并適宜碳化物的形成，進而提高鋼的高溫強度、硬度和耐磨性能。鉻增加鋼的淬透性，尤其與錳、硅合理搭配能大大提高淬透性，但同時也增加鋼的回火脆性傾向。鉻能固溶于鐵素體中而產生固溶強化效應，提高焊縫金屬的抗拉強度和屈服點。但其含量超過0.8％，會使焊縫金屬韌性明顯下降。

本發(fā)明的銅(cu)的含量0.01～0.015％。銅在鋼中能改善普通低合金鋼抗大氣腐蝕性能，改善焊接性、成型性與機加工性等。但是當銅含量超過0.015時容易產生“銅脆現象”。英國斯文西大學材料工程系的morrison指出，cu與ni以0.5％的總量同時加入鋼坯時，鋼中的沖擊性能不受損害。

本發(fā)明的鎳(ni)的含量為0.04～0.045％。鎳和碳不形成碳化物，是形成和穩(wěn)定奧氏體的主要合金元素，加入一定的鎳可提高淬透性，使鋼的組織在常溫下保留少量殘余奧氏體，以提高其韌性。鎳元素能夠提高鋼材本身的沖擊韌性，尤其是對鋼材的低溫沖擊改善較大。

本發(fā)明的鉬(mo)的含量為0.01～0.02％。mo在鋼中以固溶體相和碳化物相的形式存在。可降低臨界冷卻速度，促進馬氏體形成，提高鋼的淬透性。與c形成moc，提高鋼的硬度。并通過固溶強化來強化基體，提高硬化相的密度，同時也提高碳化物的穩(wěn)定性，對鋼的強度產生有利的作用。對回火脆性的影響頗為復雜，作為單一的合金元素存在，提高鋼的回火脆性，但和其他導致回火脆性的元素并存時，鉬又降低或抑制其他元素所導致的回火脆性。

本發(fā)明的鋁(al)的含量為0.03～0.05％。鋁是鋼中常用脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可以細化晶粒，提高沖擊韌性。

本發(fā)明的鈦(ti)的含量為0.03～0.04％。鈦通過細化晶粒和沉淀強化提高鋼的強度，鈦在連鑄冷卻條件下生成彌散的tin顆粒，由于它的熔點很高，在焊接熱影響區(qū)能顯著抑制晶粒長大，加微量鈦能顯著改善熱影響區(qū)的韌性。

本發(fā)明的釩(v)的含量0.007～0.018％。釩通過細化晶粒提高鋼的強度，適量的v含量能夠提高基體的耐磨性，但是v含量的增加對沖擊韌性亦有影響。

本發(fā)明的硼(b)的含量≤0.004％。微量硼可吸附在奧氏體晶界上，降低晶界的能量，提高鋼的淬透性。

本發(fā)明還提供上述布氏硬度500級耐磨鋼的制造方法，其包括冶煉工藝和軋制工藝兩個步驟；

所述冶煉工藝的步驟為：高爐鐵水→鐵水脫硫→轉爐頂底復合吹煉→吹氬→lhf爐處理(三分廠)→rh(sica)處理→連鑄→鑄坯檢查→鑄坯下送；

所述軋制工藝的步驟為：鑄坯驗收→鑄坯二次切割→鑄坯清理→鑄坯加熱→軋制→冷卻→淬火→低溫回火→精整→檢驗入庫；

其特征在于：

在板坯加熱步驟中，為了保證微合金元素充分溶解以及一定的奧氏體晶粒度，減小殘余應力分布不均可能性，均熱溫度采用1180℃～1240℃，加熱速率為8～12min/cm；

在軋制步驟中，軋制步驟的開軋溫度≥1035℃，終軋溫度≥990℃，單道次壓下率大于20％，低度打壓可以細化鋼板心部晶粒，使得板材厚度上組織及殘余應力分布趨于均勻；

在淬火步驟中，淬火溫度為860℃-880℃，保溫時間9-12min；

在低溫回火步驟中，回火溫度190℃-225℃，保溫時間6.0～7.5min/mm*板厚，低溫回火保留了板材表面的壓向應力，充分的回火時間對于板材內殘余應力分布的均勻化起到重要作用，回火后得到回火馬氏體組織。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明在優(yōu)化殘余應力的同時，保證了耐磨鋼表面硬度值在510左右，屈服強度為1400mpa～1520mpa，抗拉強度約1730～1800mpa，因此具有較高的表面硬度保證了其耐磨性能，同時具有較高的抗拉強度以及較好的韌性；

本發(fā)明成分中碳(c)含量為0.25～0.28％，碳含量過高，則鋼的硬度高而韌性低，熱處理過程中容易開裂，碳含量過低，鋼的淬硬性不足，硬度過低，耐磨性不足；成分中含有的mn、cr、ni、b元素可以提高鋼的淬透性，從而減小產品在厚度方向的殘余應力梯度，抑制開裂；成分中的ti、al、v起到細化晶粒作用，使鋼中殘余應力分布更均勻；

本發(fā)明采用860℃-880℃淬火,保溫時間9-12min,以及采用190℃-225℃低溫回火，保溫時間6.0～7.5min/mm*板厚，從而保留了鋼板表面的壓向應力，對提高鋼板的耐磨性能和疲勞性能有明顯提升作用，充分的回火時間使得板材內殘余應力更加均勻，有利于減少鋼板的開裂傾向。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中：

圖1是使用本方法后得到的鋼板的殘余應力測點布置圖；

圖2是實施例1使用本方法后得到的鋼板的金相表層組織；

圖3是實施例1使用本方法后得到的鋼板的金相芯部組織；

圖4是實施例2使用本方法后得到的鋼板的金相表層組織；

圖5是實施例2使用本方法后得到的鋼板的金相芯部組織。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實施例1

一種厚度為15mm的布氏硬度500級耐磨鋼，其化學成分按質量百分比為：c0.26％，si0.22％，mn1.23％，p≤0.005，s≤0.003％，cr0.22％,cu0.015％，al0.05％，ni0.043％，mo0.015％,ti0.03％，v0.016％，b0.003，其余為鐵和不可避免的雜質。

按配比化學成分進行布氏硬度500級耐磨鋼的制造，其制造方法包括冶煉工藝和軋制工藝兩個步驟；

冶煉工藝的步驟為：高爐鐵水→鐵水脫硫→轉爐頂底復合吹煉→吹氬→lhf爐處理→rh處理→連鑄→鑄坯檢查→鑄坯下送；

軋制工藝的步驟為：鑄坯驗收→鑄坯二次切割→鑄坯清理→鑄坯加熱→軋制→冷卻→淬火→低溫回火→精整→檢驗入庫；

在鑄坯加熱階段，采用1210℃高溫對鑄坯進行加熱，加熱150min，加熱速率為11min/cm；采用1040℃的開軋溫度進行軋制，終軋溫度為1200℃，采用單道次壓下率大于20％對鑄坯進行軋制；將軋制后的鑄坯進行冷卻；將冷卻后的鑄坯進行880℃高溫淬火，保溫10min；將淬火后的鑄坯進行198℃低溫回火，保溫100min。

表1和表2分別為采用上述方法制得的厚度為15mm的布氏硬度500級耐磨鋼的力學性能表和表面殘余應力分析表。

表1力學性能

表2表面殘余應力

實施例2

一種厚度為6mm的布氏硬度500級耐磨鋼，其化學成分按質量百分比為：c0.25％，si0.24％，mn1.16％，p≤0.004，s≤0.005％，cr0.21％,cu0.011％，al0.032％，ni0.041％，mo0.013％,ti0.032％，v0.008％，其余為鐵和不可避免的雜質。

按配比化學成分進行布氏硬度500級耐磨鋼的制造，其制造方法包括冶煉工藝和軋制工藝兩個步驟；

冶煉工藝的步驟為：高爐鐵水→鐵水脫硫→轉爐頂底復合吹煉→吹氬→lhf爐處理→rh處理→連鑄→鑄坯檢查→鑄坯下送；

軋制工藝的步驟為：鑄坯驗收→鑄坯二次切割→鑄坯清理→鑄坯加熱→軋制→冷卻→淬火→低溫回火→精整→檢驗入庫；

在鑄坯加熱階段，采用1200℃高溫對鑄坯進行加熱，加熱50min，加熱速率為9min/cm；采用1070℃的開軋溫度進行軋制，終軋溫度為995℃，采用單道次壓下率大于20％對鑄坯進行軋制；將軋制后的鑄坯進行冷卻；將冷卻后的鑄坯進行875℃高溫淬火，保溫12min；將淬火后的鑄坯進行195℃低溫回火，保溫40min。

表3和表4分別為采用上述方法制得的厚度為15mm的布氏硬度500級耐磨鋼的力學性能表和表面殘余應力分析表。

表3力學性能

表4表面殘余應力

實施例3

一種厚度為8mm的布氏硬度500級耐磨鋼，其化學成分按質量百分比為：c0.27％，si0.25％，mn1.19％，p≤0.002，s≤0.001％，cr0.24％,cu0.013％，al0.04％，ni0.042％，mo0.019％,ti0.038％，v0.011％，其余為鐵和不可避免的雜質。

按配比化學成分進行布氏硬度500級耐磨鋼的制造，其制造方法包括冶煉工藝和軋制工藝兩個步驟；

冶煉工藝的步驟為：高爐鐵水→鐵水脫硫→轉爐頂底復合吹煉→吹氬→lhf爐處理→rh處理→連鑄→鑄坯檢查→鑄坯下送；

軋制工藝的步驟為：鑄坯驗收→鑄坯二次切割→鑄坯清理→鑄坯加熱→軋制→冷卻→淬火→低溫回火→精整→檢驗入庫；

在鑄坯加熱階段，采用1230℃高溫對鑄坯進行加熱，加熱30min，加熱速率為8min/cm；采用1080℃的開軋溫度進行軋制，終軋溫度為1155℃，采用單道次壓下率大于20％對鑄坯進行軋制；將軋制后的鑄坯進行冷卻；將冷卻后的鑄坯進行868℃高溫淬火，保溫11min；將淬火后的鑄坯進行220℃低溫回火，保溫50min。

表5和表6分別為采用上述方法制得的厚度為8mm的布氏硬度500級耐磨鋼的力學性能表和表面殘余應力分析表。

表5力學性能

表6表面殘余應力

從表1至表6可以看出，采用本方法在優(yōu)化殘余應力的同時，保證了耐磨鋼表面硬度值在510左右，耐磨鋼的屈服強度為1400mpa～1520mpa，抗拉強度為1730～1800mpa，-20℃沖擊功超過25j，因此具有較高的表面硬度保證了其耐磨性能，同時具有較高的抗拉強度以及較好的韌性。

從圖1至圖5看出，其微觀組織為回火馬氏體，且分布較為均勻。

應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權利要求的保護范圍。