一種低密度輕質(zhì)自卸車車廂用耐磨鋼板及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種低密度輕質(zhì)自卸車車廂用耐磨鋼板及其制備方法。該類鋼板的顯著特征是：(1)以馬氏體組織為基體組織；(2)所制造鋼板在合金設(shè)計時為添加質(zhì)量百分比為3.0?4.0％的Al元素，(3)所制造鋼板的硬度在360～480HB之間。其制造方法為：選取不同的合金成分進(jìn)行冶煉，連鑄或模鑄成鋼坯，經(jīng)過加熱、控軋、控冷、熱處理等工序制造所需要的鋼板。上述鋼板特別適用于大型礦車車廂或城市渣土車車廂等設(shè)備或零件制造，通過較多Al元素的加入，降低了鋼板密度，從而降低了所制造裝備的質(zhì)量，同時該類鋼板還具有良好的成型性(適合90°冷彎)和焊接性能，尤其是具有更高的低溫沖擊韌性和耐磨性能。

Wear resistant steel plate for low density lightweight dump truck and preparation method thereof

The invention provides a wear-resistant steel plate for a low density light dump truck and a preparation method thereof. The remarkable characteristics of this type of steel plate are: (1) martensitic tissue is the matrix structure; (2) the steel plate is designed to add Al elements with a mass percentage of 3 and 4%, and (3) the hardness of the steel plate is between 360 and 480HB. The manufacturing method is to select different alloy components for smelting, continuous casting or mould casting into billet, and the required steel plates are made through heating, controlled rolling, controlled cooling, heat treatment and other processes. The steel plate is especially suitable for the manufacture of equipment or parts such as large miner carriage or city residue car. By adding more Al elements, the steel plate density is reduced and the quality of the manufactured equipment is reduced. At the same time, the steel plate also has good formability (suitable for 90 degrees cold bending) and welding performance, especially with higher quality. Low temperature impact toughness and wear resistance.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種低密度輕質(zhì)自卸車車廂用耐磨鋼板及其制備方法
本專利技術(shù)涉及低合金化鋼制造領(lǐng)域，具體涉及一種低密度輕質(zhì)自卸車車廂用耐磨鋼板及其制備方法。
技術(shù)介紹
近年來，隨著社會和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，節(jié)能降耗、減少環(huán)境污染和節(jié)約資源成為大家面臨的一個十分迫切的問題。對于礦山用或城市渣土車用自卸車來說，降低車身重量，不但可以節(jié)能降耗、減少環(huán)境污染，而且還可以增加車輛的載重量。為了適應(yīng)這種需要，目前普遍采用的方法是使用更高強(qiáng)度的鋼板，從而降低所使用鋼板的厚度，實現(xiàn)減重的目標(biāo)，該類方法在現(xiàn)有的自卸車制造過程中已經(jīng)取得了良好的效果。然而，隨著鋼板的使用級別越來越高，當(dāng)繼續(xù)減薄時，所制造部件由于剛度的降低極易出現(xiàn)變形，因此，在使用鋼板降低到一定厚度后，不宜繼續(xù)減薄來降低重量實現(xiàn)輕量化的目標(biāo)。在這種情況下，可以使用密度更低的材料如鋁合金等來實現(xiàn)減重的目標(biāo)，但是其價格極其昂貴，加工性能和焊接性能難以控制。在鋼中添加一定量密度較低的鋁元素的方法，可以實現(xiàn)所生產(chǎn)鋼板的密度降低，從而達(dá)到減重的目標(biāo)，近年來該類方法在汽車制造用薄規(guī)格鋼板中有較多的研究和應(yīng)用，并已形成多項專利，但都是用于制造薄板，尚未涉及中厚鋼板的制造。且鋁元素含量過高時，鋼中易產(chǎn)生使性能惡化的κ碳化物。如于西納公司公開號為CN1688725A的名為“很高強(qiáng)度和低密度熱軋薄鋼板及其制造方法”的中國專利，該專利涉及高鋁低密度鋼板的生產(chǎn)，但是主要是涉及薄規(guī)格鋼板的生產(chǎn)并被應(yīng)用于汽車制造，尚未涉及中厚規(guī)格鋼板及其生產(chǎn)工藝；安塞米塔爾法國公司研發(fā)的名稱為“具有良好可壓延性的低密度鋼”，申請?zhí)枮?00880016091，該專利涉及一種熱軋鐵素體鋼片材，其Al含量為6-10％，易產(chǎn)生使性能嚴(yán)重惡化的κ碳化物；中國專利CN103484771A“一種海洋平臺用高鋁低密度中厚鋼板及其制備方法”雖然屬于中厚鋼板生產(chǎn)，但是屬于超低碳熱軋海洋工程用鋼，其合金設(shè)計和制備工藝與本專利技術(shù)存在較大差異。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是獲得布氏硬度在360～480HB之間的低密度輕質(zhì)自卸車車廂用耐磨鋼板，使其具有較高硬度和耐磨性的同時還具有較低的密度以及良好的低溫韌性，以利于在自卸車車廂等部件的制造，同時還實現(xiàn)在相同鋼板厚度的條件下減重的目的。本專利技術(shù)提出了一種低密度輕質(zhì)自卸車車廂用耐磨鋼板，該類鋼板的顯著特征是：(1)以馬氏體為基體組織；(2)所制造鋼板在合金設(shè)計時為添加質(zhì)量百分比為3.0-4.0％的Al元素。本專利技術(shù)還提出了一種低密度輕質(zhì)自卸車車廂用耐磨鋼板的制造方法：選取不同的合金成分進(jìn)行冶煉，連鑄或模鑄成鋼坯，經(jīng)過加熱、控軋、控冷、熱處理等工序制造所需要的鋼板。本專利技術(shù)的具體技術(shù)方案為：一種低密度輕質(zhì)自卸車車廂用耐磨鋼板，所述鋼板的組分按質(zhì)量百分比計包括：C0.15～0.24％，Si0.20～0.60％，Mn1.20～1.80％，Al3.00～4.00％，P≤0.014％，S≤0.004％，Nb0.015～0.05％，V0.00～0.05％，Ti0.010～0.040％，Mo0.00～0.60％，Cr0.20～1.00％，B0.0008～0.004％，N≤0.0050％，H≤1.5ppm，余量為Fe。上述鋼板的組分優(yōu)選為，按質(zhì)量百分比計包括：C0.16～0.22％，Si0.20～0.50％，Mn1.20～1.60％，Al3.00～4.00％，P≤0.013％，S≤0.003％，Nb0.015～0.05％，V0.00～0.05％，Ti0.010～0.030％，Mo0.15～0.60％，Cr0.30～1.00％，B0.0008～0.004％，N≤0.0040％，H≤1.4ppm，余量為Fe。上述耐磨鋼板的制備方法，包括如下步驟：第一步，按照所述鋼板中各組分的質(zhì)量百分比配比，再進(jìn)行冶煉，連鑄或模鑄得到鋼坯，鋼坯進(jìn)行加熱，加熱溫度控制在1180～1230℃，保溫時間為180～210min；第二步，對第一步得到的鋼坯進(jìn)行粗軋、精軋成鋼板，其中粗軋終軋溫度控制在980～1100℃，粗軋道次壓下率≥10％，精軋終軋溫度控制在820～940℃，精軋道次累計壓下率≥40％；鋼板精軋終軋后經(jīng)過空冷或?qū)恿骼鋮s，鋼板厚度為20mm及以下時采用空冷，空冷終冷溫度為室溫；鋼板厚度大于20mm時采用冷速為5-10℃/s的層流冷卻，層流冷卻的終冷溫度控制在600-700℃范圍內(nèi)，然后空冷至室溫；第三步，對軋制后的鋼板進(jìn)行離線熱處理，離線熱處理時淬火溫度為860～930℃，回火溫度為170～250℃。本專利技術(shù)所述耐磨鋼板的主要化學(xué)成分的選擇和控制理由如下：C：碳元素是鋼板獲得高的強(qiáng)度和硬度的關(guān)鍵元素。對于要獲得布氏硬度達(dá)到360～480HB的鋼板而言，碳是最重要的元素，碳元素可以顯著提高鋼板的位錯密度和淬透性。但由于碳元素的增加，會增加冶煉難度，增加鑄坯出現(xiàn)裂紋的幾率；同時，高碳含量時還會顯著的降低鋼板塑性和焊接性能。所以如果鋼板既要獲得高硬度和一定的韌性，又要考慮冶煉時的控制難度，綜合考慮，對于本專利技術(shù)而言，0.15～0.24％的碳是比較合適的。優(yōu)選地，碳含量為0.16～0.22％。Al：鋁作為輕質(zhì)化元素加入鋼中，一方面使得鋼鐵材料的晶格常數(shù)增大，另一方面，其本身的原子質(zhì)量較小，因而可以降低所制備鋼鐵材料的密度。同時，鋁元素在鋼中還可以起到固溶強(qiáng)化和增加鋼本身的耐蝕性能的作用。但是，當(dāng)鋁元素添加量過多時，極易引起晶界粗化，從而使性能惡化。優(yōu)選地，鋁含量為3.00～4.00％。Si：鋼中加入硅元素能夠提高鋼質(zhì)純凈度和脫氧。硅在鋼中起固溶強(qiáng)化作用，其在奧氏體中的溶解度較大，提高硅含量有利于提高鋼的強(qiáng)度和硬度，且能提高奧氏體的穩(wěn)定性。但硅元素含量過高會導(dǎo)致鋼的韌性下降，且高硅含量的鋼板加熱時的氧化皮粘度較大，出爐后除鱗困難，導(dǎo)致軋后鋼板表面紅色氧化皮嚴(yán)重、表面質(zhì)量較差。此外，較高硅元素加入還不利于鋼板的焊接性能。綜合考慮硅元素各方面的影響，本專利技術(shù)硅含量為0.20-0.60％。優(yōu)選地，硅含量為0.20-0.50％。Mn：錳元素能夠擴(kuò)到奧氏體區(qū)，穩(wěn)定奧氏體組織，其能力僅次于合金元素鎳，是廉價的穩(wěn)定奧氏體和強(qiáng)化合金元素，同時錳元素能夠增加鋼的淬透性，降低馬氏體形成的臨界冷速，從而實現(xiàn)在很小的冷速下即可得到強(qiáng)硬組織--馬氏體組織，實現(xiàn)高硬度的目的。但過高的錳元素含量會加重鑄坯或鋼錠中的偏析，大大的增加冶煉難度。本專利技術(shù)錳的含量應(yīng)控制在1.20～1.80％。優(yōu)選地，錳的含量為1.20～1.60％。S和P：硫在鋼中與錳等化合形成塑性夾雜物硫化錳，尤其對鋼的橫向塑性和韌性不利，因此硫的含量應(yīng)盡可能地低。磷也是鋼中的有害元素，嚴(yán)重?fù)p害鋼板的塑性和韌性。對于本專利技術(shù)而言，硫和磷均是不可避免的雜質(zhì)元素，應(yīng)該越低越好，考慮到鋼廠實際的煉鋼水平，本專利技術(shù)要求P≤0.014％，S≤0.004％。優(yōu)選地，P≤0.013％，S≤0.003％。Ti：鈦是強(qiáng)碳化物形成元素，鋼中加入微量的Ti有利于固定鋼中的N,從而使得B元素起到增強(qiáng)淬透性的作用，同時，Ti元素還可與N元素相結(jié)合，形成TiN阻止鋼坯加熱時奧氏體晶粒的過分長大，細(xì)化原始奧氏體晶粒尺寸。本專利技術(shù)鈦含量控制在Ti0.010～0.040％。優(yōu)選地，鈦含量為0.010-0.030％。Cr：鉻提高鋼材的淬透性和耐蝕性能的元素，同時還本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種低密度輕質(zhì)自卸車車廂用耐磨鋼板，其特征在于，所述鋼板的組分按質(zhì)量百分比計包括：C?0.15～0.24％，Si?0.20～0.60％，Mn?1.20～1.80％，Al?3.00～4.00％，P≤0.014％，S≤0.004％，Nb?0.015～0.05％，V?0.00～0.05％，Ti?0.010～0.040％，Mo?0.00～0.60％，Cr?0.20～1.00％，B?0.0008～0.004％，N≤0.0050％，H≤1.5ppm，余量為Fe。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種低密度輕質(zhì)自卸車車廂用耐磨鋼板，其特征在于，所述鋼板的組分按質(zhì)量百分比計包括：C0.15～0.24％，Si0.20～0.60％，Mn1.20～1.80％，Al3.00～4.00％，P≤0.014％，S≤0.004％，Nb0.015～0.05％，V0.00～0.05％，Ti0.010～0.040％，Mo0.00～0.60％，Cr0.20～1.00％，B0.0008～0.004％，N≤0.0050％，H≤1.5ppm，余量為Fe。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低密度輕質(zhì)自卸車車廂用耐磨鋼板，其特征在于，所述鋼板的組分按質(zhì)量百分比計包括：C0.16～0.22％，Si0.20～0.50％，Mn1.20～1.60％，Al3.00～4.00％，P≤0.013％，S≤0.003％，Nb0.015～0.05％，V0.00～0.05％，Ti0.010～0.030％，Mo0.15～0.60％，Cr0.30～1.00％，B0....

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄧想濤，王昭東，田勇，付天亮，王丙興，王國棟，
申請(專利權(quán))人：東北大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧,21