热连轧超快冷工艺生产薄规格耐磨钢NM450的方法

摘要

本发明公开了一种热连轧超快冷工艺生产薄规格耐磨钢NM450的方法，包括步骤：高炉铁水、KR脱S、转炉冶炼、RH炉精炼、LF炉精炼、常规板坯连铸、冷却到室温、板坯检查、铸坯表面扒皮、加热炉、高压水除磷、粗轧、高压水除磷、精轧、超快速冷却、卷取、开平、加热、淬火、回火、精整、检验。本发明通过合理的合金化设计，选用微量的Cu、Mo、Cr、Nb、Ti、B合金进行微合金化，通过控制轧制后超快速冷却淬火控制微观组织，充分发挥合金的性能强化作用，减少合金的加入量及贵重合金的使用量，并简化了工艺，与传统工艺相比较，降低了能耗，缩短了工艺流程，减少了合金加入量，提高了钢的强韧配比，节约社会资源，降低生产成本。

说明书

技术领域

本发明属于耐磨钢板制造技术领域，尤其涉及一种热连轧超快冷工艺生产薄规格耐磨钢NM450的制造方法。

背景技术

耐磨钢是抵抗磨料磨损的钢，被广泛应用于冶金、矿山、建材及军事等各个工农业生产中需要防磨损的地方。其中耐磨钢板的应用最广泛，使用行业为工程机械制造业，最终用途为冶金、煤炭、水泥、电力、玻璃、矿山、建材、陶瓷、砖瓦、农林等行业。

耐磨钢板的传统生产工艺流程为：电炉（转炉）冶炼→精炼→连铸→加热→粗轧→中间坯→精轧→热处理→检验入库，目前国内主要生产厂家有舞钢、武钢、宝钢、南钢，采用中厚板轧机或热连轧机进行生产较厚规格产品，薄规格生产困难，生产成本高，板形难以保证，生产周期长，交货期难以保证，由于国内薄规格耐磨钢板的产量很少，难以满足国内市场的需要，加上国外产品在质量上的优势，以及部分外资工程机械制造单位对耐磨钢材质的明确要求，导致国外耐磨钢板在国内市场较多的占有量和较高的市场价格。目前国内市场薄规格的耐磨钢板主要为瑞典HARDAX、日本JFE、德国XAR和芬兰罗奇钢厂的产品，国内开发出质量优良的薄规格耐磨板对提高企业效益及调整国内钢铁产业结构有明显促进作用。

发明内容

本发明目的是提供一种热连轧超快冷工艺生产薄规格耐磨钢NM450的方法，采用传统热连轧生产线结合超快冷工艺得到更优良更细密的微观组织，并具有高的耐磨性能、焊接性能和抗腐蚀性能，并能批量生产板形良好的薄规格耐磨钢，降低了生产成本，缩短了交货周期。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种热连轧超快冷工艺生产薄规格耐磨钢NM450的方法，包括步骤：

（1）将温度为>1250℃，[S]≤0.020%的铁水进行KR脱S，然后进行稠渣和充分扒渣处理,铁水扒渣至铁水光亮面积≥93%，减少转炉内回S，铁水终点[S]≤0.0020%,；

（2）进行转炉冶炼，用球团矿作冷却剂，球团矿和氧化铁皮必须按要求加入；萤石应根据炉内渣情况分批少量加入，每吨钢加入量≤3.5kg，双渣时每吨钢≤5.0kg，吹炼终点前2min严禁加入萤石，采用挡渣锥、挡渣塞进行双挡渣出钢，渣厚≤42mm，转炉出钢用硅铁或者硅锰合金进行脱氧和合金化，且不得采用含Al材料进行脱氧与合金化；

（3）RH炉精炼，到RH后，用快速定氧探头测定和记录钢中的[O]含量，钢包净空控制在400～600mm，钢水顶渣厚度应小于100mm，钢水温度为1595℃-1630℃，先进行RH轻处理：真空度≤500Pa，处理时间15-20分钟，依次加入相应的合金进行合金化，开启五级真空泵，进行真空循环处理；

（4）处理完再进入LF炉精炼， LF精炼出站前依次喂铝线和钛线或者Ti合金，调整Al_S和Ti的成分，最后进行B的微合金化；

（5）进行常规板坯连铸，连铸采用长水口保护浇铸且Ar封，中包覆盖无碳碱性中包渣，采用专用中碳耐磨钢结晶器保护渣，过热度控制在15～25℃，连铸过程投入结晶器电磁搅拌，在扇形段采用动态连铸轻压下工艺，连铸拉速控制在1.0～1.2m/min，连铸坯厚度220mm；

（6）将板坯冷却到室温，对板坯质量及表面进行检查，扒去连铸坯表面一层表皮；

（7）送入炉加热，在加热炉内加热时间≥240min，加热温度1180～1260℃，板坯出加热炉温度≥1150℃，采用两阶段控制轧制，对于再结晶区轧制，在设备允许条件下减少轧制道次，提高轧制道次压下率；并适当延长扎后停留时间，以增加变形奥氏体的再结晶数量，使组织均匀化；

（8）出加热炉后进行高压水除磷，除磷压力≥16MPa；

（9）除磷后进行5~9道次粗轧；

（10）粗轧完待钢温降到900～950℃左右，进行奥氏体非再结晶区轧制，保证非再结晶区的总压下率大于45%，按轧制能力适当加大道次压下量，特别是精轧前3道次压下率尽可能大一些，为随后的奥氏体向铁素体相变形核创造有利条件，增加形核部位，以达到细化铁素体晶粒的目的，终轧温度尽可能控制在接近Ar3相变温度，最后道次压下率≤12%，以保证厚度精确及板形良好，轧机出口厚度6~12mm，精轧出口温度860～920℃；

（11）轧件出轧机后采用超快冷装置冷却，冷却速率为15~30℃/s，淬火终止温度为550~650℃；

（12）卷取机卷取，进行堆垛冷却；

（13）送横切热处理车间进行开平，开平时钢卷温度≤60℃，开平后对钢板进行抛丸处理去除表面氧化铁皮；

（14）进入热处理炉前清理干净钢板上下表面丸粒，热处理炉加热温度900～950℃，保温1.5～2h，进行淬火处理；

（15）温度降至300～400℃时进行回火处理；

（16）在精整机组进行精整、检验。

进一步地，步骤（5）中进行常规板坯连铸后得到的铸坯的化学成分及其含量为：C为0.20～0.30wt%，Si为0.2～0.4wt%，Mn为1.5～2.0wt%，Cu为0.3～0.50wt%，Mo为0.35～0.55wt%，Cr为0.75～1.20wt%，Nb为0.03～0.06wt%，Ti为0.02～0.05wt%，B为0.0006～0.0015wt%，P<0.015wt％，S<0.010wt％，其余为Fe及杂质。

进一步地，步骤（2）中，转炉新开炉前8炉及大补后前3炉不得冶炼相同钢种。

进一步地，步骤（13）中，抛丸速度≤2~4m/min，抛丸后钢板粗糙度为25-55μm。

进一步地，步骤（10）中，所述轧机出口厚度6~12mm，精轧出口温度860～920℃。

本发明将铁水和废钢经转炉炼钢和RH+LF炉精炼后进行连铸，热轧，在线淬火，保温坑保温。具体包括： 高炉铁水→KR脱S→转炉冶炼→RH炉精炼→LF炉精炼→常规板坯连铸→冷却到室温→板坯检查→铸坯表面扒皮→加热炉→高压水除磷→粗轧→高压水除磷→精轧→超快速冷却→卷取→开平→加热→淬火→回火→精整→检验→标识→判定→入库。

本发明通过合理的合金化设计，选用微量的Cu、Mo、Cr、Nb、Ti、B合金进行微合金化，通过控制轧制后超快速冷却淬火控制微观组织，充分发挥合金的性能强化作用，减少合金的加入量及贵重合金的使用量，并简化了传统的耐磨钢热轧后进行离线淬火+回火工艺，采用此方法与传统工艺相比较，降低了能耗，缩短了工艺流程，减少了合金加入量，提高了钢的强韧配比，节约社会资源，降低生产成本。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述，并非对本发明保护范围的限制。

实施例 1

一种热连轧超快冷工艺生产薄规格耐磨钢NM450的方法，包括步骤：

（1）将温度为1300℃、[S]为0.010%(铁水中S的质量百分比)的铁水进行KR脱S，然后充分扒渣,铁水扒渣至铁水光亮面积95%，减少转炉内回S，铁水终点[S]为0.0010%(铁水中S的质量百分比)；

（2）进行转炉冶炼，转炉新开炉前8炉及大补后前3炉不得冶炼此钢种，用球团矿作冷却剂，球团矿和氧化铁皮必须按要求加入；萤石应根据炉内渣情况分批少量加入，每吨钢加入量3.0kg，双渣时每吨钢≤4.8kg，吹炼终点前2min严禁加入萤石，采用挡渣锥、挡渣塞进行双挡渣出钢，渣厚38mm，转炉出钢用硅铁或者硅锰合金进行脱氧和合金化，不得采用含Al材料进行脱氧与合金化；

（3）RH炉精炼，到RH后，用快速定氧探头测定和记录钢中的[O] (钢中O的质量百分比)含量，钢包净空控制在420mm，钢水顶渣厚度86mm，钢水温度1600℃，先进行RH轻处理：真空度425Pa，处理时间15分钟，依次加入相应的合金进行合金化，如硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、铌铁、钛铁及金属铜板等。启五级真空泵，达到极限真空度，进行真空循环处理；

（4）处理完再进入LF炉精炼， LF精炼出站前依次喂铝线和钛线或者Ti合金，调整Al_S和Ti的成分，最后进行B的微合金化；

（5）进行常规板坯连铸，连铸采用长水口保护浇铸且Ar封，中包覆盖无碳碱性中包渣，采用专用中碳耐磨钢结晶器保护渣，过热度控制在16℃，连铸过程投入结晶器电磁搅拌，在扇形段采用动态连铸轻压下工艺，连铸拉速控制在1m/min，连铸坯厚度220mm；

（6）将板坯冷却到室温，对板坯质量及表面进行检查，扒去连铸坯表面一层表皮；

（7）送入炉加热，在加热炉内加热时间300min，加热温度1180℃，板坯出加热炉温度1150℃，采用两阶段控制轧制。对于再结晶区轧制，在设备允许条件下减少轧制道次，提高轧制道次压下率；并适当延长扎后停留时间，以增加变形奥氏体的再结晶数量，使组织均匀化；

（8）出加热炉后进行高压水除磷，除磷压力16MPa；

（9）除磷后进行5道次粗轧；

（10）粗轧完待钢温降到900℃左右，精轧最后道次压下率7.8%，以保证厚度精确及板形良好，轧机出口厚度12mm，精轧出口温度860℃；

（11）轧件出轧机后采用超快冷装置冷却，冷却速率为15℃/s，淬火终止温度为550℃；

（12）卷取机卷取，进行堆垛冷却；

（13）送横切热处理车间进行开平，开平时钢卷温度25℃，开平后对钢板进行抛丸处理去除表面氧化铁皮，抛丸速度≤2m/min，抛丸后钢板粗糙度为25μm；

（14）进入热处理炉前清理干净钢板上下表面丸粒，热处理炉加热温度900℃，保温2h，进行淬火处理；

（15）温度降至300℃时进行回火处理；

（16）在精整机组进行精整，检验。

本实施例中，步骤（5）中进行常规板坯连铸后得到的铸坯的化学成分及其含量是：C为0.21wt%，Si为0.25wt%，Mn为1.55wt%，Cu为0.35wt%，Mo为0.40wt%，Cr为1.10wt%，Nb为0.03wt%，Ti为0.03wt%，B为0.0010wt%，P为0.010wt％，S为0.002wt％，其余为Fe及不可避免的杂质，经检验，本实施例生产的耐磨钢其屈服强度为1150MPa，抗拉强度1325MPa，A₅₀延伸率11.5%，表面布氏硬度456HBW，-20℃条件下，夏比V形冲击功分别为61J、63J、65J，其性能满足NM400国家标准GB/T24186-2009技术条件。

实施例 2

一种热连轧超快冷工艺生产薄规格耐磨钢NM450的方法，包括步骤：

（1）将温度为1295℃，[S]为0.018%(铁水中S的质量百分比)的铁水进行KR脱S，然后进行稠渣和充分扒渣处理,铁水扒渣至铁水光亮面积96%，减少转炉内回S，铁水终点[S]为0.0010%(铁水中S的质量百分比)；

（2）转炉新开炉前8炉及大补后前3炉不得冶炼此钢种，用球团矿作冷却剂，球团矿和氧化铁皮必须按要求加入；萤石应根据炉内渣情况分批少量加入，每吨钢加入量3.5kg，双渣时每吨钢5.0kg，吹炼终点前2min严禁加入萤石，采用挡渣锥、挡渣塞进行双挡渣出钢，渣厚41mm，转炉出钢用硅铁或者硅锰合金进行脱氧和合金化。不得采用含Al材料进行脱氧与合金化；

（3）RH炉精炼，到RH后，用快速定氧探头测定和记录钢中的[O] (钢中O的质量百分比)含量，钢包净空控制在600mm，钢水顶渣厚度95mm，钢水温度：1628℃，先进行RH轻处理：真空度420Pa，处理时间20分钟，依次加入相应的合金进行合金化，如硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、铌铁、钛铁及金属铜板等。开启五级真空泵，达到极限真空度，进行真空循环处理；

（4）处理完再进入LF炉精炼， LF精炼出站前依次喂铝线和钛线或者Ti合金，调整Al_S和Ti的成分，最后进行B的微合金化；

（5）进行常规板坯连铸，连铸采用长水口保护浇铸且Ar封，中包覆盖无碳碱性中包渣，采用专用中碳耐磨钢结晶器保护渣，过热度控制在25℃，连铸过程投入结晶器电磁搅拌，在扇形段采用动态连铸轻压下工艺，连铸拉速控制在1.2m/min，连铸坯厚度220mm；

（6）将板坯冷却到室温，对板坯质量及表面进行检查，扒去连铸坯表面一层表皮；

（7）送入炉加热，在加热炉内加热时间360min，加热温度1260℃，板坯出加热炉温度1230℃，采用两阶段控制轧制。对于再结晶区轧制，在设备允许条件下减少轧制道次，提高轧制道次压下率；并适当延长扎后停留时间，以增加变形奥氏体的再结晶数量，使组织均匀化；

（8）出加热炉后进行高压水除磷，除磷压力18MPa；

（9）除磷后进行9道次粗轧；

（10）粗轧完待钢温降到950℃左右，精轧最后道次压下率6.8%，以保证厚度精确及板形良好，轧机出口厚度6mm，精轧出口温度920℃；

（11）轧件出轧机后采用超快冷装置冷却，冷却速率为30℃/s，淬火终止温度为650℃；

（12）卷取机卷取，进行堆垛冷却；

（13）送横切热处理车间进行开平，开平时钢卷温度55℃，开平后对钢板进行抛丸处理去除表面氧化铁皮，抛丸速度4m/min，抛丸后钢板粗糙度为50μm；

（14）进入热处理炉前清理干净钢板上下表面丸粒，热处理炉加热温度950℃，保温1.5h，进行淬火处理；

（15）温度降至3400℃时进行回火处理；

（16）在精整机组进行精整，取样。

本实施例中，步骤（5）中进行常规板坯连铸后得到的铸坯的化学成分及其含量为：C为0.28wt%，Si为0.38wt%，Mn为1.95wt%，Cu为0.45wt%，Mo为0.38wt%，Cr为0.8wt%，Nb为0.04wt%，Ti为0.04wt%，B为0.0013wt%，P为0.010wt％，S为0.002wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。经检验，本实施例生产的耐磨钢的屈服强度为1210MPa，抗拉强度1375MPa，A₅₀延伸率10.5%，表面布氏硬度459HBW，-20℃条件下，夏比V形冲击功分别为70J、61J、65J，其性能满足NM400国家标准GB/T24186-2009技术条件。

实施例 3

一种热连轧超快冷工艺生产薄规格耐磨钢NM450的方法，包括步骤：

（1）将温度为1290℃，[S]为0.018%(铁水中S的质量百分比)的铁水进行KR脱S，然后进行稠渣和充分扒渣处理,铁水扒渣至铁水光亮面积96%，减少转炉内回S，铁水终点[S]为0.0010%(铁水中S的质量百分比), 采用全程吹氩工艺，终渣碱度3.2；

（2）转炉新开炉前8炉及大补后前3炉不得冶炼此钢种，用球团矿作冷却剂，球团矿和氧化铁皮必须按要求加入；萤石应根据炉内渣情况分批少量加入，每吨钢加入量3.2kg，双渣时每吨钢4.5kg，吹炼终点前2min严禁加入萤石，采用挡渣锥、挡渣塞进行双挡渣出钢，渣厚41mm，转炉出钢用硅铁或者硅锰合金进行脱氧和合金化，不得采用含Al材料进行脱氧与合金化；

（3）RH炉精炼，到RH后，用快速定氧探头测定和记录钢中的[O] (钢中O的质量百分比)含量，钢包净空控制在500mm，钢水顶渣厚度80mm，钢水温度：1615℃，先进行RH轻处理：真空度425Pa，处理时间16分钟，依次加入相应的合金进行合金化，如硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、铌铁、钛铁及金属铜板等。启五级真空泵，达到极限真空度，进行真空循环处理；

（4）处理完再进入LF炉精炼， LF精炼出站前依次喂铝线和钛线或者Ti合金，调整Al_S和Ti的成分，最后进行B的微合金化；

（5）进行常规板坯连铸，连铸采用长水口保护浇铸且Ar封，中包覆盖无碳碱性中包渣，采用专用中碳耐磨钢结晶器保护渣，过热度控制在25℃，连铸过程投入结晶器电磁搅拌，在扇形段采用动态连铸轻压下工艺，连铸拉速控制在1.1m/min，连铸坯厚度220mm；

（6）将板坯冷却到室温，对板坯质量及表面进行检查，扒去连铸坯表面一层表皮；

（7）送入炉加热，在加热炉内加热时间280min，加热温度1240℃，板坯出加热炉温度1210℃，采用两阶段控制轧制。对于再结晶区轧制，在设备允许条件下减少轧制道次，提高轧制道次压下率；并适当延长扎后停留时间，以增加变形奥氏体的再结晶数量，使组织均匀化；

（8）出加热炉后进行高压水除磷，除磷压力18MPa；

（9）除磷后进行7道次粗轧；

（10）粗轧完待钢温降到930℃左右，精轧最后道次压下率8.8%，以保证厚度精确及板形良好，轧机出口厚度8mm，精轧出口温度900℃；

（11）轧件出轧机后采用超快冷装置冷却，冷却速率为25℃/s，淬火终止温度为600℃；

（12）卷取机卷取，进行堆垛冷却；

（13）送横切热处理车间进行开平，开平时钢卷温度25℃，开平后对钢板进行抛丸处理去除表面氧化铁皮，抛丸速度3m/min，抛丸后钢板粗糙度为35μm；

（14）进入热处理炉前清理干净钢板上下表面丸粒，热处理炉加热温度920℃，保温1.8h，进行淬火处理；

（15）温度降至350℃时进行回火处理；

（16）在精整机组进行精整，取样。

本实施例中，步骤（5）中进行常规板坯连铸后得到的铸坯的化学成分及其含量是：C为0.25wt%，Si为0.30wt%，Mn为1.75wt%，Cu为0.41wt%，Mo为0.42wt%，Cr为0.92wt%，Nb为0.06wt%，Ti为0.05wt%，B为0.0007wt%，P为0.010wt％，S为0.002wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。本实施例生产的耐磨钢的屈服强度为1185MPa，抗拉强度1305MPa，A₅₀延伸率12.5%，表面布氏硬度449HBW，-20℃条件下，夏比V形冲击功分别为72J、75J、68J，其性能满足NM400国家标准GB/T24186-2009技术条件。

实施例 4

一种热连轧超快冷工艺生产薄规格耐磨钢NM450的方法，包括步骤：

（1）将温度为1310℃，[S]为0.018%(铁水中S的质量百分比)的铁水进行KR脱S，然后进行稠渣和充分扒渣处理,铁水扒渣至铁水光亮面积96%，减少转炉内回S，铁水终点[S]为0.0010%(铁水中S的质量百分比), 采用全程吹氩工艺，终渣碱度3.2；

（2）进行转炉冶炼，转炉新开炉前8炉及大补后前3炉不得冶炼此钢种，用球团矿作冷却剂，球团矿和氧化铁皮必须按要求加入；萤石应根据炉内渣情况分批少量加入，每吨钢加入量3.2kg，双渣时每吨钢4.5kg，吹炼终点前2min严禁加入萤石，采用挡渣锥、挡渣塞进行双挡渣出钢，渣厚41mm，转炉出钢用硅铁或者硅锰合金进行脱氧和合金化。不得采用含Al材料进行脱氧与合金化；

（3）RH炉精炼，到RH后，用快速定氧探头测定和记录钢中的[O] (钢中O的质量百分比)含量，钢包净空控制在480mm，钢水顶渣厚度85mm，钢水温度：1625℃，先进行RH轻处理：真空度445Pa，处理时间18分钟，依次加入相应的合金进行合金化，如硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、铌铁、钛铁及金属铜板等。开启五级真空泵，达到极限真空度，进行真空循环处理；

（4）处理完再进入LF炉精炼， LF精炼出站前依次喂铝线和钛线或者Ti合金，调整Al_S和Ti的成分，最后进行B的微合金化；

（5）进行常规板坯连铸，连铸采用长水口保护浇铸且Ar封，中包覆盖无碳碱性中包渣，采用专用中碳耐磨钢结晶器保护渣，过热度控制在20℃，连铸过程投入结晶器电磁搅拌，在扇形段采用动态连铸轻压下工艺，连铸拉速控制在1.1m/min，连铸坯厚度220mm；

（6）将板坯冷却到室温，对板坯质量及表面进行检查，扒去连铸坯表面一层表皮；

（7）送入炉加热，在加热炉内加热时间290min，加热温度1260℃，板坯出加热炉温度1220℃，采用两阶段控制轧制。对于再结晶区轧制，在设备允许条件下减少轧制道次，提高轧制道次压下率；并适当延长轧后停留时间，以增加变形奥氏体的再结晶数量，使组织均匀化；

（8）出加热炉后进行高压水除磷，除磷压力18MPa；

（9）除磷后进行7道次粗轧；

（10）粗轧完待钢温降到930℃左右，精轧最后道次压下率6.5%，以保证厚度精确及板形良好，轧机出口厚度10mm，精轧出口温度900℃；

（11）轧件出轧机后采用超快冷装置冷却，冷却速率为20℃/s，淬火终止温度为580℃；

（12）卷取机卷取，进行堆垛冷却；

（13）送横切热处理车间进行开平，开平时钢卷温度25℃，开平后对钢板进行抛丸处理去除表面氧化铁皮，抛丸速度3m/min，抛丸后钢板粗糙度为35μm；

（14）进入热处理炉前清理干净钢板上下表面丸粒，热处理炉加热温度920℃，保温1.8h，进行淬火处理；

（15）温度降至350℃时进行回火处理；

（16）在精整机组进行精整，取样。

本实施例中，步骤（5）中进行常规板坯连铸后得到的铸坯的化学成分及其含量是：C为0.20wt%，Si为0.25wt%，Mn为1.75wt%，Cu为0.35wt%，Mo为0.40wt%，Cr为1.05wt%，Nb为0.05wt%，Ti为0.04wt%，B为0.0007wt%，P为0.010wt％，S为0.002wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。本实施例生产的耐磨钢的屈服强度为1195MPa，抗拉强度1315MPa，A₅₀延伸率11.5%，表面布氏硬度456HBW，-20℃条件下，夏比V形冲击功分别为60J、67J、61J，其性能满足NM400国家标准GB/T24186-2009技术条件。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。