低合金高强度耐磨板的研究是近几十年开始的,该钢种具有良好的可加工性能和优良的耐磨性能,使用寿命是传统结构钢板的数倍,生产工艺简单,一般采用轧后淬火加回火,或者通过控轧控冷工艺进行强化。日本、德国及瑞典等国的一些钢铁公司都生产低合金高强度耐磨板,我国在近10年才打破传统16Mn钢的低级别状态,开始向经济型和高性能方向发展。
3.鞍钢低合金耐磨板生产工艺设计特点
从冶炼上来讲,低合金高强耐磨板的生产需要严格控制钢的化学成分。采用炉外精炼、吹氩脱气等技术,降低钢中的有害气体、夹杂及S、P含量,提高钢质纯度。这方面鞍钢的技术已经比较成熟,为低合金高强耐磨板的生产提供了必要的基础。
以AM450生产为例,为了获得所需要的贝氏体+马氏体的复合组织,并且使晶粒细化,提高耐磨板的综合性能,最经济最有效的方法是控制轧制加控制冷却。通过控轧控冷可以使钢材的强度和韧性同时提高,而且能节约热处理过程造成的能源消耗,简化生产工序,提高生产效率。
控制轧制工艺采用高温奥氏体再结晶区和未再结晶区轧制,控制变形奥氏体的再结晶数量,尽可能达到完全再结晶,争取在高温条件下轧制较多道次,并适当延长轧后停留时间,增加变形奥氏体的再结晶数量,使组织均匀化。待钢材温度降到奥氏体未再结晶区时进行第二阶段轧制,保证未再结晶区总压下率大于45%,并适当加大道次变形量。为奥氏体向铁素体相变形核创造条件,增加形核部位,达到细化铁素体晶粒的目的。轧后通过控制冷却来控制相变条件、碳化物的析出行为等达到最终产品的组织和性能,获得需要的贝氏体+马氏体复合组织和强韧性要求。
根据以上分析设计如下生产工艺路线:铁水预处理—转炉冶炼—炉外精炼(LF)—真空处理(VD或RH)—微Ti处理—板坯连铸(电磁搅拌)—加热—控制轧制—控制冷却(离线热处理)。
4.鞍钢低合金耐磨板生产情况
鞍钢2004年开始生产铲刃用钢ACR950,用于制造挖掘机或推土机等设备的铲刃,是鞍钢最早的低合金耐磨型钢铁材料,生产厚度范围8-40mm。2005制定了《铲刃用热轧钢板》企业标准,2006年开始研发AM360,2007年投入生产试制;2008年开始研发AM400,并于当年投入生产试制,2009年开始研发AM450,目前处于实验室阶段。
5.结语
低合金耐磨板具有广阔的应用前景。随着国内钢铁企业中厚板技术装备水平的提高,目前国内低合金高强度耐磨板的开发和应用已越来越成熟,如舞钢已研制出相当数量的耐磨板品种。耐磨板生产逐步系列化、标准化,2009年已正式形成国家标准GB/T 24186-2009《工程机械用高强度耐磨板板》。不过鞍钢耐磨板的研制和生产还处于较低水平。随着鞍钢鲅鱼圈的先进炼钢装备及5500mm厚板轧机的顺利投产,加大高品质、高附加值、高强度耐磨板产品改进和开发力度,提高鞍钢耐磨板实物质量。
大量的试验研究表明,在高强度马氏体基体上分布一定体积分数的下贝氏体,可在保持较高强度前提下显著提高材料的塑性以及冲击和断裂韧性。同时具有较高的抗磨损能力,是低合金耐磨板发展的一个重要组织结构设计方向。
通过提高熔炼技术,即纯净钢的冶炼技术,研究在线淬火技术和超快速冷却技术在耐磨板上应用,挖掘现有低成本材料的潜力,生产低成本高性能的耐磨板是一个重要的生产工艺设计方向。