低合金高強度耐磨板的研究是近幾十年開始的,該鋼種具有良好的可加工性能和優良的耐磨性能,使用壽命是傳統結構鋼板的數倍,生產工藝簡單,一般采用軋后淬火加回火,或者通過控軋控冷工藝進行強化。日本、德國及瑞典等國的一些鋼鐵公司都生產低合金高強度耐磨板,我國在近10年才打破傳統16Mn鋼的低級別狀態,開始向經濟型和高性能方向發展。
3.鞍鋼低合金耐磨板生產工藝設計特點
從冶煉上來講,低合金高強耐磨板的生產需要嚴格控制鋼的化學成分。采用爐外精煉、吹氬脫氣等技術,降低鋼中的有害氣體、夾雜及S、P含量,提高鋼質純度。這方面鞍鋼的技術已經比較成熟,為低合金高強耐磨板的生產提供了必要的基礎。
以AM450生產為例,為了獲得所需要的貝氏體+馬氏體的復合組織,并且使晶粒細化,提高耐磨板的綜合性能,最經濟最有效的方法是控制軋制加控制冷卻。通過控軋控冷可以使鋼材的強度和韌性同時提高,而且能節約熱處理過程造成的能源消耗,簡化生產工序,提高生產效率。
控制軋制工藝采用高溫奧氏體再結晶區和未再結晶區軋制,控制變形奧氏體的再結晶數量,盡可能達到完全再結晶,爭取在高溫條件下軋制較多道次,并適當延長軋后停留時間,增加變形奧氏體的再結晶數量,使組織均勻化。待鋼材溫度降到奧氏體未再結晶區時進行第二階段軋制,保證未再結晶區總壓下率大于45%,并適當加大道次變形量。為奧氏體向鐵素體相變形核創造條件,增加形核部位,達到細化鐵素體晶粒的目的。軋后通過控制冷卻來控制相變條件、碳化物的析出行為等達到最終產品的組織和性能,獲得需要的貝氏體+馬氏體復合組織和強韌性要求。
根據以上分析設計如下生產工藝路線:鐵水預處理—轉爐冶煉—爐外精煉(LF)—真空處理(VD或RH)—微Ti處理—板坯連鑄(電磁攪拌)—加熱—控制軋制—控制冷卻(離線熱處理)。
4.鞍鋼低合金耐磨板生產情況
鞍鋼2004年開始生產鏟刃用鋼ACR950,用于制造挖掘機或推土機等設備的鏟刃,是鞍鋼最早的低合金耐磨型鋼鐵材料,生產厚度范圍8-40mm。2005制定了《鏟刃用熱軋鋼板》企業標準,2006年開始研發AM360,2007年投入生產試制;2008年開始研發AM400,并于當年投入生產試制,2009年開始研發AM450,目前處于實驗室階段。
5.結語
低合金耐磨板具有廣闊的應用前景。隨著國內鋼鐵企業中厚板技術裝備水平的提高,目前國內低合金高強度耐磨板的開發和應用已越來越成熟,如舞鋼已研制出相當數量的耐磨板品種。耐磨板生產逐步系列化、標準化,2009年已正式形成國家標準GB/T 24186-2009《工程機械用高強度耐磨板板》。不過鞍鋼耐磨板的研制和生產還處于較低水平。隨著鞍鋼鲅魚圈的先進煉鋼裝備及5500mm厚板軋機的順利投產,加大高品質、高附加值、高強度耐磨板產品改進和開發力度,提高鞍鋼耐磨板實物質量。
大量的試驗研究表明,在高強度馬氏體基體上分布一定體積分數的下貝氏體,可在保持較高強度前提下顯著提高材料的塑性以及沖擊和斷裂韌性。同時具有較高的抗磨損能力,是低合金耐磨板發展的一個重要組織結構設計方向。
通過提高熔煉技術,即純凈鋼的冶煉技術,研究在線淬火技術和超快速冷卻技術在耐磨板上應用,挖掘現有低成本材料的潛力,生產低成本高性能的耐磨板是一個重要的生產工藝設計方向。