【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于耐磨鋼生產，具體涉及一種鈮微合金化高性能耐磨鋼及其制備方法。
技術介紹
1、耐磨鋼是一種具有高強度和高耐磨性能，通常作為部件廣泛應用在礦業機械、建筑機械、冶金設備、煤礦機械等領域。目前國內外礦業機械使用的耐磨鋼主要有三類：高錳鋼、高鉻鑄鐵以及合金耐磨鋼。其中高錳鋼韌性良好但壽命短；高鉻鑄鐵耐磨性優異，但加工性能差；低合金耐磨鋼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，或通過控軋控冷工藝進行強化。
2、低成本、短流程、高性能是鋼鐵行業發展的必然趨勢。然而，現有的低合金耐磨鋼普遍將兩種或多種合金元素進行復合使用，特別是mo、cr、ni等貴重合金元素，雖然提升了使用性能，但同時也提高生產成本，不利于大規模生產，因此將耐磨鋼微合金化是一個重要發展趨勢。
3、中國專利申請cn103789655a公開了一種在線淬火生產nb合金化高強度耐磨鋼板的方法，其中c含量為0.25-0.45wt.％，淬火溫度800-900℃，回火溫度100-300℃。該方法雖然提高nm500耐磨鋼板的強度和韌性，表層布氏硬度不低于520hb，但添加了mn、ti、b、cr、nb多種合金元素，生產成本較高不利于耐磨鋼的推廣應用。
4、中國專利申請cn101775545a公開了一種低合金高強度高韌性耐磨鋼板及其制造方法，c含量為0.15～0.27wt.％，采用cr、mo、nb、ti復合微合金化技術經過冶煉、澆鑄、加熱、軋制、冷卻、淬火和回火步驟進行制備。淬火溫度
5、中國專利申請cn1033845a公開了一種高強韌性低碳微合金化鑄鋼，其中c含量為0.06-0.18wt.％，以mn、ti、nb、稀土等為合金元素，采用正火-回火或均勻化退火-正火-回火工藝進行制備。鑄鋼具有高的抗拉強度和屈服強度，并具有高的塑性和韌性以及良好的工藝性能。但是由于碳含量低存在強度、硬度低，耐磨性差的問題，并且其以mn、ti、nb、稀土等為合金元素，生產成本高，不利于工業生產。
6、綜上，耐磨鋼的制備普遍采用在低碳鋼加入多種合金元素結合淬火回火工藝，制得的耐磨鋼的維氏硬度較低(低于600hv)，生產流程復雜，合金成本較高。而且c元素是鋼中最基本的強化元素，碳原子的間隙固溶強化是淬火鋼中淬火馬氏體強化的最主要機制，但是，現有耐磨鋼的成分體系下和熱處理工藝條件下，高碳鋼的硬度和強度提升不明顯。
技術實現思路
1、針對上述現有技術的缺點，本專利技術提供一種鈮微合金化高性能耐磨鋼及其制備方法。本專利技術在高碳鋼的基礎上引入高壓技術和nb微合金化技術，結合傳統的淬火回火工藝解決當前耐磨鋼對合金元素消耗過高、工藝復雜、硬度水平較低的問題。
2、為實現上述目的，本專利技術采取的技術方案為：
3、一種鈮微合金化高性能耐磨鋼的制備方法，包括：
4、(1)按照鈮微合金化高性能耐磨鋼化學成分進行配料，然后冶煉，澆鑄為鑄坯；
5、(2)將鑄坯依次進行均勻化處理、軋制處理、冷卻后得到耐磨鋼板材；
6、(3)對耐磨鋼板材的六面同時施加壓強并加熱至淬火溫度保溫，結束后淬火至室溫；
7、(4)對淬火后的耐磨鋼板材的六面同時施加壓強并加熱至回火溫度保溫，結束后空冷至室溫，得到鈮微合金化高性能耐磨鋼。
8、作為本專利技術的優選實施方案，所述鈮微合金化高性能耐磨鋼包括如下質量百分含量的元素：c：0.70-0.90wt.％、nb：0.01-0.05wt.％，其余為fe和不可避免的雜質。
9、本專利技術中c含量低于0.70wt.％，會導致性能硬度、抗拉強度下降。c含量過高會促進二次滲碳體的形成，降低塑韌性，材料變脆，因此c含量不宜大于0.90wt.％。本專利技術中nb含量小于0.01wt.％，難以發揮顯著作用，對耐磨鋼的耐磨性和塑韌性沒有提升。相比于其他元素(ti、v等)，本專利技術采用單一的nb元素進行微合金化，結合高壓技術和高碳，高溫析出的少量碳化物顆粒也能夠釘扎原始奧氏體晶界較大程度的抑制奧氏體晶粒長大；并且不易形成夾雜物或合金滲碳體，使材料塑韌性下降、變脆。nb含量過高會使得在淬火溫度下形成的未溶相增加并尺寸粗大，對耐磨鋼的耐磨性和塑韌性造成不利影響，并且造成鈮鐵資源的浪費。而且含鈮碳化物的粗大化會提高裂紋等缺陷的出現降低鋼材的加工性能和塑韌性。因此nb的含量不宜超過0.05wt.％。
10、作為本專利技術的優選實施方案，所述步驟(3)和(4)中，施加壓強為3-5gpa。
11、本專利技術采用3-5gpa的壓強能夠改變原子尺度的晶體結構和物理化學性質，提高鋼材的硬度和塑韌性。但是施加壓強小于3gpa，無法影響原子尺度的晶體結構和物理化學性質，那么對鋼材的硬度和強度的改善并不明顯。如果壓強大于5gpa會進一步促進碳化物析出使得碳化物粗大，降低材料塑韌性。
12、作為本專利技術的優選實施方案，所述均勻化處理的溫度為1200-1250℃，保溫時間為1-3h。
13、作為本專利技術的優選實施方案，所述軋制處理為多道次軋制，開軋溫度為1000-1050℃，終軋溫度為760-800℃，變形量為70％-90％。
14、作為本專利技術的優選實施方案，所述淬火溫度為950-1150℃，保溫時間為0.5-1h，淬火的冷卻速度為50℃/s以上。
15、作為本專利技術的優選實施方案，所述回火溫度為200-300℃，保溫時間為0.5-1h。
16、本專利技術還要求保護所述鈮微合金化高性能耐磨鋼的制備方法制備的鈮微合金化高性能耐磨鋼，所述鈮微合金化高性能耐磨鋼的顯微組織包括回火馬氏體和碳化物。
17、作為本專利技術的優選實施方案，所述碳化物粒尺寸為1-3μm。
18、作為本專利技術的優選實施方案，所述鈮微合金化高性能耐磨鋼的硬度≥1150hv，抗拉強度≥1550mpa。
19、與現有技術相比，本專利技術的有益效果為：本專利技術將高碳鋼、高壓技術和單一合金元素nb的微合金化技術，結合傳統的淬火回火工藝提升，保證高強度馬氏體組織的前提下，細化晶粒，并促進直徑為1-3μm的碳化物析出，制備得到鈮微合金化高性能耐磨鋼，顯著提高了材料的硬度和抗拉強度，耐磨鋼硬度≥1150hv，抗拉強度≥1550mpa。該耐磨鋼具有高耐磨性和優良的機械性能，適用于大規模工業化生產和推廣使用，可在工程領域和制造業中得到廣泛應用。
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1.一種鈮微合金化高性能耐磨鋼的制備方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述鈮微合金化高性能耐磨鋼的制備方法，其特征在于，所述鈮微合金化高性能耐磨鋼包括如下質量百分含量的元素：C：0.70-0.90wt.％、Nb：0.01-0.05wt.％，其余為Fe和不可避免的雜質。
3.如權利要求1所述鈮微合金化高性能耐磨鋼的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，施加壓強為3-5GPa，淬火溫度為950-1150℃，保溫時間為0.5-1h，淬火的冷卻速度為50℃/s以上。
4.如權利要求1所述鈮微合金化高性能耐磨鋼的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中，施加壓強為3-5GPa，回火溫度為200-300℃，保溫時間為0.5-1h。
5.如權利要求1-4任一項所述鈮微合金化高性能耐磨鋼的制備方法制備的鈮微合金化高性能耐磨鋼，其特征在于，所述鈮微合金化高性能耐磨鋼的顯微組織包括回火馬氏體和碳化物，碳化物顆粒尺寸為1-3μm。
6.如權利要求5所述鈮微合金化高性能耐磨鋼，其特征在于，所述鈮微合金化高性能耐磨鋼的硬度≥1150HV，
...【技術特征摘要】
1.一種鈮微合金化高性能耐磨鋼的制備方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述鈮微合金化高性能耐磨鋼的制備方法，其特征在于，所述鈮微合金化高性能耐磨鋼包括如下質量百分含量的元素：c：0.70-0.90wt.％、nb：0.01-0.05wt.％，其余為fe和不可避免的雜質。
3.如權利要求1所述鈮微合金化高性能耐磨鋼的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，施加壓強為3-5gpa，淬火溫度為950-1150℃，保溫時間為0.5-1h，淬火的冷卻速度為50℃/s以上。
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【專利技術屬性】
技術研發人員：曹建春，盧超，雍岐龍，趙偉男，徐朝勇，甘梓靖，周曉龍，楊銀輝，
申請(專利權)人：昆明理工大學，
類型：發明
國別省市：
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