CN103882317B

CN103882317B - 一种具有良好塑韧性的复合耐磨钢板及其制造方法

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Publication number: CN103882317B
Application number: CN201210559499.0A
Authority: CN
Inventors: 王储; 高强; 胡昕明; 梁褔鸿; 原思宇; 李文斌
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: CN103882317A

Abstract

本发明提供一种具有良好塑韧性的复合耐磨钢板及其制造方法，其上层耐磨层化学成分按重量百分比计C0.13%~0.22%、Si0.15%~0.50%、Mn1.0%~1.50%、S≤0.005%、P≤0.02%、Cr0.0%~0.50%、Mo0.18%~0.25%、Ti0.015%~0.03%、B0.0010%~0.0020%、Als0.03%~0.05%，余量为Fe及不可避免夹杂；下层基层的化学成分按重量百分比计C0.13%~0.20%、Si0.15%~0.50%、Mn0.8%~1.70%、S≤0.005%、P≤0.02%、Nb0%~0.050%、V0%~0.2%、Ti0%~0.03%，余量为Fe及不可避免夹杂。其制造方法为上下两层连铸板坯焊后轧制，开轧温度≥1000℃，前三道次压下率10%~25%，轧后热矫直、堆垛缓冷，缓冷后离线热处理，耐磨层在上、基层在下同时进行，耐磨层淬火处理，基层空冷正火处理。该钢板合金含量低、使用寿命长、性能均匀、具有良好塑韧性、规格齐全且生产方式自动化程度、效率得到提高。

Description

一种具有良好塑韧性的复合耐磨钢板及其制造方法

技术领域

本发明属于冶金领域，尤其涉及一种具有良好塑韧性的单面复合的耐磨钢板及其制造方法。

背景技术

复合耐磨钢板是一种采用先进复合制造技术生产的耐磨复合材料，是工业领域先进的耐磨复合材料。目前复合耐磨钢板主要应用在冶金机械、建材机械、电力机械、矿山机械等行业中的各种易磨损设备上。

复合耐磨钢板与普通单质耐磨钢板相比具有以下几方面优势：

抗冲击：由于耐磨复合钢板的基板采用塑韧性很好的普碳低合金钢，可在受冲击的过程中吸收能量，因而，耐磨复合钢板较单质耐磨钢具有很强的抗冲击性能和抗裂性能，可以应用的振动、冲击较强的工况条件下

易于加工：耐磨复合钢板可以制成标准尺寸的钢板，重量轻，加工方便灵活。由于采用软质基板，因而可以向内冷弯成形，可以用等离子弧、碳弧等热源切割。

性价比高：复合钢板虽然因材料和工艺原因价格高于普通钢板，但其使用寿命的大幅提高，使得应用在磨损环境下的设备停机检修时间和维修费用大为减少。据估算，复合钢板的性价比比普通耐磨钢板高约2~4倍，物料处理量越大，设备磨损越严重的企业，使用复合钢板的经济效益越明显。

专利《超硬合金复合耐磨钢板》（公开号CN2671798Y）涉及的复合耐磨钢板，主要以堆焊的碳化铬和添加的稀土元素起耐磨作用，生产工艺同样采用堆焊方式，且产品规格较少且较薄。

专利《复合耐磨钢板》（公开号CN202147448U）涉及的复合耐磨钢板，主要以堆焊的碳化铬起耐磨作用，并且含有铌、钼、钨、钒等碳化物，耐磨层厚度较薄，且堆焊方式形成的耐磨层表面易出现裂纹。

专利《一种复合耐磨钢板》（公开号CN202399590U）涉及的复合耐磨钢板，同样采用堆焊方式形成碳化铬耐磨层，厚度规格较薄，耐磨损寿命短。

专利《堆焊复合耐磨钢板的制造方法及其设备》公开号CN102107315A）涉及的复合耐磨板需要专门的焊接设备，生产方法较为复杂，且生产的复合板耐磨层碳含量达5～5.5％，铬含量高达32～37％，成本较高。

上述方法生产的复合耐磨钢板存在着合金含量较高，导致成本增加，且复合板耐磨层厚度较薄，寿命短。采用堆焊方式生产，耐磨层分布不均匀，表面容易出现裂纹。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种具有良好塑韧性的复合耐磨钢板及其制造方法，该钢板合金含量低、使用寿命长、性能均匀、具有良好塑韧性、规格齐全且生产方式自动化程度和效率都进一步得到提高。

本发明是这样实现的：

该钢板由两层钢板复合而成，其中上层耐磨层的化学成分为:C0.13%~0.22%、Si0.15%~0.50%、Mn1.0%~1.50%、S≤0.005%、P≤0.02%、Cr0.0%~0.50%、Mo0.18%~0.25%、Ti0.015%~0.03%、B0.0010%~0.0020%、Als0.03%~0.05%，余量为Fe及不可避免夹杂；下层基层的化学成分为:C0.13%~0.20%、Si0.15%~0.50%、Mn0.8%~1.70%、S≤0.005%、P≤0.02%、Nb0%~0.050%、V0%~0.2%、Ti0%~0.03%，余量为Fe及不可避免夹杂。

本发明钢种成分控制原理如下：

复合耐磨钢板上层耐磨层中合金元素控制原理如下：

C钢中的主要元素，对钢的强度、低温冲击韧性、焊接性能产生直接的影响。碳含量过低会降低钢的硬度低，淬硬性、耐磨性差；碳含量过高，又会影响钢的焊接性能以及耐大气腐蚀能力。为保证钢的硬度、韧性和耐磨性，同时考虑钢的焊接性能，碳含量定为0.13%～0.22％。

Si在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，Si和Mo、Cr等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，超过0.5％时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能，因此该耐磨层Si含量限定0.15%～0.50%。

Mn能增加钢的韧性、强度和硬度，是强烈稳定奥氏体的元素，可有效地降低奥氏体的分解速度，提高钢的淬透性，Mn含量高会增强回火脆性，固该耐磨层Mn含量范围为1.0%～1.50%。

S和P都是钢中有害元素，增加钢的脆性，因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量,S≤0.005%，P≤0.02%。

Cr是重要的固溶强化元素，并能提高钢的淬透性，但过高的铬对韧性损害较大，因此该耐磨层Cr含量限定0～0.50％。

Mo能提高钢板淬透性，在回火时能形成碳化物析出，从而增加钢的高温回火抗力，但Mo含量过高反而会导致钢的脆化，因此将Mo含量限定在0.18～0.25%。

Als是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，过高则影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能，因此该耐磨层ALs含量限定0.03%～0.05%。

Ti可形成细小的钦的碳、氮氧化物颗粒，在板坯再加热过程中可通过阻止奥氏体晶粒的粗化而得到较为细小的奥氏体显微组织。Ti的氮化物颗粒的存在可抑制焊接热影响区的低温韧性，阻止了游离氮对钢的淬透性产生的不利影响,因此该耐磨层Ti含量限定0.015%～0.03%。

B微量加入的可以提高钢板淬透性，从而提高钢板的强度。B含量过高易形成B碳化物和氮化物，并集聚在原奥氏体晶界，促使附近地区位错密度增高，可以作为氢在局部地区的陷阱，因而促使此处发生晶界开裂。因此该耐磨层B含量限定0.0010%～0.0020%。

复合耐磨钢板下层基层中合金元素控制原理如下：

其中各元素含量限定理由如下：

C钢中的主要元素，对钢的强度、低温冲击韧性、焊接性能产生直接的影响。碳含量过低会降低基体的强度；碳含量过高，又会影响钢的焊接性能以及耐大气腐蚀能力。为保证钢的强度，同时考虑钢的焊接性能，固基层碳含量定为0.13%～0.20％。

Si在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，Si和Mo、Cr等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，超过0.5％时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能，因此该基层Si含量限定0.15～0.50%。

Mn能增加钢的强度和韧性，是强烈稳定奥氏体的元素，可有效地降低奥氏体的分解速度，提高钢的淬透性，Mn含量高会增强回火脆性，固该基层Mn含量范围为0.8%～1.70%。

S和P都是钢中有害元素，增加钢的脆性，因此应尽量减少磷和硫在钢中的含量,P≤0.02%,S≤0.005%。

Nb能生成高度分散的强固的碳化物NbC（熔点3500℃），所以可细化晶粒，直加热至于1100～1200℃，仍可阻止晶粒长大，强韧化基体。但含量过高时，亦将生成铁素体δ相或其它脆性相，而使其韧性降低，热加工性能变坏，固该基层Nb含量范围为0%～0.050%。

V强碳化物元素。一般VC的弥散度很高，且极稳定。所以它既利脱氧、脱气得到致密细晶组织，提高塑性、韧性及高强度,固该基层V含量范围为0%～0.2%。

Ti可形成细小的钦的碳、氮氧化物颗粒，在板坯再加热过程中可通过阻止奥氏体晶粒的粗化而得到较为细小的奥氏体显微组织，强化基体强度，提高塑韧性。因此该基层Ti含量限定0%～0.03%。

复合板下层基层中合金元素主要含有C、Si、Mn、P、S等5元素，部分钢种为提高强韧性含有Nb、V、Ti微合金元素，基层钢板主要起保证基体强度和塑韧性作用，固不添加Cr、Mo、B等强淬透性元素。

本发明复合耐磨钢板的具体制造方法如下：

1）、经铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH或VD、中间包保护浇注、连铸出铸坯，下线缓冷后选取表面质量好、无裂纹、平直度≤1.0mm/mm²的优质连铸坯；

2）、对符合要求铸坯进行表面和侧面清理加工，其粗糙度≤6.3μm；

3）、将铸坯加工后上层耐磨层与下层基层对齐对中进入真空室抽真空、电子束四周封焊，要求真空度≤5×10^-2Pa，调节电压、电流、焊速保证焊缝熔深≥100mm，组坯厚度规格为340mm～600mm；

4）、封焊后的异质组坯经辊道送至加热炉加热，保温温度范围为1150~1300℃，保温时间5h~20h，出炉温度≥1100℃；

5）、出加热炉后的组坯经除磷，进入轧机直接轧制，开轧温度≥1000℃，前三道次压下率10%~25%，保证两种材质钢坯界面充分接触、熔合；轧后钢板进行热矫直，保证板型良好；矫直后钢板进行堆垛缓冷，缓冷温度300~500℃，缓冷时间24~48h；

6）、复合钢板采用离线热处理工艺，其中耐磨层在上、基层在下同时进行热处理，耐磨层进行淬火处理，同时基层进行空冷正火处理，淬火/正火温度为890～930℃，保温时间2～2.5min/mm，淬火采用辊式淬火机进行，水量控制在90~120m³/min，辊速控制在1~90m/min，高、低压水同时开启上喷嘴，通过精确控制水量、辊素保证耐磨层淬透，淬火后整板进行回火处理，回火温度为180～460℃，保温时间4～5min/mm。

热处理后的复合耐磨板进行冷矫直，保证复合板耐磨钢板板型。成品钢板厚度范围为30～60mm。

本发明的有益效果是制造一种性能均匀、规格齐全、使用寿命长、兼顾耐磨钢和普碳低合金钢二者优异特征于一身的单面复合耐磨钢板，该制造方法采用与传统方式不同的工艺路线，提高了钢材成材率，自动化程度高。单面复合耐磨钢板及其制造方法具有较高的经济和社会效益。

具体实施方式

结合实施例对本发明进一步说明

复合板耐磨钢板的生产工艺为：铁水预处理—转炉冶炼—LF—RH—中间包浇注—连铸铸坯—下线缓冷—表面处理—复合坯真空焊接—室式炉加热—除磷—轧制—堆垛缓冷—热矫直—上层耐磨层淬火/下层基板正火—复合板回火—冷矫直。

实施例钢的成分见表1，实施例制造工艺参数见表2，力学性能及复合板结合性能见表3。

表1实施例化学成分（wt,%）

表2实施例制造工艺参数

实施例	1	2	3	4
					复合坯料厚度mm	340	400	460	500
真空度 pa	5×10^-2	4×10^-2	3×10^-2	3×10^-2
					加热温度 ℃	1220	1220	1220	1220
保温时间 h	11	13	15	16.5
					出炉温度 ℃	1162	1152	1167	1171
第一道次 %	16	14	12	11
					第二道次 %	19	17	15	15
第三道次 %	25	21	17	16
					缓冷时间 h	22	24	26	29
淬/正火温度 ℃	910	920	920	920
					保温时间h	1	1.3	1.7	2.5
回火温度 ℃	250	300	350	450
					保温时间h	2	2.7	3.3	4
成品厚度mm	30	40	50	60

表3实施例力学性能

力学性能结果显示复合板上层具有良好的强度和耐磨性，下层具有良好的塑韧性，并且通过剪切强度和Z向性能结果可以看出，复合界面结合性能良好，完全能够在恶劣环境下长期使用。

Claims

1.一种具有良好塑韧性的复合耐磨钢板的生产方法，其特征在于，该钢板由两层钢板复合而成，其中上层耐磨层的化学成分为:C0.13％～0.22％、Si0.15％～0.50％、Mn1.0％～1.50％、S≤0.005％、P≤0.02％、Cr0.0％～0.50％、Mo0.18％～0.25％、Ti0.015％～0.03％、B0.0010％～0.0020％、Als0.03％～0.05％，余量为Fe及不可避免夹杂；下层基层的化学成分为:C0.13％～0.20％、Si0.15％～0.50％、Mn0.8％～1.70％、S≤0.005％、P≤0.02％、Nb0％～0.050％、V0％～0.2％、Ti0％～0.03％，余量为Fe及不可避免夹杂；所述生产方法：经铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH或VD、中间包保护浇注、连铸成板坯、板坯下线缓冷；选取表面质量好、无裂纹、平直度≤1.0mm/mm²的连铸坯进行表面和侧面清理加工，使表面粗糙度≤6.3μm；将上下两层铸坯对齐对中进入真空室抽真空、电子束四周封焊，真空度≤5×10^-2Pa，焊缝熔深≥100mm，组坯厚度为340mm～600mm；封焊后组坯送至加热炉加热，加热温度为1150～1300℃，保温时间5h～20h，出炉温度≥1100℃；复合耐磨钢板坯经除磷，进入轧机轧制，开轧温度≥1000℃，前三道次压下率10％～25％，轧后钢板进行热矫直，矫直后钢板进行堆垛缓冷，缓冷温度300～500℃，缓冷时间24～48h；缓冷后采用离线热处理工艺，耐磨层在上、基层在下同时进行热处理，耐磨层进行淬火处理，同时基层进行空冷正火处理，淬火/正火温度为890～930℃，保温时间2～2.5min/mm，淬火采用辊式淬火机进行，高、低压水同时开启上喷嘴，水量控制在90～120m³/min，辊速控制在1～90m/min，耐磨层淬火及基层正火后整板进行回火处理，回火温度为180～460℃，保温时间4～5min/mm；热处理后的复合耐磨板进行冷矫直；所述复合耐磨钢板厚度范围为30～60mm。