CN104624701A - 一种耐磨层压复合材料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐磨层压双金属复合材料及其制造方法，属于耐磨金属复合材料技术领域。该方法包括制坯原料选择、耐磨复层材料结合界面选择、制坯、轧制、球化退火和耐磨复合材料热轧卷的切边六大步骤，该方法生产的耐磨层压双金属复合材料，其复合面积超过100m2，其基层与复层实现了冶金结合，界面抗剪切强度大于270MPa，耐磨复层厚度比例为10%-70%；同时，采用本方法生产的耐磨层压双金属复合材料经淬火后耐磨层硬度HRc在HRc60以上，其具有高硬度和高韧性的复合材料的特性，其复层具有良好的耐磨性，基层材料具有较强的韧性、加工性和焊接性。
Description
技术领域
本发明属于耐磨金属复合材料技术领域，具体涉及一种采用热轧复合生产用于矿山、冶金、建筑、电力、化工等行业的耐磨复合材料板卷及制造方法，特别涉及到一种双金属复合材料，属于耐磨金属复合材料技术领域。
背景技术
在矿山、冶金、建筑、电力、化工等行业领域，广泛使用耐磨板加工制作物料的筛分、存储衬板，以及筛板和输送管道。由于工况条件恶劣，加之物料的冲刷和冲击作用，单一材质的耐磨材料很难满足各种工况条件的需求，特别是可焊性和耐腐性的要求。耐磨复合材料是最近几年才推出的一种双金属材料产品，其覆层材料具备高铬、高碳合金材料的耐磨性，基层材料具备较强的韧性、加工性和焊接性，具有明显的性能优势，能够满足不同的工况条件的使用要求，故耐磨复合材料在很多行业得到推广与应用，也日益得到行业用户的青睐。
国内耐磨复合材料板制作方法有堆焊法、浇注法、爆炸焊接法和粘接法。
粘接法主要是对基层材料表面处理后加过渡层，在过渡层上粘接有机耐磨层或无机耐磨料层。CN 1020494891A公开了一种耐磨板材及其制作方法，其结构为冷轧钢板是外层基体，铜网层为中间层，耐磨材料层为内层，内层采用聚四氟乙烯制成，其将钢板、铜网和耐磨层三者烧结成一体，制备复合耐磨材料板。
CN 101746089 A耐热耐磨双金属复合薄板及其生产工艺，以Q235钢板为浇注时的中隔板，将熔炼好的合金钢和碳钢同时且分别注入中隔板的两侧冷却定型得到的耐热耐磨双金属复合薄板。
堆焊法即在普通钢板基材上熔敷堆焊一层高硬度的高铬、高碳合金材料的耐磨层从而制备耐磨复合板。CN 101633112A耐磨涂层复合板的制造方法，在基层材料以分段层压法堆焊耐磨涂层。
爆炸焊接法，以炸药作为能源，通过爆炸复合的方法生产高耐磨复合板。CN 202097535 U 高耐磨双金属爆炸复合板，以60Si2Mn钢和低碳钢Q345爆炸复合构成，低碳钢Q345厚度为8-217mm，覆层60Si2Mn钢的厚度在1.5-3mm，复合板的面积为4～8m2，表面硬度可达到HRc60以上。
现有耐磨复合材料制造方法，复合难度大，复合的结合强度低、成本高，复合面积小，无法实现复合材料批量成卷生产。因此如何克服现有技术的不足是目前耐磨金属复合材料技术领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种采用热轧轧制复合方式生产规格为2-100毫米耐磨层压双金属复合材料板卷的方法，耐磨层压双金属复合材金属复合板是由普通碳素钢基层材料和耐磨复层材料组成的，耐磨复层材料为中、高碳低合金耐磨钢，制得具有高硬度和高韧性的耐磨层压双金属复合材料板卷。
本发明采用的技术方案如下：一种耐磨层压复合材料的制造方法，包括如下步骤：
步骤（1），制坯原料选择：基层材料选用普通碳素钢或低合金钢，耐磨复层材料选用中碳低合金耐磨钢或高碳低合金耐磨钢；
步骤（2），耐磨复层材料结合界面选择：对耐磨复层材料基板脱碳层深度进行检测，选择脱碳层较深的一面作为与基层材料相结合的耐磨复层材料结合界面，另一面为非结合面；
步骤（3），制坯：将步骤（1）选好的基层材料和耐磨复层材料采用常规机械方法进行复合界面处理至结合界面洁净，之后进行下列对称盒式真空复合坯的制备：将两块耐磨复层材料叠加，并在两块耐磨复层材料之间设置隔离材料，之后将叠加的两块耐磨复层材料放于上、下基层材料之间，并使步骤（2）选好的耐磨复层材料的结合界面与基层材料相贴，同时在叠加的两块耐磨复层材料四周预留轧制延展空间，再用基层材料作为四个侧壁，并与上、下基层材料焊接成一中空体，使叠加的两块耐磨复层材料置于密封焊接后的基层材料的中空体中，并在中空体的尾端侧壁上间隔开孔，每个孔中插入空心管段，使空心管段的内端置于中空体中的轧制延展空间，而外端穿过孔并通过管道与真空泵相连，通过真空泵对中空体内部抽真空至-1×10-2～-1×10-3Pa，并保压2～3小时后，封堵空心管段的外端口，得到对称盒式真空复合坯；
步骤（4），轧制：将步骤（3）所得对称盒式真空复合坯送入热轧加热炉内，进行常规加热后，以首端在前，尾端在后的位置，送入常规轧机上，在下列轧制条件下轧制：开轧温度为1200±100℃，终轧温度为900±50℃，卷取温度为710±50℃，得耐磨复合材料热轧卷；
步骤（5），球化退火：将步骤（4）轧制所得耐磨复合材料热轧卷进行下列球化退火处理：
步骤（5.1），将复合板卷置于罩式炉中，保持炉内气氛为纯氮气，氧气的含量为0%，压力为65～70mbar；
步骤（5.2），升温：按升温速率为250-300℃/h，将炉内温度升至680±60℃；
步骤（5.3），保温：经步骤（5.2）升温至680±60℃后保温8～14h；
步骤（5.4），冷却：经步骤（5.3）保温后，以1-2℃/min的速度，使复合板卷随炉冷却至580±60℃后，风冷至炉内温度为380±10℃后，水冷至110±10℃时，将复合板卷取出，炉外风冷至室温；
步骤（6），耐磨复合材料热轧卷的切边：将步骤（5）球化退火处理得到的耐磨复合材料热轧卷进行常规切边，即得耐磨层压复合材料。
优选的是，所述步骤（1）的基层材料选用Q235钢、Q345钢、St12钢或Q195钢。
优选的是，所述步骤（1）的耐磨复层材料选用65Mn弹簧钢、55SiMnVB弹簧钢或60Si2Mn弹簧钢。
所述步骤（3）的在两块耐磨复层材料之间设置的隔离材料为常规隔离膜。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
（1）采用本发明技术方案生产的耐磨层压复合材料，其复合面积超过100 m2，其基层与复层实现了冶金结合，界面抗剪切强度大于270MPa，耐磨复层厚度比例为10%-70%；（2）采用本方法生产的耐磨层压复合材料经淬火后耐磨层硬度HRc在HRc60以上，其具有高硬度和高韧性的复合材料的特性，其复层具有良好的耐磨性，基层材料具有较强的韧性、加工性和焊接性。
附图说明
图1为对称盒式真空复合坯结构示意图。
图中：1为前侧壁基层材料；2为叠加的两块耐磨复层材料；3为隔离材料；4为上、下基层材料；5为轧制延展空间；6为后侧壁基层材料；7为空心管段。
具体实施方式
下面结合附图对实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明所用原料均为普通市售产品。
实施例1
一种耐磨层压复合材料的制造方法，包括如下步骤：
步骤（1），制坯原料选择：基层材料选用Q235钢，耐磨复层材料选用60Si2Mn弹簧钢；
步骤（2），耐磨复层材料结合界面选择：对耐磨复层材料基板脱碳层深度进行检测，选择脱碳层较深的一面作为与基层材料相结合的耐磨复层材料结合界面，另一面为非结合面；
步骤（3），制坯：将步骤（1）选好的基层材料和耐磨复层材料采用常规机械方法进行复合界面处理至结合界面洁净，之后进行下列对称盒式真空复合坯的制备：将两块耐磨复层材料2叠加，并在两块耐磨复层材料2之间设置隔离材料3，之后将叠加的两块耐磨复层材料2放于上、下基层材料4之间，并使步骤（2）选好的耐磨复层材料的结合界面与基层材料相贴，同时在叠加的两块耐磨复层材料2四周预留轧制延展空间5，再用基层材料作为四个侧壁，并与上、下基层材料4焊接成一中空体，使叠加的两块耐磨复层材料2置于密封焊接后的基层材料的中空体中，并在中空体的尾端侧壁上间隔开孔，每个孔中插入空心管段7，使空心管段7的内端置于中空体中的轧制延展空间5，而外端穿过孔并通过管道与真空泵相连，通过真空泵对中空体内部抽真空至-1×10-2Pa，并保压2小时后，封堵空心管段7的外端口，得到对称盒式真空复合坯；所述的在两块耐磨复层材料之间设置的隔离材料3为常规隔离膜；
步骤（4），轧制：将步骤（3）所得对称盒式真空复合坯送入热轧加热炉内，进行常规加热后，以首端在前，尾端在后的位置，送入常规轧机上，在下列轧制条件下轧制：开轧温度为1100℃，终轧温度为850℃，卷取温度为710±20℃，得耐磨复合材料热轧卷；
步骤（5），球化退火：将步骤（4）轧制所得耐磨复合材料热轧卷进行下列球化退火处理：
步骤（5.1），将复合板卷置于罩式炉中，保持炉内气氛为纯氮气，氧气的含量为0%，压力为65～70mbar；
步骤（5.2），升温：按升温速率为250℃/h，将炉内温度升至620℃；
步骤（5.3），保温：经步骤（5.2）升温至620℃后保温8h；
步骤（5.4），冷却：经步骤（5.3）保温后，以1℃/min的速度，使复合板卷随炉冷却至520℃后，风冷至炉内温度为370℃后，水冷至100℃时，将复合板卷取出，炉外风冷至室温；
步骤（6），耐磨复合材料热轧卷的切边：将步骤（5）球化退火处理得到的耐磨复合材料热轧卷进行常规切边，即得耐磨层压复合材料。
本实施例耐磨层压复合材料的力学性能如表1。
表1
生产的耐磨层压复合材料淬火处理后，复层表面硬度在HRc为60.12。
其产品制坯过程中，对称盒式真空复合坯结构示意图如图1所示，其中，1为前侧壁基层材料，6为后侧壁基层材料。
实施例2
一种耐磨层压复合材料的制造方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤（1），制坯原料选择：基层材料选用Q345钢，耐磨复层材料选用55SiMnVB弹簧钢；
步骤（2），耐磨复层材料结合界面选择：对耐磨复层材料基板脱碳层深度进行检测，选择脱碳层较深的一面作为与基层材料相结合的耐磨复层材料结合界面，另一面为非结合面；
步骤（3），制坯：将步骤（1）选好的基层材料和耐磨复层材料采用常规机械方法进行复合界面处理至结合界面洁净，之后进行下列对称盒式真空复合坯的制备：将两块耐磨复层材料2叠加，并在两块耐磨复层材料2之间设置隔离材料3，之后将叠加的两块耐磨复层材料2放于上、下基层材料4之间，并使步骤（2）选好的耐磨复层材料的结合界面与基层材料相贴，同时在叠加的两块耐磨复层材料2四周预留轧制延展空间5，再用基层材料作为四个侧壁，并与上、下基层材料4焊接成一中空体，使叠加的两块耐磨复层材料2置于密封焊接后的基层材料的中空体中，并在中空体的尾端侧壁上间隔开孔，每个孔中插入空心管段7，使空心管段7的内端置于中空体中的轧制延展空间5，而外端穿过孔并通过管道与真空泵相连，通过真空泵对中空体内部抽真空至-1×10-3Pa，并保压3小时后，封堵空心管段7的外端口，得到对称盒式真空复合坯；所述的在两块耐磨复层材料之间设置的隔离材料3为常规隔离膜；
步骤（4），轧制：将步骤（3）所得对称盒式真空复合坯送入热轧加热炉内，进行常规加热后，以首端在前，尾端在后的位置，送入常规轧机上，在下列轧制条件下轧制：开轧温度为1300℃，终轧温度为950℃，卷取温度为710±50℃，得耐磨复合材料热轧卷；
步骤（5），球化退火：将步骤（4）轧制所得耐磨复合材料热轧卷进行下列球化退火处理：
步骤（5.1），将复合板卷置于罩式炉中，保持炉内气氛为纯氮气，氧气的含量为0%，压力为65～70mbar；
步骤（5.2），升温：按升温速率为300℃/h，将炉内温度升至740℃；
步骤（5.3），保温：经步骤（5.2）升温至740℃后保温14h；
步骤（5.4），冷却：经步骤（5.3）保温后，以2℃/min的速度，使复合板卷随炉冷却至640℃后，风冷至炉内温度为390℃后，水冷至120℃时，将复合板卷取出，炉外风冷至室温；
步骤（6），耐磨复合材料热轧卷的切边：将步骤（5）球化退火处理得到的耐磨复合材料热轧卷进行常规切边，即得耐磨层压复合材料。
本实施例耐磨层压复合材料的力学性能如表2。
表2
生产的耐磨层压复合材料经淬火处理后复层表面硬度HRc为61.25。
实施例3
一种耐磨层压复合材料的制造方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤（1），制坯原料选择：基层材料选用St12钢，耐磨复层材料选用55SiMnVB弹簧钢；
步骤（2），耐磨复层材料结合界面选择：对耐磨复层材料基板脱碳层深度进行检测，选择脱碳层较深的一面作为与基层材料相结合的耐磨复层材料结合界面，另一面为非结合面；
步骤（3），制坯：将步骤（1）选好的基层材料和耐磨复层材料采用常规机械方法进行复合界面处理至结合界面洁净，之后进行下列对称盒式真空复合坯的制备：将两块耐磨复层材料2叠加，并在两块耐磨复层材料2之间设置隔离材料3，之后将叠加的两块耐磨复层材料2放于上、下基层材料4之间，并使步骤（2）选好的耐磨复层材料的结合界面与基层材料相贴，同时在叠加的两块耐磨复层材料2四周预留轧制延展空间5，再用基层材料作为四个侧壁，并与上、下基层材料4焊接成一中空体，使叠加的两块耐磨复层材料2置于密封焊接后的基层材料的中空体中，并在中空体的尾端侧壁上间隔开孔，每个孔中插入空心管段7，使空心管段7的内端置于中空体中的轧制延展空间5，而外端穿过孔并通过管道与真空泵相连，通过真空泵对中空体内部抽真空至-5×10-3Pa，并保压2.5小时后，封堵空心管段7的外端口，得到对称盒式真空复合坯；所述的在两块耐磨复层材料之间设置的隔离材料3为常规隔离膜；
步骤（4），轧制：将步骤（3）所得对称盒式真空复合坯送入热轧加热炉内，进行常规加热后，以首端在前，尾端在后的位置，送入常规轧机上，在下列轧制条件下轧制：开轧温度为1200℃，终轧温度为900℃，卷取温度为710±10℃，得耐磨复合材料热轧卷；
步骤（5），球化退火：将步骤（4）轧制所得耐磨复合材料热轧卷进行下列球化退火处理：
步骤（5.1），将复合板卷置于罩式炉中，保持炉内气氛为纯氮气，氧气的含量为0%，压力为65～70mbar；
步骤（5.2），升温：按升温速率为260℃/h，将炉内温度升至680℃；
步骤（5.3），保温：经步骤（5.2）升温至680℃后保温10h；
步骤（5.4），冷却：经步骤（5.3）保温后，以1.5℃/min的速度，使复合板卷随炉冷却至580℃后，风冷至炉内温度为380℃后，水冷至110℃时，将复合板卷取出，炉外风冷至室温；
步骤（6），耐磨复合材料热轧卷的切边：将步骤（5）球化退火处理得到的耐磨复合材料热轧卷进行常规切边，即得耐磨层压复合材料。
本实施例耐磨层压复合材料的力学性能如表3。
表3
生产的耐磨层压复合材料淬火处理后，复层表面硬度在HRc为60.20。
实施例4
一种耐磨层压复合材料的制造方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤（1），制坯原料选择：基层材料选用Q195钢，耐磨复层材料选用65Mn弹簧钢；
步骤（2），耐磨复层材料结合界面选择：对耐磨复层材料基板脱碳层深度进行检测，选择脱碳层较深的一面作为与基层材料相结合的耐磨复层材料结合界面，另一面为非结合面；
步骤（3），制坯：将步骤（1）选好的基层材料和耐磨复层材料采用常规机械方法进行复合界面处理至结合界面洁净，之后进行下列对称盒式真空复合坯的制备：将两块耐磨复层材料2叠加，并在两块耐磨复层材料2之间设置隔离材料3，之后将叠加的两块耐磨复层材料2放于上、下基层材料4之间，并使步骤（2）选好的耐磨复层材料的结合界面与基层材料相贴，同时在叠加的两块耐磨复层材料2四周预留轧制延展空间5，再用基层材料作为四个侧壁，并与上、下基层材料4焊接成一中空体，使叠加的两块耐磨复层材料2置于密封焊接后的基层材料的中空体中，并在中空体的尾端侧壁上间隔开孔，每个孔中插入空心管段7，使空心管段7的内端置于中空体中的轧制延展空间5，而外端穿过孔并通过管道与真空泵相连，通过真空泵对中空体内部抽真空至-8×10-3Pa，并保压2.8小时后，封堵空心管段7的外端口，得到对称盒式真空复合坯；所述的在两块耐磨复层材料之间设置的隔离材料3为常规隔离膜；
步骤（4），轧制：将步骤（3）所得对称盒式真空复合坯送入热轧加热炉内，进行常规加热后，以首端在前，尾端在后的位置，送入常规轧机上，在下列轧制条件下轧制：开轧温度为1250℃，终轧温度为910℃，卷取温度为710±30℃，得耐磨复合材料热轧卷；
步骤（5），球化退火：将步骤（4）轧制所得耐磨复合材料热轧卷进行下列球化退火处理：
步骤（5.1），将复合板卷置于罩式炉中，保持炉内气氛为纯氮气，氧气的含量为0%，压力为65～70mbar；
步骤（5.2），升温：按升温速率为270℃/h，将炉内温度升至720℃；
步骤（5.3），保温：经步骤（5.2）升温至720℃后保温12h；
步骤（5.4），冷却：经步骤（5.3）保温后，以1.7℃/min的速度，使复合板卷随炉冷却至600℃后，风冷至炉内温度为385℃后，水冷至108℃时，将复合板卷取出，炉外风冷至室温；
步骤（6），耐磨复合材料热轧卷的切边：将步骤（5）球化退火处理得到的耐磨复合材料热轧卷进行常规切边，即得耐磨层压复合材料。
本实施例耐磨层压复合材料的力学性能如表4。
表4
生产的耐磨层压复合材料淬火处理后，复层表面硬度在HRc为60.18。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种耐磨层压复合材料的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤（1），制坯原料选择：基层材料选用普通碳素钢或低合金钢，耐磨复层材料选用中碳低合金耐磨钢或高碳低合金耐磨钢；
步骤（2），耐磨复层材料结合界面选择：对耐磨复层材料基板脱碳层深度进行检测，选择脱碳层较深的一面作为与基层材料相结合的耐磨复层材料结合界面，另一面为非结合面；
步骤（3），制坯：将步骤（1）选好的基层材料和耐磨复层材料采用常规机械方法进行复合界面处理至结合界面洁净，之后进行下列对称盒式真空复合坯的制备：将两块耐磨复层材料叠加，并在两块耐磨复层材料之间设置隔离材料，之后将叠加的两块耐磨复层材料放于上、下基层材料之间，并使步骤（2）选好的耐磨复层材料的结合界面与基层材料相贴，同时在叠加的两块耐磨复层材料四周预留轧制延展空间，再用基层材料作为四个侧壁，并与上、下基层材料焊接成一中空体，使叠加的两块耐磨复层材料置于密封焊接后的基层材料的中空体中，并在中空体的尾端侧壁上间隔开孔，每个孔中插入空心管段，使空心管段的内端置于中空体中的轧制延展空间，而外端穿过孔并通过管道与真空泵相连，通过真空泵对中空体内部抽真空至-1×10-2～-1×10-3Pa，并保压2～3小时后，封堵空心管段的外端口，得到对称盒式真空复合坯；
步骤（4），轧制：将步骤（3）所得对称盒式真空复合坯送入热轧加热炉内，进行常规加热后，以首端在前，尾端在后的位置，送入常规轧机上，在下列轧制条件下轧制：开轧温度为1200±100℃，终轧温度为900±50℃，卷取温度为710±50℃，得耐磨复合材料热轧卷；
步骤（5），球化退火：将步骤（4）轧制所得耐磨复合材料热轧卷进行下列球化退火处理：
步骤（5.1），将复合板卷置于罩式炉中，保持炉内气氛为纯氮气，氧气的含量为0%，压力为65～70mbar；
步骤（5.2），升温：按升温速率为250-300℃/h，将炉内温度升至680±60℃；
步骤（5.3），保温：经步骤（5.2）升温至680±60℃后保温8～14h；
步骤（5.4），冷却：经步骤（5.3）保温后，以1-2℃/min的速度，使复合板卷随炉冷却至580±60℃后，风冷至炉内温度为380±10℃后，水冷至110±10℃时，将复合板卷取出，炉外风冷至室温；
步骤（6），耐磨复合材料热轧卷的切边：将步骤（5）球化退火处理得到的耐磨复合材料热轧卷进行常规切边，即得耐磨层压复合材料。
2.根据权利要求1所述的耐磨层压双金属复合材料的制造方法，其特征在于步骤（1）所述的基层材料选用Q235钢、Q345钢、St12钢或Q195钢。
3.根据权利要求1所述的耐磨层压双金属复合材料的制造方法，其特征在于步骤（1）所述的耐磨复层材料选用65Mn弹簧钢、55SiMnVB弹簧钢或60Si2Mn弹簧钢。
4.根据权利要求1所述的耐磨层压双金属复合材料的制造方法，其特征在于所述步骤（3）的在两块耐磨复层材料之间设置的隔离材料为常规隔离膜。
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