CN105483564B - 一种双面抗磨钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种双面抗磨钢板及其制造方法，其成分wt％为：上下表层：C 0.12～0.20％、Si 0.2～0.50％、Mn 1.5～2.0％、S≤0.005％、P≤0.02％、Cr 0.50～1.0％、Ni 0.10～0.50％、Mo 0.20～0.60％、Ti 0.01～0.02％、V 0.02～0.04％、B 0.001～0.002％、Als 0.03～0.05％；中间软层：C 0.10～0.20％、Si 0.10～0.25％、Mn 1.00～1.70％、S≤0.005％、P≤0.02％、Nb 0.02～0.05％、V 0.02～0.06％。钢坯清理堆叠后，真空条件下四周封焊，封焊后加热；出炉组合坯除鳞，控制前三道次轧制压下率，轧后热矫直和堆垛缓冷，再通过辊压式淬火机组对上下表层淬火处理，中间软层正火处理，热处理后矫直。本发明钢板具有上下表面抗磨、中间塑韧性优异的特性，使用寿命长，成材率高，适于大批量生产。
Description
技术领域
本发明属于黑色冶金领域，尤其涉及一种中间层塑韧性优异，上下表层抗磨性优良的双面抗磨钢板及其制造方法。
背景技术
双面抗磨钢板是一种先进的多金属复合材料，由于其制造工艺复杂，国内外对此研究一直没有停止过，但截止目前对双面抗磨钢板及其生产工艺的报道仍然极少。双面抗磨钢板是钢板的上下面具备抗磨性能而心部却拥有优异的塑韧性，此类材质钢板在应用时能充分发挥表面的抗磨性能并且对外界强大的冲击力具有良好的缓冲和吸收作用，能够极大地延长材料的使用寿命。可以应用在冶金机械、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。
虽然具有优异塑韧性的双面抗磨钢板有单一材质抗磨钢板无法比拟的性能、使用寿命和性价比等优势，但由于其制造工艺仍然是目前诸多国内外制造厂家无法突破的瓶颈，因此实现起来仍存在很大难度。
公开号101574731B公开了“一种反击破板锤双面复合工艺”，虽然其成品特性达到了双面与中间不同材质的要求，但工艺采用的是完全铸造成型，铸态组织的特点是晶粒特别粗大，影响塑韧性和抗磨性，导致成品最终使用寿命和环境受限，且该工艺只限制造反击破板锤。
发明内容
本发明旨在针对上述问题，提供一种能够批量生产，中间层塑韧性优异，上下表层抗磨性能优良的双面抗磨钢板及其制造方法。
为达此目的，本发明所采取的技术解决方案是：
一种双面抗磨钢板，其钢板按成分和性能区分为上表层、中间软层和下表层，其抗磨层即上表层和下表层的化学成分wt％为:C 0.12％～0.20％、Si 0.2％～0.50％、Mn1.5％～2.0％、S≤0.005％、P≤0.02％、Cr 0.50％～1.0％、Ni 0.10％～0.50％、Mo0.20％～0.60％、Ti 0.01％～0.02％、V 0.02％～0.04％、B 0.001％～0.002％、Als0.03％～0.05％，余为Fe及杂质；中间软层的化学成分wt％为:C 0.10％～0.20％、Si0.10％～0.25％、Mn 1.00％～1.70％、S≤0.005％、P≤0.02％、Nb 0.02％～0.05％、V0.02％～0.06％,余为Fe及杂质。
上表层和下表层即抗磨层中合金元素限定量的理由详述如下：
C是钢中的主要元素，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、抗磨性差；碳含量过高，又会影响钢的焊接性能以及耐大气腐蚀能力。为保证钢的硬度和抗磨性，同时考虑钢的焊接性能，碳含量定为0.12％～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，因此该抗磨层Si含量限定0.20％～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，固抗磨层Mn含量范围为1.5％～2.0％。
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，因此该抗磨层Cr含量限定0.5％～1.0％。
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0.20％～0.60％。
Ni能提高钢板的强度、韧性，并具有良好的淬透性，当它同Cr、Mo结合的时候，淬透性尤可增高，但由于成本较高Ni含量限定在0.10％～0.50％
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,因此该抗磨层Ti含量限定0.01～0.02％。
V有细化晶粒作用强，可提高钢的强度和韧性，还将延缓贝氏体的形成从而使过冷奥氏体分解动力学曲线向右移动提高了钢的淬透性，因此该抗磨层V含量限定0.02％～0.04％。
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。因此抗磨层B含量限定0.001％～0.002％。
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，因此该抗磨层Als含量限定0.03％～0.05％。
中间软层中主要含有C、Si、Mn、P、S元素，为提高强韧性适当添加含有Nb、V微合金元素，中间软层钢板主要起保证塑韧性和强度作用。各元素含量限定理由如下：
C是钢中的主要元素，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塑韧性。为保证钢的强度，同时考虑钢的塑韧性性能，固中间层碳含量定为0.10％～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，超过一定量时，会造成钢的韧性下降，降低钢的焊接性能，因此中间软层Si含量限定0.10％～0.25％。
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，固中间软层Mn含量范围为1.00％～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，固中间软层Nb含量范围为0.02％～0.05％。
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,固中间软层V含量范围为0.02％～0.06％。
一种双面抗磨钢板的制造方法，其具体工艺和方法为：
1、经铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH或VD处理、中间包浇注、连铸坯下线缓冷，选取表面质量好、无裂纹、平直度≤2.0mm/mm2的连铸坯。
2、将中间软层连铸坯进行开坯处理，开坯压下率为30～65％，确保在随后的多坯叠轧时中间层能得到更大的塑性变形。
3、对开坯后的中间软层坯6个面进行清理加工，并对上、下表层连铸坯的贴合面及侧表面进行清理加工，粗糙度均为6.3～12.5μm。
4、将清理后的中间软层坯及上、下表层坯按上表层、中间软层、下表层顺序由下至上依次堆叠，对齐对中后在真空条件下抽真空，采用电子束进行两个接触面的四周封焊，其中真空度≤1×10-2Pa，焊缝熔深≥20mm。
5、将封焊后的三层组合坯送至加热炉，加热至1150～1250℃，保温5～10h，出炉温度≥1100℃。
6、出炉后的组合坯经高压水除鳞，进入轧机直接轧制，开轧温度≥1000℃，前三道次压下率10％～20％，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；矫直后堆垛缓冷，缓冷目标温度≥600℃，缓冷时间36～72h，进一步防止不同成分钢板结合层产生分离。
7、组合钢板采用离线复合热处理工艺，即上、下表层进行淬火热处理，中间软层进行正火热处理，复合热处理通过辊压式淬火机组进行，控制辊速和水量比等参数，在保证上下抗磨层淬透的同时保证心部软层冷却速度不易过快，以免心部软层组织发生变异，产生魏氏组织。因此淬火和正火温度均控制在880～920℃，保温时间控制在0.5～1.5min/mm，辊速控制在0.5～1.5m/s，淬火后利用钢板余温进行回火或重新回火热处理，回火温度为150～250℃，保温时间3～5min/mm，复合热处理后的钢板进行矫直。
钢板最终组织由上、下表层的马氏体、结合处的贝氏体及中间软层部分的铁素体和珠光体组成，达到了最终上下表面抗磨及中间塑韧性优异的效果。
本发明的有益效果为：
本发明钢板兼具了抗磨钢和普碳低合金钢二者的优异特性，实现了表面与心部性能不同即上下表面抗磨及中间塑韧性优异的效果，其使用寿命长，可显著提高钢板成材率，更易实现大批量生产，具有较大的利润空间和较高的性价比优势。经检测，本发明双面抗磨钢板上、下表层Rp0.2达到1023MPa，Rm达到1135MPa，A值为15.75％以上，-20℃KV2大于55J,HBW大于386；中间软层Rp0.2为424MPa，Rm为587MPa，A值为28.87％以上，-20℃KV2大于208J,HBW为198。
附图说明
图1是双面抗磨钢板断面示意图。
图中：上表层1、中间软层2、下表层3。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
由图1可见，本发明双面抗磨钢板是由上表层1、中间软层2、下表层3所构成，上表层1与下表层3为表面抗磨层，而心部夹层则是塑韧性优异的中间软层2。双面抗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—中间层坯料开坯—组合坯料表面、侧面清理加工—三层组合坯真空电子束封焊—加热—除鳞—轧制—热矫直—堆垛缓冷—上下抗磨层淬火/中间软层正火—自回火(低温回火)—冷矫直。
4组实施例化学成分如表1所示、生产工艺参数如表2所示、力学性能如表3所示，力学性能证实通过该方法制造的双面抗磨钢板上、下层钢板具有良好的强度和抗磨性，中间层又拥有优异的塑韧性，并且通过Z特征可以看出异质钢种界面接触性能良好。
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 |
| 中间层开坯压下率％ | 65 | 50 | 40 | 30 |
| 开坯后组合原料厚度mm | 50+100+50 | 80+140+80 | 100+180+100 | 120+200+120 |
| 加热温度℃ | 1200 | 1200 | 1200 | 1220 |
| 保温时间h | 5 | 7.5 | 9.5 | 11 |
| 出炉温度℃ | 1168 | 1171 | 1183 | 1188 |
| 第一道次压下率％ | 15 | 12 | 10 | 10 |
| 第二道次压下率％ | 16 | 15 | 13 | 12 |
| 第三道次压下率％ | 20 | 18 | 15 | 14 |
| 成品厚度mm | 40 | 60 | 76 | 88 |
| 缓冷时间h | 36 | 48 | 60 | 72 |
| 上下表层淬火温度℃ | 880 | 880 | 920 | 920 |
| 保温时间min | 20 | 32 | 40 | 48 |
| 热处理辊速m/s | 1.5 | 1.2 | 0.8 | 0.5 |
| 自回火回火温度℃ | 180 | 250 | 自回火 | 自回火 |
| 保温时间min | 40 | 48 | — | — |
表3 实施例力学性能
Claims (1)
1.一种双面抗磨钢板的制造方法，其特征在于，钢板按成分和性能区分为上表层、中间软层和下表层，其抗磨层即上表层和下表层的化学成分wt％为:C 0.12％～0.20％、Si0.2％～0.50％、Mn 1.5％～2.0％、S≤0.005％、P≤0.02％、Cr 0.50％～1.0％、Ni 0.10％～0.50％、Mo 0.20％～0.60％、Ti 0.01％～0.02％、V 0.02％～0.04％、B 0.001％～0.002％、Als 0.03％～0.05％，余为Fe及杂质；中间软层的化学成分wt％为:C 0.10％～0.20％、Si 0.10％～0.25％、Mn 1.00％～1.70％、S≤0.005％、P≤0.02％、Nb 0.02％～0.05％、V 0.02％～0.06％,余为Fe及杂质；具体工艺和方法为：
(1)、经铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH或VD处理、中间包浇注、连铸坯下线缓冷，选取表面质量好、无裂纹、平直度≤2.0mm/mm2的连铸坯；
(2)、将中间软层连铸坯进行开坯处理，开坯压下率为30～65％；
(3)、对开坯后的中间软层坯6个面进行清理加工，并对上、下表层连铸坯的贴合面及侧表面进行清理加工，粗糙度均为6.3～12.5μm；
(4)、将清理后的中间软层坯及上、下表层坯按上表层、中间软层、下表层顺序由下至上依次堆叠，对齐对中后在真空条件下抽真空，采用电子束进行两个接触面的四周封焊，其中真空度≤1×10-2Pa，焊缝熔深≥20mm；
(5)、将封焊后的三层组合坯送至加热炉，加热至1150～1250℃，保温5～10h，出炉温度≥1100℃；
(6)、出炉后的组合坯经高压水除鳞，进入轧机直接轧制，开轧温度≥1000℃，前三道次压下率10％～20％，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，矫直后堆垛缓冷，缓冷目标温度≥600℃，缓冷时间36～72h；
(7)、组合钢板采用离线复合热处理工艺，即上、下表层进行淬火热处理，中间软层进行正火热处理，复合热处理通过辊压式淬火机组进行，淬火和正火温度均控制在880～920℃，保温时间控制在0.5～1.5min/mm，辊速控制在0.5～1.5m/s，淬火后利用钢板余温进行回火或重新回火热处理，回火温度为150～250℃，保温时间3～5min/mm，复合热处理后的钢板进行矫直；
钢板最终组织由上、下表层的马氏体、结合处的贝氏体及中间软层部分的铁素体和珠光体组成。
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