CN109136778A - 超级耐磨板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超级耐磨板，属于耐磨板技术领域，解决了现有技术中耐磨板的耐磨性和抗压强度不够理想的技术问题，超级耐磨板包括C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、V、B、Nb、Re、Zr、S、P、Fe、脱氧剂，经过成粉、加乙醇球磨、均匀混合、保温熔化、静置晶化、退火处理、冷却降温、切削、打磨得到超级耐磨板。本发明的超级耐磨板，其具有较高的耐磨性和抗压强度，使超级耐磨板具有较理想的耐磨性和抗压强度的优点，同时通过在超级耐磨板中加入脱氧剂、加乙醇球磨，进一步提高了超级耐磨板的耐磨性和抗压强度。

Description

超级耐磨板及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐磨板技术领域，更具体的说，它涉及一种超级耐磨板及其制备方法。
背景技术
随着现代科学技术的发展，各种新技术、新工艺不断涌现，在实践中，人们对材料的性能也不断提出新的或更高的要求，传统单金属耐磨板已经无法满足人们的要求。随着冶金、化工等经济支柱性产业的迅速发展，如矿山机械、煤炭采运、石油化工、建材装饰、船舶工程等对耐磨板的需求倍增，如矿山机械用轨道、煤炭采用选煤机械、石油天然气输送管道及船体、结构件等。但现有的耐磨板由于存在工艺和选材的缺陷，导致耐磨性、抗压强度不够理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超级耐磨板，通过Nb、Re、Zr的相互协同作用，提高了超级耐磨板的耐磨性，同时通过V、B的相互协同作用，提高了超级耐磨板的抗压强度，使超级耐磨板具有较理想的耐磨性和抗压强度的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
超级耐磨板，按重量百分数计，所述超级耐磨板包括C：3.00-7.00％、Si：0.50-2.50％、Mn：0.50-3.50％、Cr：20.00-35.00％、Mo：0.50-3.50％、Ni：0.10-0.50％、V：0.50-1.50％、B：0.40-1.50％、Nb：0.50-2.50％、Re：0.20-0.50％、Zr：0.15-0.45％、S：≤0.04％、P：≤0.04％、脱氧剂：0.90-1.50％，余量为Fe。
通过采用上述技术方案，在超级耐磨板中加入Nb、Re、Zr后，通过Nb、Re、Zr三者之间相互协同的作用，使超级耐磨板形成核心细化晶粒，并进入核心细化晶粒内，增加超级耐磨板的致密性，从而提高了超级耐磨板的耐磨性，并在超级耐磨板中加入V、B、脱氧剂，提高了超级耐磨板中各金属之间的连接强度，从而提高了超级耐磨板的抗压强度和硬度，使超级耐磨板具有较理想的耐磨性和抗压强度的优点。
较优选地，所述超级耐磨板包括C：4.89％、Si：0.94％、Mn：1.47％、Cr：28.62％、Mo：2.31％、Ni：0.16％、V：0.85％、B：0.51％、Nb：1.72％、Re：0.43％、Zr：0.37％、S≤0.02％、P≤0.02％、脱氧剂：1.23％，余量为Fe。
通过采用上述技术方案，对超级耐磨板中的各成分含量进行优化，进一步提高了超级耐磨板的耐磨性和抗压强度。
较优选地，所述脱氧剂为Al-Ca-Ti复合脱氧剂。
通过采用上述技术方案，在超级耐磨板进行制备时，由于水分的挥发或混入部分空气，其中的氧气优先和Al-Ca-Ti复合脱氧剂中的Ca进行反应，从而避免了超级耐磨板中其他金属发生氧化，提高了超级耐磨板中其他金属之间的连接强度，同时Al-Ca-Ti复合脱氧剂中的Al、Ti也提高了脱氧剂和超级耐磨板中各金属之间的连接强度，从而提高了超级耐磨板的硬度和抗压强度。
较优选地，所述Al-Ca-Ti复合脱氧剂中Al的重量百分数为15.00-25.00％，所述Al-Ca-Ti复合脱氧剂中Ca的重量百分数为50.00-65.00％，余量为Ti。
通过采用上述技术方案，对Al-Ca-Ti复合脱氧剂中Al的含量、Al-Ca-Ti复合脱氧剂中Ca的含量进行优化，使Al-Ca-Ti复合脱氧剂即可以起到防止氧化的作用，也可以起到和超级耐磨板中各金属之间良好的连接作用，避免因Al-Ca-Ti复合脱氧剂中Ca含量过高而降低超级耐磨板的硬度和抗压强度。
较优选地，所述超级耐磨板的厚度为4-7mm。
通过采用上述技术方案，对超级耐磨板的厚度进行优化，防止超级耐磨板的厚度过薄时，而增加超级耐磨板的加工难度，同时防止超级耐磨板的厚度过厚时，而增加超级耐磨板的生产成本。
本发明的目的二在于提供一种制备上述所述的超级耐磨板的方法，通过加入脱氧剂，避免了超级耐磨板中各金属发生氧化，进而提高了超级耐磨板中各金属之间的连接强度，从而提高了超级耐磨板的硬度和抗压强度。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
制备上述所述的超级耐磨板的方法，包括如下步骤：
(1)将含有C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、V、B、Nb、Re、Zr、Fe的原料以及脱氧剂分别制成粉末；
(2)按规定的重量百分数的要求称取步骤(1)中的粉末进行配料并加入各原料总重量的30-40％的乙醇，乙醇的质量分数为40-50％，之后进行球磨并混合均匀，得到料浆；
(3)将步骤(2)中的料浆放入烘干室内恒温干燥至残余乙醇的质量百分数小于等于0.3％，得到混合料；
(4)将步骤(3)中的混合料放入熔炉中，以10℃/min速率程序升温1200℃，之后再以5℃/min速率程序升温至1400-1500℃，保温熔化3-5h，之后注入模具中经压延机压制成型，得到坯料；
(5)将步骤(4)中的坯料放入窑炉中，在800-900℃的温度下，静置晶化6-8h，之后转入退火炉中，在500-600℃温度下，退火处理1-2h，冷却至室温，得到粗坯；
(6)将步骤(5)中的粗坯切削、打磨，得到超级耐磨板。
通过采用上述技术方案，经过成粉、加乙醇球磨、均匀混合、保温熔化、静置晶化、退火处理、冷却降温、切削、打磨得到超级耐磨板，其中将超级耐磨板中各金属成粉并加乙醇球磨，增加了各金属成粉之间的接触面积，在熔化过程中使各金属粉之间发生原子交换，同时脱氧剂避免了超级耐磨板中各金属发生氧化，进而提高了超级耐磨板中剩余各金属之间的连接强度，从而提高了超级耐磨板的硬度和抗压强度。
较优选地，所述粉末和乙醇在球磨机中正反转交替球磨5-8h，球磨速度为800r/min。
通过采用上述技术方案，使粉末在球磨机中进行充分球磨，加入乙醇，使粉末球磨的更细，同时后续将乙醇进行挥发时，避免了乙醇影响超级耐磨板的耐磨性和抗压强度。
较优选地，所述混合料的平均粒径为小于6-12μm。
通过采用上述技术方案，对混合料的平均粒径进行优化，不仅使混合料混合的更均匀，而且使超级耐磨板中各金属之间连接的更牢固、更致密，提高超级耐磨板的耐磨性和抗压强度。
较优选地，所述混合料的熔化稳定为1450℃，保温熔化时间为4h。
通过采用上述技术方案，使超级耐磨板中各金属熔化，并在熔化过程中各金属之间发生原子交换，并结合在一起，进一步提高超级耐磨板的耐磨性和抗压强度。
较优选地，所述混合料的晶化温度为850℃，静置晶化时间为7h，退火温度为550℃，退火处理时间为1.5h。
通过采用上述技术方案，使超级耐磨板形成核心细化晶粒，增加超级耐磨板的致密性，提高了超级耐磨板的耐磨性。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、本发明的超级耐磨板，其具有较高的耐磨性和抗压强度，使超级耐磨板具有较理想的耐磨性和抗压强度的优点。
第二、通过Nb、Re、Zr三者的相互协同作用，使超级耐磨板形成核心细化晶粒，并进入核心细化晶粒内，增加超级耐磨板的致密性，从而提高了超级耐磨板的耐磨性。
第三、通过V、B的相互协同的作用，提高了超级耐磨板中各金属之间的连接强度，从而提高了超级耐磨板的抗压强度。
第四、在制备超级耐磨板时，通过加入脱氧剂，避免了超级耐磨板中各金属发生氧化，进而提高了超级耐磨板中各金属之间的连接强度，从而提高了超级耐磨板的硬度和抗压强度。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。应该理解的是，本发明实施例所述制备方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。
实施例1，超级耐磨板，包括如下步骤：
(1)将含有C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、V、B、Nb、Re、Zr、Fe的原料以及Al-Ca-Ti复合脱氧剂分别制成粉末，其中Al-Ca-Ti复合脱氧剂中Al的重量百分数为15.00％，所述Al-Ca-Ti复合脱氧剂中Ca的重量百分数为50.00％，余量为Ti；
(2)按照如下重量百分比称取各原料并进行配料：C：3.00％、Si：0.50％、Mn：3.50％、Cr：35.00％、Mo：0.50％、Ni：0.50％、V：1.50％、B：0.40％、Nb：0.50％、Re：0.20％、Zr：0.45％、S≤0.04％、P≤0.04％、Al-Ca-Ti复合脱氧剂：1.50％，余量为Fe，之后加入30Kg的乙醇，乙醇的质量分数为50％，之后在球磨机中正反转交替球磨5h，球磨速度为800r/min，球磨并混合均匀，得到料浆；
(3)将步骤(2)中的料浆放入烘干室内恒温干燥至残余乙醇的质量百分数小于等于0.3％，得到混合料，混合料的平均粒径为小于6μm；
(4)将步骤(3)中的混合料放入熔炉中，以10℃/min速率程序升温1200℃，之后再以5℃/min速率程序升温至1400℃，保温熔化5h，之后注入模具中经压延机压制成型，得到坯料；(5)将步骤(4)中的坯料放入窑炉中，在900℃的温度下，静置晶化6h，之后转入退火炉中，在500℃温度下，退火处理2h，冷却至室温，得到粗坯；
(6)将步骤(5)中的粗坯切削、打磨，得到超级耐磨板，超级耐磨板的厚度为4mm。
实施例2，超级耐磨板，包括如下步骤：
(1)将含有C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、V、B、Nb、Re、Zr、Fe的原料以及Al-Ca-Ti复合脱氧剂分别制成粉末，其中Al-Ca-Ti复合脱氧剂中Al的重量百分数为21.7％，所述Al-Ca-Ti复合脱氧剂中Ca的重量百分数为56.6％，余量为Ti；
(2)按照如下重量百分比称取各原料并进行配料：C：4.89％、Si：0.94％、Mn：1.47％、Cr：28.62％、Mo：2.13％、Ni：0.16％、V：0.85％、B：0.51％、Nb：1.72％、Re：0.43％、Zr：0.37％、S≤0.02％、P≤0.02％、Al-Ca-Ti复合脱氧剂：1.50％，余量为Fe，之后加入35Kg的乙醇，乙醇的质量分数为45％，之后在球磨机中正反转交替球磨7h，球磨速度为800r/min，球磨并混合均匀，得到料浆；
(3)将步骤(2)中的料浆放入烘干室内恒温干燥至残余乙醇的质量百分数小于等于0.2％，得到混合料，混合料的平均粒径为小于10μm；
(4)将步骤(3)中的混合料放入熔炉中，以10℃/min速率程序升温1200℃，之后再以5℃/min速率程序升温至1450℃，保温熔化4h，之后注入模具中经压延机压制成型，得到坯料；(5)将步骤(4)中的坯料放入窑炉中，在850℃的温度下，静置晶化7h，之后转入退火炉中，在550℃温度下，退火处理1.5h，冷却至室温，得到粗坯；
(6)将步骤(5)中的粗坯切削、打磨，得到超级耐磨板，超级耐磨板的厚度为5.5mm。
实施例3，超级耐磨板，包括如下步骤：
(1)将含有C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、V、B、Nb、Re、Zr、Fe的原料以及Al-Ca-Ti复合脱氧剂分别制成粉末，其中Al-Ca-Ti复合脱氧剂中Al的重量百分数为25.00％，所述Al-Ca-Ti复合脱氧剂中Ca的重量百分数为65.00％，余量为Ti；
(2)按照如下重量百分比称取各原料并进行配料：C：7.00％、Si：2.50％、Mn：0.50％、Cr：20.00％、Mo：3.50％、Ni：0.10％、V：0.50％、B：1.50％、Nb：2.50％、Re：0.50％、Zr：0.15％、S≤0.04％、P≤0.04％、Al-Ca-Ti复合脱氧剂：0.90％，余量为Fe，之后加入40Kg的乙醇，乙醇的质量分数为40％，之后在球磨机中正反转交替球磨8h，球磨速度为800r/min，球磨并混合均匀，得到料浆；
(3)将步骤(2)中的料浆放入烘干室内恒温干燥至残余乙醇的质量百分数小于等于0.3％，得到混合料，混合料的平均粒径为小于12μm；
(4)将步骤(3)中的混合料放入熔炉中，以10℃/min速率程序升温1200℃，之后再以5℃/min速率程序升温至1500℃，保温熔化3h，之后注入模具中经压延机压制成型，得到坯料；
(5)将步骤(4)中的坯料放入窑炉中，在800℃的温度下，静置晶化8h，之后转入退火炉中，在600℃温度下，退火处理1h，冷却至室温，得到粗坯；
(6)将步骤(5)中的粗坯切削、打磨，得到超级耐磨板，超级耐磨板的厚度为7mm。
对比例1，超级耐磨板，本对比例与实施例2的区别之处在于制备的超级耐磨板中没有添加Nb、Re、Zr。
对比例2，超级耐磨板，本对比例与实施例2的区别之处在于制备的超级耐磨板中没有添加Nb。
对比例3，超级耐磨板，本对比例与实施例2的区别之处在于制备的超级耐磨板中没有添加Re。
对比例4，超级耐磨板，本对比例与实施例2的区别之处在于制备的超级耐磨板中没有添加Zr。
对比例5，超级耐磨板，本对比例与实施例2的区别之处在于制备的超级耐磨板中没有添加Nb、Re。
对比例6，超级耐磨板，本对比例与实施例2的区别之处在于制备的超级耐磨板中没有添加Nb、Zr。
对比例7，超级耐磨板，本对比例与实施例2的区别之处在于制备的超级耐磨板中没有添加Re、Zr。
对比例8，超级耐磨板，本对比例与实施例2的区别之处在于制备的超级耐磨板中没有添加V、B。
对比例9，超级耐磨板，本对比例与实施例2的区别之处在于制备的超级耐磨板中没有添加脱氧剂。
超级耐磨板的评价
对实施例1-3和对比例1-9制得的超级耐磨板，分别进行络氏硬度、抗压强度、耐磨损量的检测，检测结果如表1所示。
表1检测结果
检测项目 络氏硬度/HRC 抗压强度/MPa 耐磨损量/(kg/m<sup>2</sup>)
实施例1 63.8 175 0.21
实施例2 64.9 184 0.19
实施例3 63.5 179 0.20
对比例1 60.2 164 0.46
对比例2 61.5 167 0.31
对比例3 62.4 169 0.32
对比例4 63.5 172 0.31
对比例5 62.7 168 0.36
对比例6 61.4 175 0.38
对比例7 60.9 176 0.39
对比例8 47.8 139 0.21
对比例9 51.2 152 0.20
从表1中可以看出，本发明制备得到的超级耐磨板，其具有较高的耐磨性和抗压强度和硬度，在超级耐磨板的制备中加入脱氧剂，也提高了超级耐磨板的抗压强度和硬度，使超级耐磨板具有较理想的耐磨性和抗压强度的优点。
通过对比实施例2和对比例1-7，对比例1和实施例2的区别之处在于制备的超级耐磨板中没有添加Nb、Re、Zr；对比例2和实施例2的区别之处在于制备的超级耐磨板中没有添加Nb；对比例3和实施例2的区别之处在于制备的超级耐磨板中没有添加Re；对比例4和实施例2的区别之处在于制备的超级耐磨板中没有添加Zr；对比例5和实施例2的区别之处在于制备的超级耐磨板中没有添加Nb、Re；对比例6和实施例2的区别之处在于制备的超级耐磨板中没有添加Nb、Zr；对比例7和实施例2的区别之处在于制备的超级耐磨板中没有添加Re、Zr，由此可以看出，在超级耐磨板中加入Nb、Re、Zr后，可以明显提高超级耐磨板的耐磨性，这主要是由于Nb、Re、Zr三者之间相互协同的作用，使超级耐磨板形成核心细化晶粒，并进入核心细化晶粒内，增加超级耐磨板的致密性，从而提高了超级耐磨板的耐磨性。
通过对比实施例2和对比例8，对比例8和实施例2的区别之处在于制备的超级耐磨板中没有添加V、B，由此可以看出，在超级耐磨板中加入V、B，可以明显提高超级耐磨板的抗压强度，这主要是由于V、B相互协同的作用，提高了超级耐磨板中各金属之间的连接强度，从而提高了超级耐磨板的抗压强度。
通过对比实施例2和对比例9，对比例9和实施例2的区别之处在于制备的超级耐磨板中没有添加脱氧剂，由此可以看出，在超级耐磨板中加入脱氧剂，可以明显提高超级耐磨板的硬度和抗压强度，这主要是由于加入的脱氧剂，在超级耐磨板的制备过程中，避免了超级耐磨板中各金属发生氧化，进而提高了超级耐磨板中各金属之间的连接强度，从而提高了超级耐磨板的硬度和抗压强度。

Claims (10)

1.超级耐磨板，其特征在于：按重量百分数计，所述超级耐磨板包括C：3.00-7.00%、Si：0.50-2.50%、Mn：0.50-3.50%、Cr：20.00-35.00%、Mo：0.50-3.50%、Ni：0.10-0.50%、V：0.50-1.50%、B：0.40-1.50%、Nb：0.50-2.50%、Re：0.20-0.50%、Zr：0.15-0.45%、S：≤0.04%、P：≤0.04%、脱氧剂：0.90-1.50%，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的超级耐磨板，其特征在于：所述超级耐磨板包括C：4.89%、Si：0.94%、Mn：1.47%、Cr：28.62%、Mo：2.31%、Ni：0.16%、V：0.85%、B：0.51%、Nb：1.72%、Re：0.43%、Zr：0.37%、S≤0.02%、P≤0.02%、脱氧剂：1.23%，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的超级耐磨板，其特征在于：所述脱氧剂为Al-Ca-Ti复合脱氧剂。
4.根据权利要求3所述的超级耐磨板，其特征在于：所述Al-Ca-Ti复合脱氧剂中Al的重量百分数为15.00-25.00%，所述Al-Ca-Ti复合脱氧剂中Ca的重量百分数为50.00-65.00%，余量为Ti。
5.根据权利要求1所述的超级耐磨板，其特征在于：所述超级耐磨板的厚度为4-7mm。
6.制备如权利要求1-5中任意一项所述的超级耐磨板的方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将含有C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、V、B、Nb、Re、Zr、Fe的原料以及脱氧剂分别制成粉末；
（2）按规定的重量百分数的要求称取步骤（1）中的粉末进行配料并加入各原料总重量的30-40%的乙醇，乙醇的质量分数为40-50%，之后进行球磨并混合均匀，得到料浆；
（3）将步骤（2）中的料浆放入烘干室内恒温干燥至残余乙醇的质量百分数小于等于0.3%，得到混合料；
（4）将步骤（3）中的混合料放入熔炉中，以10℃/min速率程序升温1200℃，之后再以5℃/min速率程序升温至1400-1500℃，保温熔化3-5h，之后注入模具中经压延机压制成型，得到坯料；
（5）将步骤（4）中的坯料放入窑炉中，在800-900℃的温度下，静置晶化6-8h，之后转入退火炉中，在500-600℃温度下，退火处理1-2h，冷却至室温，得到粗坯；
（6）将步骤（5）中的粗坯切削、打磨，得到超级耐磨板。
7.根据权利要求6所述的制备超级耐磨板的方法，其特征在于：所述粉末和乙醇在球磨机中正反转交替球磨5-8h，球磨速度为800r/min。
8.根据权利要求6所述的制备超级耐磨板的方法，其特征在于：所述混合料的平均粒径为小于6-12μm。
9.根据权利要求6所述的制备超级耐磨板的方法，其特征在于：所述混合料的熔化稳定为1450℃，保温熔化时间为4h。
10.根据权利要求6所述的制备超级耐磨板的方法，其特征在于：所述混合料的晶化温度为850℃，静置晶化时间为7h，退火温度为550℃，退火处理时间为1.5h。
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