CN110592473B - 一种高级别特厚双面耐磨复合板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高级别特厚双面磨复合板及其生产方法。复合板由C含量按质量百分比计为C≤0.22％的低碳低合金钢与550级耐磨钢或600级耐磨钢双面复合而成，所述复合钢板为低碳低合金钢上下两面可以为同级别耐磨钢，也可以为不同级别耐磨钢。复合板的生产方法包括：组坯、真空焊接、轧制、中间坯组坯、轧制和表面修磨。复合板成品厚度分别为40～200mm。550耐磨钢复合面抗剪切强度≥502MPa，结合率为100％，复合层布氏硬度≥535；600耐磨钢复合面抗剪切强度≥508MPa，结合率为100％，复合层布氏硬度≥572，可用在冶金机械、电力机械、矿山机械等各种易磨损设备上。

Description

一种高级别特厚双面耐磨复合板及其生产方法

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，特别涉及到一种应用真空复合+轧制技术生产的特厚550级或600级双面耐磨复合板及其制备方法。

背景技术

双面特厚耐磨复合钢板是一种采用先进复合制造技术生产的双面耐磨复合材料，是工业领域先进的耐磨复合材料。由于双面耐磨复合钢板的基板采用塑韧性很好的低碳低合金钢，可在受冲击的过程中吸收能量，因而，双面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，尤其是双面特厚耐磨复合板，是冶金机械、建材机械、电力机械、矿山机械等行业中的各种大型易磨损设备迫切需要的材料。在此背景下，国内外的众多学者针对双面耐磨复合板也展开了大量的研究工作。

CN101774288A公开了一种“金属机件耐磨复合板及其修复工艺”、文献“一种耐磨复合板的制造工艺方法研究”(许可贵，程志国，刘健威等，发表在《焊接》2010年第8期37～40页)和文献“带极堆焊制备耐磨复合板”(陆峰，王元宗，王林彦发表在《第十四届全国耐磨材料大会》2015年390～394页)均采用在基体钢板上堆焊耐磨焊缝的方式进行耐磨复合板的制备，其耐磨性比低碳钢高12～18倍，比不锈钢、高锰钢高5倍，比铸态高铬铁高1倍。但是其生产效率较低，生产成本较高，并不适用于工业化大生产，且无法实现特厚双面耐磨板的制备，随着耐磨层的熔覆，基材反复受热，焊接变形严重，无法在实际工程中进行应用。

同时，目前国内市场常用的耐磨复合板为360至450级别，对于450级别以上的耐磨复合板展开的研发工作较少，尤其是双面耐磨复合板的开发，缺乏大量的研究数据支持，极大的限制了耐磨复合板的广泛应用。

面对工程应用领域日益增长的耐磨复合材料的需求，特别是高硬度级别的双面耐磨复合板，迫切需要一种高效、稳定的制备工艺用以生产高级别的耐磨复合板。轧制法是一种新兴的高效的复合板制备工艺，一般由真空组坯、加热和轧制工艺构成。但是在高级别双面耐磨复合板的制备过程中，由于耐磨钢和基层钢材的物理化学性能差异，常出现接头失效和板型控制问题。首先，由于耐磨钢含碳量较高，在组坯封焊时易出现焊接裂纹，尤其在大规格的复合坯料封焊时，其焊接形变和焊接应力集中明显，更容易发生接头开裂、失效。其次，双面耐磨复合板由耐磨钢、碳钢、耐磨钢三层叠加而成，在真空封焊一层界面后，另一层界面封焊则会遇到间隙、形变等问题，往往对整体的封焊形成了极大的困扰。另外，在复合坯加热过程中，由于复合坯的加热形变不一致，应力直接作用在焊接接头位置，也容易出现封焊接头开裂失效问题。在采用常规轧制法制备高耐磨复合板的过程中，经常出现复合坯在封焊后或加热过程中封焊接头就开裂失效的情况。基于上述问题，常规轧制法复合工艺制备高级别双面耐磨钢复合板的成功率仅为50％左右。

发明内容

基于上述现有技术的不足，本发明提供了一种高效、稳定的550级以上同级别或双面不同级别复合的双面耐磨复合板的制备方法，通降低封焊接头的裂纹敏感性，提高高级别双面特厚耐磨复合板成功率的同时，采用特殊的组坯封焊和加热工艺使复合面抗剪切强度≥500MPa、上下耐磨层硬度分别达到550级别和/或600级别的双面耐磨复合板。

一种高级别特厚耐磨钢复合板，复合板由C含量按质量百分比计为C≤0.22％的低碳低合金钢与550级耐磨钢或600级耐磨钢双面复合而成，所述复合钢板为低碳低合金钢上下两面可以为同级别耐磨钢，也可以为不同级别耐磨钢；

所述550级耐磨钢按质量百分比计，钢中含有C：0.25％～0.30％、Si：0.3％～0.5％、Mn：0.40％～1.00％、Cr：0.6％～1.2％、Mo：0.15％～0.4％、Nb：0.01％～0.03％、Ni≤0.50％、Cu≤0.50％、B：0.0005％～0.0022％、Ti：0.025％～0.04％、Als：0.020％～0.045％、P≤0.015％、S≤0.005％、[N]≤0.0080％、[O]≤0.0020％，且Ti/N≥3.4，余量为Fe及不可避免的杂质；

所述600级耐磨钢按质量百分比计，钢中含有C：0.35％～0.40％、Si：0.4％～0.6％、Mn：0.40％～1.00％、Cr：0.8％～1.8％、Mo：0.2％～0.6％、Nb：0.01％～0.03％、Ni≤0.60％、Cu≤0.60％、B：0.0005％～0.0022％、Ti：0.025％～0.04％、Als：0.025％～0.045％、P≤0.015％、S≤0.005％、[N]≤0.0080％、[O]≤0.0020％，且Ti/N≥3.4，余量为Fe及不可避免的杂质。

基材成分中碳含量要求在0.22以下，一方面较低的碳含量可以保证耐磨复合坯封焊接头的质量，降低焊接接头的裂纹倾向；另一方面较低的碳含量可以保证在单面在线超快冷处理的过程中，基层可以具有较好的抗冲击性能。

550级耐磨钢中的成分：C:为了保证钢板超高的表面硬度和厚钢板水冷时的淬透性需要相当的碳含量做保证，在一定范围内钢的硬度随碳含量的增加而相应的增加，同时一定的碳含量可以和Nb、Ti、Cr、Mo等形成碳化物析出，增加耐磨性。碳含量过高则塑性韧性降低焊接性能下降，为了保证钢板的高硬度及焊接性能和低温韧性，因此本发明中550级耐磨钢C含量控制在0.25～0.30％；

Si：主要作用是固溶强化和脱氧，是非碳化物形成元素，Si含量较多时会抑制碳化物的析出，但过多时会使焊接性能下降，同时影响韧性，因此本发明中550级耐磨钢Si含量控制在0.3～0.5％；

Mn：主要作用是固溶强化，含量大于0.4％时可以提高淬透性，提高马氏体中碳的过饱和度，有利于强度和硬度的提高，且成本低廉，但含量高于1.0时易形成中心偏析，会使板坯有易发裂纹的倾向；因此本发明中550级耐磨钢Mn含量控制在0.4％～1.0％；

Nb：是强碳和氮化合物形成元素，主要作用是通过在钢中形成细小碳氮化物抑制加热时晶粒长大，空冷时又具有一定的析出强化的作用；Nb加入钢中，通过抑制奥氏体晶粒界面运动，从而提高钢板的再结晶温度。钢板中加入适量的Nb，高温奥氏体化时，未溶解的NbC起到钉轧奥氏体晶界的作用，从而阻碍奥氏体晶界过分粗化。溶解在奥氏体中的Nb，在两阶段轧制过程中抑制奥氏体再结晶，细化奥氏体晶粒。但Nb含量过高，则会形成粗大的NbC，影响钢板的力学性能。因此，本发明中550级耐磨钢Nb的加入量为0.0l～0.03％。

Ti：可以与氮、碳和硫形成化合物，主要作用是通过在钢中形成细小碳氮化物抑制加热时晶粒长大，钛与氮的化合物形成温度较高，碳化钒和碳化铌的析出温度较碳化钛和氮化钛低，加钛时通过控制钛氮的比例(Ti/N≥3.4)，使铌主要与碳化合，同时可以阻止钢中的游离N与B形成化合物，提高酸溶硼收得率充分发挥B提高淬透性的作用，但含量过高时会形成粗大的TiN,降低钢板的低温韧性和疲劳性能，因此本发明中550级耐磨钢Ti的加入量控制在0.025％～0.04％且Ti/N≥3.4。

Mo、Cr：主要作用是降低临界冷却速度，提高钢板的淬透性，形成完全细小的马氏体组织，另外铬、钼在钢中可形成多种碳化物，提高钢板的强度和硬度，保证厚规格钢板的硬度在550HB以上，Mo含量大于0.15％，Cr含量大于0.6％时效果明显，Mo、Cr含量随厚度增加而适当增加，但Mo价格昂贵，Mo、Cr过多加入，还会使焊接性降低，因此本发明550级耐磨钢控制Cr：0.6～1.2％、Mo：0.15～0.4％。

B：钢中加入微量的硼可极大的提高淬火淬透性，由于硼的加入量很小，且在钢液中与氧、氮有较强的亲和力，很容易与其发生化合反应，从而失去提高淬透性的作用。因此冶炼时加硼之前应尽量降低钢水中氧和氮的含量，但B含量过多时(≥0.0025％)易在晶界处富集，会降低晶界结合能，使钢板在受到冲击载荷时更倾向于沿晶断裂，降低钢板的低温冲击吸收功。因此，本发明中550级耐磨钢B的加入量为0.0005～0.0022％，且[N]≤0.0080％，[O]≤0.0020％。

Cu、Ni：在大于50mm厚钢板中添加0.3～0.5％铜，淬火后的自回火过程可形成ε-Cu析出，有效提高钢的强度和硬度，但含Cu钢在加热和热轧过程中易因铜脆而造成边部过烧和表面翘皮等表面质量缺陷。为改善含Cu钢材的表面质量，常向钢中加入高熔点的Ni元素，以形成高熔点的Cu、Ni二元合金相，减少低熔点富Cu相，同时增加Cu在钢中的溶解度。为达到完全抑制含Cu钢铜脆缺陷的目的，一般将Ni：Cu比控制在大于1：2，Ni也是同时提高大于50mm厚规格钢板的硬度和低温韧性的元素，Ni会与Fe形成FeNi化合物，钢板在较低温度下受到低温冲击载荷时，固溶的Ni会提高钢板的低温冲击吸收功，但Ni成本较高，因此本发明中550级耐磨钢厚规格钢板加入小于等于0.5％的Ni能够保证钢板的力学性能尤其是-40℃低温韧性，并使其具有市场竞争力。

600级耐磨钢中的成分：

C：为了保证钢板超高的表面硬度和厚钢板水冷时的淬透性需要相当的碳含量做保证，在一定范围内钢的硬度随碳含量的增加而相应的增加，同时一定的碳含量可以和Nb、Ti、Cr、Mo等形成碳化物析出，增加耐磨性。碳含量过高则塑性韧性降低焊接性能下降，为了保证钢板的高硬度及焊接性能和低温韧性，因此本发明中600级耐磨钢C含量控制在0.35～0.40％；

Si：主要作用是固溶强化和脱氧，是非碳化物形成元素，Si含量较多时会抑制碳化物的析出，但过多时会使焊接性能下降，同时影响韧性，因此本发明中600级耐磨钢Si含量控制在0.4～0.6％；

Mn：主要作用是固溶强化，含量大于0.4％时可以提高淬透性，提高马氏体中碳的过饱和度，有利于强度和硬度的提高，且成本低廉，但含量高于1.0时易形成中心偏析，会使板坯有易发裂纹的倾向；因此本发明中600级耐磨钢Mn含量控制在0.4％～1.0％；

Nb：是强碳和氮化合物形成元素，主要作用是通过在钢中形成细小碳氮化物抑制加热时晶粒长大，空冷时又具有一定的析出强化的作用；Nb加入钢中，通过抑制奥氏体晶粒界面运动，从而提高钢板的再结晶温度。钢板中加入适量的Nb，高温奥氏体化时，未溶解的NbC起到钉轧奥氏体晶界的作用，从而阻碍奥氏体晶界过分粗化。溶解在奥氏体中的Nb，在两阶段轧制过程中抑制奥氏体再结晶，细化奥氏体晶粒。但Nb含量过高，则会形成粗大的NbC，影响钢板的力学性能。因此，本发明中600级耐磨钢Nb的加入量为0.0l～0.03％。

Ti：可以与氮、碳和硫形成化合物，主要作用是通过在钢中形成细小碳氮化物抑制加热时晶粒长大，钛与氮的化合物形成温度较高，碳化钒和碳化铌的析出温度较碳化钛和氮化钛低，加钛时通过控制钛氮的比例(Ti/N≥3.4)，使铌主要与碳化合，同时可以阻止钢中的游离N与B形成化合物，提高酸溶硼收得率充分发挥B提高淬透性的作用，但含量过高时会形成粗大的TiN,降低钢板的低温韧性和疲劳性能，因此本发明中600级耐磨钢Ti的加入量控制在0.025％～0.04％且Ti/N≥3.4。

Mo、Cr：主要作用是降低临界冷却速度，提高钢板的淬透性，形成完全细小的马氏体组织，另外铬、钼在钢中可形成多种碳化物，提高钢板的强度和硬度，保证厚规格钢板的硬度在600HB以上，Mo含量大于0.2％，Cr含量大于0.8％时效果明显，Mo、Cr含量随厚度增加而适当增加，但Mo价格昂贵，Mo、Cr过多加入，还会使焊接性降低，因此本发明600级耐磨钢控制Cr：0.8～1.8％、Mo：0.2～0.6％。

B：钢中加入微量的硼可极大的提高淬火淬透性，由于硼的加入量很小，且在钢液中与氧、氮有较强的亲和力，很容易与其发生化合反应，从而失去提高淬透性的作用。因此冶炼时加硼之前应尽量降低钢水中氧和氮的含量，但B含量过多时(≥0.0025％)易在晶界处富集，会降低晶界结合能，使钢板在受到冲击载荷时更倾向于沿晶断裂，降低钢板的低温冲击吸收功。因此，本发明中600级耐磨钢B的加入量为0.0005～0.0022％，且[N]≤0.0080％，[O]≤0.0020％。

Cu、Ni：在钢板中添加小于0.6％铜，淬火后的自回火过程可形成ε-Cu析出，有效提高钢的强度和硬度，但含Cu钢在加热和热轧过程中易因铜脆而造成边部过烧和表面翘皮等表面质量缺陷。为改善含Cu钢材的表面质量，常向钢中加入高熔点的Ni元素，以形成高熔点的Cu、Ni二元合金相，减少低熔点富Cu相，同时增加Cu在钢中的溶解度。为达到完全抑制含Cu钢铜脆缺陷的目的，一般将Ni：Cu比控制在大于1：2，Ni也是同时提高钢板的硬度和低温韧性的元素，Ni会与Fe形成FeNi化合物，钢板在较低温度下受到低温冲击载荷时，固溶的Ni会提高钢板的低温冲击吸收功，但Ni成本较高，因此本发明中600级耐磨钢厚规格钢板加入小于等于0.6％的Ni能够保证钢板的力学性能尤其是-40℃低温韧性，并使其具有市场竞争力。

一种高级别特厚双面耐磨复合板的生产方法，包括选材、表面处理、复合坯组坯、真空焊接、轧制、中间坯组坯、二次轧制和表面修磨，具体包括：

(1)选取基材、复材作为组坯用原料。基材为按质量百分比计C≤0.22％的低碳低合金钢，复材为550级或600级耐磨钢；基材和复材可以为连铸坯、中间坯、钢板等，且复材与基材的长度、宽度相同，基材与复材的厚度比为1～2。其中，基材长度为2～3m，宽度为1～2m，基材厚度为100～150mm，复材厚度为50～100mm。其中，基材和复合的厚度关系一方面限制了复材在复合坯中所占比，保证了在后续热处理过程中既获得复层的高耐磨性能又能获得基层的抗冲击性能；另一方面限制了复合坯的总厚度，既限制了组坯封焊过程中应力幅值又保证了复合坯加热过程中的形变一致性。在结构上降低复合坯封焊接头在焊接和加热过程中的裂纹敏感性。

(2)对基材、复材待接触表面进行加工，通过刨床或铣床等机加工方式对其待复合表面进行打磨，去除待接触面的锈层和氧化层。

采用刨床或铣床等机加工的方法去除基材和复材待复合表面氧化层，加工深度为5～10mm，加工过程无冷却液添加。其中，在组坯之前对坯料待复合表面进行修磨处理，去除锈层和氧化物层，使其在轧制的过程中均以新鲜金属相互接触，有助于两者之间形成冶金结合，提高结合质量，避免夹杂、气孔和未结合等缺陷。

(3)对基材、复材待复合表面进行去油污处理。

采用99.99％高纯度酒精对基材和复材待复合界面进行去油污处理，并采用无纺布进行擦拭。其中，在基材和复材待复合表面机加处理完成后，进一步用高纯度酒精进行去油污处理并用无纺布擦拭可有效提高待复合表面的洁净度，有助于耐磨复合板复合界面间形成良好的冶金结合。

(4)将基材、复材按照由上至下的位置依次居中叠放组坯，形成复合中间坯。

(5)将组坯后的复合坯抽取真空后进行真空电子束密封焊接，使基材与复材待复合界面处于真空环境。

复合坯所处环境真空度≤4.5×10^-2Pa；其中，在真空环境下对复合坯进行真空电子束封装焊接，可最大限度的降低结合面之间的气体含量，避免在轧制后出现气体残留，造成结合率不合。另外，结合面之间气体含量的降低还有助于防止其对结合面表面的二次氧化，有助于结合性能的提高。

真空电子束密封焊接的有效熔深为30～40mm，当封焊550级耐磨钢时，深宽比为7～8，且焦点位置向基材侧偏移1-2mm；当封焊600级耐磨钢时，深宽比为5～6，且焦点位置向基材侧偏移1.5-2.5mm。

其中，采用电子束焊接工艺进行封装焊接，可以在较低的热输入情况下完成大熔深的焊接，得到的焊接接头深宽比较大，降低焊接过程对复合坯料组织和性能的影响。同时，无需使用焊材并降低焊接能耗均有利于工业大生产的成本控制。其中，采用向基材侧偏移的焊接工艺，可以对焊接熔池内的化学成分进行调控，避免接头组织进行马氏体区，保证接头强度，降低接头裂纹敏感性。

真空电子束焊接顺序为双枪联动先进行两条长边的密封焊接，后进行两条短边的密封焊接。当封焊550级耐磨钢时，每条焊缝的进行焊接时，将其分为N段，N≥5，每段长度为200～400mm，焊接顺序为先进行中间段数的焊接然后以左、右交替的顺序进行剩余段数的焊接；当封焊600级耐磨钢时，每条焊缝的进行焊接时，将其分为N段，N≥10，每段长度为100～200mm，焊接顺序为先进行中间段数的焊接然后以左、右交替的顺序进行剩余段数的焊接。

其中，采用双枪联动工艺可以保证复合坯形变的一致性，降低应力集中程度；采用先进行长边焊接后进行短边焊接以及采用由中间开始交替向两侧进行焊接的顺序可以将焊接形变和应力逐步释放，降低焊接应力的幅值。通过特殊的封焊工艺降低耐磨复合坯在组坯封焊过程中的裂纹敏感性。

(6)将真空处理后的组合坯料加热至1200～1250℃保温，保温时间按照复合坯厚度×1min/mm计算。

复合坯采用火焰室式炉进行加热，加热时采用“中心加热”方式，即加热火焰口处于复合坯长、宽平面的上下中心位置，使复合坯处于由中心直接受热并向四周传导的方式升温。其中，采用火焰室式炉进行中心加热工艺，可以使复合坯由中心开始发生膨胀形变，避免了由于复合坯表层受热，心部升温较慢而引起的形变不一致，封焊接头处发生应力集中，进而开裂失效的情况，降低了复合坯在加热过程中的裂纹敏感性。

复合坯在出炉前1～2小时，当耐磨钢为550级耐磨钢时，提高复合坯头尾处上表面火焰口温度40～50℃。当耐磨钢为600级耐磨钢时，提高复合坯头尾处上表面火焰口温度50～60℃。其中，采用头尾上表面加热法可以提高头尾部上表面一定范围内的温度，提高其轧制过程中的变形程度，有效避免复合坯在轧制过程中易出现的翘头问题，提高复合坯的轧制成功率。

(7)在1180～1200℃进行轧制，总压下率为10％～15％，得到复合中间坯；

轧制总压下率为10～15％。首先，控制基材和复材之间形成一定的机械结合和冶金结合，提高基材和复材之间的连接强度，在后续的步骤(12)中，一方面提高了耐磨钢与基材之间的热导率，降低了两材料之间的温度梯度，减小了由于受热形变不一致引起的应力集中导致的封焊接头失效，另一方面，由于基材和复材之间形成了一定的机械和冶金结合，在受热发生形变时，强制两者统一变形，同样避免了应力集中的问题；其次，控制复合坯的变形程度，保留一定的厚度利于后续的轧制，预留压下率余量，保证两个耐磨钢与基材界面、基材与基材界面的复合质量。

(8)将两组经过步骤(7)得到的耐磨复合中间坯低碳低合金钢表面通过刨床或铣床等机加工方式对其表面进行打磨，去除待接触面的锈层和氧化层，加工深度为5～10mm；

采用刨床或铣床等机加工的方法去除基材和复材待复合表面氧化层，加工深度为5～10mm，加工过程无冷却液添加。其中，在组坯之前对坯料待复合表面进行修磨处理，去除锈层和氧化物层，使其在轧制的过程中均以新鲜金属相互接触，有助于两者之间形成冶金结合，提高结合质量，避免夹杂、气孔和未结合等缺陷。

(9)对两组复合中间坯的低碳低合金钢表面进行去油污处理。

采用99.99％高纯度酒精对基材和复材待复合界面进行去油污处理，并采用无纺布进行擦拭。其中，在基材和复材待复合表面机加处理完成后，进一步用高纯度酒精进行去油污处理并用无纺布擦拭可有效提高待复合表面的洁净度，有助于耐磨复合板复合界面间形成良好的冶金结合。

(10)将两组处理好的复合中间坯低碳低合金钢侧相对，组成双面复合中间坯；

(11)将组坯后的双面耐磨复合坯抽取真空后进行真空电子束密封焊接，使两低碳低合金钢间待复合界面处于真空环境。

将双面复合中间坯抽取真空后进行真空电子束密封焊接，使两低碳低合金钢间待复合界面处于真空环境，真空度≤4.5×10^-2Pa；真空电子束密封焊接的有效熔深为30～40mm。其中，采用电子束焊接工艺进行封装焊接，可以在较低的热输入情况下完成大熔深的焊接，得到的焊接接头深宽比较大，降低焊接过程对复合坯料组织和性能的影响。同时，无需使用焊材并降低焊接能耗均有利于工业大生产的成本控制。

(12)将真空处理后的双面复合中间坯加热至1200～1250℃保温，保温时间按照复合坯厚度×1min/mm计算。

双面复合中间坯采用火焰室式炉进行加热，加热时采用“中心加热”方式，即加热火焰口处于复合坯长、宽平面的上下中心位置，使复合坯处于由中心直接受热并向四周传导的方式升温且耐磨钢位于下部，进行加热。其中，采用火焰室式炉进行中心加热工艺，可以使复合坯由中心开始发生膨胀形变，避免了由于复合坯表层受热，心部升温较慢而引起的形变不一致，封焊接头处发生应力集中，进而开裂失效的情况，降低了复合坯在加热过程中的裂纹敏感性。

复合坯在出炉前1～2小时，当最下层耐磨钢为550级耐磨钢时，提高复合坯头尾处上表面火焰口温度40～50℃；当最下层耐磨钢为600级耐磨钢时，提高复合坯头尾处上表面火焰口温度50～60℃；其中，采用头尾上表面加热法可以提高头尾部上表面一定范围内的温度，提高其轧制过程中的变形程度，有效避免复合坯在轧制过程中易出现的翘头问题，提高复合坯的轧制成功率。

(13)在1180～1200℃进行轧制，总压下率≥50％。

轧制总压下率≥50％。较大的压下率可以在轧制的过程中使待复合界面处露出新鲜金属，保证待复合界面间形成有效的冶金结合。

(14)轧制后进行在线超快冷处理。采用在线超快冷对复合板上下表面复层进行浇水、冷却，使复层的冷却速度为3～5℃/s，且冷却后在复层进行测温返红温度小于300℃。

采用在线超快冷对复层进行浇水、冷却，可以使其获得高硬度马氏体组织，保证其耐磨性能。同时，又有效控制了基层侧的冷却速度，使其获得较高的抗冲击性能。

(15)经矫直、切边、表面修磨后得到目标厚度耐磨复合板，厚度范围为40～200mm。

有益效果：

本发明的高级别双面耐磨复合板与现有产品相比：

1、制备的耐磨复合板结合率为100％，上下耐磨层布氏硬度可分别达到530和570以上，复合界面抗剪切强度可达500MPa以上；

2、降低耐磨复合坯在组坯封焊和加热过程中的裂纹敏感性并改善其在轧制过程中发生的翘头问题，生产效率由原来的50％左右提高至80％以上，板形平整，复合界面性能稳定，且具备优异的耐磨性能；

3、可以制备40mm至200mm厚度的特厚双面耐磨复合板。

附图说明

图1为高级别特厚耐磨复合板示意图。

具体实施方式

以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。

表1为本发明实施例的实际材质；表2为本发明实施例的原料规格；表3为本发明实施例低碳低合金钢的实际材质及原料规格；表4为本发明实施例复合坯相关信息；表5为本发明实施例真空封焊相关信息；表6为本发明实施例轧前工艺及坯料信息；表7为本发明实施例的轧制制度；表8为实施例复合板的力学性能。

表1实施例耐磨钢的化学成分(wt％)

注：实施例1～4为550级耐磨钢+低碳低合金钢+600级耐磨钢的异质双面复合板；实施例5～6为550级耐磨钢+低碳低合金钢+550级耐磨钢的同质双面复合板；实施例7～8为600级耐磨钢+低碳低合金钢+600级耐磨钢的同质双面复合板，以下各表同。

表2本发明实施例的原料规格

实施例	钢种	来源	长度/m	宽度/m	厚度/mm
						1	NM550、NM600	中间坯	3	1.6	100
2	NM550、NM600	中间坯	2.8	1.8	80
						3	NM550、NM600	板材	2.4	2	60
4	NM550、NM600	连铸坯	2	1	50
						5	NM550	板材	2.1	1.2	70
6	NM550	板材	2.7	1.4	70
						7	NM600	中间坯	2.8	1.6	90
8	NM600	中间坯	2.5	2	90

表3本发明实施例低碳低合金钢的实际材质及原料规格

表4本发明实施例复合坯相关信息

实施例	机加工方式	机加工深度/mm	真空度/Pa
				1	铣削+磨削	7	3.2×10<sup>-2</sup>
2	铣削+磨削	6	4.4×10<sup>-2</sup>
				3	铣削+磨削	6	4.0×10<sup>-2</sup>
4	刨削+磨削	7	3.8×10<sup>-2</sup>
				5	铣削+磨削	7	3.2×10<sup>-2</sup>
6	铣削+磨削	6	4.4×10<sup>-2</sup>
				7	铣削+磨削	6	4.0×10<sup>-2</sup>
8	刨削+磨削	7	3.8×10<sup>-2</sup>

表5本发明实施例真空封焊相关信息

表6本发明实施例一次轧制相关信息

表7本发明实施例二次轧制相关信息

表8实施例复合板的力学性能

由实施例可见，根据本发明由550或600级不同级别耐磨钢复合而成的双面异质复合板：复合面抗剪切强度≥508MPa，550复层布氏硬度≥535，600复层布氏硬度≥572，超声波检验结合率为100％。对于550级同质双面复合板，复合面抗剪切强度≥508MPa，复层布氏硬度≥534，超声波检验结合率为100％。对于600级同质双面复合板，复合面抗剪切强度≥533MPa，复层布氏硬度≥574，超声波检验结合率为100％，封焊接头在焊接和加热过程中无开裂，复合坯在轧制过程中无翘头问题。与纯耐磨钢相比，其抗冲击性能得到明显改善，厚度范围为40～200mm，可广泛应用在冶金机械、建材机械、电力机械、矿山机械等行业中的各种大型易磨损设备上。

Claims (2)

1.一种高级别特厚双面耐磨钢复合板，其特征在于，复合板由C含量按质量百分比计为C≤0.22%的低碳低合金钢与550级耐磨钢或600级耐磨钢双面复合而成，所述复合钢板为低碳低合金钢上下两面均为同级别耐磨钢，也可以为不同级别耐磨钢；

所述550级耐磨钢按质量百分比计，钢中含有C：0.25%～0.30%、Si：0.3%~0.5%、Mn：0.40%～1.00%、Cr：0.6%~1.2%、Mo：0.15%~0.4%、Nb：0.01%～0.03%、Ni≤0.50%、Cu≤0.50%、B：0.0005%～0.0022%、Ti：0.025%～0.04%、Als：0.020%～0.045%、P≤0.015%、S≤0.005%、[N]≤0.0080%、[O]≤0.0020%，且Ti/N≥3.4，余量为Fe及不可避免的杂质；

所述600级耐磨钢按质量百分比计，钢中含有C：0.35%～0.40%、Si：0.4%～0.6%、Mn：0.40%～1.00%、Cr：0.8%～1.8%、Mo：0.2%～0.6%、Nb：0.01%～0.03%、Ni≤0.60%、Cu≤0.60%、B：0.0005%～0.0022%、Ti：0.025%～0.04%、Als：0.025%～0.045%、P≤0.015%、S≤0.005%、[N]≤0.0080%、[O]≤0.0020%，且Ti/N≥3.4，余量为Fe及不可避免的杂质；

所述复合板的生产方法，包括选材、表面处理、复合坯组坯、真空焊接、轧制、中间坯组坯、二次轧制和表面修磨，其中，

（1）选取基材、复材作为组坯用原料，基材为按质量百分比计C≤0.22%的低碳低合金钢，基材和复材为连铸坯、中间坯、钢板，且基材与复材的长度、宽度相同，基材与复材厚度比为1～2，其中，长度为2～3m，宽度为1～2m，基材厚度为100～150mm，复材厚度为50～100mm；

（2）对基材、复材待接触表面进行加工，去除待接触面的锈层和氧化层，加工深度为6~10mm；

（3）对基材、复材待复合表面进行去油污处理；

（4）将基材、复材按照由上至下的位置居中叠放组坯，形成复合坯；复材可为550级别耐磨钢，也可以为600级别耐磨钢；

（5）将组坯后的复合坯抽取真空后进行真空电子束密封焊接，使基材与复材待复合界面处于真空环境；复合坯所处环境真空度为3.2×10^-2～4.5×10^-2Pa；

在复材为550级别耐磨钢时：真空电子束密封焊接的有效熔深为30~36mm，深宽比7～8，且焦点位置向基材侧偏移1～2mm；

在复材为600级别耐磨钢时：真空电子束密封焊接的有效熔深为37~39mm，深宽比为5～6，且焦点位置向基材侧偏移1.5～2.5mm；

真空电子束焊接顺序为双枪联动，即先进行两条长边的密封焊接，后进行两条短边的密封焊接；对于550级耐磨钢，每条焊缝进行焊接时，将其分为N段，N≥5，每段长度为200～400mm，焊接顺序为先进行中间段数的焊接然后以左、右交替的顺序进行剩余段数的焊接；对于600级耐磨钢，每条焊缝进行焊接时，将其分为N段，N≥10，每段长度为100～200mm，焊接顺序为先进行中间段数的焊接然后以左、右交替的顺序进行剩余段数的焊接；

（6）将真空处理后的组合坯料加热至1225~1245℃保温，保温时间按照复合坯厚度×1min/mm计算；

复合坯加热时采用“中心加热”方式，即加热火焰口处于复合坯长、宽平面的上下中心位置，使复合坯处于由中心直接受热并向四周传导的方式升温；

复合坯在出炉前1～2小时，对于550级耐磨钢复合坯，提高复合坯头尾处上表面火焰口温度40～50℃；对于600级耐磨钢复合坯，提高复合坯头尾处上表面火焰口温度50～60℃；

（7）在1185~1198℃进行轧制，总压下率为10%~15%，得到复合中间坯；

（8）将两组经过步骤（7）得到的耐磨复合中间坯的低碳低合金钢表面进行打磨，去除待接触面的锈层和氧化层，加工深度为6~10mm；

（9）对两组复合中间坯的低碳低合金钢表面进行去油污处理；

（10）将两组处理好的复合中间坯低碳低合金钢侧相对，组成双面复合中间坯；

（11）将双面复合中间坯抽取真空后进行真空电子束密封焊接，使基材与复材待复合界面处于真空环境；复合坯所处环境真空度≤4.5×10^-2Pa，真空电子束密封焊接的有效熔深为30~40mm；

（12）将真空处理后的双面复合中间坯加热至1228~1247℃保温，保温时间按照复合坯厚度×1min/mm计算；在1188~1197℃进行轧制，总压下率为50%～79.1%；

双面复合中间坯在出炉前1～2小时，当最下层耐磨钢为550级耐磨钢时，提高复合坯头尾处上表面火焰口温度40～50℃；当最下层耐磨钢为600级耐磨钢时，提高复合坯头尾处上表面火焰口温度50～60℃；

（13）轧制后采用在线超快冷对复合板上下表面复层进行浇水、冷却，使复层的冷却速度为3~5℃/s，且冷却后在复层进行测温返红温度小于300℃；

（14）经矫直、切边、表面修磨后得到目标厚度耐磨复合板。

2.根据权利要求1所述的高级别特厚双面耐磨钢 复合板，其特征在于，成品复合板厚度为40~200mm。

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