CN112251676B - 一种复合耐磨钢板及其制备方法 - Google Patents

一种复合耐磨钢板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及复合钢板领域，具体公开了一种复合耐磨钢板及其制备方法。一种复合耐磨钢板，包括基板和耐磨板，耐磨板由以下成分组成：Cr，Mn，Al，V，C，Zr，TiB2，MoSi2，余量为Fe以及不可避免的杂质。其制备方法为：将Cr、Fe、Al、Mn、V、Zr、和乙醇混合形成第一初混料，将TiB2、MoSi2和C混合形成第二初混料，将第一初混料与第二初混料混合，加热熔融，压制成坯料，退火，冷却，打磨，得到耐磨板，再将耐磨板和基板进行加热压焊，得到复合耐磨钢板；本申请的一种复合耐磨钢板具有耐磨性能良好的优点。

Description

一种复合耐磨钢板及其制备方法
技术领域
本申请涉及复合钢板领域，更具体地说，它涉及一种复合耐磨钢板及其制备方法。
背景技术
钢板是在工业生产中常见的钢材，随着工业发展速度的不断加快，人们对钢板的要求也越来越高，钢板需要具备更好的机械性能和力学强度，从而使钢板在应用过程中能够发挥更大的作用。
为了进一步增强钢板的性能，人们生产出复合钢板，在普通钢板的基础上，将普通钢板与另一种或者多种性能较好的钢板进行复合，提高复合钢板整体的力学性能，从而在能够使用普通钢板的同时，使钢板的力学性能更佳。
然而目前的复合钢板，因为选材等方面的缺陷，使得复合钢板的耐磨性能较差，难以满足将复合钢板应用在经常发生摩擦的场景的需要。
发明内容
为了提高复合钢板的耐磨性能，本申请提供一种复合耐磨钢板及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种复合耐磨钢板，采用如下的技术方案：
一种复合耐磨钢板，包括基板和耐磨板，所述耐磨板由含有以下重量百分比的成分组成：
Cr 30%~40%；
Mn 0.8%~1.3%；
Al 0.25%~0.5%；
V 0.45%~0.75%；
C 3.1%~7.8%；
Zr 0.2%~0.6%；
TiB2 1.35%~1.7%；
MoSi2 0.75%~0.95%；
余量为Fe以及不可避免的杂质。
通过采用上述技术方案，加入TiB2和MoSi2，可能会在耐磨板体系中形成硬质相，同时较高的C含量有助于该硬质相的形成，硬质相提高了耐磨板体系的致密性，并且使耐磨板体系中的各处连接强度提高，从而提高耐磨板的硬度和耐磨性，并且该硬质相提高了耐磨板的导热性能，将耐磨板与基板复合后，可以获得耐磨性能良好的复合钢板。
优选的，所述耐磨板由含有以下重量百分比的成分组成：
Cr 38%~39%；
Mn 1%~1.1%；
Al 0.3%~0.35%；
V 0.6%~0.7%；
C 5.9%~6.1%；
Zr 0.25%~0.3%；
TiB2 1.55%~1.6%；
MoSi2 0.8%~0.85%；
余量为Fe以及不可避免的杂质。
通过采用上述技术方案，耐磨板的成分在上述范围时，耐磨板的耐磨性更佳。
优选的，所述TiB2的粒径范围为50~80nm。
通过采用上述技术方案，上述粒径范围的TiB2能够更好的与MoSi2结合，形成更加稳定的硬质相，提高耐磨板的耐磨性能。
优选的，所述MoSi2的粒径范围为1~5μm。
通过采用上述技术方案，上述粒径范围的MoSi2有助于形成更稳定的硬质相，进一步提高耐磨板的耐磨性能。
优选的，所述基板为Q235B钢板。
通过采用上述技术方案，Q235B钢板价格低廉，具有良好的强度和韧性，且易于焊接，适合与耐磨板复合。
第二方面，本申请提供一种复合耐磨钢板的制备方法，采用如下的技术方案：
一种复合耐磨钢板的制备方法，包括以下步骤：
将所述耐磨板和所述基板进行加热压焊，得到复合耐磨钢板；
所述耐磨板的制备步骤为：
S1.将Cr、Fe、Al、Mn、V、Zr、和乙醇混合，进行球磨，将球磨后得到的料浆烘干，得到第一初混料；
S2. 将TiB2、MoSi2和C混合，加热至820~890℃，保温，得到第二初混料；
S3.将所述第一初混料与第二初混料混合，加热至1360~1400℃，保温2~4h得到熔融料，然后将熔融料压制成型得到坯料，再降温至700~770℃进行退火，退火处理1~2h，冷却至室温，最后打磨，得到耐磨板。
通过采用上述技术方案，TiB2、MoSi2和C先经过加热预混合，促进硬质相的初步形成，再与第一初混料混合熔融，从而制得耐磨性能更佳的耐磨板，另外耐磨板与基板通过加热压焊的高温焊接方式，得到结构稳定的复合钢板。
优选的，S3步骤中，在所述第一初混料与第二初混料混合之前，先将所述第一初混料加热至970~1020℃，保温40~50min，再进行所述第一初混料与第二初混料的混合。
通过采用上述技术方案，将第一初混料预熔融，有助于后续步骤中硬质相稳定存在于耐磨板体系中，形成更加致密且连接强度高的耐磨板。
优选的，在S1步骤中，球磨时间为1~2h。
通过采用上述技术方案，所得第一初混料的粒径更细，有助于提高耐磨板体系中各处的连接强度，提高耐磨板的硬度和耐磨性。
优选的，在S2步骤中，保温时间为30~40min。
通过采用上述技术方案，在上述保温范围内有助于硬质相的初步形成。
优选的，在S3步骤中，所述第一初混料与第二初混料混合后，升温速率为4~6℃/min。
通过采用上述技术方案，上述升温速率有助于硬质相在耐磨板体系中缓慢分散，进一步提高耐磨板的耐磨性。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请加入TiB2和MoSi2，可能在耐磨板体系中形成硬质相，同时较高的C含量有助于该硬质相的形成，硬质相提高了耐磨板体系的致密性，并且使耐磨板体系中的各处连接强度提高，从而提高耐磨板的硬度和耐磨性，将耐磨板与基板复合后，可以获得耐磨性能良好的复合钢板。
2、本申请中优选采用Q235B钢板，Q235B钢板不仅价格低廉，韧性好，且与耐磨板的结合性能较好。
3、本申请的方法，通过第一初混料的预熔融和第二初混料的加热预混合，促进硬质相的初步形成，有助于硬质相稳定存在于耐磨板体系中，因此获得耐磨性能良好的耐磨板。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
MoSi2选购自北京兴荣源科技有限公司，粒径范围1~5μm和20~30μm；
TiB2选购自浙江亚美纳米科技有限公司，粒径范围50~80nm和200~250nm；
Q235B钢板选购自泰岳钢铁(山东)有限公司，厚度15mm。
实施例
实施例1
一种复合耐磨钢板，包括耐磨板和Q235B钢板，耐磨板由以下成分组成：
Cr 3000g；
Mn 80g；
Al 50g；
V 75g；
C 310g；
Zr 20g；
TiB2 135g；
MoSi2 75g；
Fe 6255g；
其中TiB2的粒径范围为200~250nm，MoSi2的粒径范围为20~30μm。
耐磨板的制备方法：
S1.将Cr、Fe、Al、Mn、C、V、Zr、和5kg乙醇混合，并加入球磨机中球磨1h，将球磨后得到的料浆放入70℃烘箱1h烘干，得到第一初混料；
S2.将TiB2和MoSi2混合并放入熔炉中，加热至890℃，保温30min，得到第二初混料；
S3.将第一初混料加入到第二初混料当中，以4℃/min的升温速率加热至1360℃，保温4h得到熔融料，然后通过压延机将熔融料压制成型，得到坯料，再将坯料放入退火炉中，在700℃下退火处理2h，然后冷却至室温，最后打磨，得到耐磨板，耐磨板的厚度为11mm。
一种复合耐磨钢板的制备方法：
将耐磨板和Q235B钢板在扩散焊机中进行加热焊接，温度900℃，加压6MPa，保温1h，冷却至室温，得到复合耐磨钢板。
实施例2
一种复合耐磨钢板，包括耐磨板和Q235B钢板，耐磨板由以下成分组成：
Cr 4000g；
Mn 1300g；
Al 25g；
V 45g；
C 780g；
Zr 60g；
TiB2 170g；
MoSi2 95g；
Fe 4695g；
其中TiB2的粒径范围为200~250nm，MoSi2的粒径范围为20~30μm。
耐磨板的制备方法：
S1.将Cr、Fe、Al、Mn、C、V、Zr、和5kg乙醇混合，并加入球磨机中球磨2h，将球磨后得到的料浆放入70℃烘箱1h烘干，得到第一初混料；
S2.将TiB2和MoSi2混合并放入熔炉中，加热至820℃，保温40min，得到第二初混料；
S3.将第一初混料加入到第二初混料当中，以5℃/min的升温速率加热至1380℃，保温2h得到熔融料，然后通过压延机将熔融料压制成型，得到坯料，再将坯料放入退火炉中，在770℃下退火处理1h，然后冷却至室温，最后打磨，得到耐磨板，耐磨板的厚度为11mm。
一种复合耐磨钢板的制备方法：
将耐磨板和Q235B钢板在扩散焊机中进行加热焊接，温度900℃，加压6MPa，保温1h，冷却至室温，得到复合耐磨钢板。
实施例3
一种复合耐磨钢板，包括耐磨板和Q235B钢板，耐磨板由以下成分组成：
Cr 3800g；
Mn 110g；
Al 30g；
V 60g；
C 590g；
Zr 25g；
TiB2 160g；
MoSi2 80g；
Fe 5145g；
其中TiB2的粒径范围为200~250nm，MoSi2的粒径范围为20~30μm。
耐磨板的制备方法：
S1.将Cr、Fe、Al、Mn、C、V、Zr、和5kg乙醇混合，并加入球磨机中球磨1h，将球磨后得到的料浆放入70℃烘箱1h烘干，得到第一初混料；
S2.将TiB2和MoSi2混合并放入熔炉中，加热至850℃，保温40min，得到第二初混料；
S3.将第一初混料加入到第二初混料当中，以6℃/min的升温速率加热至1400℃，保温2h得到熔融料，然后通过压延机将熔融料压制成型，得到坯料，再将坯料放入退火炉中，在740℃下退火处理2h，然后冷却至室温，最后打磨，得到耐磨板，耐磨板的厚度为11mm。
一种复合耐磨钢板的制备方法：
将耐磨板和Q235B钢板在扩散焊机中进行加热焊接，温度900℃，加压6MPa，保温1h，冷却至室温，得到复合耐磨钢板。
实施例4
一种复合耐磨钢板，包括耐磨板和Q235B钢板，耐磨板由以下成分组成：
Cr 3900g；
Mn 100g；
Al 35g；
V 70g；
C 610g；
Zr 30g；
TiB2 155g；
MoSi2 85g；
Fe 5015g；
其中TiB2的粒径范围为200~250nm，MoSi2的粒径范围为20~30μm。
耐磨板的制备方法：
S1.将Cr、Fe、Al、Mn、C、V、Zr、和5kg乙醇混合，并加入球磨机中球磨2h，将球磨后得到的料浆放入70℃烘箱1h烘干，得到第一初混料；
S2.将TiB2和MoSi2混合并放入熔炉中，加热至890℃，保温40min，得到第二初混料；
S3.将第一初混料加入到第二初混料当中，以5℃/min的升温速率加热至1380℃，保温3h得到熔融料，然后通过压延机将熔融料压制成型，得到坯料，再将坯料放入退火炉中，在770℃下退火处理2h，然后冷却至室温，最后打磨，得到耐磨板，耐磨板的厚度为11mm。
一种复合耐磨钢板的制备方法：
将耐磨板和Q235B钢板在扩散焊机中进行加热焊接，温度900℃，加压6MPa，保温1h，冷却至室温，得到复合耐磨钢板。
为了更清楚的展现实验数据，实施例1至实施例4中耐磨板的组成成分以及耐磨板制备方法的不同之处列于表1。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
Cr(g) 3000 4000 3800 3900
Mn(g) 80 130 110 100
Al(g) 50 25 30 35
V(g) 75 45 60 70
C(g) 310 780 590 610
Zr(g) 20 60 25 30
TiB2(g) 135 170 160 155
MoSi2(g) 75 95 80 85
Fe(g) 6255 4695 5145 5015
S1中的球磨时间(h) 1 2 1 2
S2中的加热温度(℃) 890 820 850 890
S2中的保温时间(min) 30 40 40 40
S3中的升温速率(℃/min) 4 5 6 5
S3中的加热温度(℃) 1360 1380 1400 1380
S3中的保温时间(h) 4 2 2 3
S3中的退火温度(℃) 700 770 740 770
S3中的退火时间(h) 2 1 2 2
实施例5
本实施例与实施例4的区别仅在于，TiB2的粒径范围为50~80nm，MoSi2的粒径范围为1~5μm。
实施例6
本实施例与实施例5的区别仅在于，C不在S1步骤中加入，C在S2步骤中加入并与TiB2以及MoSi2一同混合。
实施例7
本实施例与实施例6的区别仅在于，S3步骤中，在将第一初混料加入到第二初混料当中之前，先将第一初混料在热处理炉中加热至970℃，保温40min，再将第一初混料加入到第二初混料当中。
实施例8
本实施例与实施例6的区别仅在于，S3步骤中，在将第一初混料加入到第二初混料当中之前，先将第一初混料在热处理炉中加热至1020℃，保温50min，再将第一初混料加入到第二初混料当中。
对比例
对比例1
本对比例与实施例4的区别仅在于，用等量的Fe替代TiB2和MoSi2。
对比例2
本对比例与实施例4的区别仅在于，用等量的Fe替代TiB2。
对比例3
本对比例与实施例4的区别仅在于，TiB2的用量为220g，Fe的用量为4950g。
对比例4
本对比例与实施例4的区别仅在于，TiB2的用量为300g，Fe的用量为4870g。
对比例5
本对比例与实施例4的区别仅在于，用等量的Fe替代MoSi2。
对比例6
本对比例与实施例4的区别仅在于，MoSi2的用量为125g，Fe的用量为4975g。
对比例7
本对比例与实施例4的区别仅在于，MoSi2的用量为155g，Fe的用量为4945g。
对比例8
本对比例与实施例4的区别仅在于，C的用量为210g，Fe的用量为5415g。
对比例9
本对比例与实施例4的区别仅在于，省略TiB2和MoSi2，在S2步骤中加入106g Ti、49g B、54g Mo和32g Si。
性能检测试验
通过洛氏硬度计对本申请的实施例和对比例的复合耐磨钢板进行硬度测试，采用标尺为HRC，测试结果如表2所示。
根据磨损标准ASTM-G65-15，采用G65干式橡胶轮，转速200r/min，磨损圈数2000r，对本申请的实施例和对比例的耐磨板背离Q235B钢板的一面进行磨损试验，测试结果如表2所示。
根据GB T 3651-2008《金属高温导热系数测量方法》，在100℃下，对本申请的实施例和对比例的复合耐磨钢板进行导热系数测试，测试结果如表2所示。
表2
硬度(HRC) 磨损失重(g) 导热系数(W/m·K)
实施例1 40.2 0.521 37.5
实施例2 39.6 0.528 37.2
实施例3 40.8 0.513 37.4
实施例4 41 0.511 37.8
实施例5 42.3 0.492 38
实施例6 44.1 0.468 39.4
实施例7 45.8 0.443 42.1
实施例8 45.6 0.45 42.5
对比例1 36.1 0.852 34.8
对比例2 36.3 0.847 36.1
对比例3 38 0.72 36.3
对比例4 38.8 0.705 35.7
对比例5 36 0.86 34.2
对比例6 37.6 0.739 34.5
对比例7 34.8 0.902 35.4
对比例8 35.4 0.881 33.9
根据表2，对比例1中不加入TiB2和MoSi2，与实施例4相比，实施例4的硬度、耐磨性和导热系数更高，原因可能是TiB2和MoSi2在耐磨板体系中形成Ti-Mo-B-Si相，Ti-Mo-B-Si相为硬质相，具有提高耐磨板体系的致密性和提高耐磨板体系中的各处连接强度的作用，并且Ti-Mo-B-Si相能够提高耐磨板的导热性能，耐磨板与Q235B钢板复合，形成耐磨性能良好的复合耐磨钢板。
对比例2中不加入TiB2，对比例3和对比例4中TiB2含量均不在（1.35%~1.7%）的范围内，与实施例4相比，实施例4的硬度和耐磨性更高，说明TiB2与MoSi2之间存在效果更佳的配比，而TiB2含量在（1.35%~1.7%）范围且MoSi2含量在（0.75%~0.95%）范围时能够得到耐磨性能更佳的复合耐磨钢板。
对比例5中不加入MoSi2，对比例6和对比例7中MoSi2含量均不在（0.75%~0.95%）的范围内，与实施例4相比，实施例4的硬度和耐磨性更高，进一步说明TiB2与MoSi2之间存在效果更佳的配比，而MoSi2含量在（0.75%~0.95%）范围且TiB2含量在（1.35%~1.7%）范围时能够得到耐磨性能更佳的复合耐磨钢板。
对比例8中C含量不在（3.1%~7.8%）的范围内，与实施例4相比，实施例4的硬度和耐磨性更高，原因可能是C在耐磨板体系中能够起到提高耐磨板硬度的作用，并且C会影响Ti-Mo-B-Si相的形成，从而提高耐磨板的耐磨性能。
对比例9中用等量的Si、Mo、Ti和B来替代TiB2和MoSi2，与实施例4相比，实施例4的硬度和耐磨性更高，原因可能是只用Si、Mo、Ti和B不能形成实施例4中的Ti-Mo-B-Si相，从而无法起到提高耐磨性的功能。
实施例5中的TiB2和MoSi2的粒径与实施例4的不同，与实施例4相比，实施例5的硬度和耐磨性更高，原因可能是TiB2的粒径在50~80nm和MoSi2的粒径在1~5μm时能够更好的形成Ti-Mo-B-Si硬质相，从而提高耐磨板的硬度和耐磨性。
实施例6中的第二初混料含有TiB2、MoSi2和C，与实施例5相比，实施例6的硬度和耐磨性更高，原因可能是TiB2与MoSi2混合时有C的存在，C在TiB2和MoSi2中起到润滑作用，促进Ti-Mo-B-Si硬质相的形成，进而促使耐磨板体系的致密性进一步提高，从而提高耐磨板的硬度和耐磨性。
实施例7-8中先将第一初混料加热熔融，与实施例6相比，实施例7-8的硬度和耐磨性更高，原因可能是第一初混料的预先熔融，促进第一初混料的相与第二初混料的硬质相混合扩散，有助于硬质相在耐磨板体系中的分散，进而促进硬质相稳定存在于耐磨板体系中，提高耐磨板的硬度和耐磨性，使复合耐磨钢板具有良好的硬度和耐磨性。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种复合耐磨钢板，其特征在于，包括基板和耐磨板，所述耐磨板由含有以下重量百分比的成分组成：
Cr 38%~39%；
Mn 1%~1.1%；
Al 0.3%~0.35%；
V 0.6%~0.7%；
C 5.9%~6.1%；
Zr 0.25%~0.3%；
TiB2 1.55%~1.6%；
MoSi2 0.8%~0.85%；
余量为Fe以及不可避免的杂质；
所述TiB2的粒径范围为50~80nm；
所述MoSi2的粒径范围为1~5μm；
一种复合耐磨钢板的制备方法，包括以下步骤：
将所述耐磨板和所述基板进行加热压焊，得到复合耐磨钢板；
所述耐磨板的制备步骤为：
S1.将Cr、Fe、Al、Mn、V、Zr、和乙醇混合，进行球磨，将球磨后得到的料浆烘干，得到第一初混料；
S2.将TiB2、MoSi2和C混合，加热至820~890℃，保温，得到第二初混料；
S3.将所述第一初混料与第二初混料混合，加热至1360~1400℃，保温2~4h得到熔融料，然后将熔融料压制成型得到坯料，再降温至700~770℃进行退火，退火处理1~2h，冷却至室温，最后打磨，得到耐磨板；
S3步骤中，在所述第一初混料与第二初混料混合之前，先将所述第一初混料加热至970~1020℃，保温40~50min，再进行所述第一初混料与第二初混料的混合。
2.根据权利要求1所述的一种复合耐磨钢板，其特征在于：所述基板为Q235B钢板。
3.根据权利要求1所述的一种复合耐磨钢板，其特征在于：在S1步骤中，球磨时间为1~2h。
4.根据权利要求1所述的一种复合耐磨钢板，其特征在于：在S2步骤中，保温时间为30~40min。
5.根据权利要求1所述的一种复合耐磨钢板，其特征在于：在S3步骤中，所述第一初混料与第二初混料混合后，升温速率为4~6℃/min。
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