CN114836598A - 热轧粉末高速钢-不锈钢复合钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热轧粉末高速钢‑不锈钢复合钢板，包括：至少一层热轧成型的粉末高速钢芯层(1)和至少两层耐腐蚀不锈钢层(2)，所述耐腐蚀不锈钢层(2)与所述粉末高速钢芯层(1)交替夹持设置，且所述耐腐蚀不锈钢层(2)与所述粉末高速钢芯层(1)相互烧结冶金结合。以及该热轧粉末高速钢‑不锈钢复合钢板的制造方法。高速钢粉末与不锈钢板材制成复合坯料后，通过热轧工艺生产粉末高速钢‑不锈钢复合板材，可使复合板材兼具粉末冶金合金的优点，且具有生产效率高、可生产规格多、可实现大规模生产等优点。
Description
技术领域
本发明涉及金属复合材料及冶金技术领域，特别涉及一种热轧粉末高速钢-不锈钢复合钢板，以及该热轧粉末高速钢-不锈钢复合钢板的制造方法。
背景技术
粉末冶金高速钢具有高硬度、高耐磨、高切削韧性以及良好的二次硬化特性，在切削工具、冷热工模具以及其他高耐磨、耐高温切削材料和结构零件中已有广泛应用。在实际生产中，有些工作部件常要求材料既有良好的韧性，以抵抗工作过程中的冲击作用，同时又要求其具有高的硬度及优良的磨损性能。金属复合材料是根据零、构件的功能要求和工况条件，通过设计和选择两种或多种化学、物理性能不同的金属材料，按一定的方式、比例、分布结合而成的新材料。它兼具多种金属的优点，能在零件不同部位提供不同性能，达到单一材料无法达到的综合性能，并且可以有效的减少生产成本。
不锈钢复合板具有耐腐蚀、美观等优点，应用范围非常广泛。目前常用的几种生产方法有：钎焊复合法、爆炸复合法、爆炸焊接轧制法和热轧复合法。钎焊复合法操作简单，但制备的复合板结合强度不高，适用于复合强度要求不高的金属复合板；爆炸复合法生产的复合板尺寸较小且板形较差，产品质量不稳定，能量消耗大，污染环境，成材率低；爆炸焊接轧制法由于受爆轧复合坯料规格的限制，其产品规格也有限，另外也带来了爆炸工艺能量消耗大，生产效率低、污染环境等缺点。热轧复合法是将复层金属和基层金属置于真空焊接室内焊接制备复合坯，再通过热轧工艺使复层和基层金属结合的方法，它具有生产效率高，产量大的特点，尤其是对于规格、定型的批量产品有很大的经济优势，因此，该方法是不锈钢复合板生产的主要发展趋势。
目前的复合板材生产大多采用整张的钢板或钢锭作为原料来制作复合钢坯，采用合金粉末作为原料直接制备复合板坯的报道还较少。高速钢材料铸态组织的不均匀性后续加工很难消除，严重影响其产品性能。本发明中选用高速钢粉末与不锈钢板材制成复合坯料后，通过热轧工艺生产粉末高速钢-不锈钢复合板材，可使复合板材兼具粉末冶金合金的优点，同时可满足大规模工业化生产的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种热轧粉末高速钢-不锈钢复合钢板，以及该热轧粉末高速钢-不锈钢复合钢板的制造方法，利用粉末轧制技术，将高速钢粉末压紧后真空封装，然后再高温加热轧制，具有生产效率高、可生产规格多、可实现大规模生产等优点。为了解决上述问题，本发明提供的一种热轧粉末高速钢-不锈钢复合钢板，其技术方案如下：
本发明的一种热轧粉末高速钢-不锈钢复合钢板，所述复合钢板包括：至少一层热轧成型的粉末高速钢芯层和至少两层耐腐蚀不锈钢层，所述耐腐蚀不锈钢层与所述粉末高速钢芯层交替夹持设置，且所述耐腐蚀不锈钢层与所述粉末高速钢芯层相互烧结冶金结合。
进一步地，所述耐腐蚀不锈钢层的与所述粉末高速钢芯层接触的一面上设置有凸肋或者凸点或者凹槽或者凹坑，在所述粉末高速钢芯层热轧成型时与所述耐腐蚀不锈钢层嵌入结合。
进一步地，所述粉末高速钢芯层由以下质量百分占比的化学成分组成：C：1.0-1.5％、Si:0.15-0.40％、Mn:0.4-0.8％、Mo：1.0-1.5％、Cr:12-16％、V:0.55-1.0％、B：0.25-0.55％、Ce:0.1-0.3％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明的一种热轧粉末高速钢-不锈钢复合钢板的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
步骤S1，将耐腐蚀不锈钢层表面的油污杂质清除干净，然后将所述耐腐蚀不锈钢层平铺在包套底部，在所述耐腐蚀不锈钢层上装入高速钢合金粉末并振实平整，再叠放第二块所述耐腐蚀不锈钢层，盖上包套端板后使用压力设备静压50min-100min，单位压力30MPa-100MPa，将高速钢合金粉末与所述耐腐蚀不锈钢层压紧；
步骤S2，将包套内的空气以及高速钢合金粉末与所述耐腐蚀不锈钢层间的气体排出，使得包套内真空度大于或者等于50Pa，然后用电子束焊机将包套端板焊接密封；
步骤S3，热轧：将包套以及复合钢坯加热到1050℃-1200℃，保温1h-3h后热轧，开轧温度1050℃-1150℃，终轧温度大于850℃，热轧总压下量大于90％；
步骤S4，热处理：包括淬火和回火，淬火工艺为：将热轧后的粉末高速钢-不锈钢复合钢板放入淬火炉中加热至淬火温度1000℃-1200℃，出炉淬火并冷却至室温；回火工艺为：淬火后的粉末高速钢-不锈钢复合钢板放置在加热炉内进行回火处理，回火温度为500℃-650℃，回火处理1-2次；
步骤S5，精整：热处理后的粉末高速钢-不锈钢复合钢板采用机械方法切除左右两边以及头尾两端的包套，得到粉末高速钢-不锈钢复合钢板成品。
进一步地，步骤S1中，装入有两层或者多层高速钢合金粉末，两层或者多层所述高速钢合金粉末之间用所述耐腐蚀不锈钢层隔开，两层或者多层所述高速钢合金粉末经热轧后形成两层或者多层粉末高速钢芯层。
进一步地，两块或者多块所述耐腐蚀不锈钢层为相同或者不同的不锈钢合金板，两层或者多层所述高速钢合金粉末为相同组分或者不同组分的高速钢合金粉末。
进一步地，步骤S1中，包套钢板与所述耐腐蚀不锈钢层接触的两个大面上涂刷隔离剂，隔离剂选用硅酸盐涂料或者氧化金属粉末涂料，涂刷厚度0.2mm-1.0mm。
进一步地，步骤S3中，热轧前5道次须采用大压下量轧制，单道次压下量15％-35％。
本发明提供的热轧粉末高速钢-不锈钢复合钢板以及热轧粉末高速钢-不锈钢复合钢板的制造方法的有益效果是：
热轧粉末高速钢采用稀土变质、同时加入适量的硼，使合金内部形成更多的硼化物硬质相，可减少贵重金属钨、钼的加入量，节省资源，降低生产成本，同时可使材料获得良好的硬度和耐磨性。另外，高速钢粉末与不锈钢板材制成复合坯料后，通过热轧工艺生产粉末高速钢-不锈钢复合板材，可使复合板材兼具粉末冶金合金的优点，且具有生产效率高、可生产规格多、可实现大规模生产等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一的热轧粉末高速钢-不锈钢复合钢板结构示意图；
图2是本发明实施例二的热轧粉末高速钢-不锈钢复合钢板结构示意图；
图3是本发明实施例三的热轧粉末高速钢-不锈钢复合钢板结构示意图；
图4是本发明热轧粉末高速钢-不锈钢复合钢板的金相图。
图中标记如下：
1-粉末高速钢芯层；2-耐腐蚀不锈钢层；3-包套。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
请参考图1至图4，本发明的一种热轧粉末高速钢-不锈钢复合钢板，该复合钢板包括：至少一层热轧成型的粉末高速钢芯层1和至少两层耐腐蚀不锈钢层2，耐腐蚀不锈钢层2与粉末高速钢芯层1交替夹持设置，且耐腐蚀不锈钢层2与粉末高速钢芯层1相互烧结冶金结合。
优选地，耐腐蚀不锈钢层2的与粉末高速钢芯层1接触的一面上设置有凸肋或者凸点或者凹槽或者凹坑，在粉末高速钢芯层1热轧成型时与耐腐蚀不锈钢层2嵌入结合。即耐腐蚀不锈钢层2的凸肋或者凸点嵌入进粉末高速钢芯层1内，粉末高速钢芯层1嵌入到耐腐蚀不锈钢层2的凹槽或者凹坑内。
优选地，粉末高速钢芯层1由以下质量百分占比的化学成分组成：C：1.0-1.5％、Si:0.15-0.40％、Mn:0.4-0.8％、Mo：1.0-1.5％、Cr:12-16％、V:0.55-1.0％、B：0.25-0.55％、Ce:0.1-0.3％，余量为Fe及不可避免的杂质。或者，制成粉末高速钢芯层1的化学成分是上述元素中部分的组合。
本发明的一种热轧粉末高速钢-不锈钢复合钢板的制造方法，该制造方法包括以下步骤：
步骤S1，将耐腐蚀不锈钢层2表面的油污杂质清除干净，然后将耐腐蚀不锈钢层2平铺在包套3底部，在耐腐蚀不锈钢层2上装入高速钢合金粉末并振实平整，再叠放第二块耐腐蚀不锈钢层2，盖上包套3的端板后使用压力设备静压50min-100min，单位压力30MPa-100MPa，将高速钢合金粉末与耐腐蚀不锈钢层2压紧；其中，高速钢合金粉末经烧结热轧后形成粉末高速钢芯层1。
步骤S2，将包套3内的空气以及高速钢合金粉末与耐腐蚀不锈钢层2间的气体排出，使得包套3内真空度大于或者等于50Pa，然后用电子束焊机将包套端板焊接密封；其中，包套3内真空度大于或者等于50Pa，即包套3内真空度为50Pa、45Pa、40Pa、30Pa等等。
步骤S3，热轧：将包套以及复合钢坯加热到1050℃-1200℃，保温1h-3h后热轧，开轧温度1050℃-1150℃，终轧温度大于850℃，热轧总压下量大于90％；
步骤S4，热处理：包括淬火和回火，淬火工艺为：将热轧后的粉末高速钢-不锈钢复合钢板放入淬火炉中加热至淬火温度1000℃-1200℃，出炉淬火并冷却至室温；回火工艺为：淬火后的粉末高速钢-不锈钢复合钢板放置在加热炉内进行回火处理，回火温度为500℃-650℃，回火处理1-2次；
步骤S5，精整：热处理后的粉末高速钢-不锈钢复合钢板采用机械方法切除左右两边以及头尾两端的包套，得到粉末高速钢-不锈钢复合钢板成品。
优选地，步骤S1中，装入有两层或者多层高速钢合金粉末，两层或者多层高速钢合金粉末之间用耐腐蚀不锈钢层2隔开，两层或者多层高速钢合金粉末经热轧后形成两层或者多层粉末高速钢芯层1。其中，两块或者多块耐腐蚀不锈钢层2为相同或者不同的不锈钢合金板，两层或者多层高速钢合金粉末为相同组分或者不同组分的高速钢合金粉末。
优选地，步骤S1中，包套钢板与耐腐蚀不锈钢层2接触的两个大面上涂刷隔离剂，隔离剂选用硅酸盐涂料或者氧化金属粉末涂料，涂刷厚度0.2mm-1.0mm。步骤S3中，热轧前5道次须采用大压下量轧制，单道次压下量15％-35％。
实施例一
参考图1，本实施例的一种热轧粉末高速钢-不锈钢复合钢板，具有一层粉末高速钢芯层1和两层耐腐蚀不锈钢层2，以及该热轧粉末高速钢-不锈钢复合钢板的制造方法。
1、制备高速钢合金粉末，利用真空雾化制粉设备制备VG10高速钢合金粉末，粉体球形率90％以上、粉体氧含量小于200ppm，100μm以下的雾化粉末质量百分比含量达到90％以上。
2、不锈钢钢板表面清洁，采用超声波清洗清除316不锈钢板材表面的油污及杂质。
3、包套制备：包套用4mm后低碳钢板焊接，用气保焊将包套5个面焊接好，预留上端面开口用于填装原料。
4、原料填装：将第一块316不锈钢钢板铺在包套盒底部，填装高速钢合金粉末并振实铺平后覆盖第二块316不锈钢钢板，钢板厚度30mm、粉末填装厚度200mm；盖上包套上端盖板，并将整个包套坯放入压力设备下延端盖板向粉体施压，单位压力40MPa，压制50min，将粉末压紧。
5、真空封装：将冷压后的包套坯转入抽真空设备，抽真空去除包套盒内的空气，真空度10Pa。之后用电子束焊机将端盖板焊接密封。
6、热轧：将真空封装的包套粉末高速钢-不锈钢复合坯料加热到1100-1200℃，保温2h后热轧，开轧温度1100℃，终轧温度960℃，坯料热轧成厚度为5mm的卷，热轧总压下量98％。
7、淬火：将粉末高速钢-不锈钢复合卷材放入淬火炉中加热至淬火温度1150℃，保温2h后出炉油冷淬火，并冷却至室温；
8、回火：淬火后的材料放置在加热炉内进行回火处理，回火温度为540℃，回火处理。
9、精整：热处理后的复合卷材通过矫直及精整分切制得粉末高速钢-不锈钢复合板材。
实施例二
参考图2，本实施例的一种热轧粉末高速钢-不锈钢复合钢板，具有一层粉末高速钢芯层1和四层耐腐蚀不锈钢层2，以及该热轧粉末高速钢-不锈钢复合钢板的制造方法。
1、制备高速钢合金粉末，利用真空雾化制粉设备制备VG10高速钢合金粉末，粉体球形率90％以上、粉体氧含量小于200ppm，100μm以下的雾化粉末质量百分比含量达到90％以上。
2、不锈钢钢板表面清洁，采用超声波清洗清除316、5Cr15不锈钢板材表面的油污及杂质。
3、包套制备：包套用4mm后低碳钢板焊接，用气保焊将包套5个面焊接好，预留上端面开口用于填装原料。
4、原料填装：将第一块316不锈钢钢板铺在包套盒底部、再铺一块5Cr15不锈钢板，之后填装高速钢合金粉末并振实铺平，在粉末上覆盖一块5Cr15不锈钢板、之后再盖上第二块316不锈钢钢板，钢板厚度20mm、粉末填装厚度180mm；盖上包套上端盖板，并将整个包套坯放入压力设备下延端盖板向粉体施压，单位压力50MPa，压制40min，将粉末压紧。
5、真空封装：将冷压后的包套坯转入抽真空设备，抽真空去除包套盒内的空气，真空度5Pa。之后用电子束焊机将端盖板焊接密封。
6、热轧：将真空封装的包套粉末高速钢-不锈钢复合坯料加热到1100-1200℃，保温1.5h后热轧，开轧温度1120℃，终轧温度950℃，坯料热轧成厚度为5mm的卷，热轧总压下量98％。
7、淬火：将粉末高速钢-不锈钢复合卷材放入淬火炉中加热至淬火温度1100℃，保温2h后出炉油冷淬火，并冷却至室温；
8、回火：淬火后的材料放置在加热炉内进行回火处理，回火温度为550℃，回火处理。
9、精整：热处理后的复合卷材通过矫直及精整分切制得粉末高速钢-不锈钢复合板材。
实施例三
参考图3，本实施例的一种热轧粉末高速钢-不锈钢复合钢板，具有三层粉末高速钢芯层1和四层耐腐蚀不锈钢层2，以及该热轧粉末高速钢-不锈钢复合钢板的制造方法。
1、制备高速钢合金粉末，利用真空雾化制粉设备制备VG10高速钢合金粉末，粉体球形率90％以上、粉体氧含量小于200ppm，100μm以下的雾化粉末质量百分比含量达到90％以上。
2、不锈钢钢板表面清洁，采用超声波清洗清除316、5Cr15不锈钢板材表面的油污及杂质。
3、包套制备：包套用3mm后低碳钢板焊接，用气保焊将包套5个面焊接好，预留上端面开口用于填装原料。
4、原料填装：将第一块316不锈钢钢板铺在包套盒底部、填充50mm厚度高速钢合金粉末并振实铺平，再铺一块5Cr15不锈钢板、填充100mm厚度高速钢合金粉末并振实铺平，再铺一块5Cr15不锈钢板、填充50mm厚度高速钢合金粉末并振实铺平，最后盖上第二块316不锈钢钢板，所有钢板厚度20mm；盖上包套上端盖板，并将整个包套坯放入压力设备下延端盖板向粉体施压，单位压力50MPa，压制60min，将粉末压紧。
5、真空封装：将冷压后的包套坯转入抽真空设备，抽真空去除包套盒内的空气，真空度5Pa。之后用电子束焊机将端盖板焊接密封。
6、热轧：将真空封装的包套粉末高速钢-不锈钢复合坯料加热到1100-1200℃，保温2h后热轧，开轧温度1120℃，终轧温度950℃，坯料热轧成厚度为4mm的卷，热轧总压下量98.5％。
7、淬火：将粉末高速钢-不锈钢复合卷材放入淬火炉中加热至淬火温度1100℃，保温2h后出炉油冷淬火，并冷却至室温；
8、回火：淬火后的材料放置在加热炉内进行回火处理，回火温度为550℃，回火处理。
9、精整：热处理后的复合卷材通过矫直及精整分切制得粉末高速钢-不锈钢复合板材
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。
以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种热轧粉末高速钢-不锈钢复合钢板，其特征在于，所述复合钢板包括：至少一层热轧成型的粉末高速钢芯层(1)和至少两层耐腐蚀不锈钢层(2)，所述耐腐蚀不锈钢层(2)与所述粉末高速钢芯层(1)交替夹持设置，且所述耐腐蚀不锈钢层(2)与所述粉末高速钢芯层(1)相互烧结冶金结合。
2.根据权利要求1所述的复合钢板，其特征在于，所述耐腐蚀不锈钢层(2)的与所述粉末高速钢芯层(1)接触的一面上设置有凸肋或者凸点或者凹槽或者凹坑，在所述粉末高速钢芯层(1)热轧成型时与所述耐腐蚀不锈钢层(2)嵌入结合。
3.根据权利要求1所述的复合钢板，其特征在于，所述粉末高速钢芯层(1)由以下质量百分占比的化学成分组成：C：1.0-1.5％、Si:0.15-0.40％、Mn:0.4-0.8％、Mo：1.0-1.5％、Cr:12-16％、V:0.55-1.0％、B：0.25-0.55％、Ce:0.1-0.3％，余量为Fe及不可避免的杂质。
4.一种热轧粉末高速钢-不锈钢复合钢板的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：
步骤S1，将耐腐蚀不锈钢层(2)表面的油污杂质清除干净，然后将所述耐腐蚀不锈钢层(2)平铺在包套底部，在所述耐腐蚀不锈钢层(2)上装入高速钢合金粉末并振实平整，再叠放第二块所述耐腐蚀不锈钢层(2)，盖上包套端板后使用压力设备静压50min-100min，单位压力30MPa-100MPa，将高速钢合金粉末与所述耐腐蚀不锈钢层(2)压紧；
步骤S2，将包套内的空气以及高速钢合金粉末与所述耐腐蚀不锈钢层(2)间的气体排出，使得包套内真空度大于或者等于50Pa，然后用电子束焊机将包套端板焊接密封；
步骤S3，热轧：将包套以及复合钢坯加热到1050℃-1200℃，保温1h-3h后热轧，开轧温度1050℃-1150℃，终轧温度大于850℃，热轧总压下量大于90％；
步骤S4，热处理：包括淬火和回火，淬火工艺为：将热轧后的粉末高速钢-不锈钢复合钢板放入淬火炉中加热至淬火温度1000℃-1200℃，出炉淬火并冷却至室温；回火工艺为：淬火后的粉末高速钢-不锈钢复合钢板放置在加热炉内进行回火处理，回火温度为500℃-650℃，回火处理1-2次；
步骤S5，精整：热处理后的粉末高速钢-不锈钢复合钢板采用机械方法切除左右两边以及头尾两端的包套，得到粉末高速钢-不锈钢复合钢板成品。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，步骤S1中，装入有两层或者多层高速钢合金粉末，两层或者多层所述高速钢合金粉末之间用所述耐腐蚀不锈钢层(2)隔开，两层或者多层所述高速钢合金粉末经热轧后形成两层或者多层粉末高速钢芯层(1)。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，两块或者多块所述耐腐蚀不锈钢层(2)为相同或者不同的不锈钢合金板，两层或者多层所述高速钢合金粉末为相同组分或者不同组分的高速钢合金粉末。
7.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，步骤S3中，热轧前5道次须采用大压下量轧制，单道次压下量15％-35％。
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