CN1278791C - 轧机机架衬板及其制造方法 - Google Patents

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CN1278791C CN 200310108753 CN200310108753A CN1278791C CN 1278791 C CN1278791 C CN 1278791C CN 200310108753 CN200310108753 CN 200310108753 CN 200310108753 A CN200310108753 A CN 200310108753A CN 1278791 C CN1278791 C CN 1278791C
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Abstract

本发明为一种用于各类轧机机架的耐磨复合衬板及其制造方法，解决了现有轧机机架衬板使用寿命低的缺陷。耐磨复合衬板采用爆炸焊接方法制造，复合衬板的背面(基板)采用韧性好、焊接性能优良的低碳低合金结构钢，复合衬板的工作面(复板)采用耐磨性好、强韧性高的多元中高碳低合金耐磨钢，其化学成分是(重量%)：C：0.6～1.0，Si：0.4～1.2，Mn：0.5～1.5，Cr：0.5～1.5，Ni：0.3～1.0，Mo：0.3～1.0，B：0.005～0.015，Y：0.08～0.25，K：0.05～0.20，Na：0.05～0.20，其余为Fe。主要用于各类轧机机架衬板。

Description

轧机机架衬板及其制造方法
技术领域：本发明涉及耐磨复合衬板及其制造方法，特别涉及一种钢管热连轧机架衬板及其制造方法。
背景技术：轧机机架衬板固定于轧机机架上，起着保护轧机机架的作用。衬板在工作过程中受到轴承座的滑动摩擦以及轴承座对衬板的冲击，当衬板与轴承座的间隙达到0.8～1.0mm时，衬板就必须更换，否则将严重影响轧件质量。由于衬板使用条件恶劣，更换频繁，消耗量大，增加了轧钢成本。目前，衬板固定于轧机机架主要有两种方式：一种方式是将衬板直接焊接在轧机机架上，另外一种方式是用螺栓将衬板固定在轧机机架上。采用第一种方式时要求衬板具有较低的含碳量，确保衬板与机架有良好的焊接性。采用第二种方式时要求与轧机机架接触的一侧衬板有较低的硬度，防止衬板和轧机机架间由于使用中发生微动磨损而损伤轧机机架。为满足轧机机架衬板苛刻的使用条件，对于衬板用焊接方式固定于轧机机架时，只有采用复合衬板才可以满足使用要求，即用高硬度的耐磨钢板与含碳量低、焊接性能好、强韧性高的钢板复合。此外，在含碳量低、焊接性能好、强韧性高的钢板表面进行表面处理，也可以满足要求。当衬板用螺栓连接方式固定于轧机机架时，采用复合衬板和表面处理钢板可以满足要求，同时对调制处理过的中高碳合金钢板工作面进行表面淬火，也可以满足要求。
常用的衬板复合技术有：铸造复合、粘结剂复合、扩散焊接、轧制复合和爆炸焊接等。CN1039985中公开了一种双金属复合铸造衬板工艺方法，应用铸造复合方法制造衬板工艺复杂，而且结合面易产生夹杂、气孔和裂纹等铸造缺陷，产品成材率低，产品质量的稳定性差。用粘结剂复合衬板结合强度低，在冲击和摩擦作用下，复合面易开裂。CN1253058中公开了一种扩散焊接工艺，应用扩散焊接工艺制造复合材料，焊接结合面的材料性能保持与母材一致，但用扩散焊接工艺制造复合衬板，需要在真空压力下进行，装备要求高，而且工艺复杂。用轧制复合工艺制造复合衬板，结合强度低，而且轧制设备复杂。
常用的衬板表面处理工艺有堆焊、喷涂、电镀、渗碳(氮、硼)和金属等。CN1230473中公开了一种轧辊表面堆焊金属方法，堆焊层具有硬度高、耐磨性好等特点，但在钢板表面堆焊金属，钢板易变形。CN1047113中公开了一种炉辊表面喷涂陶瓷方法，陶瓷层具有硬度高、耐磨性好等特点，但在钢板表面喷涂陶瓷，钢板易变形，同时喷涂层厚度薄、与钢板结合强度低，无法用于制造轧机机架衬板。CN1101686中公开了一种铜板表面电镀金属方法，电镀层具有硬度高、耐磨性好、镀层结合力好等特点，而且电镀后铜板不易变形，但镀层厚度低，而且电镀易污染环境，无法用于制造轧机机架衬板。CN1059375和CN1034229中公开了渗碳(氮、硼)和金属的方法，渗碳(氮、硼)和金属可明显提高硬度，改善耐磨性，但在衬板表面采用渗碳(氮、硼)或金属的措施，渗层厚度浅，而且在渗碳(氮、硼)或金属过程中，衬板易变形。在衬板表面进行感应淬火，存在衬板易变形的难题，而且低碳(合金)钢感应淬火时，无法淬硬。
应用爆炸焊接制造复合材料是一种非常有效的方法，CN1104132中公开了一种用爆炸焊接工艺制造双相不锈钢复合钢板的方法，CN1180600中也公开了一种在钢坯上一次爆炸焊接双层不锈钢板的方法，它是以炸药为能源进行金属焊接的方法。此种焊接是利用炸药的爆轰，使被焊金属面发生高速倾斜碰撞，在瞬时高温高压下，在接触面上造成一薄层金属的塑性变形，在十分短暂的冶金过程中形成冶金结合。其主要特点是：①能将任意相同的、特别是不同的金属材料迅速和牢固地焊接起来；②工艺简单，容易掌握；③不需要厂房，不需要大型设备和大量投资；④可大面积复合；⑤成本低廉，生产效率高。钢与钢爆炸复合的抗剪切强度可达250～350MPa，完全可以胜任轧机机架衬板的要求。但是目前没有复合机架衬板采用爆炸焊接的报道，这主要存在以下难点：1、复合机架衬板一般由基板和复板组成，基板采用低碳低合金结构钢，复板采用硬度较高的高碳合金钢，由于两种材质性能相差较多使得爆炸焊接的产品质量难以保证。2、由于要求复板即工作面具有高硬度和优异耐磨性，基板即背面具有高强韧性和优异焊接性能，这样其成分的设计也是难点。3、为获得性能优良复合机架衬板，防止衬板在高温热处理时的氧化、脱碳和变形，合理的热处理工艺的制定也是难点。
发明内容：本发明需要解决的技术问题是，设计一种具有高强韧性和优异耐磨性的复板，并使之与韧性好、焊接性能优良的低碳低合金结构钢基板呈高结合强度，解决热处理工艺中高温热处理时的氧化和脱碳，解决热处理工艺中变形问题，解决热处理过程中如何保持组织的稳定和保证衬板韧性、耐磨性的问题。提供一种轧机机架衬板及其制造方法。
本发明是采用爆炸焊接工艺制造轧机机架衬板，基板(背面)选用韧性好、焊接性能优良的低碳低合金结构钢，复板(工作面)采用高强度、高韧性耐磨合金钢。其主要特点是复板材料用中高碳多元低合金钢制造，其中加Cr、Ni、Mn、Mo和B是为了提高材料的淬透性和强度，加C可提高材料硬度，改善耐磨性，Mo还可提高材料抗回火稳定性，同时加入Mo和B还有利于空冷淬火条件下获得贝氏体组织，加Y、K、Na等微量元素可细化钢的组织，提高钢的强韧性。复板材料经退火处理后，具有优异的塑性和韧性，将复板和基板经爆炸焊接后，进行去应力退火处理，然后在高温下进行矫平，经粗加工后进行高温喷雾淬火处理和低温回火处理，然后进行精加工，最后获得了工作面具有高硬度和优异耐磨性、背面具有高强韧性和优异焊接性能而且两者结合良好的轧机机架耐磨复合衬板。
本发明技术问题的解决可以通过以下措施来实现：
本发明轧机机架衬板的复板(工作面)采用多元中高碳低合金耐磨钢，基板(背面)采用韧性好、焊接性能优良的低碳低合金结构钢，复板和基板通过爆炸焊接结合在一起。本发明轧机机架衬板复板的化学组成成分见表1。
                           表1  复合衬板工作面化学组成成分(重量％)
   元素    C     Si    Mn    Cr   Ni
   含量    0.6～1.0     0.4～1.2    0.5～1.5    0.5～1.5   0.3～1.0
   元素    Mo     B    Y    K   Na
   含量    0.3～1.0     0.005～0.015    0.08～0.25    0.05～0.20   0.05～0.20
余量为Fe。
本发明轧机机架复合衬板的制造工艺步骤是：
1、用电炉熔炼复合衬板的复板材料。①将按复板的化学成分配比换算的普通废钢、生铁、硅铁、锰铁、铬铁、钼铁和镍板混合加热熔化；②炉前调整成分合格后将温度升至1580～1650℃，加入脱氧剂铝，加入量为重量配比的0.5-1.0，而后出炉；③将按复板的化学成分配比换算的含钾、钠的变质剂、硼铁、钇基稀土破碎至粒度小于50mm的小块，经280℃以下烘干后，置于钢包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理；④钢水在温度120～300℃的钢锭模内浇注成钢锭，钢水浇注温度为1420～1500℃；⑤浇注完毕超过5小时后，当钢锭表面温度不超过600℃时，钢锭脱模，然后将钢锭置于保温炉或保温坑缓冷。钢锭经切冒口和打磨处理后，重新加热到1080～1200℃，钢锭经粗轧机开坯后，在热轧带钢轧机上轧制成宽度不小于500mm、厚度不小于6mm的钢板。⑥钢板在热处理炉内进行退火处理，退火加热温度为850～1000℃，保温时间1.0～3.0h，然后炉冷至640～680℃后炉冷或空冷。
2、基板材料采用常规的韧性和焊接性能好的低碳低合金结构钢，将两种不同性能基板和复板进行爆炸焊接。为提高复合板结合层质量，爆炸焊接前，基板和复板的待复合面采用清洗液清洗，然后吹干，也可以用砂纸或砂布打磨干净。影响爆炸焊接的关键参数是炸药的品种和厚度。炸药选用岩石硝酸铵炸药，其配比是硝酸铵∶TNT∶木粉＝(70-85)∶(25-10)∶(3-8)。炸药厚度15～35mm。为防止爆炸焊接过程中出现复板表面烧伤，在炸药和复板之间加缓冲层，其厚度为8～15mm。
3、复合衬板爆炸加工完成以后，入炉去应力退火处理，退火处理工艺如下：复合板随炉加热到600～720℃，保温3～6h后炉冷至350～400℃时出炉，然后对钢板进行矫平处理。矫平后的钢板在保温坑内冷却至室温后进行切割和粗加工。粗加工后，复合衬板进行高温淬火处理和回火处理，然后精加工至成品尺寸。
4、复合衬板淬火加热温度900～950℃，淬火加热的奥氏体化保温时间与衬板尺寸有关，按下式确定：
t＝k·D+80                             (1)
式中：t—保温时间(min)；k—加热系数，1.5～2.0min/mm；D—衬板有效厚度。
复合衬板高温加热时易产生氧化和脱碳等缺陷，氧化使表层脱碳，并严重影响淬火冷却速度，进而使淬火后的钢板出现软点或硬度不足等缺陷，从而降低材料耐磨性。在衬板工作面涂敷耐高温涂料，可防止衬板的氧化和脱碳，改善衬板性能。高温涂料配比是SiO2∶B2O3∶MgO∶Na2O∶CaO＝(65-75)∶(5-12)∶(0.5-1.5)∶(15-22)∶(1.2-3.0)，涂料厚度1.5～4.0mm。
为防止复合衬板淬火处理时出现变形，采用两块复合衬板背面靠在一起，用螺栓连接成一体加热，淬火冷却时采用喷雾对复合衬板工作面冷却，回火处理后松开螺栓工艺，可获得变形量少的复合衬板。喷雾冷却时，雾化装置与冷却表面距离h＝15～35mm，P空气＝0.10～0.40MPa，P水＝0.15～0.50MPa，Q水＝0.015～0.050m3/h。
复合衬板回火加热温度340～400℃，保温时间与衬板尺寸有关，按下式确定：
t＝k·D+120                              (2)
式中：t—保温时间(min)；k—加热系数，2.5～4.5min/mm；D—衬板有效厚度。
合金材质的性能是由金相组织决定的，而一定的组织取决于化学成分及热处理工艺，本发明复合衬板复板材料化学成分是这样确定的：
1、碳：碳是影响钢的淬透性最主要的元素。它在奥氏体中的溶解度很大，而在铁素体中的溶解度却很小。它能减慢奥氏体中原子的扩散速度，延长奥氏体转变前的孕育期，减慢转变速度，增加奥氏体的稳定性，提高钢的淬透性。当碳含量稍稍超过共析成分时，过冷奥氏体最稳定，此后，随着碳含量的增加，C曲线反而向左移动。碳对钢的组织和力学性能影响十分明显。在其它元素确定的前提下，当碳含量较低时(＜0.3％)，淬火后的显微组织为板条马氏体+残余奥氏体或板条马氏体+贝氏体+残余奥氏体；随着碳含量的增加，其淬火组织逐渐转变为隐针马氏体+残余奥氏体+碳化物，或隐针马氏体+贝氏体+残余奥氏体+碳化物。从力学性能上来看，随着碳含量的增加，强度和硬度不断提高，抵抗切削和滑动磨损的能力提高，耐磨性改善。但随着碳含量的增加，塑性和韧性降低，抵抗冲击的能力下降，综合考虑将碳含量控制在0.6％～1.0％。
2、硅：炼钢过程中使用的脱氧剂带入的硅的残存含量具有强化基体的合金化作用，使屈服强度提高。但硅降低碳在奥氏体中的溶解度，促使碳化物沿晶析出，降低钢的韧性和耐磨性，同时，硅还增加钢的热裂倾向，综合考虑，将其含量控制在0.4％～1.2％。
3、锰：锰在一定条件下能推迟高温亚共析铁素体转变，使形成贝氏体组织的临界冷却速度减小，提高贝氏体形成的能力。同时锰使开始转变的Bs点下降，从而提高铁素体基体的强度。所以，对空冷贝氏体-马氏体组织的形成，锰起了主要作用，但锰是奥氏体稳定化元素，加入量过多，淬火组织中奥氏体量增加，使钢的硬度下降，耐磨性降低。综合考虑，将其含量控制在0.5％～1.5％。
4、铬：铬有固溶强化、提高钢的淬透性、增加钢的抗回火稳定等作用，随其在钢中含量的增加，可能形成(Fe，Cr)3C、(Fe，Cr)7C3、(Fe，Cr)23C6等多种碳化物。铬在奥氏体中溶解度很大，强化奥氏体但不降低韧性。铬在回火时阻止或延缓碳化物的析出与积聚，使其保持分散，有利于提高强度和硬度，且性能稳定。但铬含量过高，晶结上易出现碳化物，降低钢的韧性。综合考虑将铬含量控制在0.5％～1.5％。
5、镍：镍是非碳化物形成元素，以固溶形式存在于钢中，与铬配合使用时，少量的镍(0.2％～0.3％)可以显著提高钢的淬透性和强度，同时还有细化晶粒的作用，有利于韧性的提高，但镍价格高，综合考虑将其含量控制在0.3％～1.0％。
6、钼：钢中加入少量的钼可以细化晶粒，提高强度，提高钢的淬透性及回火稳定性。钼是形成碳化物的元素，它与铬元素在钢中形成硬度较高的合金碳化物，可以提高耐磨性。钼还是减小回火脆性的元素，可以减轻甚至抑制回火脆性，Mo强烈推迟高温区的珠光体转变，而对中温区的贝氏体转变推迟作用较小，造成贝氏体转变区向左凸出，有利于空冷条件下获得性能优异的贝氏体组织。但钼价格高，综合考虑将其含量控制在0.3％～1.0％。
7、硼：硼作为微量元素加入钢中，能显著提高钢的淬透性，添加0.001％B对提高钢淬透性的效果就相当于添加2％Ni和0.2％Mo，加入量过多，使钢的脆性增大，而且熔炼中加入量难以控制，综合考虑将其含量控制在0.005％～0.015％。
8、钾和钠：钾、钠加入钢中可降低钢的初晶结晶温度，有助于钢水在液相线过冷，而合金的结晶过冷度增大，会使形核率增加，因此，钾、钠使初晶奥氏体晶核增多，初晶奥氏体细化，导致共晶反应时残留钢液相互被隔开的趋势增强，进而导致共晶组织的细化。有利于提高钢的韧性，但加入量过多，将使钢中夹杂物增多，反而降低钢的韧性，综合考虑将钾、钠含量分别控制在0.05％～0.20％。但钾、钠元素的熔点(钾：63℃，钠：97.9℃)和沸点(钾：770℃，钠：890℃)都较低，且极易氧化，难溶于钢水中。通常很难直接将其加入高温钢液中进行变质处理。采用食盐、纯碱、冰晶石、硼砂、高锰酸钾、明矾、氟化钾、氟硼酸钾、氯化钾等可以作为钾、钠变质剂原料。与纯钾、钠相比，这些盐类熔点、沸点均较高，用起来较方便。将含钾、钠的上述原料分别进行烘干、研磨、过筛、按比例混合及焙烧，可得到用于处理钢液的变质剂。
9、钇基稀土：钢中夹杂物，特别是硫化物的形状、大小、分布及数量严重地影响钢的性能，尤其是塑性和韧性。未经稀土变质处理的中高碳合金钢，夹杂物多为长条形并带有棱角，而且夹杂物数量较多，断裂方式为准解理断裂。稀土加入钢中具有脱硫、除气的作用，根据稀土夹杂物生成的热力学条件，稀土元素与氧和硫的亲和力显著大于锰和铝等，稀土元素容易与氧、硫发生共轭反应，生成小球状的RE2O2S、RE2S3等稀土夹杂物，显著地改善了中高碳多元低合金钢沿晶界产生的脆性断裂。因此，稀土变质处理后，夹杂物数量明显减少，夹杂物趋于球化并均匀地分布在钢中，使钢的韧性提高，冲击断口上将出现大量的韧窝。但过量的稀土加入会导致稀土夹杂物呈破碎链状分布，反而有损钢的塑性和韧性。此外，稀土具有较大的原子半径，在铁中溶解度很小。由于具有很大的电负性，因此它们的化学性质很活泼，能在钢中形成一系列极为稳定的化合物，成为非自发结晶核心，从而起到细化晶粒的作用。另外，稀土是表面活性元素，可以增大结晶核心产生速度，阻止晶粒生长。晶粒的细化，有利于钢的塑、韧性提高。随着稀土含量的增加，晶粒细化越明显，这与稀土元素能增加奥氏体晶界迁移的激活能有关。而且结晶过程中，由于稀土元素在基体和其它相中的分配系数小(＜0.02％)，其表面活性大大增加，往往吸附在晶体生长边缘。选择吸附的结果，正在长大的晶体与钢水界面形成一层吸附薄膜阻碍晶体长大所需原子扩散，降低了晶体长大倾向，细化钢的组织。钢中加入稀土还可提高硼的回收率。加稀土的副作用是带来夹杂，为了充分发挥稀土的有益作用，克服其副作用，用钇基重稀土取代常用的铈基轻稀土。钇基重稀土可获得密度较小的脱氧、脱硫产物，以利于其上浮。铈稀土的脱氧、脱硫产物以Ce2O2S计，其密度为6.00g/cm3，钇稀土的脱氧、脱硫产物以Y2O2S计，密度为4.25g/cm3，按Stokes公式计算夹杂物的上浮速度V为：
式中：V—夹杂物上浮速度，m/sec；r—夹杂物半径，m；ρ液—金属液体的密度，N/m3；ρ液—夹杂物的密度，N/m3；η—液体的动力粘度，N·s/m2。可见后者的上浮速度较前者增大1倍，这是使用钇稀土获得洁净组织对钢污染少的重要原因。Y的加入量0.08％～0.25％时，效果较好。
复合衬板的的性能还与复板质量、爆炸焊接工艺和热处理工艺有关。
复合衬板的复板钢锭制造过程中，钢水浇入钢锭模的模温低于120℃时，钢锭表面由于冷却过快，易出现裂纹，而且模温过低，钢锭模使用后表面易产生热疲劳裂纹，降低钢锭模寿命。钢锭模温度超过300℃后，钢锭凝固时间长，生产效率低，而且钢锭模温度过高，钢锭组织粗大、钢锭内部易出现疏松和缩孔等铸造缺陷。钢锭模温度控制在120～300℃，可得到组织细小、致密的钢锭，钢锭表面无裂纹，生产效率高，钢锭模使用寿命长。钢锭轧制成钢板后，钢板在爆炸焊接前进行退火处理，主要目的是提高复板材料的塑性和韧性，因为复板材料中碳含量高，而且还含有一定数量的合金元素，轧制状态下，由于冷却较快，基体组织中含有较多的马氏体和贝氏体组织，强度和硬度高，但塑性和韧性低，因此爆炸焊接时易出现飞边甚至开裂现象，而且塑性和韧性低的材料爆炸焊接时结合层质量差。钢板退火温度过高，钢板组织粗大，降低钢板的力学性能，特别使钢板的塑性和韧性降低，因此钢板退火的上限温度控制在1000℃，钢板退火温度过低，钢板高温奥氏体化不完全，退火组织中仍将残存部分马氏体和贝氏体组织，使钢板的塑性和韧性降低，因此钢板退火温度不能低于850℃，钢板在850℃～1000℃退火时，可得到组织细小的屈氏体组织，具有优异的塑性和韧性。
影响爆炸焊接的关键参数是炸药的品种和厚度。炸药品种选择的主要依据是①爆速合适、稳定、可调，使用方便；②价格便宜，货源广；③安全、无毒。岩石硝酸铵炸药基本满足上述要求，它是一种以硝酸铵(NH4NO3)为主，含有TNT(C6H6(NO2)3)和木粉(C39.7H70.8O28.8)的混合炸药，经过干燥、粉碎、过筛之后。硝酸铵∶TNT∶木粉＝(70-85)∶(25-10)∶(3-8)。炸药品种确定后，爆炸焊接的爆轰速度(爆速)主要取决于炸药厚度，厚度越大，爆速越高。但爆炸速度过高，复合板表面，尤其是复层表面凹凸不平相当严重，爆炸速度过低，基板和复板结合不好，为此炸药厚度控制在15～35mm。为防止爆炸焊接过程中出现复板表面烧伤，在炸药和复板之间加橡胶、软塑料、油毡等作为缓冲层，缓冲层厚度过薄，缓冲效果不明显，缓冲层厚度过厚，降低复合板结合强度，缓冲层材料厚度在8～15mm时，可得到结合强度高、表面质量好的复合衬板。
复合衬板淬火加热时，淬火温度低于900℃，溶于高温奥氏体中的碳和合金元素少，淬火组织中除了出现贝氏体、马氏体组织外，还有少量珠光体组织出现；淬火温度950℃，溶入高温奥氏体中的碳和合金元素增多，奥氏体稳定性增强，淬火组织中有部分残留奥氏体存在，复合衬板硬度反而下降。淬火温度900～950℃时，获得的淬火组织以马氏体和贝氏体为主，无低硬度的珠光体组织出现，残留奥氏体量很少，具有很好的耐磨性。
复合衬板回火温度低于200℃时，硬度值变化不大，随着回火温度继续升高，钢的硬度缓慢降低。但回火温度高于400℃后，硬度明显降低。随着回火温度升高，钢的冲击韧性提高，但回火温度低于马氏体转变温度294℃时，由于其相变应力没能得到充分消除，因而其韧性较低。当回火温度超过300℃，在贝氏体/马氏体复相组织中析出均匀弥散并和基体保持共格关系的ε碳化物，降低贝氏体/马氏体复相组织的含碳量，从而明显增加钢的韧性。当回火温度升高到400℃时，钢中ε碳化物含量逐渐减少，而残留奥氏体逐渐分解，同时析出与基体非共格的脆性渗碳体，导致钢的冲击韧性值降低。回火温度为340～400℃，复合衬板具有高硬度和高韧性。
复合衬板高温加热时氧化和脱碳现象十分严重，使淬火后的衬板表面出现软点或硬度不足等缺陷，从而降低衬板耐磨性。在衬板工作面涂敷耐高温涂料，可防止衬板的氧化和脱碳，改善衬板性能。高温涂料由SiO2、B2O3、MgO、Na2O和CaO组成，其配比是SiO2∶B2O3∶MgO∶Na2O∶CaO＝(65-75)∶(5-12)∶(0.5-3.0)∶(15-22)∶(1.2-3.0)，涂料厚度1.5～4.0mm。其中SiO2决定涂料的熔点及涂层性能的稳定性，高温时它与钢板表面的氧化铁产生反应：
                               (4)
形成易剥落的陶瓷层，SiO2用普通的玻璃供给。B2O3能改进玻璃体的性能，减少高温腐蚀性，降低由碱性氧化物Na2O引起的化学活性及腐蚀活性，使涂料在高温下熔化成稠状粘性液体覆盖于衬板表面，与氧化性介质隔离，它的含量对涂层的线性膨胀也有影响。MgO有助于涂层自行剥落，但也会使玻璃的熔化温度提高，因此加入量控制在0.5％～3.0％。CaO的加入可以改善高温下玻璃液体的流动性和浸润性，能使涂料均匀地覆盖在衬板表面。Na2O能提高涂层的线膨胀系数，使涂层在冷却过程中自行剥落，但会增加玻璃熔体的化学活性和腐蚀活性，故加入量应控制在15％～22％。
本发明轧机机架衬板与现有技术相比具有如下特点：
①本发明轧机机架衬板用多元中高碳低合金耐磨钢和韧性好、焊接性能优异的低碳低合金结构钢通过爆炸焊接结合在一起，结合面强度高。超声波探伤显示复合率大于99％。剪切强度大于320MPa，而且内弯或外弯180度时，均未发现分层和开裂现象。
②衬板工作层材料中含有微量细化组织的Y、K、Na等合金元素，工作层材料组织细小，分布均匀，具有较高的塑性和韧性，冲击韧性大于18J/cm2，断裂韧性大于80Mpam1/2，延伸率大于1.5％，断面收缩率大于2.5％。
③衬板工作层材料中含有较高的碳，同时还含有适量的Cr、Mo、Ni、Si、Mn、B等合金元素，具有较好的淬硬性和淬透性，复合衬板工作层材料的硬度大于60HRC，抗拉强度大于1600MPa。
④本发明复合衬板克服了常用表面处理衬板易变形、硬化层浅使用寿命短的缺陷。
⑤本发明复合衬板克服了轧制复合衬板结合层强度低、使用中结合层易分层的不足。
具体实施方式：下面结合实施例对本发明作进一步详述。
实施例1：
1、用3t电弧炉熔炼复合衬板的复板材料。复板材料制造过程是：
①将按复板的化学成分配比换算的普通废钢、生铁、硅铁、锰铁、铬铁、钼铁和镍板混合加热熔化；
②炉前调整成分合格后将温度升至1605℃，加入脱氧剂铝，加入量按重量配比的0.7换算，而后出炉；
③将按复板的化学成分配比换算的含钾、钠的变质剂、硼铁、钇基稀土破碎至粒度20～45mm的小块，经260℃烘干后，置于钢包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理；
④钢水在温度240℃的钢锭模内浇注成钢锭，钢水浇注温度为1480℃；
⑤浇注完毕8小时后，当钢锭表面温度550℃时，钢锭脱模，然后将钢锭置于保温坑缓冷。钢锭经切冒口和打磨处理后，将钢锭重新加热到1120℃，钢锭经粗轧机开坯后，在热轧带钢轧机上轧制成宽度800mm、厚度8mm的钢板。
⑥钢板在热处理炉内进行退火处理，退火加热温度为900℃，保温时间2h，然后炉冷至650℃后空冷。
复合衬板复板化学成分见表2。
                                                 表2  复合衬板化学成分
   元素    C    Si    Mn    Cr    Ni    Mo     B     Y    K    Na
   复板    0.74    0.69    0.83    1.17    0.48    0.68     0.008     0.13    0.15    0.12
   基板    0.17    0.33    0.86    0.15    0.08    -     -     -    -    -
2、基板材料采用韧性和焊接性能好的低碳低合金结构钢，化学成分见表2，将两种不同性能基板和复板进行爆炸焊接，基板尺寸800mm×1500mm×10mm，复板尺寸800mm×1500mm×8mm。为提高复合板结合层质量，爆炸焊接前，基板和复板的待复合面采用浓度15％的盐酸清洗，然后吹干。炸药品种和厚度是影响爆炸焊接的关键参数，炸药选用岩石硝酸铵炸药，其配比是：82％硝酸铵、13％TNT、5％木粉，炸药厚度18.6mm。为防止爆炸焊接过程中出现复板表面烧伤，在炸药和复板之间加缓冲层，缓冲层材料是厚度12mm的橡胶。
3、复合衬板爆炸加工完成后，入炉去应力退火处理，退火处理工艺如下：复合板随炉加热到680℃，保温4h后炉冷至380℃时出炉，然后对钢板进行矫平处理。矫平后的钢板在保温坑内冷却至室温后进行切割和粗加工。粗加工后，复合衬板进行高温淬火和回火，然后精加工至成品尺寸545mm×340mm×15mm。
4、复合衬板淬火加热温度920℃，淬火加热的奥氏体化保温时间110min。复合衬板高温加热时易产生氧化和脱碳等缺陷，氧化使表层脱碳，并严重影响淬火冷却速度，进而使淬火后的钢板出现软点或硬度不足等缺陷，从而降低材料耐磨性。在衬板工作面涂敷耐高温涂料，可防止衬板的氧化和脱碳，改善衬板性能。高温涂料配比是：72％SiO2、9.4％B2O3、0.8％MgO、16.3％Na2O和1.5％CaO，涂料厚度2.1mm。
为防止复合衬板淬火处理时出现变形，采用两块复合衬板背面靠在一起，用螺栓连接成一体加热，淬火冷却时采用喷雾对复合衬板工作面冷却，回火处理后松开螺栓工艺，可获得变形量小于0.5mm的复合衬板。喷雾冷却时，雾化装置与冷却表面距离h＝28mm，P空气＝0.15MPa，P水＝0.25MPa，Q水＝0.018m3/h。
复合衬板回火加热温度380℃，保温时间190min。
精加工后测试了复合衬板的性能，结果如下：复合衬板复合层复合率99.7％，剪切强度345Mpa，而且内弯或外弯180度时，均未发现分层和开裂现象。复合衬板工作面的显微组织为：回火马氏体+贝氏体+颗粒状碳化物，硬度61.8HRC，抗拉强度1657MPa，冲击韧性18.5J/cm2，断裂韧性84.8Mpam1/2，延伸率1.89％，断面收缩率2.77％。
实施例2：
1、用3t电弧炉熔炼复合衬板的复板材料。复板材料制造过程是：
①将按复板的化学成分配比换算的普通废钢、生铁、硅铁、锰铁、铬铁、钼铁和镍板混合加热熔化；
②炉前调整成分合格后将温度升至1620℃，加入脱氧剂铝，加入量按重量配比的0.8换算，而后出炉；
③将按复板的化学成分配比换算的含钾、钠的变质剂、硼铁、钇基稀土破碎至粒度18～42mm的小块，经250℃烘干后，置于钢包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理；
④钢水在温度210℃的钢锭模内浇注成钢锭，钢水浇注温度为1468℃；
⑤浇注完毕8小时后，当钢锭表面温度不超过430℃时，钢锭脱模，将钢锭置于保温炉缓冷。钢锭经切冒口和打磨处理后，重新加热到1125℃，钢锭经粗轧机开坯后，在热轧带钢轧机上轧制成宽度800mm、厚度8mm的钢板；
⑥钢板在热处理炉内进行退火处理，退火加热温度为880℃，保温时间2.5h，然后炉冷至室温。
复合衬板复板化学成分见表3。
                                                   表3  复合衬板化学成分
   元素    C    Si    Mn    Cr    Ni    Mo     B     Y     K    Na
   复板    0.86    0.59    1.18    0.86    0.75    0.47     0.011     0.20     0.08    0.07
   基板    0.21    0.28    0.89    0.11    0.07    -     -     -     -    -
2、基板材料采用韧性和焊接性能好的低碳低合金结构钢，化学成分见表3，将两种不同性能基板和复板进行爆炸焊接。基板尺寸800mm×1200mm×12mm，复板尺寸800mm×1200mm×8mm。为提高复合板结合层质量，爆炸焊接前，基板和复板的待复合面用砂纸打磨干净。炸药的品种和厚度是影响爆炸焊接的关键参数。炸药选用岩石硝酸铵炸药，其配比是：80％硝酸铵、16％TNT、4％木粉，炸药厚度22mm。为防止爆炸焊接过程中出现复板表面烧伤，在炸药和复板之间加塑料板作缓冲层，塑料板厚度11mm。
3、复合衬板爆炸加工完成以后，入炉去应力退火处理，退火处理工艺如下：复合板随炉加热到670℃，保温4h后炉冷至360℃时出炉，然后对钢板进行矫平处理。矫平后的钢板在保温坑内冷却至室温后进行切割和粗加工。粗加工后，复合衬板进行高温淬火和回火，然后精加工至成品尺寸545mm×340mm×16mm。
4、复合衬板淬火加热温度940℃，淬火加热的奥氏体化保温时间100min。复合衬板高温加热时易产生氧化和脱碳等缺陷，氧化使表层脱碳，并严重影响淬火冷却速度，进而使淬火后的钢板出现软点或硬度不足等缺陷，从而降低材料耐磨性。在衬板工作面涂敷耐高温涂料，可防止衬板的氧化和脱碳，改善衬板性能。高温涂料配比是：70％SiO2、9.1％B2O3、0.7％MgO、18.4％Na2O和1.8％CaO，涂料厚度2.3mm。
为防止复合衬板淬火处理时出现变形，采用两块复合衬板背面靠在一起，用螺栓连接成一体加热，淬火冷却时采用喷雾对复合衬板工作面冷却，回火处理后松开螺栓工艺，可获得变形量小于0.6mm的复合衬板。喷雾冷却时，雾化装置与冷却表面距离h＝32mm，P空气＝0.18MPa，P水＝0.20MPa，Q水＝0.022m3/h。
复合衬板回火加热温度375℃，保温时间195min。
精加工后测试了复合衬板的性能，结果如下：
复合衬板复合层复合率99.9％，剪切强度350Mpa，而且内弯或外弯180度时，均未发现分层和开裂现象。复合衬板工作面的显微组织为：回火马氏体+贝氏体+颗粒状碳化物，硬度62.2HRC，抗拉强度1680MPa，冲击韧性18.2J/cm2，断裂韧性大于82.7Mpamm1-2，延伸率大于1.78％，断面收缩率大于2.58％。
取本发明复合衬板进行装机使用，结果如下：
本发明复合衬板在钢管热连轧机架上进行了装机运行试验，结果显示，复合衬板背面焊接性能好，可以牢固地焊在轧机机架上，耐磨衬板有较高的强度，焊接中不变形。复合衬板的工作面具有优异的耐磨性，使用中复合层不分层开裂，工作面不开裂、不剥落，使用6个月后磨损量小于0.2mm，比常用表面处理衬板和轧制复合衬板的磨损量降低1倍以上。使用本发明复合衬板，可以提高轧机作业率，减轻工人劳动强度，降低轧材生产成本，改善轧材尺寸精度，具有很好的经济效益。

Claims (9)

1、一种用于各类轧机机架衬板，为一种复合衬板，包括复板和基板，其特征在于复板和基板采用爆炸焊接方法复合连接，复合衬板的基板采用韧性好、焊接性能优良的低碳低合金结构钢，复合衬板的复板采用耐磨性好、强韧性高的多元中高碳低合金耐磨钢，复板材料化学成分的重量百分比为：
C：0.6～1.0，Si：0.4～1.2，Mn：0.5～1.5，Cr：0.5～1.5，Ni：0.3～1.0，Mo：0.3～1.0，B：0.005～0.015，Y：0.08～0.25，K：0.05～0.20，Na：0.05～0.20，其余为Fe。
2、权利要求1所述的轧机机架衬板制造方法，其特征在于制造工艺步骤是：
e、复板的冶炼、轧制和退火处理；
f、对复板和基板复合面进行清理；
g、复板和基板采用爆炸焊接；
h、对轧机机架衬板退火、淬火和回火热处理。
3、根据权利要求2所述的轧机机架衬板制造方法，其特征在于所述的复板冶炼工艺步骤是：
①将按复板材料的化学成分配比换算的普通废钢、生铁、硅铁、锰铁、铬铁、钼铁和镍板混合加热熔化；②炉前调整成分合格后将温度升至1580～1650℃，加入脱氧剂铝，加入量为重量配比的0.5-1.0，而后出炉；③将按复板材料的化学成分配比换算的含钾、钠的变质剂、硼铁、钇基稀土破碎至粒度小于50mm的小块，经280℃以下烘干后，置于钢包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理；④钢水在温度120～300℃的钢锭模内浇注成钢锭，钢水浇注温度为1420～1500℃；⑤浇注完毕超过5小时后，当钢锭表面温度不超过600℃时，钢锭脱模，然后将钢锭置于保温炉或保温坑缓冷，钢锭经切冒口和打磨处理后，重新加热到1080～1200℃，钢锭经粗轧机开坯后，在热轧带钢轧机上轧制成宽度不小于500mm、厚度不小于6mm的钢板；⑥钢板在热处理炉内进行退火处理，退火加热温度为850～1000℃，保温时间1.0～3.0h，然后炉冷至640～680℃后炉冷或空冷。
4、根据权利要求2所述的轧机机架衬板制造方法，其特征在于衬板爆炸焊接时选用的炸药配比是：70％～85％硝酸铵、10％～25％TNT、3％～8％木粉，炸药厚度15～35mm，衬板爆炸焊接时，在炸药和复板之间加缓冲层，缓冲层可以选用橡胶、塑料和油毡的任意一种、两种或三种，其总厚度为8～15mm。
5、根据权利要求2所述的轧机机架衬板制造方法，其特征在于复合衬板爆炸加工完成以后，入炉去应力退火处理，退火处理工艺如下：复合衬板随炉加热到600～720℃，保温3～6h后炉冷至350～400℃时出炉，然后对衬板进行矫平处理，矫平后的衬板在保温坑内冷却至室温后进行切割和粗加工，粗加工后，复合衬板进行高温淬火和回火处理，然后精加工至成品尺寸。
6、根据权利要求5所述的轧机机架衬板制造方法，其特征在于复合衬板淬火加热温度900～950℃，淬火加热的奥氏体化保温时间按下式确定：
t＝k·D+80                                     (1)
式中：t-保温时间(min)；k-加热系数，1.5～2.0min/mm；D-衬板有效厚度。
7、根据权利要求5或6所述的轧机机架衬板制造方法，其特征在于复合衬板高温加热时，在复合衬板工作面涂敷耐高温涂料，防止衬板的氧化和脱碳，高温涂料配比是：65％～75％SiO2、5％～12％B2O3、0.5％～1.5％MgO、15％～22％Na2O和1.2％～3.0％CaO，涂料厚度1.5～4.0mm。
8、根据权利要求5或6所述的轧机机架衬板制造方法，其特征在于复合衬板淬火时，将两块复合衬板背面靠在一起，用螺栓连接成一体加热，淬火冷却时采用喷雾对复合衬板工作面冷却，回火处理后松开螺栓，可获得变形量小的复合衬板，喷雾冷却时，雾化装置与冷却表面距离h＝15～35mm，P空气＝0.10～0.40MPa，P水＝0.15～0.50MPa，Q水＝0.015～0.050m3/h。
9、根据权利要求5所述的轧机机架衬板制造方法，其特征在于复合衬板回火加热温度340～400℃，保温时间按下式确定：
t＝k·D+120                                      (2)
式中：t-保温时间(min)；k-加热系数，2.5～4.5min/mm；D-衬板有效厚度。
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