CN116770181B - 一种低合金高耐磨衬板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属耐磨材料技术领域，提出了一种低合金高耐磨衬板及其制备方法，包括以下重量百分比的组分：0.8%‑1.0% C、0.23%‑0.26% Si、0.43%‑0.46% Mn、0.71%‑0.78% Cu、0.18%‑0.25% Cr、0.85%‑1.08% Ni、0.42%‑0.50% Mo、0.43%‑0.47% Ti、0.001%‑0.002% B、0.010%‑0.019% P、0.005%‑0.007% S、余量为Fe和不可避免的杂质，所述Cu和所述Ni的重量百分比之和为：1.6%≤Cu+Ni≤1.8%。通过上述技术方案，解决了现有技术中的耐磨衬板耐磨性能较差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及金属耐磨材料技术领域，具体的，涉及一种低合金高耐磨衬板及其制备方法。
背景技术
耐磨衬板是由耐磨钢板通过切割、卷板变形、打孔和焊接等生产工艺加工而成的，被广泛应用于矿山、公路及铁路领域。低合金耐磨钢因其较为低廉的成本和优异的力学性能，是一种常用的耐磨衬板材料。WNM450D是低合金耐磨钢板的代表，其布氏硬度约为450HB，抗拉强度约为1360MPa，但较差的耐磨性限制了WNM450D的使用范围。
目前，通过改进低合金耐磨钢中的元素种类和含量可以改善其耐磨性能。但是，由于其化学成分、热处理工艺可在很大范围内变化，最终产品的性能差距也会很大。因此，亟需探究一种具有良好耐磨性能的低合金耐磨衬板，以满足生产的需求。
发明内容
本发明提出了一种低合金高耐磨衬板及其制备方法，解决了相关技术中的耐磨衬板耐磨性能较差的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明提出一种低合金高耐磨衬板，包括以下重量百分比的组分：0.8%-1.0% C、0.23%-0.26% Si、0.43%-0.46% Mn、0.71%-0.78% Cu、0.18%-0.25% Cr、0.85%-1.08% Ni、0.42%-0.50% Mo、0.43%-0.47% Ti、0.001%-0.002% B、0.010%-0.019% P、0.005%-0.007%S、余量为Fe和不可避免的杂质，所述Cu和所述Ni的重量百分比之和为：1.6%≤Cu+Ni≤1.8%。
作为进一步的技术方案，所述C、Mo、Ti的质量比为2:1:1。
本发明还提出了一种低合金高耐磨衬板的制备方法，包括以下步骤：
S1、冶炼浇铸：依各组分的重量百分比对原料进行称重配料，混合均匀后，熔炼浇铸，得到板坯；
S2、热轧：将所述板坯加热保温后进行轧制处理，得到热轧板；
S3、热处理：在线淬火，将所述热轧板水冷至室温，离线分段回火后，空冷至室温，得到低合金高耐磨钢板；
S4、线切割：所述低合金高耐磨钢板经线切割后，得到低合金高耐磨衬板。
作为进一步的技术方案，步骤S1中，所述原料包括：废钢、硅铁、锰铁、纯铜、铬铁、镍板、钼铁、钛铁。
作为进一步的技术方案，步骤S2中，所述加热保温时，加热温度为900-1000℃，保温时间为1-2h。
作为进一步的技术方案，步骤S2中，所述热轧板的厚度为13-15mm。
作为进一步的技术方案，步骤S3中，所述水冷时，冷速控制在50-60℃/s。
作为进一步的技术方案，步骤S3中，所述离线分段回火时，第一段回火温度为350-400℃，保温1-2h，第二段回火温度为500-550℃，保温0.5-1.5h。
作为进一步的技术方案，所述第一段回火与所述第二段回火之间的升温速率为50℃/h。
本发明还提出了所述低合金高耐磨衬板在矿山、公路及铁路中的应用。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明在低合金高耐磨衬板中引入了Cu和Ni，并限定了Cu和Ni的重量百分比之和为：1.6%≤Cu+Ni≤1.8%。在此范围内，Cu和Ni的协同作用可以有效地细化晶粒，提升淬透性，增强固溶强化效果，提高了低合金高耐磨衬板的耐磨性能。低于此范围的最小值时，固溶强化效果不明显；高于此范围的最大值时，会增加低合金高耐磨衬板的脆性，降低其耐磨性能。
2、本发明中引入了与C亲和力强的Mo和Ti，从而提高低合金高耐磨衬板的耐磨性能。同时，本发明还限定了C、Mo、Ti三者的质量比为2:1:1，此比例能进一步提高低合金高耐磨衬板的耐磨性能。
3、本发明中通过分段回火工艺可以有效地改善淬火后钢板硬度高但冲击性能差的问题，进一步提高了低合金高耐磨衬板的耐磨性能。相较高温回火后钢板的冲击韧性会有明显提高但硬度得不到保证，而本发明中先经350-400℃中温回火，再经500-550℃高温回火的工艺，可以避免晶粒过度生长，从而在保证钢板硬度的同时，亦具有良好的冲击韧性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
下述实施例和对比例中，原料包括：废钢、硅铁（Si=83.5%）、锰铁（Mn=81.3%）、纯铜（Cu>99%）、铬铁（Cr=70.6%）、镍板（Ni=58.4%）、钼铁（Mo=57.6%）、钛铁（Ti=52.8%）。
实施例1
一种低合金高耐磨衬板的化学成分重量百分比为：0.8% C、0.23% Si、0.43% Mn、0.71% Cu、0.18% Cr、0.89% Ni、0.42% Mo、0.43% Ti、0.001% B、0.01% P、0.005% S、余量为Fe和不可避免的杂质；
其制备方法，包括以下步骤：
S1、冶炼浇铸：依各组分的重量百分比对原料进行称重配料，混合均匀后，熔炼浇铸，得到板坯；
S2、热轧：将板坯加热至900℃保温2h后进行轧制处理，得到13mm厚的热轧板；
S3、热处理：在线淬火，将所述热轧板水冷至室温，水冷冷速为50℃/s，离线分段回火，第一段回火时，回火温度为350℃，保温时间为2h，第二段回火时，回火温度为500℃，保温时间为1.5h，第二段回火结束后，空冷至室温，得到低合金高耐磨钢板；
S4、线切割：低合金高耐磨钢板经线切割后，得到低合金高耐磨衬板。
实施例2
一种低合金高耐磨衬板的化学成分重量百分比为：0.9% C、0.25% Si、0.45% Mn、0.75% Cu、0.22% Cr、0.97% Ni、0.45% Mo、0.45% Ti、0.0015% B、0.015% P、0.006% S、余量为Fe和不可避免的杂质；
其制备方法，包括以下步骤：
S1、冶炼浇铸：按照化学成分重量百分比称取各原料，混合均匀后，熔炼浇铸，得到板坯；
S2、热轧：将板坯加热至950℃保温1.5h后进行轧制处理，得到14mm厚的热轧板；
S3、热处理：在线淬火，将所述热轧板水冷至室温，水冷冷速为55℃/s，离线分段回火，第一段回火时，回火温度为375℃，保温时间为1.5h，第二段回火时，回火温度为525℃，保温时间为1h，第二段回火结束后，空冷至室温，得到低合金高耐磨钢板；
S4、线切割：低合金高耐磨钢板经线切割后，得到低合金高耐磨衬板。
实施例3
一种低合金高耐磨衬板的化学成分重量百分比为：1.0% C、0.26% Si、0.46% Mn、0.72% Cu、0.25% Cr、1.08% Ni、0.50% Mo、0.47% Ti、0.002% B、0.019% P、0.007% S、余量为Fe和不可避免的杂质；
其制备方法，包括以下步骤：
S1、冶炼浇铸：按照化学成分重量百分比称取各原料，混合均匀后，熔炼浇铸，得到板坯；
S2、热轧：将板坯加热至1000℃保温1h后进行轧制处理，得到15mm厚的热轧板；
S3、热处理：在线淬火，将所述热轧板水冷至室温，水冷冷速为60℃/s，离线分段回火，第一段回火时，回火温度为400℃，保温时间为1h，第二段回火时，回火温度为550℃，保温时间为0.5h，第二段回火结束后，空冷至室温，得到低合金高耐磨钢板；
S4、线切割：低合金高耐磨钢板经线切割后，得到低合金高耐磨衬板。
实施例4
本实施例与实施例2的区别仅在于，化学成分重量百分比中Mo和Ti的重量百分比均不同，本实施例中为0.43% Mo、0.46% Ti。
实施例5
本实施例与实施例2的区别仅在于，制备方法步骤S3中，回火工艺不同，本实施例中的回火工艺为：离线回火，回火温度为375℃，保温时间为2.5h。
实施例6
本实施例与实施例2的区别仅在于制备方法步骤S3中，回火工艺不同，本实施例中的回火工艺为：离线回火，回火温度为525℃，保温时间为2.5h。
实施例7
本实施例与实施例2的区别仅在于，制备方法步骤S3中，回火工艺不同，本实施例中的回火工艺为：离线分段回火，第一段回火时，回火温度为525℃，保温时间为1h，第二段回火时，回火温度为375℃，保温时间为1.5h。
对比例1
本对比例与实施例2的区别仅在于，化学成分重量百分比中Cu和Ni的重量百分比均不同，本对比例中为0.71% Cu、0.85% Ni。
对比例2
本对比例与实施例2的区别仅在于，化学成分重量百分比中Cu和Ni的重量百分比均不同，本对比例中为0.78% Cu、1.08% Ni。
对比例3
本对比例与实施例2的区别仅在于，化学成分重量百分比中C的重量百分比不同，本对比例中为0.2% C。
对比例4
本对比例与实施例2的区别仅在于，化学成分重量百分比中C的重量百分比不同，本对比例中为0.6% C。
将实施例1-7和对比例1-4制备得到的低合金高耐磨衬板按照GB/T 2975-2018《钢及钢产品 力学性能试验取样位置及试样制备》进行制样，检测以下性能：
①布氏硬度：按照GB/T 231.1-2018《金属材料 布氏硬度试验 第1部分: 试验方法》的标准对试样进行布氏硬度测试；
②冲击韧性：按照GB/T 229-2020《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法》的标准对试样进行冲击韧性测试；
③磨损失重：进行磨损失重测试，磨损试验机型号为MLD-10，下试样为40Cr，转速为200r/min，石英砂为40-70目，整个测试在冲击功为2J下进行，实验时间为240min，每个周期为30min。
检测结果如下表1所示。
表1实施例1-7及对比例1-4制备得到的低合金高耐磨衬板的性能
由表1实施例1-7的结果可知，本发明制备的低合金高耐磨衬板具有良好的耐磨性能。实施例2与实施例4对比说明，在本发明中通过限定C、Mo、Ti三者的质量比为2:1:1，能进一步提高低合金高耐磨衬板的耐磨性能。实施例2与实施例5-7对比表明，本发明先经350-400℃中温回火再经500-550℃高温回火的工艺，可以有效地改善淬火后钢板硬度高但冲击性能差的问题。
实施例2与对比例1、2对比说明，在本发明所述的合金体系中，当Cu和Ni的重量百分比之和小于1.6%或大于1.8%时，低合金高耐磨衬板的耐磨性能均有所下降。此外，实施例2与对比例3、4对比说明，本发明所述的合金体系在高碳（0.8%-1.0% C）下能提升耐磨衬板的耐磨性能，而在低碳（0.2% C）或中碳（0.6% C）下耐磨衬板的耐磨性能不佳。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1. 一种低合金高耐磨衬板，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：0.8%-1.0% C、0.23%-0.26% Si、0.43%-0.46% Mn、0.71%-0.78% Cu、0.18%-0.25% Cr、0.85%-1.08% Ni、0.42%-0.50% Mo、0.43%-0.47% Ti、0.001%-0.002% B、0.010%-0.019% P、0.005%-0.007%S、余量为Fe和不可避免的杂质，所述Cu和所述Ni的重量百分比之和为：1.6%≤Cu+Ni≤1.8%；
所述C、Mo、Ti的质量比为2:1:1；
所述低合金高耐磨衬板的制备方法，包括以下步骤：
S1、冶炼浇铸：按照各组分的重量百分比对原料进行称重配料，混合均匀后，熔炼浇铸，得到板坯；
S2、热轧：将所述板坯加热保温后进行轧制处理，得到热轧板；
S3、热处理：在线淬火，将所述热轧板水冷至室温，离线回火后，空冷至室温，得到低合金高耐磨钢板；
S4、线切割：所述低合金高耐磨钢板经线切割后，得到低合金高耐磨衬板；
步骤S3中，所述离线回火为分段回火，第一段回火温度为350-400℃，保温1-2h，第二段回火温度为500-550℃，保温0.5-1.5h；
所述第一段回火与所述第二段回火之间的升温速率为50℃/h。
2.一种如权利要求1所述的低合金高耐磨衬板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、冶炼浇铸：按照各组分的重量百分比对原料进行称重配料，混合均匀后，熔炼浇铸，得到板坯；
S2、热轧：将所述板坯加热保温后进行轧制处理，得到热轧板；
S3、热处理：在线淬火，将所述热轧板水冷至室温，离线回火后，空冷至室温，得到低合金高耐磨钢板；
S4、线切割：所述低合金高耐磨钢板经线切割后，得到低合金高耐磨衬板；
步骤S3中，所述离线回火为分段回火，第一段回火温度为350-400℃，保温1-2h，第二段回火温度为500-550℃，保温0.5-1.5h；
所述第一段回火与所述第二段回火之间的升温速率为50℃/h。
3.根据权利要求2所述的一种低合金高耐磨衬板的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述原料包括：废钢、硅铁、锰铁、纯铜、铬铁、镍板、钼铁、钛铁。
4.根据权利要求2所述的一种低合金高耐磨衬板的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述加热保温时，加热温度为900-1000℃，保温时间为1-2h。
5.根据权利要求2所述的一种低合金高耐磨衬板的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述热轧板的厚度为13-15mm。
6.根据权利要求2所述的一种低合金高耐磨衬板的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述水冷时，冷速控制在50-60℃/s。
7.根据权利要求1所述的一种低合金高耐磨衬板或权利要求2-6任意一项所述的制备方法得到的低合金高耐磨衬板在矿山、公路及铁路中的应用。
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