一种高强高韧耐磨复合钢板及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种高强高韧耐磨复合钢板，其包括基板层和单面或双面复合于基板层上的复合层；所述基板层为碳钢层，所述复合层为超高锰钢层，所述复合层中Mn元素的含量为16.00～25.00wt.％。此外，本发明专利技术还公开了一种上述的高强高韧耐磨复合钢板的制造方法，包括步骤：(1)制得基层板坯和复合层板坯；(2)组坯；(3)加热：加热温度为1150～1250℃，保温1～3小时；(4)复合轧制：开轧温度为1120～1220℃，终轧温度为1050～1200℃，控制压下率≥50％；(5)轧后冷却。本发明专利技术所述的高强高韧耐磨复合钢板既具有高强硬度，又具有高耐磨和高韧性，钢板综合性能优异。

A High Strength, High Toughness and Wear Resistance Composite Steel Plate and Its Manufacturing Method

The invention discloses a high strength, high toughness and wear resistant composite steel plate, which comprises a composite layer of a substrate layer and a single or double-sided composite layer on a substrate layer; the substrate layer is carbon steel layer, the composite layer is ultra-high manganese steel layer, and the content of Mn element in the composite layer is 16.00-25.00wt. In addition, the invention also discloses a manufacturing method of the above-mentioned high strength, high toughness and wear-resistant composite steel plate, which comprises the following steps: (1) producing base slab and composite layer slab; (2) group slab; (3) heating: heating temperature is 1150-1250 C, holding for 1-3 hours; (4) compound rolling: starting rolling temperature is 1120-1220 C, finishing rolling temperature is 1050-1200 C, controlling reduction rate (>50%); (5) cooling after rolling \u3002 The composite steel plate with high strength, high toughness and wear resistance has high hardness, high wear resistance and high toughness, and the comprehensive performance of the steel plate is excellent.

【技术实现步骤摘要】
一种高强高韧耐磨复合钢板及其制造方法
本专利技术涉及一种钢板及其制造方法，尤其涉及一种高强高韧耐磨复合钢板及其制造方法。
技术介绍
超高锰钢广泛应用于多个行业耐磨部件，尤其在适用于软磨料、大角度冲蚀磨损条件，如风扇磨煤机的冲击板等。超高锰钢是在普通高锰钢标准成分的基础上通过提高碳、锰含量发展而来的。它既具有较高的加工硬化速率，又保持了高韧性的奥氏体组织，在中、低冲击工况下，具有良好的耐磨性。通过实验和实际生产使用证明，这种材质的冲击板比普通高锰钢的使用寿命提高近一倍。在国内外，超高锰钢作为耐磨材料己形成产品。但超高锰钢仍存在一定问题，例如由于其自身强硬度较低不能应用在需要承重的关键结构件上。此外，超高锰钢在使用过程中又存在一些问题，例如超高锰钢具有较强的流变性，用作大磨机衬板时，衬板受冲击膨胀拱起，而拉断螺栓脱落；又如当超高锰钢用在隔仓板、篦板时，材料流变使篦缝糊死而致磨机产量严重下降等，因而，超高锰钢这一优质耐磨材料在使用过程中存在一些缺陷。超高锰钢多采用铸造方式生产，一般存在铸锭内部质量差、缺陷多，使用过程中易出现开裂等缺点，大幅降低产品的使用寿命，增加使用成本，不利于产品市场推广。基于此，期望获得一种钢板，该钢板将超高锰钢与低合金高强钢复合，既可以提高材料的强硬度，又可以避免超高锰钢受力过程中发生严重变形的缺陷，使得该钢板能够大幅提高材料的综合性能，增加材料使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种高强高韧耐磨复合钢板，该钢板强度高、韧性佳，耐磨性优异，具有优良的综合性能，能够大幅提高产品使用寿命，具有广泛的应用范围。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种高强高韧耐磨复合钢板，其包括基板层和单面或双面复合于基板层表面的复合层；所述基板层为碳钢层，所述复合层为超高锰钢层，所述复合层中Mn元素的含量为16.00～25.00wt.％。在本专利技术所述的技术方案中，采用轧制复合方式获得的高强高韧耐磨复合钢板，使其既具有基板层的优异的力学性能，如强度硬度高，避免了复合层加工硬化前强硬度较低、容易变形的缺点，又发挥了复合层的高耐磨特点，使得最终获得的高强高韧耐磨复合钢板具有优异的综合性能，有益于工程上的广泛应用。此外，采用轧制复合获得的高强高韧耐磨复合钢板有利于降低复合层(即超高锰钢层)钢板厚度，减少材料用量，降低材料成本。进一步地，本专利技术所述的高强高韧耐磨复合钢板中，所述基板层的化学元素质量百分比为：C：0.10～0.25wt.％；Si：0.10～1.00wt.％；Mn：0.40～2.00wt.％；Cr：0.01～2.00wt.％；Mo：0.01～1.00wt.％；Ni：0.01～2.00wt.％；Nb：0.001～0.080wt.％；B：0.0005～0.0040wt.％；Al：0.010～0.080wt.％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。本案中所述的高强高韧耐磨复合钢板中的基板层的各化学元素的设计原理如下所述：C：碳是耐磨钢中最基本、最重要的元素，通过固溶强化和析出强化提高钢的强度和硬度，但含量过多则会降低韧性和塑性。因此，在本专利技术所述的高强高韧耐磨复合钢板中将基板层的C的质量百分比控制在0.10～0.25％。Si：适当质量百分比的硅是钢中有益脱氧剂，能与钢中钙、铝一起形成易于上浮的钙铝硅酸盐夹杂物，提高钢质纯净度。硅固溶在铁素体和奥氏体中提高它们的硬度和强度，然而当硅的质量百分比过高时，会导致钢的韧性急剧下降，因此，在本专利技术所述的高强高韧耐磨复合钢板中控制基板层的Si的质量百分比在0.10～1.00％。Mn：在本专利技术所述的技术方案中，添加Mn有利于提高钢的淬透性，因而，将Mn的质量百分比控制在0.40～2.00％。Cr：铬可以提高钢的淬透性，并提高钢的强度和硬度。此外，铬在回火时能阻止或减缓碳化物的析出与聚集，可以提高钢的回火稳定性。因而，在本专利技术所述的高强高韧耐磨复合钢板中控制基板层的Cr的质量百分比在0.01～2.00％。Mo：钼可以细化晶粒，提高强度和韧性。同时，钼是减小回火脆性的元素，可以提高回火稳定。因而，在本专利技术所述的高强高韧耐磨复合钢板中将基板层的Mo的质量百分比控制在0.01～1.00％。Ni：镍具有明显降低冷脆转变温度的作用，但镍的质量百分比过高易导致钢板表面氧化皮难以脱落，并且添加过多的镍使得生产成本显著增加。因而，控制本专利技术所述的高强高韧耐磨复合钢板的基板层的Ni质量百分比在0.01～2.00％。Nb：铌通过晶粒细化提高钢的强度和韧性，因而，在本专利技术所述的技术方案中，控制基板层的Nb的质量百分比在0.001～0.080％。B：硼增加钢的淬透性，但硼的质量百分比过高将导致热脆现象，影响钢的焊接性能及热加工性能，因此，在本专利技术所述的高强高韧耐磨复合钢板中控制基板层的B的质量百分比在0.0005～0.0040％。Al：铝和钢中氮能形成细小难溶的AlN颗粒，细化钢的晶粒。此外，铝可细化钢的晶粒，固定钢中的氮和氧，减轻钢对缺口的敏感性，减小或消除钢的时效现象，并提高钢的韧性，因此，在本专利技术所述的高强高韧耐磨复合钢板中控制基板层的Al的质量百分比在0.010～0.080％。需要说明的是，在本专利技术所述的高强高韧耐磨复合钢板中的杂质不利于钢板的性能提升，同时也会降低钢板的质量以及其使用寿命，然而，对杂质的控制过严将大幅增加生产成本。综合上述考虑，在本专利技术所述的高强高韧耐磨复合钢板中对基板层的不可避免的杂质例如P、S、N、H以及O控制在：P<0.030％；S<0.010％；N≤0.0080％；O≤0.0080％；H≤0.0004％。进一步地，在本专利技术所述的高强高韧耐磨复合钢板中，所述基板层的化学元素还包括0＜V≤0.080wt.％和0＜Ti≤0.060wt.％的至少其中之一。进一步地，在本专利技术所述的高强高韧耐磨复合钢板中，所述基板层的化学元素还满足：0.20％≤(Cr/5+Mn/6+50B)≤0.55％，0.10％≤(Mo/3+Ni/5+2Nb)≤0.42％和0.02％≤(Al+Ti)≤0.12％的至少其中之一。上述各式中，各元素代表相对应元素的质量百分含量。进一步地，在本专利技术所述的耐磨复合钢板中，所述基板层的微观组织为马氏体+残余奥氏体。进一步地，在本专利技术所述的高强高韧耐磨复合钢板中，所述基板层的抗拉强度≥1200MPa，屈服强度≥1000MPa，延伸率≥14％，布氏硬度≥400HB，-40℃夏比V型纵向冲击功≥60J。进一步地，在本专利技术所述的高强高韧耐磨复合钢板中，所述复合层的化学元素质量百分比为：C：1.30～1.80wt.％；Si：0.20～1.50wt.％；Mn：16.00～25.00wt.％；Cr：0.01～3.00wt.％；Mo：0.01～1.00wt.％；Ti：≤0.060％；Al：0.010～0.080wt.％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。本案中所述的高强高韧耐磨复合钢板中的复合层的各化学元素的设计原理如下所述：C：碳是耐磨钢中最基本、最重要的元素，通过固溶强化和析出强化提高钢的强度和硬度，在本专利技术所述的高强高韧耐磨复合钢板中控制复合层中的碳的质量百分比在1.30～1.80％。Si：适当硅是钢中有益脱氧剂，能与钢中钙铝一起形成易于上浮的钙铝硅酸盐夹杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强高韧耐磨复合钢板，其包括基板层和单面或双面复合于基板层上的复合层；其特征在于，所述基板层为碳钢层，所述复合层为超高锰钢层，所述复合层中Mn元素的含量为16.00～25.00wt.％。

【技术特征摘要】
1.一种高强高韧耐磨复合钢板，其包括基板层和单面或双面复合于基板层上的复合层；其特征在于，所述基板层为碳钢层，所述复合层为超高锰钢层，所述复合层中Mn元素的含量为16.00～25.00wt.％。2.如权利要求1所述的高强高韧耐磨复合钢板，其特征在于，所述基板层的化学元素质量百分比为：C：0.10～0.25wt.％；Si：0.10～1.00wt.％；Mn：0.40～2.00wt.％；Cr：0.01～2.00wt.％；Mo：0.01～1.00wt.％；Ni：0.01～2.00wt.％；Nb：0.001～0.080wt.％；B：0.0005～0.0040wt.％；Al：0.010～0.080wt.％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。3.如权利要求1所述的高强高韧耐磨复合钢板，其特征在于，所述基板层的化学元素还包括0＜V≤0.080wt.％和0＜Ti≤0.060wt.％的至少其中之一。4.如权利要求1所述的高强高韧耐磨复合钢板，其特征在于，所述基板层的化学元素还满足：0.20％≤(Cr/5+Mn/6+50B)≤0.55％，0.10％≤(Mo/3+Ni/5+2Nb)≤0.42％和0.02％≤(Al+Ti)≤0.12％的至少其中之一。5.如权利要求1所述的高强高韧耐磨复合钢板，其特征在于，所述基板层的微观组织为马氏体+残余奥氏体。6.如权利要求1所述的高强高韧耐磨复合钢板，其特征在于，所述基板层的抗拉强度≥1200MPa，屈服强度≥1000MPa，延伸率≥14％，布氏硬度≥400HB，-40℃夏比V型纵向冲击功≥60J。7.如权利要求1-6中任意一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红斌，袁向前，焦四海，姚连登，梁晓军，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31