CN102873091B - 耐磨钢与碳素结构钢复合板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐磨钢与碳素结构钢复合板的制备方法，包括如下步骤：按耐磨钢板尺寸在碳素结构钢板上部加工出凹槽并清理凹槽和耐磨钢板表面；将耐磨钢板置于凹槽内，夹紧放入真空室，并将凹槽周边与耐磨钢板贴合处封焊形成复合板坯，再在碳素结构钢板底面上喷涂高温防粘连涂料；将两组复合板坯中喷涂高温防粘连涂料的碳素结构钢板底面相对贴合叠放，夹紧放入真空室，并将两组复合板坯的贴合面周边封焊形成一个组合坯；将组合坯放至加热炉中加热后进行轧制；将轧制后的组合坯运输至辊式淬火机上进行淬火处理后切边，即得两块耐磨钢与碳素结构钢复合板。本发明方法能降低焊接缺陷几率，提高复合板界面强度及不改变基板层性能，生产效率较高。
Description
技术领域
本发明属于金属复合板的制备技术领域，具体涉及一种耐磨钢与碳素结构钢复合板的制备方法。
背景技术
耐磨钢板广泛应用于工作条件恶劣，要求高强度、高耐磨性能的工程、采矿、建筑、农业、水泥生产、港口、电力及冶金等机械产品上。耐磨钢在使用性能上一般只具有较高的硬度和耐磨性能，其塑韧性及焊接性能相对较差，这在一定程度上制约了耐磨钢在机械行业中的应用。为拓宽耐磨钢板的应用范围，提高其使用性能，常需将耐磨钢板与其他钢板复合以制备金属复合板。
传统的制备金属复合板的方法主要有锻打方法、爆炸复合法、浇铸复合法、钎焊复合法及轧制复合法。锻打方法是将两种不同的钢铁材料加热到一定的温度，然后用压力锤进行锻打。这种方法因为不同的钢铁材料要求加热的温度不一样，锻打操作过程不能有效掌握，且复合板间存在较多夹气和夹灰等界面缺陷，加工和使用性能较差，目前已经被淘汰。爆炸复合法可以将两种熔点相差很大的金属进行复合，而且复合是在瞬间完成的，可以避免界面产生金属间化合物，但是该方法生产的复合板尺寸较小且板形较差，而且不适用于薄板的复合，同时炸药爆炸时产生冲击力不容易得到控制，金属复合界面夹灰和气孔等缺陷较多，产品质量不稳定，该方法还存在能耗大、污染环境、成材率低和安全保障等缺点。浇铸复合法采用液固复合，将所需的钢材置于钢模中，将熔融的基体钢水注入钢模内与所需钢材复合。但因为复合金属与基体钢材的熔点不同，金属在高温下熔融复合时，复合界面处会发生熔损；同时在高温过程中，所需钢材的中的碳原子会发生扩散，造成材料的组合尺寸和钢比的精确度不高，均一性差等问题，难以生产出优质的复合钢板。钎焊复合法是将一种钎料置于复合材与基材之间，然后通过加热并施加一定的压力将复合材与基材结合在一起的方法。该方法操作简单，但是在钎料的选择上有一定的难度，同时该法生产的复合板复合强度一般都不高。轧制复合法分为冷轧复合法及热轧复合法。冷轧复合法是在再结晶温度以下对复合板进行大压缩比轧制，然后通过轧后退火使复合界面两侧元素进行扩散，以达到双金属的有效复合，但此方法对轧机要求非常高，一般在硬度较软金属复合上应用较广。热轧复合法是在加热到再结晶温度以上进行轧制，压缩比与冷轧复合要小，轧制效率较高，是目前运用最广泛的复合方法。但由于热轧复合法是在高温下轧制，复合界面很容易被氧化，而界面氧化将极大地降低界面结合强度。并且对板坯表面质量有较高要求的耐磨钢，在加热过程中，表面氧化脱碳及合金元素的烧损都会降低耐磨钢的表面性能。
公开号为CN1425533A的专利申请“机械设备导轨的制造工艺”公开了一种机械设备导轨的制作工艺，其中涉及一种耐磨钢与低碳钢的轧制复合方法，具体方法是将双金属板处理干净后，采用无氧保护电焊将一低碳钢角钢焊于低碳钢外，后加热轧制成复合材。此专利虽然在一定程度上防止了界面氧化，但采用该方法只能保护复合板坯的两个侧面，剩余两个侧面仍暴露于大气中，因此其保护效果有限；而且，此方法制作的复合板后期采用的是整体热处理，基材侧的性能在淬火过程中因受到热水冲击而受到较大影响；并且由于需要焊接一个低碳钢角钢，从而大大限制了所能制备的复合板的尺寸。公开号为CN102069289A的专利申请“一种不锈钢—碳钢复合板的制作方法”公开了一种不锈钢—碳钢复合板的制备方法，该方法将不锈钢板和碳钢板表面锈层和氧化层去除干净后，叠放在一起，夹紧并采用真空电子束焊接和热轧的方法，得到了不锈钢—碳钢复合板。该发明涉及的是不锈钢与碳钢板之间的复合，并未涉及耐磨钢与碳素结构钢之间的复合，不锈钢—碳钢复合板在后期不需要进行热处理，一定程度上降低了生产的难度。
专利“轧机机架衬板及其制造方法”，申请公布号CN1618541A，公开了一种用于各种轧机机架的耐磨复合衬板的制作工艺，该发明采用的是爆炸焊接的方式实现双金属的复合，爆炸焊接的复合方式能耗大、污染环境、且不适于大面积、薄板件的复合。该发明后期将两块复合板基板面靠在一起，以螺栓连接再进行热处理，虽然可以保证不影响基材的性能，但是这种方法后期要对复合板进行机加工，再用螺栓连接，增加了一道工序，操作相对复杂，效率低。该专利在板坯淬火前采用在复合板表面涂覆耐高温涂料来防止复合板在加热过程中的氧化脱碳，该操作需要对复合板逐件进行处理，操作复杂，劳动强度大。
发明内容
本发明的目的是要提供一种耐磨钢与碳素结构钢复合板的制备方法，该方法制备的复合板不仅复合界面强度高，而且经过淬火加回火的调质处理后，碳素结构钢侧的性能也未改变，因此较好的保留了各金属组分板原有的优异性能。
为实现上述目的，本发明的方法包括以下步骤：
（1）加工板坯：按耐磨钢板尺寸在碳素结构钢板上部加工出凹槽；
（2）清理表面：将碳素结构钢板上部的凹槽表面和耐磨钢板通过喷砂处理去除表面锈蚀及氧化层，清洗并吹干；
（3）制作复合板坯：将清理好的耐磨钢板置于碳素结构钢板上部的凹槽内，用夹具夹紧并放入真空室，抽真空至气压≤1.0×10-2MPa；然后将碳素结构钢板凹槽周边与耐磨钢板贴合处用电子束进行封焊；再在碳素结构钢板底面上喷涂高温防粘连涂料；
（4）叠合制作组合坯：将两组步骤（3）制备的复合板坯中喷涂高温防粘连涂料的碳素结构钢板底面相对贴合叠放，并用夹具将两组复合板坯夹紧，放入真空室，抽真空至气压≤1.0×10-2MPa，然后将两组复合板坯的贴合面周边用电子束封焊形成一个组合坯；
（5）加热：将组合坯放至加热炉中进行加热，加热炉空气燃料体积比为1.0～1.3，加热温度为1200～1250℃，保温时间为0.8～1.2min×d1/mm，其中d1为加热前组合坯的总厚度，单位为mm；
（6）轧制：对加热好的组合坯进行轧制，开轧温度1000～1150℃，轧制速度为0.5～3m/s，总压下率≥50%，首道次压下率≥30%，终轧温度为900～980℃；
（7）热处理：将轧制后的组合坯运输至辊式淬火机组上进行淬火，淬火温度为920～980℃，高压段水压力为0.8～1.0MPa，低压段水压力为0.2～0.4MPa，高压段和低压段的上下水量比均为0.6～0.9；高压段冷却至480～520℃，低压段冷却至120～200℃后，将组合坯置于氮气保护气氛的加热炉中加热至450～550℃并保温进行回火处理，回火处理后空冷；
（8）切边：将热处理后的组合坯切边，并从喷涂有高温防粘连涂料处分开，即得两块耐磨钢与碳素结构钢复合板。
进一步地，所述步骤（7）中，运输轧制后的组合坯的运输辊上设有保温罩和温度补偿感应加热装置，保证进入辊式淬火机组的组合坯温度在920～980℃。
进一步地，所述步骤（7）中，高压段冷却速度为V，当轧制后的耐磨钢板厚度＜20mm时，所述V为：11≤V≤35℃/s，当轧制后的耐磨钢板厚度≥20mm，所述V为：35＜V≤100℃/s。
进一步地，所述步骤（7）中，回火保温时间为t，当轧制后的组合坯总厚度＜20mm时，t为20min；当轧制后的组合坯总厚度≥20mm，t为1.0～1.5min×d2/mm，其中d2为轧制后的组合坯的总厚度，单位为mm。
进一步地，所述步骤（1）中，碳素结构钢板上部凹槽边部距离碳素结构钢板同侧边部距离为1～50mm。
进一步地，所述步骤（2）中，喷砂用的铁砂粒度≤1mm。
本发明具有以下优点：
（1）在制作复合板坯时，由于将清理好的耐磨钢板置于碳素结构钢板上部的凹槽内进行正面封焊，不仅相对于直接叠放出现焊接缺陷的几率大幅降低；同时也可避免直接叠放侧边易出现微小错边情况的发生，进一步降低焊接缺陷，从而减少界面发生氧化的几率，提高复合板界面强度，采用本发明方法制备的耐磨钢与碳素结构钢复合板的复合界面剪切强度大于400MPa。
（2）由于采用叠合制作组合坯，将基板层即碳素结构钢层置于内侧，在进行热处理时，不仅可以改善耐磨钢层的表面性能，增加表面硬度，达到好的耐磨性能，且热处理工序不改变基板层性能，并可以一次轧制出两块复合板，提高生产效率。采用本发明方法制备的耐磨钢与碳素结构钢复合板的耐磨钢侧表面硬度≥350HV，碳素结构钢侧表面硬度≤220HV。
附图说明
图1为本发明的叠合制作组合坯的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明耐磨钢与碳素结构钢复合板的制备方法包括以下步骤：
（1）加工板坯：按耐磨钢板1的尺寸在碳素结构钢板2的上部加工出凹槽；
（2）清理表面：将碳素结构钢板2上部的凹槽表面和耐磨钢板1通过喷砂处理去除表面锈蚀及氧化层，清洗并吹干；
（3）制作复合板坯：将清理好的耐磨钢板1置于碳素结构钢板2上部的凹槽内，用夹具夹紧并放入真空室，抽真空至气压≤1.0×10-2MPa；然后将碳素结构钢板2的凹槽周边与耐磨钢板1的贴合处用电子束进行封焊形成封焊层4；再在碳素结构钢板底面上喷涂高温防粘连涂料3；
（4）叠合制作组合坯：将两组步骤（3）制备的复合板坯中喷涂高温防粘连涂料的碳素结构钢板底面相对贴合叠放，并用夹具将两组复合板坯夹紧，放入真空室，抽真空至气压≤1.0×10-2MPa，然后将两组复合板坯的贴合面周边用电子束封焊形成封坯层5；
（5）加热：将组合坯放至加热炉中进行加热，加热炉空气燃料体积比为1.0～1.3，加热温度为1200～1250℃，保温时间为0.8～1.2min×d1/mm，其中d1为加热前组合坯的总厚度，单位为mm；
（6）轧制：对加热好的组合坯进行轧制，开轧温度1000～1150℃，轧制速度0.5～3m/s，总压下率≥50%，首道次压下率≥30%，终轧温度900～980℃；
（7）热处理：将轧制后的组合坯运输至辊式淬火机组上进行淬火，运输辊道上可设有保温罩和温度补偿感应加热装置，这样可以减少温降和通过温度补偿，以保证进入辊式淬火机组的组合坯在适宜的淬火温度。淬火温度为920～980℃，高压段水压力为0.8～1.0MPa，低压段水压力为0.2～0.4MPa，高压段和低压段上下水量比均为0.6～0.9；高压段冷却至480～520℃，低压段冷却至120～200℃后，将组合坯置于氮气保护气氛的加热炉中加热至450～550℃并保温进行回火处理，回火处理后空冷；
（8）切边：将热处理后的组合坯切边，并从喷涂有高温防粘连涂料3处分开，即得两块耐磨钢与碳素结构钢复合板。
实施例1
本实施例中，耐磨钢板1的型号为NM360，尺寸（厚度×宽度×长度）为10mm×1000mm×3000mm，数量为2件，碳素结构钢板2的型号为Q345，尺寸（厚度×宽度×长度）为50mm×1100mm×3100mm，数量为2件，先在碳素结构钢板2的上部加工出（厚度×宽度×长度）为10mm×1000mm×3000mm的凹槽，凹槽边部距离碳素结构钢板2的同侧边部为50mm。采用喷砂处理方式，将耐磨钢板1和碳素结构钢2的锈蚀及氧化层去除，喷砂用的铁砂粒度≤1mm；然后对两种钢板进行清洗并吹干。
将一块耐磨钢板1置于一块碳素结构钢2的凹槽内，并用夹具夹紧，放入真空室内，抽真空，气压达到1.0×10-2MPa时停止抽真空，采用电子束将碳素结构钢2的凹槽周边与耐磨钢1的贴合处进行封焊，得到一组复合板坯；将另一组耐磨钢板1和碳素结构钢2作同样的处理，得到另一组复合板坯；将两组复合板坯的碳素结构钢的底面用高温防粘连涂料3进行喷涂，涂料厚度为1.5mm，将两组复合板坯中喷涂高温防粘连涂料3的碳素结构钢板2的底面相对贴合叠放，用夹具夹紧，放入真空室内，抽真空，气压达到1.0×10-2MPa时停止抽真空，然后对两组复合板坯的贴合面周边用电子束封焊进行封坯，形成一个完整的组合坯。
将焊接好的组合坯放置至加热炉中进行加热，加热炉空气燃料体积比控制在1.0～1.3，以使加热炉中为微氧化气氛或接近还原气氛，减少组合坯表面氧化，加热温度为1200℃，保温时间为1.5h。
将加热好的组合坯进行轧制，开轧温度为1140℃，轧制速度为1.2m/s，总压下率为60%，首道次压下率为30%，终轧温度为980℃。轧制后组合坯的总尺寸为40mm×1200mm×6800mm。
将轧制后的组合坯通过辊道运送到辊式淬火机组，进入辊式淬火机组的组合坯的温度为950℃，辊式淬火机组高压段水压力为0.8MPa，低压段水压力为0.4MPa，高压段和低压段上下水量比均为0.8。高压段冷却速度控制在20℃/s，冷却到520℃，低压段冷却后控制温度在180℃。将淬火后组合坯放置到氮气保护的加热炉中进行加热，加热温度为500℃，保温时间为40min，出炉后空冷至室温。
将热处理后的组合坯切边，再将组合坯从中间分离，即得两块尺寸为20mm×1080mm×6800mm的耐磨钢—碳素结构钢复合板，其中耐磨钢层的厚度为4mm，碳素结构钢层的厚度为16mm，复合板耐磨钢表面硬度达到365HV，碳素结构钢侧表面硬度为170HV，复合界面剪切强度达到440MPa。
实施例2
本实施例中，耐磨钢板1的型号为NM360，尺寸（厚度×宽度×长度）为25mm×1000mm×2500mm，数量为2件，碳素结构钢板2的型号为Q235，尺寸（厚度×宽度×长度）为50mm×1080mm×2580mm，数量为2件，先在碳素结构钢板2的上部加工出（厚度×宽度×长度）为25mm×1000mm×2500mm的凹槽，凹槽边部距离碳素结构钢板2的同侧边部为40mm。采用喷砂处理方式，将耐磨钢板1和碳素结构钢2的锈蚀及氧化层去除，喷砂用的铁砂粒度≤1mm；然后对两种钢板进行清洗并吹干。
将一块耐磨钢板1置于一块碳素结构钢2的凹槽内，并用夹具夹紧，放入真空室内，抽真空，气压达到0.6×10-2MPa时停止抽真空，采用电子束将碳素结构钢2的凹槽周边与耐磨钢1的贴合处进行封焊，得到一组复合板坯；将另一组耐磨钢板1和碳素结构钢2作同样的处理，得到另一组复合板坯；将两组复合板坯的碳素结构钢的底面用高温防粘连涂料3进行喷涂，涂料厚度为1.2mm，将两组复合板坯中喷涂高温防粘连涂料3的碳素结构钢板2的底面相对贴合叠放，用夹具夹紧，放入真空室内，抽真空，气压达到0.8×10-2MPa时停止抽真空，然后对两组复合板坯的贴合面周边用电子束封焊进行封坯，形成一个完整的组合坯。
将焊接好的组合坯放置至加热炉中进行加热，加热炉空气燃料体积比控制在1.0～1.3，以使加热炉中为微氧化气氛或接近还原气氛，减少组合坯表面氧化，加热温度为1220℃，保温时间为1.35h。
将加热好的组合坯进行轧制，开轧温度为1120℃，轧制速度为1.5m/s，总压下率为60%，首道次压下率为38%，终轧温度为950℃。轧制后组合坯的总尺寸为40mm×1100mm×6100mm。
将轧制后的组合坯通过辊道运送到辊式淬火机组，进入辊式淬火机组的组合坯的温度为960℃，辊式淬火机组高压段水压力为1.0MPa，低压段水压力为0.4MPa，上下水量比为0.9。高压段冷却速度控制在32℃/s，冷却到500℃，低压段冷却后控制温度在180℃。将淬火后组合坯放置到氮气保护的加热炉中进行加热，加热温度为480℃，保温时间为45min，出炉后空冷至室温。
将热处理后的组合坯四周切边，再将组合坯从中间分离，即得两块尺寸为20mm×1020mm×5800mm的耐磨钢—碳素结构钢复合板，其中耐磨钢层的厚度为10mm，碳钢层厚度10mm，复合板耐磨钢表面硬度达到368HV，碳素结构钢侧表面硬度为145HV，复合界面剪切强度达到420MPa。
实施例3
本实施例中，耐磨钢板1的型号为NM400，尺寸（厚度×宽度×长度）为10mm×1000mm×2500mm，数量为2件，碳素结构钢板2的型号为Q235，尺寸为50mm×1080mm×2580mm，数量为2件。先在碳素结构钢板2的上部加工出（厚度×宽度×长度）为10mm×1000mm×2500mm的凹槽，凹槽边部距离碳素结构钢板2的同侧边部为40mm。采用喷砂处理方式，将耐磨钢板1和碳素结构钢2的锈蚀及氧化层去除，喷砂用的铁砂粒度≤1mm；然后对两种钢板进行清洗并吹干。
将一块耐磨钢板1置于一块碳素结构钢2的凹槽内，并用夹具夹紧，放入真空室内，抽真空，气压达到0.8×10-2MPa时停止抽真空，采用电子束将碳素结构钢2的凹槽周边与耐磨钢1的贴合处进行封焊，得到一组复合板坯；将另一组耐磨钢板1和碳素结构钢2作同样的处理，得到另一组复合板坯；将两组复合板坯的碳素结构钢的底面用高温防粘连涂料3进行喷涂，涂料厚度为1.2mm，将两组复合板坯中喷涂高温防粘连涂料3的碳素结构钢板2的底面相对贴合叠放，用夹具夹紧，放入真空室内，抽真空，气压达到0.8×10-2MPa时停止抽真空，然后对两组复合板坯的贴合面周边用电子束封焊进行封坯，形成一个完整的组合坯。
将焊接好的组合坯放置至加热炉中进行加热，加热炉空气燃料体积比控制在1.0～1.3，以使加热炉中为微氧化气氛或接近还原气氛，减少组合坯表面氧化，加热温度为1250℃，保温时间为1.5h。
将加热好的组合坯进行轧制，开轧温度为1000℃，轧制速度为1.0m/s，总压下率为60%，首道次压下率为35%，终轧温度为980℃。轧制后组合坯的总尺寸为40mm×1100mm×6100mm。
将轧制后的组合坯通过辊道运送到辊式淬火机组，进入辊式淬火机组的组合坯的温度为950℃，辊式淬火机组高压段水压力为1.0MPa，低压段水压力为0.4MPa，高压段和低压段上下水量比均为0.8。高压段冷却速度控制在25℃/s，冷却到480℃，低压段冷却后控制温度在150℃。将淬火后组合坯放置到氮气保护的加热炉中进行加热，加热温度为480℃，保温时间为55min，出炉后空冷至室温。
将热处理后的组合坯四周切边，再将组合坯从中间分离，即得两块尺寸为20mm×1050mm×5800mm的耐磨钢—碳素结构钢复合板，其中耐磨钢层的厚度为4mm，碳钢层厚度16mm，复合板耐磨钢表面硬度达到412HV，碳素结构钢侧表面硬度为180HV，复合界面剪切强度达到480MPa。
实施例4
本实施例中，耐磨钢板1的型号为NM400，尺寸（厚度×宽度×长度）为10mm×1000mm×2500mm，数量为2件，碳素结构钢板2的型号为Q235，尺寸为20mm×1080mm×2580mm，数量为2件。先在碳素结构钢板2的上部加工出（厚度×宽度×长度）为10mm×1000mm×2500mm的凹槽，凹槽边部距离碳素结构钢板2的同侧边部为40mm。采用喷砂处理方式，将耐磨钢板1和碳素结构钢2的锈蚀及氧化层去除，喷砂用的铁砂粒度≤1mm；然后对两种钢板进行清洗并吹干。
将一块耐磨钢板1置于一块碳素结构钢2的凹槽内，并用夹具夹紧，放入真空室内，抽真空，气压达到0.8×10-2MPa时停止抽真空，采用电子束将碳素结构钢2的凹槽周边与耐磨钢1的贴合处进行封焊，得到一组复合板坯；将另一组耐磨钢板1和碳素结构钢2作同样的处理，得到另一组复合板坯；将两组复合板坯的碳素结构钢的底面用高温防粘连涂料3进行喷涂，涂料厚度为1.0mm，将两组复合板坯中喷涂高温防粘连涂料3的碳素结构钢板2的底面相对贴合叠放，用夹具夹紧，放入真空室内，抽真空，气压达到0.8×10-2MPa时停止抽真空，然后对两组复合板坯的贴合面周边用电子束封焊进行封坯，形成一个完整的组合坯。
将焊接好的组合坯放置至加热炉中进行加热，加热炉空气燃料体积比控制在1.0～1.3，以使加热炉中为微氧化气氛或接近还原气氛，减少组合坯表面氧化，加热温度为1250℃，保温时间为0.7h。
将加热好的组合坯进行轧制，开轧温度为1000℃，轧制速度为1.4m/s，总压下率为60%，首道次压下率为35%，终轧温度为980℃。轧制后组合坯的总尺寸为16mm×1100mm×6330mm。
将轧制后的组合坯通过辊道运送到辊式淬火机组，进入辊式淬火机组的组合坯的温度为950℃，辊式淬火机组高压段水压力为0.8MPa，低压段水压力为0.4MPa，高压段和低压段上下水量比均为0.8。高压段冷却速度控制在20℃/s，冷却到480℃，低压段冷却后控制温度在150℃。将淬火后组合坯放置到氮气保护的加热炉中进行加热，加热温度为480℃，保温时间为20min，出炉后空冷至室温。
将热处理后的组合坯四周切边，再将组合坯从中间分离，即得两块尺寸为8mm×1050mm×6000mm的耐磨钢—碳素结构钢复合板，其中耐磨钢层的厚度为4mm，碳钢层厚度4mm，复合板耐磨钢表面硬度达到420HV，碳素结构钢侧表面硬度为180HV，复合界面剪切强度达到480MPa。
实施例5
本实施例中，耐磨钢板1的型号为NM360，尺寸（厚度×宽度×长度）为40mm×1000mm×3000mm，数量为2件，碳素结构钢板2的型号为Q345，尺寸（厚度×宽度×长度）为60mm×1100mm×3100mm，数量为2件，先在碳素结构钢板2的上部加工出（厚度×宽度×长度）为40mm×1000mm×3000mm的凹槽，凹槽边部距离碳素结构钢板2的同侧边部为50mm。采用喷砂处理方式，将耐磨钢板1和碳素结构钢2的锈蚀及氧化层去除，喷砂用的铁砂粒度≤1mm；然后对两种钢板进行清洗并吹干。
将一块耐磨钢板1置于一块碳素结构钢2的凹槽内，并用夹具夹紧，放入真空室内，抽真空，气压达到1.0×10-2MPa时停止抽真空，采用电子束将碳素结构钢2的凹槽周边与耐磨钢1的贴合处进行封焊，得到一组复合板坯；将另一组耐磨钢板1和碳素结构钢2作同样的处理，得到另一组复合板坯；将两组复合板坯的碳素结构钢的底面用高温防粘连涂料3进行喷涂，涂料厚度为1.5mm，将两组复合板坯中喷涂高温防粘连涂料3的碳素结构钢板2的底面相对贴合叠放，用夹具夹紧，放入真空室内，抽真空，气压达到1.0×10-2MPa时停止抽真空，然后对两组复合板坯的贴合面周边用电子束封焊进行封坯，形成一个完整的组合坯。
将焊接好的组合坯放置至加热炉中进行加热，加热炉空气燃料体积比控制在1.0～1.3，以使加热炉中为微氧化气氛或接近还原气氛，减少组合坯表面氧化，加热温度为1250℃，保温时间为2h。
将加热好的组合坯进行轧制，开轧温度为1140℃，轧制速度为1.0m/s，总压下率为50%，首道次压下率为30%，终轧温度为980℃。轧制后组合坯的总尺寸为60mm×1200mm×5680mm。
将轧制后的组合坯通过辊道运送到辊式淬火机组，进入辊式淬火机组的组合坯的温度为950℃，辊式淬火机组高压段水压力为1.0MPa，低压段水压力为0.4MPa，高压段和低压段上下水量比均为0.8。高压段冷却速度控制在40℃/s，冷却到520℃，低压段冷却后控制温度在180℃。将淬火后组合坯放置到氮气保护的加热炉中进行加热，加热温度为500℃，保温时间为80min，出炉后空冷至室温。
将热处理后的组合坯切边，再将组合坯从中间分离，即得两块尺寸为30mm×1120mm×5200mm的耐磨钢—碳素结构钢复合板，其中耐磨钢层的厚度为20mm，碳素结构钢层的厚度为10mm，复合板耐磨钢表面硬度达到360HV，碳素结构钢侧表面硬度为170HV，复合界面剪切强度达到440MPa。
Claims (9)
1.一种耐磨钢与碳素结构钢复合板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）加工板坯：按耐磨钢板尺寸在碳素结构钢板上部加工出凹槽；
（2）清理表面：将碳素结构钢板上部的凹槽表面和耐磨钢板通过喷砂处理去除表面锈蚀及氧化层，清洗并吹干；
（3）制作复合板坯：将清理好的耐磨钢板置于碳素结构钢板上部的凹槽内，用夹具夹紧并放入真空室，抽真空至气压≤1.0×10-2MPa；然后将碳素结构钢板凹槽周边与耐磨钢板贴合处用电子束进行封焊；再在碳素结构钢板底面上喷涂高温防粘连涂料；
（4）叠合制作组合坯：将两组步骤（3）制备的复合板坯中喷涂高温防粘连涂料的碳素结构钢板底面相对贴合叠放，并用夹具将两组复合板坯夹紧，放入真空室，抽真空至气压≤1.0×10-2MPa，然后将两组复合板坯的贴合面周边用电子束封焊形成一个组合坯；
（5）加热：将组合坯放至加热炉中进行加热，加热炉空气燃料体积比为1.0～1.3，加热温度为1200～1250℃，保温时间为0.8～1.2min×d1/mm，其中d1为加热前组合坯的总厚度，单位为mm；
（6）轧制：对加热好的组合坯进行轧制，开轧温度1000～1150℃，轧制速度为0.5～3m/s，总压下率≥50%，首道次压下率≥30%，终轧温度为900～980℃；
（7）热处理：将轧制后的组合坯运输至辊式淬火机组上进行淬火，淬火温度为920～980℃，高压段水压力为0.8～1.0MPa，低压段水压力为0.2～0.4MPa，高压段和低压段的上下水量比均为0.6～0.9；高压段冷却至480～520℃，低压段冷却至120～200℃后，将组合坯置于氮气保护气氛的加热炉中加热至450～550℃并保温进行回火处理，回火处理后空冷；
（8）切边：将热处理后的组合坯切边，并从喷涂有高温防粘连涂料处分开，即得两块耐磨钢与碳素结构钢复合板。
2.根据权利要求1所述的耐磨钢与碳素结构钢复合板的制备方法，其特征在于：所述步骤（7）中，运输轧制后的组合坯的运输辊上设有保温罩和温度补偿感应加热装置，保证进入辊式淬火机组的组合坯温度在920～980℃。
3.根据权利要求1或2所述的耐磨钢与碳素结构钢复合板的制备方法，其特征在于：所述步骤（7）中，高压段冷却速度为V，当轧制后的耐磨钢板厚度＜20mm时，所述V为：11≤V≤35℃/s，当轧制后的耐磨钢板厚度≥20mm，所述V为：35＜V≤100℃/s。
4.根据权利要求1或2所述的耐磨钢与碳素结构钢复合板的制备方法，其特征在于：所述步骤（7）中，回火保温时间为t，当轧制后的组合坯总厚度＜20mm时，t为20min；当轧制后的组合坯总厚度≥20mm，t为1.0～1.5min×d2/mm，其中d2为轧制后的组合坯的总厚度，单位为mm。
5.根据权利要求3所述的耐磨钢与碳素结构钢复合板的制备方法，其特征在于：所述步骤（7）中，回火保温时间为t，当轧制后的组合坯总厚度＜20mm时，t为20min；当轧制后的组合坯总厚度≥20mm，t为1.0～1.5min×d2/mm，其中d2为轧制后的组合坯的总厚度，单位为mm。
6.根据权利要求1或2所述的耐磨钢与碳素结构钢复合板的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，碳素结构钢板上部凹槽边部距离碳素结构钢板同侧边部距离为1～50mm。
7.根据权利要求3所述的耐磨钢与碳素结构钢复合板的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，碳素结构钢板上部凹槽边部距离碳素结构钢板同侧边部距离为1～50mm。
8.根据权利要求1或2所述的耐磨钢与碳素结构钢复合板的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，喷砂用的铁砂粒度≤1mm。
9.根据权利要求3所述的耐磨钢与碳素结构钢复合板的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，喷砂用的铁砂粒度≤1mm。
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