高硬度耐磨复合钢板及其制备方法

摘要

本发明涉及一种耐磨板，具体公开了一种高硬度耐磨复合钢板，该高硬度耐磨复合钢板，包括基板和位于基板表面的合金耐磨层，所述合金耐磨层包括以下重量百分含量的组分：C：5‑12%，Cr：25‑42%，Si：0.15‑1.5%，Mn：0.3‑1.0%，Co：0.5‑1%，V：1.0‑1.5%，Mo：0.8‑1.3%，Y：0.6‑0.8%，W：1.2‑2.0%，Fe：余量。本发明还公开了高硬度耐磨复合钢板的制备方法。本发明的高硬度耐磨复合钢板通过优化合金耐磨层中各组分及其含量，各元素之间相互作用，所制得的复合钢板具有表面光滑平整、耐磨性好、耐磨区表层与底部硬度相近、使用寿命长的特点，并且拥有良好的冶金结合强度、耐冲击、耐高温以及耐腐蚀性能。

权利要求

1.高硬度耐磨复合钢板，包括基板和位于基板表面的合金耐磨层，其特征在于，所述合金耐磨层包括以下重量百分含量的组分：C         12%，Cr        42%，Si        1.5%，Mn        1.0%，Co        1%，V         1.5%，Mo        1.3%，Y         0.8%，W        2.0%，Fe        余量；

其中，基板为不锈钢；合金耐磨层熔覆于所述基板上，合金耐磨层与基板之间为冶金结合；

所述高硬度耐磨复合钢板以下述方法制备，所述方法包括以下步骤：（1）基板除锈；

（2）取合金耐磨层的各组分，球磨，过280目筛，加入混料机中混合均匀，得混合粉末料；

（3）向混合粉末料中加入粘结剂，以80r/min的速度搅拌均匀，得混合料；

（4）将混合料置于50℃温度下烘3h，再于160℃的温度下烘1.5h，得合金粉块；

（5）将合金粉块熔覆于除锈后的基板上；

（6）校平整形，得高硬度耐磨复合钢板；

其中，粘结剂为聚四氟乙烯和水玻璃，二者的质量比为1：4，粘结剂占所述混合粉末料的11wt%；

熔敷的方法为高频感应。

说明书

高硬度耐磨复合钢板及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种耐磨板，具体涉及一种高硬度耐磨复合钢板及其制备方法。

背景技术

[0002] 耐磨材料广泛用于电力、煤炭、工程机械、水泥、冶金和矿山等行业。耐磨材料的种类繁多、用途广泛。目前市场上的耐磨材料主要有：铸石、高分子衬板和合金钢等。随着社会的发展，人们对耐磨材料的要求也越来越高。

[0003] 传统的耐磨材料中的Cr含量较低，因此所制备的耐磨材料中的Cr27C5的含量较少，容易造成耐磨材料中的Cr27C5分布不均匀，耐磨材料的硬度小，耐磨性差。

[0004] 中国专利申请201310756251.8公开了一种高耐磨双金属复合耐磨板，包括低碳钢板或低碳合金钢板，所述低碳钢板或低碳合金钢板上焊接有耐磨合金层，其特征在于：占耐磨合金层总质量的百分比计，所述耐磨合金层中各成分含量如下：C：0.35～0.55%；Si：2～2.4%；Mn：2.7～3.2%；Cr：11～12.5%；Mo：2.5～2.9%；V：0.7～1.8%；W：2.2～3.6%；B：0.7～
1.1%；其余为铁。该发明的优点是：本发明能够保证耐磨板表面的平整光滑，但耐磨合金层的C和Cr的含量都偏低，影响耐磨板的耐磨性能。

[0005] 中国专利申请201510274219.5公开了钒钛合金半自磨机耐磨衬板的化学成分按重量百分比分别为：0.48％≤C≤0.65％、0.10％≤Si≤0.85％、0.10％≤Mn≤0.85％、S＜0.05％、P＜0.05％、0.30％≤Mo≤1.0％、1.0％≤Cr≤5.5％、0.50％≤Ni≤1.0％、0.10％≤V≤0.45％、0.1.％≤Ti≤0.45％、其余为Fe。该申请通过降低衬板的含碳量，合理增加了细化和抗冲击能力的合金元素，使衬板的抗冲击和磨蚀的能力达到最佳平衡点。但衬板的硬度和磨蚀能力偏低。

[0006] 传统的耐磨材料的制备过程中主要通过淬火和低温回火热处理方式得到，但在高温处理的过程中耐磨材料的硬度会有大幅下降，进而降低材料的耐磨性，影响材料的使用寿命。

[0007] 中国专利申请201410301934.9公开了一种中铬耐磨衬板，属于耐磨衬板技术领域，各成分及其重量百分比为：C：0.65-0.8％、Mn：0.6-0.8％、Si：0.6-0.8％、Cr：5.6-6.2％、Mo：0.6-0.7％、B：0.03-0.05％、Cu：≤0.2％、P：≤0.01％、Re：0.02-0.1％；余量为Fe。该申请的耐磨衬板通过淬火和低温回火热处理方式得到，在高温处理的过程中耐磨材料的硬度会有所下降，进而影响材料的耐磨性能。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种表面光滑平整的高硬度耐磨复合钢板及其制备方法。

[0009] 本发明的技术方案为：高硬度耐磨复合钢板，包括基板和位于基板表面的合金耐磨层，所述合金耐磨层包括以下重量百分含量的组分：

[0010] C         5-12%，

[0011] Cr        25-42%，

[0012] Si        0.15-1.5%，

[0013] Mn        0.3-1.0%，

[0014] Co        0.5-1%，

[0015] V         1.0-1.5%，

[0016] Mo        0.8-1.3%，

[0017] Y         0.6-0.8%，

[0018] W        1.2-2.0%，

[0019] Fe        余量。

[0020] 进一步地，所述合金耐磨层中C的重量百分含量为5-7%。

[0021] 进一步地，所述合金耐磨层中Cr的重量百分含量为25-32%。

[0022] 进一步地，所述合金耐磨层中Si的重量百分含量为0.15-0.7%。

[0023] 进一步地，所述合金耐磨层Mn的重量百分含量为0.6-1.0%。

[0024] 进一步地，所述合金耐磨层Co的重量百分含量为0.5-0.65%。

[0025] 进一步地，所述合金耐磨层W 的重量百分含量为1.2-1.5%。

[0026] 更进一步地，所述合金耐磨层包括以下重量百分含量的组分：

[0027] C         6%，

[0028] Cr        26%，

[0029] Si        0.4%，

[0030] Mn        0.8%，

[0031] Co        0.7%，

[0032] V         1.3%，

[0033] Mo        1.2%，

[0034] Y         0.7%，

[0035] W        1.4%，

[0036] Fe        余量。

[0037] 进一步地，所述基板为低碳钢和不锈钢中的一种。

[0038] 进一步地，所述合金耐磨层熔覆于所述基板上，合金耐磨层与基板之间为冶金结合。

[0039] 高硬度耐磨复合钢板的制备方法，包括以下步骤：

[0040] （1）基板除锈；

[0041] （2）取合金耐磨层的各组分，球磨，过200-280目筛，加入混料机中混合均匀，得混合粉末料；

[0042] （3）向混合粉末料中加入粘结剂，以60-80r/min的速度搅拌均匀，得混合料；

[0043] （4）将混合料置于40-50℃温度下烘3-6h，再于160-175℃的温度下烘1-1.5h，得合金粉块；

[0044] （5）将合金粉块熔覆于除锈后的基板上；

[0045] （6）校平整形，得高硬度耐磨复合钢板。

[0046] 进一步地，所述粘结剂占所述混合粉末料的7-11wt%。

[0047] 进一步地，所述粘结剂为聚四氟乙烯和水玻璃，二者的质量比为1：3-4。

[0048] 进一步地，所述熔敷的方法为高频感应、等离子弧或钨极氩弧。

[0049] 本发明合金耐磨层中由于添加了钴、钒和钼等合金元素，并合理控制其含量，因而可以承受高达1000℃的高温磨损。

[0050] 本发明的合金耐磨层中由于含有高百分比的金属铬，其金相组织中Cr27C5碳化物的体积分数达到50%以上，合金耐磨层上下硬度均匀，耐磨性好。同时，由于 含有高百分比的金属铬，复合钢板中还具有一定的防锈和耐腐蚀能力。

[0051] 本发明的基板与合金耐磨层为冶金结合，不必担心合金耐磨层脱落的问题，因此本发明的复合钢板具有良好的耐冲击性。

[0052] 耐磨复合板的表面光滑程度影响复合钢板的耐磨性的均匀性，同时还可影响复合钢板的摩擦阻力，进而影响复合钢板的寿命。本发明的高硬度耐磨复合钢板通过优化合金耐磨层中各组分及其含量，各元素之间相互作用，同时控制制备过程中粘结剂的添加量，选用聚四氟乙烯和水玻璃组成的复合粘结剂并控制其配比，提高合金耐磨层中各组分分散的均匀性。所制得的复合钢板具有表面光滑平整、耐磨性好、耐磨区表层与底部硬度相近、使用寿命长的特点，并且拥有良好的冶金结合强度、耐冲击、耐高温以及耐腐蚀性能。

具体实施方式

[0053] 实施例1

[0054] 高硬度耐磨复合钢板，包括基板和位于基板表面的合金耐磨层，所述合金耐磨层包括以下重量百分含量的组分：

[0055] C         6%，

[0056] Cr        26%，

[0057] Si        0.4%，

[0058] Mn        0.8%，

[0059] Co        0.7%，

[0060] V         1.3%，

[0061] Mo        1.2%，

[0062] Y         0.7%，

[0063] W        1.4%，

[0064] Fe        余量。

[0065] 其中，基板为低碳钢。合金耐磨层熔覆于所述基板上，合金耐磨层与基板之间为冶金结合。

[0066] 高硬度耐磨复合钢板的制备方法，包括以下步骤：

[0067] （1）基板除锈；

[0068] （2）取合金耐磨层的各组分，球磨，过250目筛，加入混料机中混合均匀，得混合粉末料；

[0069] （3）向混合粉末料中加入粘结剂，以75r/min的速度搅拌均匀，得混合料；

[0070] （4）将混合料置于45℃温度下烘4h，再于165℃的温度下烘1.2h，得合金粉块；

[0071] （5）将合金粉块熔覆于除锈后的基板上；

[0072] （6）校平整形，得高硬度耐磨复合钢板。

[0073] 其中，粘结剂为聚四氟乙烯和水玻璃，二者的质量比为1：4，粘结剂占所述混合粉末料的9wt%。

[0074] 熔敷的方法为高频感应。

[0075] 实施例2

[0076] 高硬度耐磨复合钢板，包括基板和位于基板表面的合金耐磨层，所述合金耐磨层包括以下重量百分含量的组分：

[0077] C         7%，

[0078] Cr        32%，

[0079] Si        0.7%，

[0080] Mn        0.6%，

[0081] Co        0.65%，

[0082] V         1.2%，

[0083] Mo        1.0%，

[0084] Y         0.7%，

[0085] W        1.5%，

[0086] Fe        余量。

[0087] 其中，基板为不锈钢。合金耐磨层熔覆于所述基板上，合金耐磨层与基板之间为冶金结合。

[0088] 高硬度耐磨复合钢板的制备方法，包括以下步骤：

[0089] （1）基板除锈；

[0090] （2）取合金耐磨层的各组分，球磨，过270目筛，加入混料机中混合均匀，得混合粉末料；

[0091] （3）向混合粉末料中加入粘结剂，以70r/min的速度搅拌均匀，得混合料；

[0092] （4）将混合料置于40℃温度下烘5h，再于170℃的温度下烘1.1h，得合金粉块；

[0093] （5）将合金粉块熔覆于除锈后的基板上；

[0094] （6）校平整形，得高硬度耐磨复合钢板。

[0095] 其中，粘结剂为聚四氟乙烯和水玻璃，二者的质量比为1：3，粘结剂占所述混合粉末料的8wt%。

[0096] 熔敷的方法为等离子弧。

[0097] 实施例3

[0098] 高硬度耐磨复合钢板，包括基板和位于基板表面的合金耐磨层，所述合金耐磨层包括以下重量百分含量的组分：

[0099] C         5%，

[0100] Cr        25%，

[0101] Si        0.15%，

[0102] Mn        0.3%，

[0103] Co        0.5%，

[0104] V         1.0%，

[0105] Mo        0.8%，

[0106] Y         0.6%，

[0107] W        1.2%，

[0108] Fe        余量。

[0109] 其中，基板为低碳钢。合金耐磨层熔覆于所述基板上，合金耐磨层与基板之间为冶金结合。

[0110] 高硬度耐磨复合钢板的制备方法，包括以下步骤：

[0111] （1）基板除锈；

[0112] （2）取合金耐磨层的各组分，球磨，过200目筛，加入混料机中混合均匀，得混合粉末料；

[0113] （3）向混合粉末料中加入粘结剂，以60r/min的速度搅拌均匀，得混合料；

[0114] （4）将混合料置于40℃温度下烘6h，再于175℃的温度下烘1h，得合金粉块；

[0115] （5）将合金粉块熔覆于除锈后的基板上；

[0116] （6）校平整形，得高硬度耐磨复合钢板。

[0117] 其中，粘结剂为聚四氟乙烯和水玻璃，二者的质量比为1：3，粘结剂占所述混合粉末料的7wt%。

[0118] 熔敷的方法为钨极氩弧。

[0119] 实施例4

[0120] 高硬度耐磨复合钢板，包括基板和位于基板表面的合金耐磨层，所述合金耐磨层包括以下重量百分含量的组分：

[0121] C         12%，

[0122] Cr        42%，

[0123] Si        1.5%，

[0124] Mn        1.0%，

[0125] Co        1%，

[0126] V         1.5%，

[0127] Mo        1.3%，

[0128] Y        0.8%，

[0129] W        2.0%，

[0130] Fe        余量。

[0131] 其中，基板为不锈钢。合金耐磨层熔覆于所述基板上，合金耐磨层与基板之间为冶金结合。

[0132] 高硬度耐磨复合钢板的制备方法，包括以下步骤：

[0133] （1）基板除锈；

[0134] （2）取合金耐磨层的各组分，球磨，过280目筛，加入混料机中混合均匀，得混合粉末料；

[0135] （3）向混合粉末料中加入粘结剂，以80r/min的速度搅拌均匀，得混合料；

[0136] （4）将混合料置于50℃温度下烘3h，再于160℃的温度下烘1.5h，得合金粉块；

[0137] （5）将合金粉块熔覆于除锈后的基板上；

[0138] （6）校平整形，得高硬度耐磨复合钢板。

[0139] 其中，粘结剂为聚四氟乙烯和水玻璃，二者的质量比为1：4，粘结剂占所述混合粉末料的11wt%。

[0140] 熔敷的方法为高频感应。

[0141] 实施例5

[0142] 高硬度耐磨复合钢板，包括基板和位于基板表面的合金耐磨层，所述合金耐磨层包括以下重量百分含量的组分：

[0143] C        6%，

[0144] Cr       20%，

[0145] Si       0.4%，

[0146] Mn       0.8%，

[0147] Co       0.7%，

[0148] V        1.3%，

[0149] Mo       1.2%，

[0150] Y        0.7%，

[0151] W        1.4%，

[0152] Fe       余量。

[0153] 其中，基板为低碳钢。合金耐磨层熔覆于所述基板上，合金耐磨层与基板之间为冶金结合。

[0154] 高硬度耐磨复合钢板的制备方法，包括以下步骤：

[0155] （1）基板除锈；

[0156] （2）取合金耐磨层的各组分，球磨，过250目筛，加入混料机中混合均匀，得混合粉末料；

[0157] （3）向混合粉末料中加入粘结剂，以75r/min的速度搅拌均匀，得混合料；

[0158] （4）将混合料置于45℃温度下烘4h，再于165℃的温度下烘1.2h，得合金粉块；

[0159] （5）将合金粉块熔覆于除锈后的基板上；

[0160] （6）校平整形，得高硬度耐磨复合钢板。

[0161] 其中，粘结剂为聚四氟乙烯和水玻璃，二者的质量比为1：4，粘结剂占所述混合粉末料的9wt%。

[0162] 熔敷的方法为高频感应。

[0163] 实施例6

[0164] 高硬度耐磨复合钢板，包括基板和位于基板表面的合金耐磨层，所述合金耐磨层包括以下重量百分含量的组分：

[0165] C         6%，

[0166] Cr        26%，

[0167] Si        0.4%，

[0168] Mn        0.8%，

[0169] Co        1.3%，

[0170] V         0.8%，

[0171] Mo        0.5 %，

[0172] Y         0.7%，

[0173] W        1.4%，

[0174] Fe        余量。

[0175] 其中，基板为低碳钢。合金耐磨层熔覆于所述基板上，合金耐磨层与基板之间为冶金结合。

[0176] 高硬度耐磨复合钢板的制备方法，包括以下步骤：

[0177] （1）基板除锈；

[0178] （2）取合金耐磨层的各组分，球磨，过250目筛，加入混料机中混合均匀，得混合粉末料；

[0179] （3）向混合粉末料中加入粘结剂，以75r/min的速度搅拌均匀，得混合料；

[0180] （4）将混合料置于45℃温度下烘4h，再于165℃的温度下烘1.2h，得合金粉块；

[0181] （5）将合金粉块熔覆于除锈后的基板上；

[0182] （6）校平整形，得高硬度耐磨复合钢板。

[0183] 其中，粘结剂为聚四氟乙烯和水玻璃，二者的质量比为1：4，粘结剂占所述混合粉末料的9wt%。

[0184] 熔敷的方法为高频感应。

[0185] 对实施例1-6所制备的复合刚板进行性能测试，测试结果列于表1中。

[0186] 表1

[0187]

[0188] 由表1中的数据可以看出，本发明所制备的复合钢板具有优异的力学性能，具有较高的硬度、强度和良好的韧性。本发明的复合钢板在具有优异的耐磨性的前提下，具有更好的冲击韧性。实施例5中当合金耐磨层铬含量下降为20wt%时，复合钢板的硬度明显降低，说明本发明所制备的复合钢板的性能受合金耐磨层铬含量的影响较大。实施例6中当合金耐磨层钴、钒和钼的含量发生改变时，复合钢板的硬度和抗拉强度都有比较明显的降低，说明合金耐磨层钴、钒和钼的含量对复合钢板的耐磨性有着较为重要的影响。

[0189] 以上对本发明实施例所提供的高硬度耐磨复合钢板及其制备方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。