一种单面耐磨钢板及其感应热处理方法与流程

1.本发明涉及耐磨钢板制造技术，更具体地说，涉及一种单面耐磨钢板及其感应热处理方法。


背景技术：

2.在钢铁冶金工业，耐磨钢板制造技术在近几十年来受到世界制造强国的普遍重视，国内外的一些大型钢铁公司根据各自实际均在大力开发各种高性能低成本的耐磨钢板大规模制造技术，我国工程机械用高强度耐磨钢板按国家标准gb/t24186-2009已形成从nm300到nm600等硬度逐步升高的耐磨钢板系列牌号，其实质大多是在碳含量为0.1～0.25％普碳钢基础上加入1％～3％的cr、ni、mo等合金元素构成低合金高强度钢，经板坯连铸、连轧后直接淬火并回火，或实行控轧控冷工艺(tmcp)进行强化，此种耐磨钢板一般具有硬度高、强度高的特点，同时具有较为良好的焊接、折弯、切割等加工性能和优异的耐磨性能，使用寿命是传统结构钢板的数倍，同时由于采用连续化的大生产流程，节约了能源和资源消耗，钢板成本较低，可为石油/天然气介质输送用大口径uoe焊管的制造提供板坯，也可在如高炉炼铁中的各种料仓料斗、工程机械中的各种自卸车车厢板等存在磨料磨损要求耐磨性的多种场合广泛使用。
3.为了进一步提高钢板耐磨性，如中国专利申请201711059591.x在常规耐磨钢板化学成分中添加更多的cr等合金元素，以提高钢板硬度与强度，但是这种提高合金含量的方法，不仅材料成本提高，而且其连续浇铸、轧制过程难度增大；如中国专利申请201810126521.x在终轧后采用空冷代替在线淬火，以提高钢板中马氏体含量，但是这种更多马氏体的获得是以其高锰钢(mn含量：5.3～6.5％)成分具有高淬透性为前提条件。因此，目前更多的是对热轧钢板进行离线淬火和回火处理，以优化耐磨钢板的综合使用性能，如中国专利申请201810147766.0通过加热炉分段加热和淬火冷却水调节，采用低温淬火工艺解决耐磨钢板淬火后板形问题，传统加热炉淬火，加热效率低，存在钢板表面脱碳、炉气污染、以及设备占地面积大等一些不足之处；如中国专利申请200580003011.4对钢板进行感应加热淬火，但是，现有的这些加热炉或感应炉热处理，一般都是对钢板进行壁厚通厚加热淬火，在调节钢板强度(硬度)时会受到塑性(韧性)、甚至板形等多种因素的制约，调整范围有限，往往难以满足既要求表面耐磨性又要求本体强韧性能的耐磨钢板实际需要。此外，中国专利申请201120506806.x在耐热钢板或不锈钢板钢板上堆焊高铬合金耐磨层、中国专利申请cn201210357384.3用真空电子束密封焊接普通钢材料和耐磨钢材料，这种复合耐磨钢板技术过程复杂、效率低、成本高。
4.因此，积极寻求如何能提高钢板耐磨性，或者，如何能准确提高钢板工作面一侧的耐磨性的同时最好又能提高钢板非工作面本体的塑韧性，而且最好又能实现大规模、连续、高效生产，而且最好又能绿色、节能、环保的低成本热处理技术，对于推动新型耐磨钢板开发、提升耐磨钢板性能、降低耐磨钢板成本、促进耐磨钢板应用无疑有重要价值和作用。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种单面耐磨钢板及其感应热处理方法，解决耐磨钢板强度(硬度)和塑性(韧性)不能良好匹配的问题。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一方面，一种单面耐磨钢板的感应热处理方法，包括以下步骤：
8.s1、将下钢板布置于输送辊道上，将上钢板叠放在所述下钢板的上表面；
9.s2、在所述输送辊道上布置立式夹送辊，使所述上钢板和所述下钢板的两侧边对齐；
10.s3、在所述立式夹送辊后方的所述输送辊道上布置水平夹送辊，使所述上钢板和所述下钢板的接触面贴合；
11.s4、在所述水平夹送辊后方的所述输送辊道上布置感应加热炉，使所述上钢板的上表面和所述下钢板的下表面的温度升温至淬火温度；
12.s5、在所述感应加热炉后方的所述输送辊道上布置冷却器，使所述上钢板的上表面和所述下钢板的下表面的温度冷却至室温。
13.较佳的，所述步骤s1中，所述上钢板和所述下钢板的宽度一致；
14.所述输送辊道的输送速度v为1～10m/min。
15.较佳的，所述步骤s2中，所述立式夹送辊的数量至少1对。
16.较佳的，所述步骤s3中，所述水平夹送辊的数量至少1对。
17.较佳的，所述步骤s4中，所述感应加热炉的数量至少1组；
18.所述感应加热炉的电源功率p为1000～10000kw，频率f为1～50khz。
19.较佳的，所述感应加热炉内的感应线圈平行于所述上钢板、所述下钢板的表面呈螺旋状布置；或
20.垂直于所述上钢板、所述下钢板的表面呈螺旋状布置。
21.较佳的，所述步骤s5中，所述冷却器的数量至少1组。
22.较佳的，所述冷却器内的冷却喷嘴平行于所述上钢板、所述下钢板的表面呈螺旋状布置；或
23.垂直于所述上钢板、所述下钢板的表面呈螺旋状布置。
24.另一方面，一种单面耐磨钢板，采用所述的感应热处理方法制得。
25.较佳的，所述上钢板的上表面和所述下钢板的下表面的1/4～1/2厚度的硬度为40～50hrc；
26.所述上钢板的下表面和所述下钢板的上表面的1/2～3/4厚度的硬度为20～30hrc。
27.本发明所提供的一种单面耐磨钢板及其感应热处理方法，具有以下几点有益效果：
28.1)由于采用中高频电磁感应加热，相比现有加热炉等方式，加热速度快，晶粒组织细化，淬火深度控制精确，淬火质量和性能高，且避免了脱碳、环境污染等问题；
29.2)由于采用两个钢板同时进行感应热处理，相比现有单个钢板热处理的热处理效率提高了100％，相比现有加热炉等热处理线的生产效率提高幅度更大，从而显著降低了耐磨钢板生产成本；
30.3)本发明由于采用多组夹送辊的夹紧及多个钢板重力的压紧作用下，单面表面耐磨钢板热处理变形小，板形质量好。
附图说明
31.图1是本发明感应热处理方法现场布控的示意图；
32.图2是图1的俯视示意图；
33.图3是本发明单面耐磨钢板的示意图；
34.图4是本发明单面耐磨钢板应用实施例的示意图，其中，(a)为钢管，(b)为料斗，(c)为车厢。
具体实施方式
35.为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
36.结合图1至图3所示，本发明所提供的一种单面耐磨钢板的感应热处理方法，包括以下步骤：
37.s1、将下钢板2布置于输送辊道5上，将上钢板1叠放在下钢板2的上表面，上钢板1和下钢板2的宽度一致，厚度可以不一致，其纵向传输动力由带驱动的输送辊道5提供；
38.s2、沿输送辊道5的传输方向，在输送辊道5上布置至少1对立式夹送辊7，上钢板1和下钢板2的两侧边得到对齐，并保持输送辊道5的中心线位置，立式夹送辊7需要一定夹紧力并能在一定范围调节两个立式夹送辊7的辊间距即辊缝，以保证在传输过程中立式夹送辊7与钢板之间保持接触但又不至于卡停钢板纵向运动；
39.s3、沿输送辊道5的传输方向，在立式夹送辊7后方的输送辊道5上布置至少1对水平夹送辊6，使上钢板1和下钢板2的两接触面接触紧密，并防止钢板在热处理前可能已经存在或在热处理后可能出现的各种翘曲变形，进而防止这些不规则变形钢板在输送过程对后续感应加热炉3、冷却器4等的碰撞或损坏，水平夹送辊6需要一定夹紧力并能在一定范围调节上下水平夹送辊6的辊间距即辊缝，以保证在传输过程中上钢板1和下钢板2之间保持接触但又不至于卡停钢板纵向运动；
40.s4、沿输送辊道5的传输方向，在水平夹送辊6后方的输送辊道5上布置至少1组感应加热炉3，使上钢板1的上表面和下钢板2的下表面的温度快速升温至淬火温度；
41.s5、沿输送辊道5的传输方向，在感应加热炉3后方的输送辊道5上布置至少1组冷却器4，使上钢板1的上表面和下钢板2的下表面的温度快速冷却至接近室温温度，完成淬火热处理过程。
42.输送辊道5的输送速度v为1～10m/min。
43.感应加热炉3的电源功率p为1000～10000kw，频率f为1～50khz。
44.本发明感应热处理方法的原理是，感应加热炉3与感应加热电源连接，工作时感应加热炉3内部的由铜管绕制的呈螺线管结构的电磁线圈接通频率为f的交变电流，交变电流在线圈铜管流动时于线圈中心形成较强的交变磁场，钢板进入感应加热炉3后在上钢板1的上表面11和下钢板2的下表面22由于处于交变磁场而在一定深度范围内感应产生大量涡电流，涡电流在钢板表面集肤效应深度d内流动产生欧姆热，从而在集肤深度内快速升高钢板
表面层的温度达到奥氏体化温度tq(一般地，tq＝920～980℃)，钢板表层材料在高温时发生铁素体向奥氏体转变以及部分碳化物固溶反应，并在随后进入的冷却器4内进行喷水/水雾冷却，钢板表面温度以大于50℃/s的冷却速度快速降低到马氏体相变温度以下的较低温度tc(一般地，tc＝160～180℃)，进行奥氏体向马氏体转变，从而在钢板表面集肤深度内获得具有高硬度、高耐磨性的淬火马氏体组织，而其它部分的厚度范围在快速感应加热过程由于受集肤层热传导的影响较小而保持原始的具有高塑性、高韧性的以铁素体为主的热轧态组织，通过钢板断面微观组织分层控制，实现断面硬度按梯度分布，较好解决了传统整体热处理时耐磨钢板的强度(硬度)和塑性(韧性)难以同步提高的问题。
45.感应加热炉3内感应线圈可以按平行于钢板表面整体呈螺旋状布置，也可以按垂直于钢板表面呈螺旋状布置，推荐地，感应线圈采用垂直于钢板表面分上、下两部分分别绕制的平面型结构、独立供电方式，这样做的好处至少包括：线圈与钢板距离可调，电磁热转换效率高，线圈备品备件少等。
46.冷却器4内冷却喷嘴可以按平行于钢板表面整体呈螺旋状布置，也可以按垂直于钢板表面呈螺旋状布置，推荐地，冷却喷嘴采用垂直于钢板表面分上下两部分分别绕制的平面型结构、独立供水方式，这样做的好处至少包括：喷嘴与钢板距离可调，钢板上下面冷却强度比例可调，钢板变形减小等。
47.再结合图3所示，本发明还提供了一种单面耐磨钢板，采用本发明感应热处理方法制得。
48.经淬火处理后，上钢板1的上表面11和下钢板2的下表面22的1/4～1/2厚度的硬度为40～50hrc；
49.上钢板1的下表面12和下钢板2的上表面21的1/2～3/4厚度的硬度为20～30hrc。
50.实施例1
51.热轧态钢板宽度1.8m、厚度15mm，合金牌号nm360。(1)上钢板1、下钢板2叠层布置于输送辊道5上，v＝1m/min；(2)输送辊道5的前端间隔布置2对立式夹送辊7，两个钢板在输送辊道5的输送过程两侧边逐步对齐；(3)通过在感应加热炉3前和立式夹送辊7后布置的1对水平夹送辊6进行上下夹紧；(4)通过1组感应加热炉3进行感应加热，p＝2000kw，f＝10khz，d＝6mm；(5)通过红外测温仪测量钢板表面温度，tq＝920℃；(6)通过1组冷却器4进行气雾冷却，冷却水流量40m3/h，压力0.4mpa，出冷却器后钢板温度tc＝160℃；(7)通过输送辊道5进行自然冷却，钢板温度降至室温，标记淬硬面，下线。淬火处理的上钢板1的上表面11和下钢板2的下表面22的6mm厚度范围内硬度为45hrc，上钢板1的下表面12和下钢板2的上表面21的9mm厚度范围内硬度为25hrc，提高了耐磨钢板的性能。
52.实施例2
53.热轧态钢板宽度1.8m、厚度15mm，合金牌号nm500。(1)上钢板1、下钢板2叠层布置于输送辊道5上，v＝10m/min；(2)输送辊道5的前端间隔布置2对立式夹送辊7，两个钢板在输送辊道5的输送过程两侧边逐步对齐；(3)通过在感应加热炉3前和立式夹送辊7后布置的1对水平夹送辊6进行上下夹紧；(4)通过4组感应加热炉3进行感应加热，p＝8000kw，f＝10khz，d＝6mm；(5)通过红外测温仪测量钢板表面温度，tq＝960℃；(6)通过4组冷却器4进行气雾冷却，冷却水流量50m3/h，压力0.4mpa，出冷却器后钢板温度tc＝160℃；(7)通过输送辊道5进行自然冷却，钢板温度降至室温，标记淬硬面，下线。淬火处理的上钢板1的上表
面11和下钢板2的下表面22的6mm厚度范围内硬度为55hrc，上钢板1的下表面12和下钢板2的上表面21的9mm厚度范围内硬度为30hrc，增大淬火速度，提高了耐磨钢板的效率。
54.实施例3
55.热轧态钢板宽度1.8m、厚度10mm，合金牌号nm500。(1)上钢板1、下钢板2叠层布置于输送辊道5上，v＝5m/min；(2)输送辊道5的前端间隔布置2对立式夹送辊7，两个钢板在输送辊道5的输送过程两侧边逐步对齐；(3)通过在感应加热炉3前和立式夹送辊7后布置的1对水平夹送辊6进行上下夹紧；(4)通过2组感应加热炉3进行感应加热，p＝4000kw，f＝40khz，d＝3mm；(5)通过红外测温仪测量钢板表面温度，tq＝950℃；(6)通过2组冷却器4进行气雾冷却，冷却水流量40m3/h，压力0.4mpa，出冷却器后钢板温度tc＝160℃；(7)通过输送辊道5进行自然冷却，钢板温度降至室温，标记淬硬面，下线。淬火处理的上钢板1的上表面11和下钢板2的下表面22的3mm厚度范围内硬度为55hrc，上钢板1的下表面12和下钢板2的上表面21的7mm厚度范围内硬度为30hrc，减小了淬硬层厚度，提高了耐磨钢板的综合性能。
56.实施例4
57.淬火态钢板宽度1.8m、厚度10mm，合金牌号nm360，原始淬火深度为3mm。(1)上钢板1淬硬面向上、下钢板2淬硬面向下叠层布置于输送辊道5上，v＝1m/min；(2)输送辊道5的前端间隔布置2对立式夹送辊7，两个钢板在输送辊道5的输送过程两侧边逐步对齐；(3)通过在感应加热炉3前和立式夹送辊7后布置的1对水平夹送辊6进行上下夹紧；(4)通过1组感应加热炉3进行感应加热，p＝1000kw，f＝1khz；(5)通过红外测温仪测量钢板表面温度，tq＝200℃；(6)通过1组冷却器4进行自然冷却；(7)通过输送辊道5进行自然冷却，钢板温度降至室温，下线。回火处理的上钢板1的上表面11和下钢板2的下表面22的3mm厚度范围内硬度为44hrc，上钢板1的下表面12和下钢板2的上表面21的7mm厚度范围内硬度为25hrc，降低了钢板内部淬火应力，改善了耐磨钢板板形质量与性能。
58.实施例5
59.结合图4所示，淬火并回火热处理后的耐磨钢板用于介质输送用焊管、料斗或自卸车车厢制造，钢板淬火硬化的耐磨面(a面)可有效抵抗内部输送介质(油气、矿石、渣土)产生的摩擦磨损。
60.综上所述，本发明目的是使钢板单面一定深度范围内的硬度提高，增加钢板耐磨性，同时综合改善耐磨钢板热处理质量与性能，以延长耐磨钢板使用寿命，而且热处理效率提高，绿色、节能、环保。提高钢板表面一定深度内的硬度，有效增加钢板表面耐磨性和本体塑韧性，综合改善耐磨钢板质量和性能，热处理板形良好，热处理效率提高，耐磨钢板使用寿命长、成本低，而且绿色、节能、环保，在耐磨焊管、料仓料斗、车厢面板等制造方面有广阔应用前景。
61.本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

技术特征：
1.一种单面耐磨钢板的感应热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、将下钢板布置于输送辊道上，将上钢板叠放在所述下钢板的上表面；s2、在所述输送辊道上布置立式夹送辊，使所述上钢板和所述下钢板的两侧边对齐；s3、在所述立式夹送辊后方的所述输送辊道上布置水平夹送辊，使所述上钢板和所述下钢板的接触面贴合；s4、在所述水平夹送辊后方的所述输送辊道上布置感应加热炉，使所述上钢板的上表面和所述下钢板的下表面的温度升温至淬火温度；s5、在所述感应加热炉后方的所述输送辊道上布置冷却器，使所述上钢板的上表面和所述下钢板的下表面的温度冷却至室温。2.根据权利要求1所述的单面耐磨钢板的感应热处理方法，其特征在于：所述步骤s1中，所述上钢板和所述下钢板的宽度一致；所述输送辊道的输送速度v为1～10m/min。3.根据权利要求1所述的单面耐磨钢板的感应热处理方法，其特征在于：所述步骤s2中，所述立式夹送辊的数量至少1对。4.根据权利要求1所述的单面耐磨钢板的感应热处理方法，其特征在于：所述步骤s3中，所述水平夹送辊的数量至少1对。5.根据权利要求1所述的单面耐磨钢板的感应热处理方法，其特征在于：所述步骤s4中，所述感应加热炉的数量至少1组；所述感应加热炉的电源功率p为1000～10000kw，频率f为1～50khz。6.根据权利要求5所述的单面耐磨钢板的感应热处理方法，其特征在于：所述感应加热炉内的感应线圈平行于所述上钢板、所述下钢板的表面呈螺旋状布置；或垂直于所述上钢板、所述下钢板的表面呈螺旋状布置。7.根据权利要求1所述的单面耐磨钢板的感应热处理方法，其特征在于：所述步骤s5中，所述冷却器的数量至少1组。8.根据权利要求7所述的单面耐磨钢板的感应热处理方法，其特征在于：所述冷却器内的冷却喷嘴平行于所述上钢板、所述下钢板的表面呈螺旋状布置；或垂直于所述上钢板、所述下钢板的表面呈螺旋状布置。9.一种单面耐磨钢板，其特征在于：采用如权利要求1-8之一所述的感应热处理方法制得。10.根据权利要求9所述的单面耐磨钢板，其特征在于：所述上钢板的上表面和所述下钢板的下表面的1/4～1/2厚度的硬度为40～50hrc；所述上钢板的下表面和所述下钢板的上表面的1/2～3/4厚度的硬度为20～30hrc。

技术总结
本发明公开了一种单面耐磨钢板及其感应热处理方法，包括以下步骤：S1、将下钢板布置于输送辊道上，将上钢板叠放在所述下钢板的上表面；S2、在所述输送辊道上布置立式夹送辊，使所述上钢板和所述下钢板的两侧边对齐；S3、在所述立式夹送辊后方的所述输送辊道上布置水平夹送辊，使所述上钢板和所述下钢板的接触面贴合；S4、在所述水平夹送辊后方的所述输送辊道上布置感应加热炉，使所述上钢板的上表面和所述下钢板的下表面的温度升温至淬火温度；S5、在所述感应加热炉后方的所述输送辊道上布置冷却器，使所述上钢板的上表面和所述下钢板的下表面的温度冷却至室温。本发明解决耐磨钢板强度(硬度)和塑性(韧性)不能良好匹配的问题。强度(硬度)和塑性(韧性)不能良好匹配的问题。强度(硬度)和塑性(韧性)不能良好匹配的问题。


技术研发人员：温宏权 吴存有 金小礼 赵显久 何春尧
受保护的技术使用者：宝山钢铁股份有限公司
技术研发日：2022.01.25
技术公布日：2023/8/5