CN104060178A - 一种球磨机衬板材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种球磨机衬板材料，其成分及质量百分比为：C:0.25~2.0%、Cr:10~15%、Si:0.4~2.0%、Mn:0.4~1.0%、Nb:0.1~2.0%、W:0.1~1.0%、P、S≤0.04%、Al:0.01~0.04%、Ce:0.2~0.3%，余量为Fe。衬板材料的制备方法步骤如下：将废钢、铬铁放入带炉盖的中频感应炉熔炼，钢水熔炼造渣不少于3次，用硅铁、锰铁、铝脱氧，按所需的钨和铌的成分要求加入钨铁和铌铁，熔炼温度1580~1620℃；钢水倒入烘烤温度不低于800℃的浇包中，铈加入钢水包底部；当浇包钢水温度为1520~1560℃时，浇入铸型中，即得到衬板；③退火；淬火；回火，出炉空冷。本发明提出一种硬度高、耐磨性好的球磨机衬板材料及其制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种球磨机承受冲击磨损工况时所用衬板材料及其制备方法。
背景技术
衬板是筒式球磨机关键部件，消耗量大，电力、冶金、建材、矿山等工况恶劣，在球磨机运行过程中衬板承受磨料和磨球的冲击磨损，国内各类衬板年需求量约10万吨。衬板的失效形式是犁沟、疲劳剥落、硬物料嵌入及断裂等。要求衬板有高的硬度、高耐磨性和高强韧性，因此微观组织上要求获得强韧性的板条马氏体基体以及基体上分布均匀的高硬度碳化物，以抵抗硬质磨料（硬度大于Hv900）的切削和嵌入，以及磨球对衬板的冲击而断裂。
CN101045972A涉及一种衬板材质：C:0.45~0.55%、Si:1.6~2.0%、Mn:2.8~3.3%、P≤0.04%、S≤0.04%。通过控制热处理方法获得贝氏体组织，但由于该材质中含合金元素少，碳化物含量低，耐磨性低。
CN1080327、CN1165203、CN101054652、CN101173343A，提到了一种中碳低合金钢，尽管硬度都能达到HRC50，但由于其中碳化物形成元素少，碳化物含量少，从衬板失效机理分析，衬板以切削、剥落、嵌入等形式失效，物料中含大量高硬度物质（＞Hv900）,在磨球作用下冲击衬板时，由于衬板中碳化物少，对硬质物料的阻隔作用小，硬质物料切过或嵌入衬板，导致衬板磨损速度加快，使用寿命低。
CN1932066A涉及一种材质：C:0.15~0.3%、Cr:5~10%、Ni:0~1.5%、Mn:0.5~1.7%、Mo:0~1.5%、RE:0~0.5%、Ti:0~1.0%、Si:0~1.6%、P:0.01
~0.04%、S:0.01~0.05%。该衬板用于矿山湿式球磨机工况，该材料应用于湿磨工况，铬含量低，耐磨性差。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提出一种硬度高、耐磨性好的球磨机衬板材料。
本发明的另一个目的是提出一种所述球磨机衬板材料的制备方法。
本发明通过以下技术措施得到实现：本发明的球磨机衬板材料的成分及质量百分比为：C:0.25~2.0%、Cr:10~15%、Si:0.4~2.0%、Mn:0.4~1.0%、Nb:0.1~2.0%、W:0.1~1.0%、P、S≤0.04%、Al:0.01~0.04%、Ce:0.2~0.3%，余量为Fe。
球磨机衬板材料的优选成分及质量百分比为：C:1.3%、Cr:13%、Si:0.6%、Mn:0.6%、Nb:1.2%、W:0.7%、P、S≤0.04%、Al:0.025%、Ce:0.25%，余量为Fe。
碳在本发明中主要作用是固溶于基体形成马氏体以及与铬铁形成M7C3型碳化物，与铌形成NbC。固溶于基体中的碳＜0.2%易形成低硬度的珠光体，对碳化物支撑作用小，不耐磨；固溶于基体中的碳＞0.3%易形成孪晶马氏体或孪晶和板条马氏体混合组织，材料脆性大，耐磨构件易断裂。因此使基体获得板条马氏体及其上分布的高硬度碳化物，需要Cr、Fe、Nb综合协同考虑，碳的选择范围0.25~2.0%。
铬固溶于基体中提高材料淬透性、硬度、强度，提高耐磨性，提高电极电位，提高耐蚀性。铬与碳形成M7C3型碳化物，有利于耐磨性的提高，但铬太高则会降低材料韧性；太低淬透性差，耐蚀性低，尤当铬固溶于基体含量低于8%时，因此铬含量选择范围10~15%。
钨固溶于基体中提高淬透性、热硬性（水泥、电力行业用衬板在使用过程中温度可达300℃），有利于耐磨性的提高，固溶于M7C3型碳化物中，可提高其硬度到Hv1800以上，而一般(Cr,Fe)7C3型碳化物硬度仅在Hv1300~1700之间。由于钨铁价格高，考虑成本因素，钨选择范围0.1~1.0%。
铌与碳形成NbC，作为奥氏体和M7C3型碳化物结晶核心而细化晶粒和碳化物，同时可改善M7C3型碳化物分布，消除M7C3型碳化物网状分布状态。铌太低作用不明显，太高会消耗太多的碳，基体有铁素体产生，铌太多形成的NbC形状为多角状或骨骼状，从而降低材料韧性。铌选择范围0.1~2.0%，且铌含量应随着碳含量的增加而增加。
锰主要起脱氧净化钢水作用。铝用于脱氧。铈可进一步脱氧而净化钢水。硅一方面用于脱氧净化钢水，固溶于基体中的硅可净化基体，提高马氏体转变点，获得更多马氏体，同时在腐蚀磨损工况可提高耐腐蚀性，但太多的硅会降低材料韧性。钢水在从中频炉倒入浇包和浇注过程中易产生二次氧化。
本发明所述衬板材料的制备方法步骤如下：
①将废钢、铬铁放入带炉盖的中频感应炉熔炼，钢水熔炼造渣不少于3次，用硅铁、锰铁、铝脱氧，按所需的钨和铌的成分要求加入钨铁和铌铁，熔炼温度1580~1620℃；钢水倒入烘烤温度不低于800℃的浇包中，铈加入钢水包底部；
②当浇包钢水温度为1520~1560℃时，浇入铸型中，即得到衬板；
③退火：1000~1050℃，保温4~6h，随炉冷却到550℃出炉空冷；淬火：980~1020℃，保温4h，油冷，油温不超过120℃；回火：280~320℃，保温6~8h，出炉空冷。
由于铸件在凝固和冷却过程中，基体成分和组织不均匀，采用扩散退火可获得成分、组织均匀的珠光体基体，为淬火提供良好的组织基础。在淬火油冷过程中，油温太高易出现非马氏体组织，耐磨性低；回火目的在于消除淬火所产生的残余应力。
实施例1
球磨机衬板材料的成分及质量百分比为：C:0.4%、Cr:12.5%、Si:1.5%、Mn:0.6%、Nb:0.5%、W:0.3%、P、S≤0.04%、Al:0.025%、Ce:0.25%、余量为Fe。
制备方法：将废钢、铬铁、石灰和造渣材料加入中频感应炉中，当材料熔毕，扒渣，造新渣加入硅铁、锰铁预脱氧，取炉前样分析成分。根据炉前样分析结果调整成分，扒渣、造新渣，用铝脱氧，按所需的钨和铌的成分要求加入钨铁和铌铁，在1620℃保温20分钟，将浇包烤至不低于800℃，包底加入粒度3~5mm的铈，钢水倒入浇包中静置，温度降到1550℃时浇入铸型中，即获得衬板铸件。
退火：1000℃，保温5h，随炉冷却到500℃出炉；淬火：1000℃，保温4h，油冷；回火：290℃，保温7h，出炉空冷。
经测定：冲击韧性αk为50J/cm2，硬度为HRC48，与湿磨工况常用的高锰钢材质相比，在冲击功2J时动态冲击磨损条件下相比，其耐磨性是高锰钢的2倍。
实施例2
球磨机衬板材料的成分及质量百分比为：C:1.3%、Cr:13%、Si:0.6%、Mn:0.6%、Nb:1.2%、W:0.7%、P、S≤0.04%、Al:0.025%、Ce:0.25%、余量为Fe。
制备方法：将废钢、铬铁、石灰和造渣材料加入中频感应炉中，当材料熔毕，扒渣，造新渣加入硅铁、锰铁预脱氧，取炉前样分析成分。根据炉前样分析结果调整成分，扒渣、造新渣，用铝脱氧，按所需的钨和铌的成分要求加入钨铁和铌铁，在1600℃保温20分钟，将浇包烤至不低于800℃，包底加入粒度3~5mm的铈，钢水倒入浇包中静置，温度降到1520℃时浇入铸型中，即获得衬板铸件。
退火：1020℃，保温5h，随炉冷却到500℃出炉；淬火：960℃，保温4h，油冷；回火：300℃，保温7h，出炉空冷。
经测定：冲击韧性αk为45J/cm2，硬度为HRC51，与常用的水泥磨损工况相比，在冲击功1.5J时动态冲击磨损条件下相比，其耐磨性是目前常用中碳中铬合金钢的3倍。
实施例3
球磨机衬板材料的成分及质量百分比为：C:1.6%、Cr:13.5%、Si:0.6%、Mn:0.6%、Nb:1.5%、W:0.9%、P、S≤0.04%、Al:0.025%、Ce:0.25%、余量为Fe。
制备方法：将废钢、铬铁、石灰和造渣材料加入中频感应炉中，当材料熔毕，扒渣，造新渣加入硅铁、锰铁预脱氧，取炉前样分析成分。根据炉前样分析结果调整成分，扒渣、造新渣，用铝脱氧，按所需的钨和铌的成分要求加入钨铁和铌铁，在1580℃保温20分钟，将浇包烤至不低于800℃，包底加入粒度3~5mm的铈，钢水倒入浇包中静置，温度降到1510℃时浇入铸型中，即获得衬板铸件。
退火：1030℃，保温5h，随炉冷却到500℃出炉；淬火：990℃，保温4h，风冷；回火：400℃，保温78h，出炉空冷。
经测定：冲击韧性αk为40J/cm2，硬度为HRC54，与常用的电力行业磨损工况相比，在冲击功1.0J时动态冲击磨损条件下相比，其耐磨性是目前常用高碳中铬合金钢的3.5倍。
Claims (3)
1.一种球磨机衬板材料，其特征在于成分及质量百分比为：C:0.25~2.0%、Cr:10~15%、Si:0.4~2.0%、Mn:0.4~1.0%、Nb:0.1~2.0%、W:0.1~1.0%、P、S≤0.04%、Al:0.01~0.04%、Ce:0.2~0.3%，余量为Fe。
2.根据权利要求所述的球磨机衬板材料，其特征在于成分及质量百分比为：C:1.3%、Cr:13%、Si:0.6%、Mn:0.6%、Nb:1.2%、W:0.7%、P、S≤0.04%、Al:0.025%、Ce:0.25%，余量为Fe。
3.权利要求1所述的球磨机衬板材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
①将废钢、铬铁放入带炉盖的中频感应炉熔炼，钢水熔炼造渣不少于3次，用硅铁、锰铁、铝脱氧，按所需的钨和铌的成分要求加入钨铁和铌铁，熔炼温度1580~1620℃；钢水倒入烘烤温度不低于800℃的浇包中，铈加入钢水包底部；
②当浇包钢水温度为1520~1560℃时，浇入铸型中，即得到衬板；
③退火：1000~1050℃，保温4~6h，随炉冷却到550℃出炉空冷；淬火：980~1020℃，保温4h，油冷，油温不超过120℃；回火：280~320℃，保温6~8h，出炉空冷。
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