CN104087862A - 合金组合物、半自磨机衬板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种合金组合物，按重量百分比计，包括如下组分：C：0.3～0.5％，Si：0.5～0.8％，Mn：0.7～1.3％，P：≤0.025％，S：≤0.025％，Cr：1.5～3％，Mo：0.2～0.4％，Ni：0.15～0.35％，Ti：0.005～0.020％，Cu：0.1～0.35％，B：0.001～0.006％，La：0.02～0.07％，Al：≤0.03％，余量为Fe。本发明还提供由上述合金组合物制成的半自磨机衬板及其制造方法。本发明的半自磨机衬板力学性能优异，耐磨性好，减少了检修次数，避免了重复劳动，降低了劳动强度，延长了设备的使用寿命，提高了经济效益。

Description

合金组合物、半自磨机衬板及其制造方法

技术领域

本发明涉及半自磨机，特别涉及一种半自磨机衬板及其制造方法。

背景技术

半自磨机是国内外火电、矿山、化工、冶金等行业生产中主要粉碎研磨设备，筒体衬板和磨球则是半自磨机正常运转中的主要工作部件。其工作原理：矿石随筒体转动，位置迅速提高，很快从受压状态转为张力状态。当矿石重力克服离心力时，矿石就脱离筒体落下，但各种粒度矿石下落的路径是不同的。大块矿石由于重力大，上身到较低高度时首先滑落下来，同时对较小颗粒产生冲击和磨碎作用，随后往筒体中心层移动；中等块的矿石随筒体到达较高的位置后按泻落状态滚落下来，矿石相互磨剥形成泻落区；小块矿石随筒体达到更高位置沿抛物线轨迹落下，形成矿石瀑落区。此时的冲击力使矿石磨碎成细粒，合乎产品粒度要求的颗粒通过出料端格筛从中部排出。

半自磨机衬板的使用寿命受到矿石加料量、工况环境、衬板材质及工艺质量等因素的影响，其中衬板的材质和工艺质量尤为重要。目前国内半自磨机衬板一般采用铬钼合金，但其力学性能和耐磨性不足，导致使用寿命较短，例如中信铁矿石半自磨机衬板的使用寿命为65天左右，美卓铁矿石半自磨机衬板的使用寿命为70天左右，均不能满足现场的时间使用要求。

随着现代化生产的发展，半自磨机需求量越来越多，半自磨机的直径也越来越大，直径五米左右的半自磨机在生产中已广泛应用，因此对筒体衬板的质量要求越来越高。由于筒体衬板长期处在严酷的工况中，维修量和更换量都相当大，不仅浪费人力、物力、财力，且直接影响生产效率，影响现代化企业的文明生产。

发明内容

针对上述问题，发明人经过长期的深入研究，提供一种合金组合物以及由该合金组合物制得的半自磨机衬板，以提高半自磨机衬板的力学性能和耐磨性，延长使用寿命。

一方面，本发明提供一种合金组合物，按重量百分比计，包括如下组分：C：0.3～0.5％，Si：0.5～0.8％，Mn：0.7～1.3％，P：≤0.025％，S：≤0.025％，Cr：1.5～3％，Mo：0.2～0.4％，Ni：0.15～0.35％，Ti：0.005～0.020％，Cu：0.1～0.35％，B：0.001～0.006％，La：0.02～0.07％，Al：≤0.03％，余量为Fe。

在本发明的合金组合物的一个实施方式中，按重量百分比计，包括如下组分：C：0.35～0.4％，Si：0.5～0.55％，Mn：0.75～0.8％，P：≤0.025％，S：≤0.025％，Cr：1.6～1.8％，Mo：0.25～0.27％，Ni：0.2～0.25％，Ti：0.015～0.020％，Cu：0.1～0.35％，B：0.001～0.006％，La：0.03～0.04％，Al：≤0.03％，余量为Fe。

另一方面，本发明还提供一种半自磨机衬板，由上述合金组合物制成。

在本发明的半自磨机衬板的一个实施方式中，所述半自磨机衬板为铁矿石半自磨机衬板。

再一方面，本发明提供上述半自磨机衬板的制造方法，包括以下步骤：

(1)按照所述半自磨机衬板所需含量选取各组分，然后铸造该衬板；

(2)将在步骤(1)中铸造的所述衬板在800～900℃温度下进行退火处理，保温时间为8～12小时；

(3)将经过步骤(2)中所述退火处理的衬板在850～1000℃温度下进行淬火处理，保温时间为2～3小时；

(4)将经过步骤(3)中所述淬火处理的衬板在500～600℃温度下进行回火处理，保温时间为8～12小时。

在本发明的制造方法的一个实施方式中，所述退火处理为等温退火。

在本发明的制造方法的另一个实施方式中，所述等温退火包括：

(a)将所述衬板在800～900℃温度下保温时间为8～12小时；

(b)将所述衬板的温度随炉冷却至600～700℃，再保温10～12小时，之后随炉冷却至400℃以下，再空冷至室温。

在本发明的制造方法的另一个实施方式中，还包括在所述退火处理前将所述衬板在550～600℃温度下保温6～8小时。

在本发明的制造方法的一个实施方式中，所述淬火处理为油淬。

在本发明的制造方法的一个实施方式中，还包括在所述淬火处理前将所述衬板在700-800℃温度下保温2-3小时。

本发明通过改变半自磨机衬板的配方和热处理工艺，提高了衬板的力学性能和耐磨性，减少了检修次数，避免了重复劳动，降低了劳动强度，延长了设备的使用寿命，提高了经济效益。

附图说明

图1为根据本发明的制造方法的一个实施方式的热处理曲线图。

具体实施方式

下面根据具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。本发明的保护范围不限于以下实施例，列举这些实例仅出于示例性目的而不以任何方式限制本发明。

本发明提供一种合金组合物，按重量百分比计，包括如下组分：C：0.3～0.5％，Si：0.5～0.8％，Mn：0.7～1.3％，P：≤0.025％，S：≤0.025％，Cr：1.5～3％，Mo：0.2～0.4％，Ni：0.15～0.35％，Ti：0.005～0.020％，Cu：0.1～0.35％，B：0.001～0.006％，La：0.02～0.07％，Al：≤0.03％，余量为Fe。

本发明还提供一种半自磨机衬板，由上述合金组合物制成。该半自磨机衬板优选为铁矿石半自磨机衬板。

合金材质的性能是由其金相组织决定的，而金相组织又取决于合金的化学成分及热处理工艺，本发明的半自磨机衬板的化学成分的确定具有如下理由：

C：钢中含碳量增加，会使其屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击韧性降低；碳含量过低时，铸钢的铸造性能差。为了保证合金具有好的强度、韧性以及耐磨性，同时又不降低其铸造性能，本发明的半自磨机衬板中碳的含量为0.3～0.5％，优选为0.35～0.4％。

Si：硅在钢中形成固溶体，可以起到固溶强化的作用，有利于提高钢的强度，但硅固溶于基体后，降低基体塑性，且硅降低淬透性，容易促使形成珠光体，影响材料耐磨性。合适的硅加入量在熔炼过程中，硅可以起到固溶强化的作用，有利于提高钢的强度，本发明的半自磨机衬板中，硅的含量为0.5～0.8％，优选为0.5～0.55％。

Mn：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，锰是扩大奥氏体区的元素，含量过高，会使淬火组织中残留的奥氏体过多，不利于改善衬板的耐磨性，本发明的半自磨机衬板中锰的含量为0.7～1.3％，优选为0.75～0.8％。

S和P：硫和磷是原料引入的不可避免的杂质，磷会引起热脆，硫易引起冷脆，为保证合金的强度和韧性，需严格控制硫和磷的含量，本发明的半自磨机衬板中，硫和磷的含量均≤0.025％。

Cr：铬能显著提高钢的强度、硬度、淬透性和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬能够降低相变驱动力，还能抑制相变时碳化物的形核长大，所以可提高钢的淬透性。铬的含量过低，材料的耐腐蚀性差，含量过高则韧性差。本发明的半自磨机衬板中铬的含量为1.5～3％，优选为1.6～1.8％。

Mo：钼能有效提高钢的淬透性，是较强的碳化物形成元素，且其碳化物稳定不易长大，所以能细化晶粒，大大提高钢的回火稳定性。本发明为在满足上述特性的同时使成本降低，将钼的含量控制在0.2～0.4％，优选为0.25～0.27％。

Ni：加入镍元素可提高钢的耐蚀性、韧性和淬透性，在多元合金化的条件下，镍与铬、钼等元素共同作用，对耐蚀性的提高作用明显，但由于镍的价格昂贵，为了控制合金成本，加入量控制在0.15～0.35％，优选为0.2～0.25％。

Ti：：钛能使钢的内部组织致密，细化晶粒，提高铸钢衬板的强韧性和耐磨性，钛加入量过多，易出现粗大的TiC颗粒，反而降低钢的强度和韧性，合适的钛含量为0.005～0.020％，优选为0.015～0.020％。

Cu：铜在钢中有抵抗大气腐蚀之性能。低碳钢内含铜1％，其抵抗大气腐蚀性约较不含铜者高出四倍。在不锈钢中加铜3-4％，亦有助不锈钢之防蚀作用。本发明的半自磨机衬板中，铜的含量为0.1～0.35％。

B：合金中加入微量的硼可改善其淬透性和致密性，提高强度。另外，在锰含量较高的情况下，加入微量硼，易促进淬火组织中出现强韧性好的贝氏体组织，但硼含量过高，易发生硼脆现象，会大幅度降低铸钢韧性，本发明的半自磨机衬板中，硼的含量为0.001～0.006％。

La：镧的加入能够在净化钢质、变质夹杂物和微合金化等多方面发挥重要作用，从而显著改善钢的塑韧性以及疲劳磨损性能。本发明的半自磨机衬板中，镧的含量为0.02～0.07％，优选为0.03～0.04％。

Al：铝用作炼钢时的脱氧定氮剂，细化晶粒，抑制低碳钢的时效，改善钢在低温时的韧性，特别是降低了钢的脆性转变温度，本发明的半自磨机衬板中，铝的含量≤0.03％。

本发明还提供上述半自磨机衬板的制造方法，包括铸造工艺和热处理工艺，具体可包括以下步骤：工艺设计—→模型制作—→造型制芯—→扣箱—→热风干燥烘烤—→浇注(浇注温度1540-1560℃)—→保温—→打箱—→落砂—→冷碰冒口—→高温退火—→清理、抛丸、打磨—→铸件划线—→探伤及表面检查—→调质处理—→力学性能化学成分检验—→精整打磨、探伤及检验—→入库，以上各步骤可根据实际需要进行，并不限于此。

铸造工艺可选用砂型铸造，同时可利用MAGMA软件进行铸造分析，以获得更好的铸造效果。

热处理工艺主要包括高温退火和调质处理，图1示出了根据本发明制造方法的一个实施方式的热处理曲线图。如图1所示，高温退火是将铸造后的衬板在800～900℃温度下进行退火处理，保温时间为8～12小时；调质处理是将高温退火后的衬板分别进行淬火处理和回火处理，即将衬板在850～1000℃温度下进行淬火处理，保温时间为2～3小时，之后再将衬板在500～600℃温度下进行回火处理，保温时间为8～12小时。

退火是将工件加热到预定温度，保温一定的时间后缓慢冷却的金属热处理工艺。退火的目的在于：改善或消除钢铁在铸造、锻压、轧制和焊接过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应力，防止工件变形、开裂；软化工件以便进行切削加工；细化晶粒，改善组织以提高工件的机械性能；为最终热处理(淬火、回火)作好组织准备。

本发明的退火处理优选为等温退火，等温退火与完全退火加热温度完全相同，只是冷却的方式有差别。等温退火是以较快的速度冷却到A1以下某一温度，保温一定时间使奥氏体转变为珠光体组织，然后空冷。对某些奥氏体比较稳定的合金钢，采用等温退火可大大缩短退火周期，同时可以降低某些合金结构钢的高硬度，以进行切削加工。

本发明所用的等温退火是将衬板在800～900℃温度下保温时间为8～12小时，之后将衬板的温度随炉冷却至600～700℃，冷却时间通常为3小时左右，再保温10～12小时，最后随炉冷却至400℃以下，再空冷至室温。

将钢加热到临界点以上一定温度，保温一定时间，然后以适当的速度冷却获得马氏体或马氏体加贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。淬火的目的是在工件截面上获得所需的马氏体或下贝氏体组织，提高强度、硬度和耐磨性。为此，应首先将钢加热到临界点以上的温度范围并在该温度下停留必要的时间使锻件奥氏体化，然后在大于临界点冷却速度的条件下冷却，这样才能使奥氏体不发生铁素体和珠光体转变，冷到Ms点以下时奥氏体转变为马氏体。

在淬火过程中，当锻件加热至750℃左右时，锻件表面已经入塑性状态，而锻件心部的温度此时只有450-600℃，仍处于弹性状态，若直接升温至预定的淬火温度，锻件很容易在心部形成裂纹或使原有的裂纹扩大。因此，在淬火加热过程中，还可先将锻件加热到700-800℃，保温2-3小时，之后再升温至850-1000℃，然后再保温2-3小时，如此可有效地控制锻件表面与心部的温差。

同理，在退火加热过程中，可先将锻件加热到550-650℃，保温6-8小时，之后再升温至800-900℃，然后再保温8-12小时，以有效地控制锻件表面与心部的温差。

淬火处理可采用多种冷却介质，常见的为水淬和油淬，其中水淬冷却快、但应力大，变形、开裂倾向大，一般用于淬透性差的碳钢，而油淬冷却效温和，一般用于淬透性较好的合金钢。本发明的淬火处理优选油淬。

回火是紧接淬火的一道热处理工艺，大多数淬火钢都要进行回火。回火的目的是为了稳定组织，减小或消除淬火应力，提高钢的塑性和韧性，获得强度、硬度和塑性、韧性的适当配合，以满足不同工件的性能要求。常用的回火工艺包括低温回火(温度<250℃)、中温回火(温度300-500℃)和高温回火(温度>500℃)，其中淬火后高于500℃的高温回火，获得回火索氏体，此工艺又称调质处理(淬火和高温回火的综合热处理工艺)，主要用于中碳结构钢工件，使钢的强度、塑性、韧性达到恰当的配合，具有良好的综合力学性能。

除非另作说明，本发明对热处理过程中的升温速率和降温速率没有特殊限定。

以下通过实施例对本发明作进一步地详细说明。

实施例

实施例1

按照半自磨机衬板所需含量选取各组分，按重量百分比计，C：0.4％，Si：0.5％，Mn：0.75％，P：≤0.025％，S：≤0.025％，Cr：1.8％，Mo：0.25％，Ni：0.2％，Ti：0.015％，Cu：0.2％，B：0.002％，La：0.03％，Al：≤0.03％，余量为Fe，然后铸造该衬板；

退火处理：将铸造后的衬板加热至550℃并保温7小时，之后再加热至850℃并保温10小时，随后在3小时左右冷却至600℃并保温12小时，最后随炉冷却至400℃以下，再空冷至室温；

淬火处理：将退火后的衬板加热至700℃并保温3小时，之后再加热至900℃并保温3小时，随后在油中冷却至60℃以下；

回火处理：将淬火后的衬板加热至550℃并保温12小时，之后在空气中冷却，得到热处理后的半自磨机衬板；

最后进行精整打磨、探伤及检验等工序，得到成品。

实施例2

按照半自磨机衬板所需含量选取各组分，按重量百分比计，C：0.35％，Si：0.55％，Mn：0.8％，P：≤0.025％，S：≤0.025％，Cr：1.6％，Mo：0.27％，Ni：0.25％，Ti：0.02％，Cu：0.2％，B：0.002％，La：0.04％，Al：≤0.03％，余量为Fe，然后铸造该衬板；

退火处理：将铸造后的衬板加热至600℃并保温6小时，之后再加热至950℃并保温9小时，随后在3小时左右冷却至700℃并保温10小时，最后随炉冷却至400℃以下，再空冷至室温；

淬火处理：将退火后的衬板加热至800℃并保温2.5小时，之后再加热至950℃并保温2.5小时，随后在油中冷却至60℃以下；

回火处理：将淬火后的衬板加热至520℃并保温10小时，之后在空气中冷却，得到热处理后的半自磨机衬板；

最后进行精整打磨、探伤及检验等工序，得到成品。

利用SANS-CMT5205电子万能试验机和WD-JX型金相分析仪对实施例1和实施例2的热处理后的半自磨机衬板进行力学性能测试，检测结果见表1。对于半自磨机衬板的力学性能，目前的国家标准还没有具体的规定，常用的半自磨机衬板件的力学性能技术标准见表1。

表1：实施例1-2的衬板的力学性能测试结果和常用力学性能标准

从表1中可以看出，本发明的半自磨机衬板的各项力学性能均达到或超过预定的技术标准。

对实施例1和实施例2的半自磨机衬板进行实际应用测试，使用寿命分别为88天和92天，明显优于现有的半自磨机衬板。

综上所述，本发明通过改变半自磨机衬板的配方和热处理工艺，提高了衬板的力学性能和耐磨性，减少了检修次数，避免了重复劳动，降低了劳动强度，延长了设备的使用寿命，提高了经济效益。

本领域技术人员应当注意的是，本发明所描述的实施方式仅仅是示范性的，可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进。因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种合金组合物，按重量百分比计，包括如下组分：C：0.3～0.5％，Si：0.5～0.8％，Mn：0.7～1.3％，P：≤0.025％，S：≤0.025％，Cr：1.5～3％，Mo：0.2～0.4％，Ni：0.15～0.35％，Ti：0.005～0.020％，Cu：0.1～0.35％，B：0.001～0.006％，La：0.02～0.07％，Al：≤0.03％，余量为Fe。

2.根据权利要求1的合金组合物，按重量百分比计，包括如下组分：C：0.35～0.4％，Si：0.5～0.55％，Mn：0.75～0.8％，P：≤0.025％，S：≤0.025％，Cr：1.6～1.8％，Mo：0.25～0.27％，Ni：0.2～0.25％，Ti：0.015～0.020％，Cu：0.1～0.35％，B：0.001～0.006％，La：0.03～0.04％，Al：≤0.03％，余量为Fe。

3.一种由根据权利要求1或2的合金组合物制成的半自磨机衬板。

4.根据权利要求3的半自磨机衬板，其中所述半自磨机衬板为铁矿石半自磨机衬板。

5.根据权利要求3或4的半自磨机衬板的制造方法，包括以下步骤：

(1)按照所述半自磨机衬板所需含量选取各组分，然后铸造该衬板；

(2)将在步骤(1)中铸造的所述衬板在800～900℃温度下进行退火处理，保温时间为8～12小时；

(3)将经过步骤(2)中所述退火处理的衬板在850～1000℃温度下进行淬火处理，保温时间为2～3小时；

(4)将经过步骤(3)中所述淬火处理的衬板在500～600℃温度下进行回火处理，保温时间为8～12小时。

6.根据权利要求5的制造方法，其中所述退火处理为等温退火。

7.根据权利要求6的制造方法，其中所述等温退火包括：

(a)将所述衬板在800～900℃温度下保温时间为8～12小时；

(b)将所述衬板的温度随炉冷却至600～700℃，再保温10～12小时，之后随炉冷却至400℃以下，再空冷至室温。

8.根据权利要求5至7中任一项的制造方法，还包括在所述退火处理前将所述衬板在550～600℃温度下保温6～8小时。

9.根据权利要求5的制造方法，其中所述淬火处理为油淬。

10.根据权利要求9的制造方法，还包括在所述淬火处理前将所述衬板在700-800℃温度下保温2-3小时。