CN102912255A

CN102912255A - 一种耐磨铸钢及其制备方法

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Publication number: CN102912255A
Application number: CN2012104053117A
Authority: CN
Inventors: 张振; 张治淮; 刘建军; 王敦涛; 牛宁伟
Original assignee: Shenhua Group Corp Ltd; Shenhua Ningxia Coal Industry Group Co Ltd; Dawukou Coal Washing Factory of Shenhua Ningxia Coal Industry Group Co Ltd
Current assignee: Shenhua Group Corp Ltd; Shenhua Ningxia Coal Industry Group Co Ltd; Dawukou Coal Washing Factory of Shenhua Ningxia Coal Industry Group Co Ltd
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2032-10-23
Also published as: CN102912255B

Abstract

本发明涉及一种耐磨铸钢及其制备方法。所述耐磨铸钢，以重量百分比计，其组成为：碳（C）：0.80%~1.10%；锰（Mn）：6.00%~8.00%；硅（Si）：1.00%~1.80%；铬（Cr）：2.50%~3.50%；钼（Mo）：0.60%~0.80%；铜（Cu）：0.30%~0.50%；镍（Ni）：1.00%~3.00%；钛（Ti）：0.15%~0.25%；钒（V）：0.20%~0.40%；稀土（RE）：0.030%~0.040%；镁（Mg）：0.020%~0.030%；余量为铁（Fe）和不可避免的杂质。本发明的耐磨铸钢抗冲击强度高、耐磨性好、耐腐蚀、可与普通碳素钢槽体进行焊接。

Description

一种耐磨铸钢及其制备方法

技术领域

本发明属于耐磨金属材料领域，具体涉及一种耐磨铸钢及其制备方法。

背景技术

国内采用重介分选工艺的洗煤厂，因使用磁铁矿粉作为重介质，对设备的磨损较快，再加上入洗原煤中矸石含量大约均在30%以上，洗选过程中分选和输送矸石的设备一直存在磨损快、维护周期短、配件材料消耗大的问题。例如使用普通碳素钢（Q235、A3）制作的8~10mm厚的槽体使用仅十几天后就会被磨漏，如进行整体更换，将造成材料的大量消耗和浪费，目前采取的措施有以下两种：

1、在已磨漏的槽体外侧或内侧焊接一块与槽体的材质相同的钢板进行补漏，但因补漏措施采用的钢板与槽体的材质相同，磨损依然较快，槽体不久又被磨漏，只能循环往复的补焊钢板，造成了人力和物力的大量消耗。

2、在槽体使用前先在内侧进行耐磨材料铺衬，但目前使用的耐磨衬板应用效果不佳，辉绿岩铸石、耐磨陶瓷内衬是用耐酸胶泥或胶粘剂将衬板与槽体进行粘接，因材质抗冲击强度低，受到物料剧烈冲击时，耐磨效果急剧下降，衬板易碎、易脱落且更换困难，不可与普通碳素钢槽体焊接；高分子聚氯乙烯内衬是用螺栓将衬板紧固在槽体上，虽然不易脱落、更换方便，但耐磨性差，易磨损，使用周期较短，不可与普通碳素钢槽体焊接。

因此，仍存在对于具有抗冲击强度高、耐磨性好、耐腐蚀、可与普通碳素钢槽体焊接的耐磨铸钢以及由其制备的耐磨铸钢衬板的需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的一个目的是提供一种耐磨铸钢。

本发明的另一目的是提供一种所述耐磨铸钢的制备方法。

本发明的又一目的是提供一种耐磨铸钢衬板。

根据本发明的第一个目的，本发明提供的耐磨铸钢，以重量百分比计，其组成为：碳（C）：0.80%~1.10%；锰（Mn）：6.00%~8.00%；硅（Si）：1.00%~1.80%；铬（Cr）：2.50%~3.50%；钼（Mo）：0.60%~0.80%；铜（Cu）：0.30%~0.50%；镍（Ni）：1.00%~3.00%；钛（Ti）：0.15%~0.25%；钒（V）：0.20%~0.40%；稀土（RE）：0.030%~0.040%；镁（Mg）：0.020%~0.030%；余量为铁（Fe）和不可避免的杂质。

优选地，所述耐磨铸钢，以重量百分比计，其组成为：碳（C）：0.90%~1.00%；锰（Mn）：6.50%~7.50%；硅（Si）：1.20%~1.60%；铬（Cr）：2.80%~3.20%；钼（Mo）：0.60%~0.70%；铜（Cu）：0.30%~0.45%；镍（Ni）：1.50%~2.50%；钛（Ti）：0.15%~0.20%；钒（V）：0.20%~0.32%；稀土（RE）：0.030%~0.040%；镁（Mg）：0.020%~0.030%；余量为铁（Fe）和不可避免的杂质。

更优选地，所述耐磨铸钢，以重量百分比计，其组成为：碳（C）：0.95%~1.00%；锰（Mn）：6.80%~7.20%；硅（Si）：1.20%~1.50%；铬（Cr）：2.80%~3.00%；钼（Mo）：0.65%~0.70%；铜（Cu）：0.30%~0.40%；镍（Ni）：1.50%~1.80%；钛（Ti）：0.18%~0.20%；钒（V）：0.25%~0.30%；稀土（RE）：0.030%~0.040%；镁（Mg）：0.020%~0.030%；余量为铁（Fe）和不可避免的杂质。

所述稀土为选自镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）、钪（Sc）和钇（Y）中的一种或多种。由于稀土元素在本发明的耐磨铸钢中具有相似的性质和作用，因此它们之间可相互替换地使用。

所述不可避免的杂质可能包括硫（S）和磷（P）。在所述耐磨铸钢中，硫（S）的重量百分比含量小于0.04%；磷（P）的重量百分比含量小于0.05%。

本发明的耐磨铸钢硬度高、耐磨性好、耐腐蚀、可与普通碳素钢槽体进行焊接；其表面硬度值（HRC）大于等于55。

根据本发明的第二个目的，本发明提供的所述耐磨铸钢的制备方法为：将配料碳钢加入炼钢炉中加热熔化形成钢液，取样并对上述钢液中的碳、锰、硅、铬、钼、铜和镍元素进行含量分析，然后根据需要向所述钢液中加入配料锰铁合金、硅铁合金、铬铁合金、钼铁合金、镍铁合金和铜，然后将熔融后的合金钢液冲入含钛、钒、稀土和镁的铁合金配料的钢包内，使得碳、锰、硅、铬、钼、铜、镍、钛、钒、稀土和镁的含量均在所述含量范围之内，然后将上述钢液进行浇注，将浇注得到的铸件依次进行奥氏体化处理和等温淬火处理，即得到所述耐磨铸钢。

本领域技术人员可以理解，上述配料碳钢、锰铁合金、硅铁合金、铬铁合金、钼铁合金、镍铁合金、铜，以及含钛、钒、稀土和镁的铁合金均可以商购得到。

优选地，所述奥氏体化处理的温度为920℃，时间为40分钟。在该条件下能最大程度上得到奥氏体组织。

优选地，所述等温淬火处理的温度为280℃，时间为90分钟。在该条件下能确保得到针状下贝氏体和残留奥氏体。

优选地，所述加热熔化的温度为1520℃~1540℃。在此温度下各种配料可充分熔融。

优选地，所述含量分析的温度为1500℃~1520℃。在此温度下钢液及合金充分熔融且组成稳定，为化学分析作保证。

优选地，所述浇注的温度为1420℃~1440℃。在此温度下可确保铸件组织致密。

根据本发明的第三个目的，本发明提供的所述耐磨铸钢衬板，其由所述耐磨铸钢制成。

本领域技术人员可以理解，所述耐磨铸钢衬板可以通过造型实现。所述造型可以采用消失模负压真空工艺。即将所制衬板模型竖置于真空砂箱内，采用阶梯浇口侧浇，将钢水浇入负压真空砂箱铸型，然后将浇注得到的衬板依次进行奥氏体化处理和等温淬火处理即得所述衬板。

由所述耐磨铸钢制成的耐磨铸钢衬板，在用于煤炭输送的普通碳素钢槽体上使用，结果表明：其寿命是辉绿岩铸石衬板、耐磨陶瓷衬板或高分子聚氯乙烯衬板的10~15倍。

具体实施方式

下面通过实施例进一步详细说明本发明。但是，本发明的保护范围不因此而受到任何限制。

各实施例中，各组分的含量均以重量百分比计。

各实施例中，各配料均商购获得，且其符合标准。

制备实施例1

组分	含量（%）
		碳	1.10
锰	8.00
		硅	1.80
铬	3.40
		钼	0.80
铜	0.40
		镍	2.80
钛	0.24
		钒	0.37
稀土	0.036
		镁	0.029
铁和不可避免的杂质	余量

制备方法：

将商购获得的配料碳钢在碱性中频感应加热电炉中于1520℃~1540℃加热熔化形成钢液，取样并在1500℃~1520℃对上述钢液中的C、Mn、Si、Cr、Mo、Cu、Ni元素进行含量分析，然后向上述钢液中加入确定量的合金配料锰铁合金、硅铁合金、铬铁合金、钼铁合金、镍铁合金和铜，将熔融后的合金钢液冲入含钛、钒、稀土和镁的铁合金配料的钢包内，使得钢液中各元素的组成均为所述含量，然后将上述钢液在1420℃~1440℃采用消失模负压真空法进行浇注，具体为：将衬板模型竖置于真空砂箱内，采用阶梯浇口侧浇，将上述钢液浇入负压真空砂箱进行铸型。然后将浇注得到的衬板依次进行奥氏体化处理（温度为920℃，时间为40分钟）和等温淬火处理（温度为280℃，时间为90分钟），即得耐磨铸钢衬板。用显微仪器进行检测，所述耐磨铸钢衬板的组织为细针状的下贝氏体、残留奥氏体和少量马氏体组成。

制备实施例2

组分	含量（%）
		碳	1.00
锰	7.20
		硅	1.60
铬	3.20
		钼	0.69
铜	0.38
		镍	2.40
钛	0.20
		钒	0.32
稀土	0.034
		镁	0.028
铁和不可避免的杂质	余量

将商购获得的配料碳钢在碱性中频感应加热电炉中于1520℃~1540℃加热熔化形成钢液，取样并在1500℃~1520℃对上述钢液中的C、Mn、Si、Cr、Mo、Cu、Ni元素进行含量分析，然后向上述钢液中加入确定量的合金配料锰铁合金、硅铁合金、铬铁合金、钼铁合金、镍铁合金和铜，将熔融后的合金钢液冲入含钛、钒、稀土、镁的铁合金配料的钢包内，使得钢液中各元素的组成均为所述含量，然后将上述钢液在1420℃~1440℃采用消失模负压真空法进行浇注，具体为：将衬板模型竖置于真空砂箱内，采用阶梯浇口侧浇，将上述钢液浇入负压真空砂箱进行铸型。然后将浇注得到的衬板依次进行奥氏体化处理（温度为920℃，时间为40分钟）和等温淬火处理（温度为280℃，时间为90分钟），即得耐磨铸钢衬板。用显微仪器进行检测，所述耐磨铸钢衬板的组织为细针状的下贝氏体、残留奥氏体和少量马氏体组成。

制备实施例3

组分	含量（%）
		碳	0.95
锰	7.00
		硅	1.50
铬	2.80
		钼	0.68
铜	0.30
		镍	1.80
钛	0.18
		钒	0.29
稀土	0.033
		镁	0.024
铁和不可避免的杂质	余量

试验实施例1

对上述制备实施例1制备的耐磨铸钢衬板进行性能测试。

测试方法：

（1）硬度试验：依据GB/T230.1-2009金属材料洛氏硬度试验。

（2）冲击试验：依据GB-T229-2007金属材料夏比摆锤冲击试验方法。

测试仪器：洛氏硬度计，型号HR-150D；

摆锤冲击试验机，型号JB30A。

测试结果：HRC硬度值为55；抗冲击强度为2.5J/cm²；耐腐蚀性良好。

试验实施例2

对上述制备实施例2制备的耐磨铸钢衬板进行性能测试。

测试方法同试验实施例1。

测试结果：HRC硬度值为58；抗冲击强度为2.5J/cm²；耐腐蚀性良好。

试验实施例3

对上述制备实施例3制备的耐磨铸钢衬板进行性能测试。

测试方法同试验实施例1。

测试结果：硬度值为60.9；抗冲击强度为2.5J/cm²；耐腐蚀性优良。

将制备实施例3制造的耐磨铸钢衬板安装在选煤厂易磨损的普通碳素钢（Q235、A3）槽体的易磨损部位，使用1年，衬板无明显的过磨损痕迹和腐蚀迹象，按磨损程度计算使用寿命可达2年以上。

本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可以对本发明做出一些修改或变化。这些修改和变化也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。

Claims

1.一种耐磨铸钢，以重量百分比计，其组成为：碳（C）：0.80%~1.10%；锰（Mn）：6.00%~8.00%；硅（Si）：1.00%~1.80%；铬（Cr）：2.50%~3.50%；钼（Mo）：0.60%~0.80%；铜（Cu）：0.30%~0.50%；镍（Ni）：1.00%~3.00%；钛（Ti）：0.15%~0.25%；钒（V）：0.20%~0.40%；稀土（RE）：0.030%~0.040%；镁（Mg）：0.020%~0.030%；余量为铁（Fe）和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的耐磨铸钢，其特征在于，以重量百分比计，其组成为：碳（C）：0.90%~1.00%；锰（Mn）：6.50%~7.50%；硅（Si）：1.20%~1.60%；铬（Cr）：2.80%~3.20%；钼（Mo）：0.60%~0.70%；铜（Cu）：0.30%~0.45%；镍（Ni）：1.50%~2.50%；钛（Ti）：0.15%~0.20%；钒（V）：0.20%~0.32%；稀土（RE）：0.030%~0.040%；镁（Mg）：0.020%~0.030%；余量为铁（Fe）和不可避免的杂质。

3.根据权利要求2所述的耐磨铸钢，其特征在于，以重量百分比计，其组成为：碳（C）：0.95%~1.00%；锰（Mn）：6.80%~7.20%；硅（Si）：1.20%~1.50%；铬（Cr）：2.80%~3.00%；钼（Mo）：0.65%~0.70%；铜（Cu）：0.30%~0.40%；镍（Ni）：1.50%~1.80%；钛（Ti）：0.18%~0.20%；钒（V）：0.25%~0.30%；稀土（RE）：0.030%~0.040%；镁（Mg）：0.020%~0.030%；余量为铁（Fe）和不可避免的杂质。

4.根据权利要求1~3任一项所述的耐磨铸钢，其特征在于，所述不可避免的杂质包括硫（S）和磷（P）；且在所述耐磨铸钢中，硫（S）的重量百分比含量小于0.04%；磷（P）的重量百分比含量小于0.05%。

5.一种权利要求1~4任一项所述的耐磨铸钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：将配料碳钢加入炼钢炉中加热熔化形成钢液，取样并对上述钢液中的碳、锰、硅、铬、钼、铜和镍元素进行含量分析，然后根据需要向所述钢液中加入配料锰铁合金、硅铁合金、铬铁合金、钼铁合金、镍铁合金和铜，然后将熔融后的合金钢液冲入含钛、钒、稀土和镁的铁合金配料的钢包内，使得碳、锰、硅、铬、钼、铜、镍、钛、钒、稀土和镁的含量均在所述含量范围之内，然后将上述钢液进行浇注，将浇注得到的铸件依次进行奥氏体化处理和等温淬火处理，即得到所述耐磨铸钢。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述奥氏体化处理的温度为920℃，时间为40分钟；所述等温淬火处理的温度为280℃，时间为90分钟。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述加热熔化的温度为1520℃~1540℃；所述含量分析的温度为1500℃~1520℃；所述浇注的温度为1420℃~1440℃。

8.一种耐磨铸钢衬板，其特征在于，它是由权利要求1~4任一项所述的耐磨铸钢制成的。