CN103266283A

CN103266283A - 一种矿石采选设备用无磁不锈钢

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Publication number: CN103266283A
Application number: CN2013101839917A
Authority: CN
Inventors: 翟世先; 翟海平; 翟素萍; 李方成; 陶文明
Original assignee: JIANGSU XIHU SPECIAL STEEL CO Ltd
Current assignee: JIANGSU XIHU SPECIAL STEEL CO Ltd
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2013-08-28

Abstract

本发明公开了一种矿石采选设备用无磁不锈钢，主要由元素铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）为主配备而成的一种结构应力用合金材料，其化学成份质量百分比为：铬（Cr）元素为17-20%；锰（Mn）元素为12-14%；碳(C)元素为0.11-2.0%；氮（N）元素为0.3－2.0%；镍（Ni）元素为0.05－2.0%；硅（Si）元素≤0.6%；磷(P)元素≤0.04%；硫(S)元素≤0.02%；余量铁(Fe)和不可完全去除残存的有害元素；该无磁不锈钢具有无磁、不锈、耐磨又经济的优点，能够降低矿石采选设备的消耗量，提高生产率，对矿石开采领域有推广应用价值。

Description

一种矿石采选设备用无磁不锈钢

技术领域

本发明涉及奥氏体不锈钢材料领域，尤其涉及一种矿石采选设备用无磁不锈钢，适用于动态应力环境，较高的介质水和介质粉尘作业的矿山用矿石采选设备磨损配件易耗钢材料，也适用于矿机设备的结构件材料。

背景技术

矿山的开采，如煤矿的洗煤设备，铁矿粉磁选设备，矿渣的分选设备以及有色金属悬浮设备等领域中，矿石的破碎精选离不开筛篮设备，设备需要与矿石碰撞摩擦，使设备有磨擦损失；设备与矿石粉吸附沉积，影响矿石粉的纯净度，设备材料符合无磁性要求，矿石粉尘和粉尘进入水中，其形成的介质环境有硫化物、氟化物、磷化物化合物和硫化氢、氮、一氮化碳和二氧化碳等有害氧体、设备还具有一定的耐腐蚀性能。矿石的选矿设备属于生产消耗材料，应符合经济性，在现有的不锈钢牌号中，304是普遍应用钢种，具有无磁和耐锈蚀的特性，但耐磨性差，不经济；201不锈钢，无磁，但耐磨不是很好，也不经济；1Cr13不锈钢耐磨性好，但有磁性不能应用。选取无磁钢产品，如常用型号45Mn17Al3，满足无磁、耐磨。但耐腐蚀差而加工困难也不利宜焊接，处于磨损状态而考虑永不磨损是不现实，也不经济。应综合考虑，需要发明无磁，不锈，还具有耐磨性和焊接的经济型的新材料，适应矿石采选设备高磨损消耗材料，并且能推广应用的经济的产品。

发明内容

为解决现有技术不足，本发明旨在提供一种所制成矿石采选设备能很好地延迟使用寿命，代替以前所用201和202不锈钢，降低矿石采选设备的消耗量，提高生产率，对矿石开采领域有推广应用价值，具有无磁、不锈、耐磨又经济的一种矿石采选设备用无磁不锈钢。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种矿石采选设备用无磁不锈钢，主要由元素铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）为主配备而成的一种结构应力用合金材料，其特征在于：其化学成份质量百分比为：铬（Cr）元素为17-20%；锰（Mn）元素为12-14%；碳(C)元素为0.11-2.0%；氮（N）元素为0.3－2.0%；镍（Ni）元素为0.05－2.0%；硅（Si）元素≤0.6%；磷(P)元素≤0.04%；硫(S)元素≤0.02%，余量铁(Fe)和不可完全去除残存的有害元素。

其化学成份质量百分比可以为：铬（Cr）元素为17.36%；锰（Mn）元素为13.25%；碳(C)元素为0.113%；氮（N）元素为0.323%；镍（Ni）元素为1.74%；硅（Si）元素为0.484%；磷(P)元素为0.0326%；硫(S)元素为0.0102%，余量铁(Fe)和不可完全去除残存的有害元素。

其化学成份质量百分比可以为：铬（Cr）元素为17.03%；锰（Mn）元素为13.10%；碳(C)元素为0.123%；氮（N）元素为0.304%；镍（Ni）元素为1.54%；硅（Si）元素为0.530%；磷(P)元素为0.0349%；硫(S)元素为0.0150%，余量铁(Fe)和不可完全去除残存的有害元素。

本发明的技术原理如下：

奥氏体不锈钢称为无磁不锈钢（相对磁性很弱），而形成奥氏体不锈钢的元素有碳（C）、镍（Ni）、锰（Mn）和氮（N）等。其中碳（C）、锰（Mn）和氮（N）、可以提高钢的强度和耐磨性能，而镍（Ni）是降低应力强度的元素，应考虑降低镍的含量。碳（C）是增强不锈强度的主要元素，但碳（C）含量不能大于0.2%，根据铁—碳平衡图，碳含量大于0.2%伴有相变产生，引起磁性能较大的变化和防腐蚀性能下降。下限不低于0.11%，保证有足够的基础强度和奥氏体稳定相。锰（Mn）含量为12%左右时，具有很好的塑性，随着锰含量增大，加工性能变差，锰含量考虑上限为14%下限12%的范围，具有较好的热加工性能；氮（N）可提高钢的强度还能稳定钢的奥氏体组织，也能提高耐蚀性能。根据现有生产技术，氮的重量百分比达到0.3%以上是成熟的，所以从经济上考虑氮含量控制0.3%以上是可行的；镍（Ni）元素有防介质腐蚀和形成奥氏体组织的性能，但属低应力强度元素，耐磨性差，应控制在2%以下。

不锈钢的不锈性主要是钢中铬（Cr）元素重量百分比大于12.5%的基本量，不锈原理可根据电腐蚀解释：金属腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。在高温下金属直接与空气中的氧反应，生成氧化物，是一种化学腐蚀。在常温下这种腐蚀进行得很缓慢，金属的腐蚀主要是电化学腐蚀。

一种金属耐电化学腐蚀的能力，决定于本身的电极电位。电极电位越负，越易失去电子，发生离子化。电极电位越正，越不易失去电子，不易离子化。常见金属的标准电极电位如表1。

表1 常见金属的标准电极电位

铬提高钢耐腐蚀性能的第一个原因是铬使铁-铬合金钢的电极电位提高。当铬含量达到1/8、2/8、3/8……原子比时，铁-铬合金钢的电极电位呈跳跃式的提高，这种变化规律叫n/8定律。第二个原因是铁-铬合金钢在氧化性介质中极易形成一层致密的钝化膜（FeO.Cr2O3），这层钝化膜稳定、完整，与基体金属结合牢固，将基体与介质完全隔开，从而有效地防止钢进一步氧化或腐蚀。因碳（C）和锰(Mn)含量增加，使钢的不锈性能下降，提高铬（Cr）的含量到17%—20%的范围，铬（Cr）超过20%，出现热加工裂纹趋向，低于17%将出现马氏体组织。

考虑到钢中有害夹杂，降低有害元素是提高钢材的疲劳性能的有效手段，提高钢的纯净度，可达到提高设备的使用寿命，考虑钢中的硅（Si）、磷（P）、硫（S）有可能的降低。硅（Si）控制在0.6%以内、磷（P）0.04以内是从经济上考虑，但硫（S）控制在0.02%以内是质量和经济综合考虑。

本发明与201不锈钢比较（见表2、表3），具有无磁、不锈、耐磨又经济的优点，能够降低矿石采选设备的消耗量，提高生产率，对矿石开采领域有推广应用价值。

表2 化学成分比较

表3 性能比较

Figure 2013101839917100002DEST_PATH_IMAGE006

具体实施方式：

下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：

⑴、废钢选取1Cr17铁素体料,控制硅、磷、硫含量分别在0.6%、0.04%、0.02%内；加入氮化锰和镍板，再加入电解锰，冶炼设备为2吨中频炉，模铸500公斤锭，冶炼后熔炼检验成分结果见表4。

表4 实施例1的新钢种成分表 wt%

材料	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	N
										实施例1	0.113	0.484	13.25	0.0326	0.0102	17.36	1.74		0.323

⑵、钢锭加热工艺见表5。

表5 钢锭加热工艺

预热温度/时间	加热温度/时间	均热温度/时间	出炉温度	开轧温度
					≤800℃/180min	1220℃/50min	1200℃/20min	1180℃	1160℃

⑶、轧制程序：粗轧（开坯）、中轧、精轧、吐丝、冷床空冷、收集、捆轧、堆放（规格：6.5mm、盘重：500kg）。盘条取样检验性能见表6。

表6 实施例1的新钢种机械性能表

Figure 2013101839917100002DEST_PATH_IMAGE008

实施例2：

⑴、废钢选用1Cr13马氏体料，控制硅、磷、硫含量分别在0.6%、0.04%、0.02%内；加硅铁、氮化锰、镍板和电解锰，冶炼设备为6吨中频炉，模铸500公斤锭，冶炼后熔炼检验成分结果见表7。

表7 实施例2的新钢种成分表 wt%

材料	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	N
										新钢种2	0.123	0.530	13.10	0.0349	0.0150	17.03	1.54		0.304

⑵、钢锭加热，⑶轧制程序同实施例1，盘条取样检验性能见表8。

表8实施例2的新钢种机械性能表

钢种	抗拉强度	屈服强度	延伸率	面缩率	HB
						新钢种2	936	635	44	66	282
201	857	538	59	71	230

通过实施例1、2，可以看出，本发明一种矿石采选设备用无磁不锈钢增加了抗拉强度，也相应提高了耐磨性能，提高材料的使用寿命，并且不增加成本。

实施例只是为了便于理解本发明的技术方案，并不构成对本发明保护范围的限制，凡是未脱离本发明技术方案的内容或依据本发明的技术实质对以上方案所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明保护范围之内。

Claims

1.一种矿石采选设备用无磁不锈钢，主要由元素铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）为主配备而成的一种结构应力用合金材料，其特征在于：其化学成份质量百分比为：铬（Cr）元素为17-20%；锰（Mn）元素为12-14%；碳(C)元素为0.11-2.0%；氮（N）元素为0.3－2.0%；镍（Ni）元素为0.05－2.0%；硅（Si）元素≤0.6%；磷(P)元素≤0.04%；硫(S)元素≤0.02%；余量铁(Fe)和不可完全去除残存的有害元素。

2.根据权利要求1所述的一种矿石采选设备用无磁不锈钢，其特征在于：其化学成份质量百分比为：铬（Cr）元素为17.36%；锰（Mn）元素为13.25%；碳(C)元素为0.113%；氮（N）元素为0.323%；镍（Ni）元素为1.74%；硅（Si）元素为0.484%；磷(P)元素为0.0326%；硫(S)元素为0.0102%；余量铁(Fe)和不可完全去除残存的有害元素。

3.根据权利要求1所述的一种矿石采选设备用无磁不锈钢，其特征在于：其化学成份质量百分比为：铬（Cr）元素为17.03%；锰（Mn）元素为13.10%；碳(C)元素为0.123%；氮（N）元素为0.304%；镍（Ni）元素为1.54%；硅（Si）元素为0.530%；磷(P)元素为0.0349%；硫(S)元素为0.0150%；余量铁(Fe)和不可完全去除残存的有害元素。