CN103667999A - 一种矿用破碎锤用耐磨合金钢材料及其制备方法 - Google Patents

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章功国
王泾文
段宗银
李纯金
陈超
王淑妍
张少伍
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谢勇
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Abstract

一种矿用破碎锤用耐磨合金钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳2.2-2.4、硅1.9-2.1、锰3.0-3.2、铬9.2-9.7、钼4.1-4.3、Al0.4-0.5、Dy0.05-0.09、S≤0.05、P≤0.05、余量为铁。本发明在高碳钢的基础上加入铬、钼、Al、Dy等元素，并使用部分废铁作为原料，经过二次精炼，分批投放原料，合理控制铸后热处理温度，使得合金具有高的原始硬度和耐磨性，同时具有一定的韧性和耐冲击性能，耐腐蚀性好；合金品质稳定均一。本发明适用于非强烈冲击且物料较硬的工作条件，其使用寿命比普通高猛钢提高2倍左右。本发明精炼剂用于铸造生产，明显提高成品率。

Description

一种矿用破碎锤用耐磨合金钢材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐磨金属材料领域，尤其涉及一种矿用破碎锤用耐磨合金钢材料及其制备方法。
背景技术
锤头材料的种类很多，最常用的是高锰钢，最初是因其硬度和耐磨性都比较高，但是现在人们发现其实不然，有些场合高锰钢锤头并不耐磨，使用寿命短，究其原因，是高锰钢要在大的冲击力的情况下才能产生高硬度的表面硬化层，而冲击力小的情况下不耐磨；还有中锰钢锤头，因其有较高的硬度和韧性，在冲击力不太大的情况下较耐用，且有磁性；高铬铸铁锤头有优良的耐磨性，但是韧性较差，易发生脆性断裂。各种材料均不能达到最理想的效果，因此寻求合理的材料,开发简单实用的工艺，在保证使用要求的前提下节省资源和能源，已成为耐磨材料领域的热点和难点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矿用破碎锤用耐磨合金钢材料及其制备方法，该合金材料具有强度高，耐磨性好、韧性较好的优点。
本发明的技术方案如下：
一种矿用破碎锤用耐磨合金钢材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳2.2-2.4、硅1.9-2.1、锰3.0-3.2、铬9.2-9.7、钼4.1-4.3、Al0.4-0.5、Dy0.05-0.09、S≤0.05、P≤0.05、余量为铁。
所述的矿用破碎锤用耐磨合金钢材料的生产方法，其特征在于：
（1）、准备生铁与废铁按1：1-2比例作为铁基质来源，将生铁加入投入炉中熔化，进行脱硫、脱氧、采用精炼剂一次精炼、添加合金成分进行合金化，再加入废铁熔化、加入精炼剂二次精炼、检测并调整化学元素成分含量至合格、浇铸、铸后热处理等；
（2）、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为：（1）硅、铬；（2）锰、Dy；（3）其他剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为18-20分钟，投料后搅拌均匀。
所述的铸后热处理是：先由室温以180-190℃/小时速率升温至500-510℃，保温60-70分钟，再以180-190℃/小时速率升温至700-710℃，再以160-170℃/小时速率降温至600-610℃，再以210-220℃/小时速率升温至940-950℃，保温3-4小时；再以190-200℃/小时速率降温至650-660℃，保温50-60分钟，再以190-200℃/小时速率降温至480-490℃，保温50-60分钟；再以160-170℃/小时速率降温至220-230℃，保温2-3小时；再以190-200℃/小时速率升温至530-550℃，保温2-3小时，取出空冷即得。
所述的精炼剂由下列重量份的原料制成：工具钢粉3-4、粘土12-15、纳米二氧化钛3-4、二氧化硅2-3、BaCO34-5、纳米二氧化硅1-2、氢氧化铝8-10、玉石粉3-4、蒙脱石1-2、氟硅酸钠2-3；制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2-3%的硅烷偶联剂KH-550、1-2%的纳米碳粉，混合均匀后，在8-15Mpa下压制成坯，然后，在900-950℃下煅烧3-4小时，冷却后，再粉碎成150-250目粉末，即得。
本发明的有益效果
本发明在高碳钢的基础上加入铬、钼、Al、Dy等元素，并使用部分废铁作为原料，经过二次精炼，分批投放原料，合理控制铸后热处理温度，使得合金具有高的原始硬度和耐磨性，同时具有一定的韧性和耐冲击性能，耐腐蚀性好；合金品质稳定均一。本发明适用于非强烈冲击且物料较硬的工作条件，其使用寿命比普通高猛钢提高2倍左右。本发明精炼剂用于铸造生产，明显提高成品率，特别是铸件中的气孔度降低1-2度，不会在铸件表面产生气孔，夹杂氧化物也明显降低，氧化夹杂物在2级左右。
具体实施方式
一种矿用破碎锤用耐磨合金钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳2.2-2.4、硅1.9-2.1、锰3.0-3.2、铬9.2-9.7、钼4.1-4.3、Al0.4-0.5、Dy0.05-0.09、S≤0.05、P≤0.05、余量为铁。
所述的矿用破碎锤用耐磨合金钢材料的生产方法为：
（1）、准备生铁与废铁按1：1.5比例作为铁基质来源，将生铁加入投入炉中熔化，进行脱硫、脱氧、采用精炼剂一次精炼、添加合金成分进行合金化，再加入废铁熔化、加入精炼剂二次精炼、检测并调整化学元素成分含量至合格、浇铸、铸后热处理等；
（2）、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为：（1）硅、铬；（2）锰、Dy；（3）其他剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为19分钟，投料后搅拌均匀。
所述的铸后热处理是：先由室温以185℃/小时速率升温至505℃，保温65分钟，再以185℃/小时速率升温至705℃，再以165℃/小时速率降温至605℃，再以215℃/小时速率升温至945℃，保温3.5小时；再以195℃/小时速率降温至655℃，保温55分钟，再以195℃/小时速率降温至485℃，保温55分钟；再以165℃/小时速率降温至225℃，保温2.5小时；再以195℃/小时速率升温至540℃，保温2.5小时，取出空冷即得。
所述的精炼剂由下列重量份(公斤)的原料制成：工具钢粉3.5、粘土13、纳米二氧化钛3.5、二氧化硅2.5、BaCO34.5、纳米二氧化硅1.5、氢氧化铝9、玉石粉3.5、蒙脱石1.5、氟硅酸钠2.5；制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成170目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2.5%的硅烷偶联剂KH-550、2%的纳米碳粉，混合均匀后，在11Mpa下压制成坯，然后，在940℃下煅烧3.4小时，冷却后，再粉碎成200目粉末，即得。
本发明的矿用破碎锤用耐磨合金钢材料的机械性能为：拉伸强度1365MPa，屈服强度924MPa，延伸率12.3％，断面收缩率23％，冲击吸收功54J，冲击韧性61J/cm2，硬度289HB。

Claims (4)

1.一种矿用破碎锤用耐磨合金钢材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳2.2-2.4、硅1.9-2.1、锰3.0-3.2、铬9.2-9.7、钼4.1-4.3、Al0.4-0.5、Dy0.05-0.09、S≤0.05、P≤0.05、余量为铁。
2.根据权利要求1所述的矿用破碎锤用耐磨合金钢材料的生产方法，其特征在于：
（1）、准备生铁与废铁按1：1-2比例作为铁基质来源，将生铁加入投入炉中熔化，进行脱硫、脱氧、采用精炼剂一次精炼、添加合金成分进行合金化，再加入废铁熔化、加入精炼剂二次精炼、检测并调整化学元素成分含量至合格、浇铸、铸后热处理等；
（2）、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为：（1）硅、铬；（2）锰、Dy；（3）其他剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为18-20分钟，投料后搅拌均匀。
3.根据权利要求2所述的矿用破碎锤用耐磨合金钢材料的生产方法，其特征在于：所述的铸后热处理是：先由室温以180-190℃/小时速率升温至500-510℃，保温60-70分钟，再以180-190℃/小时速率升温至700-710℃，再以160-170℃/小时速率降温至600-610℃，再以210-220℃/小时速率升温至940-950℃，保温3-4小时；再以190-200℃/小时速率降温至650-660℃，保温50-60分钟，再以190-200℃/小时速率降温至480-490℃，保温50-60分钟；再以160-170℃/小时速率降温至220-230℃，保温2-3小时；再以190-200℃/小时速率升温至530-550℃，保温2-3小时，取出空冷即得。
4.根据权利要求2所述的矿用破碎锤用耐磨合金钢材料的生产方法，其特征在于：所述的精炼剂由下列重量份的原料制成：工具钢粉3-4、粘土12-15、纳米二氧化钛3-4、二氧化硅2-3、BaCO34-5、纳米二氧化硅1-2、氢氧化铝8-10、玉石粉3-4、蒙脱石1-2、氟硅酸钠2-3；制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2-3%的硅烷偶联剂KH-550、1-2%的纳米碳粉，混合均匀后，在8-15Mpa下压制成坯，然后，在900-950℃下煅烧3-4小时，冷却后，再粉碎成150-250目粉末，即得。
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