CN104745965B - 高碳中铬中锰多元合金钢球磨机衬板及热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高碳中铬中锰多元合金钢球磨机衬板及热处理工艺。该碳中铬中锰多元合金钢球磨机衬板包括的化学成分组成按重量百分数为:C:0.7~1.5%,Cr:1.8~2.5%,Ni:0.5~0.8%,Mn:1.0~1.6%,Si:0.2~0.5%,Mo:0.4~0.9%,Cu:0.4~1%,V:0.05~0.1%,Ti:0.03~0.06%,B:0.002~0.005,P≤0.03%,S≤0.025%,其余为Fe。按所述化学成分含量配钢,然后铸造该衬板,经热处理后,能达到以上所述的良好的机械性能和良好的耐磨及抗腐蚀性能,布氏硬度在390-450之间,冲击韧性(无缺口)在110-150J/cm2,衬板使用寿命达一年半。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金行业中的耐磨金属材料技术领域,尤其涉及一种高碳中铬中锰多元合金钢球磨机衬板及热处理工艺。
背景技术
在寻求高质量、高耐磨的球磨机衬板在矿山选矿生产上是较为引人注目的研究的课题。目前,国内外在研究耐磨球磨机衬板的视线从高锰钢转向了合金钢,高锰钢应用在磨球磨机衬板上的使用寿命与合金钢对比,使用寿命较低的事实已得到了事实的验证。其原因是高锰钢没有在高冲击状态下使用,应用在球磨机上在不能形成硬质层的条件,硬度较低,HB只有200左右。而现使用的球磨机钢球的洛氏硬度多在45-48左右。硬度相差一倍。与原来的Mn13Cr2为例,在选矿球磨机上的使用寿命仅近四个月水平。另外合金钢,如专利号“93105874.0的一种低合金球磨机耐磨衬板及制造工艺”和“200810123415的一种耐磨钢中碳合金衬板”等中低合金钢通过淬火硬度达到可HRC50或以上的硬度,在球磨机上的耐磨性比高锰钢提高了两倍水平,都取得了很好的耐磨效果。就衬板在球磨机这个特定的使用环境而言,具有关研究表明:不是衬板硬度越高就越耐磨,其耐磨性不是与硬度成线性正比,是在一定的耐磨性、抗腐蚀性等性能的基础上,衬板的硬度小于钢球硬度的(HRC)5-10时,耐磨性最佳,硬度偏高或偏低都达不到理想的效果。上述专利及有关试验都证明和认可了“铬”元素在提高硬度和抗耐磨性能的作用,但它们只主要发挥了一个铬的硬度作用,而且硬度偏高,耐磨性和抗腐蚀性等不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硬度理想而且更有很高的耐磨性,使用寿命是高锰钢衬板的4-5倍的高碳中铬中锰多元合金钢球磨机衬板及热处理工艺。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的:
本发明的一种高碳中铬中锰多元合金钢球磨机衬板,其特征在于:该碳中铬中锰多元合金钢球磨机衬板包括的化学成分组成按重量百分数为:C:0.7~1.5%,Cr:1.8~2.5%,Ni::0.5~0.8%,Mn:1.0~1.6%,Si:0.2~0.5%,Mo:0.4~0.9%,Cu:0.4~1%,V:0.05~0.1%,Ti:0.03~0.06%,B:0.002~0.005,P≤0.03%,S≤0.025%,其余为Fe。
优选化学成分的依据和理由:
(1)碳(C)是形成碳化物组织,可提高钢的硬度及耐磨性。碳是形成碳化物组织,可提高钢的硬度和耐磨性。含碳量越高,钢的强度、硬度越高,但韧性也会降低;反之钢的韧性高,其强度和硬度会降低。在本材料选取中,结合球磨机的运行环境和特点,在保证足够冲击韧性而不产生碎裂的前提下,优先的是耐磨性能,结合本衬板其它的成分与碳的作用和影响,选取为0.7~1.5%。
(2)镍(Ni)可提高钢的硬度及耐磨性是非碳化物形成元素,能固溶在αFe中起固溶强化作用。Ni能提高钢的淬透性和减少介质中的腐蚀作用,促使基体钝化,有效降低腐蚀磨损的速度。跟据本发明的材料的性质优选为0.5~0.8%,取下限为宜。
(3)铬(Cr)起固溶强化、细化晶粒等作用外,Cr能形成碳化物,与碳亲合力最强,更能在最终组织中形成弥散分布的硬质合金碳化物,提高钢的初始硬度,有效的增加耐磨性能。通过多年试验Cr在2.0%左右作用明显。结合本材质优选为1.8~2.5%。
(4)钼(Mo)主要提高钢的淬透性,改善碳化物的形态和分布,本发明也因为其它的成分决定了风冷和空冷的方式进行的热处理。跟据用量功效,优选为0.4~0.9%。考虑生产成本可取下限为宜。
(5)锰(Mn)在本成分中的作用是有效提高钢强度。在本成分中锰的含量在1.0~1.6%之间。
(6)铜(Cu)主要起的是作用是在湿磨环境中的抗腐蚀作用,含量应为0.4~1%。
(7)硼(B):含量很低,几乎不增加生产成本,但其对材料的淬透性起到显著作用,因在本衬板用风冷处理,可保证衬板的内外硬度均匀硼控制在0.002~0.005%范围内,值得注意的是绝不能超过0.007%。
(8)钒、钛(V、Ti)在本成分中除细化钢的组织和晶粒外,更重要的还有提高冲击韧性会起到相当的作用,在用量上要比常规合金钢的用量要略高一些。V:0.05~0.1%,Ti:0.03~0.06%。
本发明的一种高碳中铬中锰多元合金钢球磨机衬板的热处理工艺,其特征在于:按照权利要求1给出的化学组分范围进行配料-冶炼-铸造衬板,将铸造后的衬板放入处理炉中进行热筛,其热处理工艺包括下列步骤:
a、第一次加热及风雾冷:将衬板从室温以小于100℃/小时的升温速度加至600℃~610℃,保温2~3小时;然后继续升温至890℃~910℃,保温5~6小时;然后出炉,用空压机或轴流风机进行风雾冷,风机送风量8000~10000m3/小时之间、全风压为1000-2000Pa,调节水管水量形成风雾状,均匀送风冷却2~3小时,至室温;
b、第二次加热及空冷:将风冷后的衬板从室温以小于100℃/小时的升温速度加至570℃~600℃,保温8~9小时;然后出炉,空冷;
c、第三次加热随炉冷却:将空冷后的衬板送至室温热处理炉内加热至250℃~260℃,保温4~5小时后在炉中自然冷却,完成了整个热处理工艺。
风雾冷装置的设置及热处理的作用:风雾冷却装置是通过用空压机或轴流风机,送风量在8000~10000m3/小时、全风压为1000~3000Pa之间即能满足要求。如果是用空压机送风需要制作送风管道系统,即:在总风管上接出有多排直径32mm或40mm,每根管上设有间距为100~150mm、在管壁上设直径3~5mm的出风孔,并在总管道与多排细管接头之间上接一个直径16~26mm的水管,送风时以水管在2~4m3/小时流量(此流量约是通用自来水水量的1/3左右)之间,调节水量直至从细管中喷出雾状的风雾;如果是用轴流风机送风是在风机旁引出一个为直径16~26mm的水管,水管出口设在风机排风口中央位置即可,送风后调节水管在2~4m3/小时之间,送出的风为风雾。第一次热处理的作用是将衬板加热到高于形成奥氏体组织温度的60~80℃的温度时,通过保温达到组织均衡后,通过此方式处理即可达到快速冷却至室温,形成主要为马氏体及少量渗碳体。第二次处理主要是通过在此温度将上述组织形成回火索氏体组织并初步达到需要的硬度指标。第三次处理主要是消除以上处理时的温度应力和组织应力,并一部分形成了均衡的回火索氏体和贝氏体组织,这次回火后比第二次热处理的布氏硬度高HB8~15,达到HB390~450,抗拉强度:1400~1600MPa,最后达到衬板在球磨机上需要的硬度和强度指标,达到高耐磨的目的。
具体实施方式:
下面结合实施例说明本发明的具体实施方式。
实施例:下面是对本发明的实施事例,仅是对本发明最佳实施方式的描述,并不对在本发明范围的有任何限制。
(1)表1为各实施例化学成分表;
表1为各实施例主要化学成分表(Wt%)
实施例 | C | Cr | Mn | Ni | Mo | Cu | Si | B | V | Ti |
例1 | 0.72 | 1.81 | 1.26 | 0.76 | 0.52 | 0.60 | 0.34 | 0.003 | 0.08 | 0.04 |
例2 | 0.96 | 2.43 | 1.38 | 0.54 | 0.41 | 0.42 | 0.35 | 0.004 | 0.05 | 0.02 |
例3 | 1.45 | 1.95 | 1.52 | 0.61 | 0.76 | 0.71 | 0.47 | 0.002 | 0.06 | 0.03 |
例4 | 1.27 | 2.17 | 1.14 | 0.51 | 0.86 | 0.91 | 0.43 | 0.005 | 0.09 | 0.05 |
注:P、S≤0.03%;其余为Fe。
(2)生产工艺:本发明的生产工序为:冶炼—浇注—热处理;冶炼—浇注均采用常规工艺生产,把铸造完成的衬板按本热处理工艺进行热处理操作:
实施例1
首先将实施例1的衬板装入炉中,衬板间隙保持在120mm;送电以80℃/小时的升温速度加至570℃;保温2小时;然后继续升温至890℃,保温5小时后出炉,再用风雾方式冷却2小时,空压机送风量在8000m3/小时、全风压为1000Pa。用空压机送风制成送风管道系统,在总风管上接出有8排直径32毫米,每根管上设有间距为150mm、在管壁上设直径4mm的出风孔,并在总管道与8排细管接头之间上接一个直径16mm的水管,送风时以水管在2m3/小时流量,然后在空气自然冷却至室温。
再次将第一次风雾冷后的衬板返回到室温炉内进行第二次加热及空冷,送电加热从室温以90℃/小时的升温速度加至570℃,保温8小时;然后出炉,空冷至室温。
最后将此衬板返回到室温炉中进行第三次加热至250℃,保温4小时后在炉中自然冷却至室温,热处理工艺完成。
经检查其布氏硬度为HB401,冲击韧性在135J/cm2之间,抗拉强度:1510MPa;硬度在衬板分布均匀。
实施例2
首先将实施例2的衬板装入炉内,衬板间隙保持在110mm;送电以90℃/小时的升温速度加至580℃;保温2.5小时;然后继续升温至900度,保温6小时后立即快速出炉,再用风雾方式冷却3小时,空压机送风量在10000立方米/小时、全风压为2000Pa。用空压机送风装置同实例1,送风时以水管在3立方米/小时流量然后在空气自然冷却至室温。
再次将第此风雾冷的衬板返回到室温炉中,送电加热从室温以80℃/小时的升温速度加至580℃,保温9小时;然后出炉,空冷至室温。
最后将此衬板返回室温炉中加热至260℃,保温5小时后在炉中自然冷却至室温,热处理完成。
经检查其布氏硬℃为HB423,冲击韧性在148J/cm2之间,抗拉强度:1480MPa;硬度在衬板分布均匀。
实施例3
首先将例3衬板装入室温炉中,衬板间隙保持在130毫米;送电以100℃/小时的升温速度加至590℃;保温2小时;然后继续升温至895℃,保温5.5小时后立即快速出炉,立即用风雾方式冷却2.5小时,空压机送风量在9000立方米/小时、全风压为3000Pa之间即能满足要求。空压机送风风管道系统同实例1,送风时以水管调至4立方米/小时流量然后在空气自然冷却至室温。
再次将第此风雾冷后的衬板返回到室温炉中,送电加热从室温,以70℃/小时的升温速度加至590℃,保温8.5小时;然后出炉,空冷至室温。
最后将此衬板返回到室温炉中加热至255℃~260℃,保温4.5小时后在炉中自然冷却至室温,热处理完成。
经检查其布氏硬℃为HB445,冲击韧性在113J/cm2之间,抗拉强度:1410MPa;硬度在衬板分布均匀。
实施例4
首先将例3衬板装入到室温炉中,衬板间隙保持在140毫米;送电以90℃/小时的升温速度加至600℃;保温2小时;然后继续升温至910℃,保温5小时后立即快速出炉,立即用风雾方式冷却3小时,空压机送风量在10000立方米/小时、全风压为2500Pa之间。空压机送风管道系统同实例1,送风时以水管在3立方米/小时流量然后在空气自然冷却至室温。
再次将此风雾冷后的衬板返回到室温炉中,送电加热从室温,并以60℃/小时的升温速度加至600℃,保温8.5小时;然后出炉,空冷至室温。
最后将此衬板返回到室温炉中加热至260℃,保温4小时后在炉中自然冷却至室温,热处理完成。
经检查其布氏硬度为HB440,冲击韧性在120J/cm2之间,抗拉强度:1455MPa;硬度在衬板分布均匀。
(3)使用寿命由高锰钢衬板的三个半月,提高到了近一年半的水平。
Claims (1)
1.一种高碳中铬中锰多元合金钢球磨机衬板的热处理工艺,其特征在于:高碳中铬中锰多元合金钢球磨机衬板包括的化学成分组成按重量百分数为:C:0.7~1.5%,Cr:1.8~2.5%,Ni: 0.5~0.8%,Mn:1.0~1.6%,Si:0.2~0.5%,Mo:0.4~0.9%,Cu:0.4~1%,V:0.05~0.1%,Ti:0.03~0.06%,B:0.002~0.005,P≤0.03%,S≤0.025%,其余为Fe,并按上述化学组分范围进行配料-冶炼-铸造衬板,将铸造后的衬板放入处理炉中进行热筛,其热处理工艺包括下列步骤:
a、第一次加热及风雾冷:将衬板从室温以小于100℃/小时的升温速度加至600℃~610℃,保温2~3小时;然后继续升温至890℃~910℃,保温5~6小时;然后出炉,用空压机或轴流风机进行风雾冷,风机送风量8000~10000m3/小时之间、全风压为1000-2000Pa,调节水管水量形成风雾状,均匀送风冷却2~3小时,至室温;
b、第二次加热及空冷:将风冷后的衬板从室温以小于100℃/小时的升温速度加至570℃~600℃,保温8~9小时;然后出炉,空冷;
c、第三次加热随炉冷却:将空冷后的衬板送至室温热处理炉内加热至250℃~260℃,保温4~5小时后在炉中自然冷却,完成了整个热处理工艺。
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CN104745965A (zh) | 2015-07-01 |
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