CN107267879A - 一种用于大型球磨机新型颚板的制备方法 - Google Patents

一种用于大型球磨机新型颚板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于大型球磨机新型颚板的制备方法，其含量百分比为：C 0.70％~0.90％、Mn16％~17％、Si 0.80％~1.20％、S 0.01％~0.025％、P 0.02％~0.060％、Cr 0.8％~1.20％、Mo 0.15％~0.35％、Ti 0.08％~0.15％，余量为Fe；步骤一、鄂板模型的制作。步骤二、高锰钢钢水的制备；步骤三、熔融高锰钢钢水的脱氧；步骤四、鄂板铸件的浇注与热处理；步骤五、铸件的打磨修整。本发明大大提高了大型球磨机鄂板的耐磨性能和韧性，延长了大型球磨机鄂板的使用寿命，其性能指标达到了抗弯强900MPa，硬度：68.8HRC，冲击韧性：19.1J/cm2。

Description

一种用于大型球磨机新型颚板的制备方法
技术领域
本发明涉及高锰钢颚板用耐磨材料的制备技术领域，尤其涉及一种用于大型球磨机新型颚板的制备方法。
背景技术
大型球磨机是冶金、矿山、建材应用较为普遍的破碎机械设备，大型球磨机具有破碎效率高的优点，受到行业中普遍欢迎；颚板是大型球磨机的主要易磨损件，因此对颚板材质的耐磨性和韧性具有较高的要求。目前大型球磨机颚板大多都是采用低合金铬钼钢材料，在实际使用过程中，这种材料的颚板存在耐磨性能差，抗冲击性能低，使用寿命短，加工艺复杂等问题。
在现有技术中，也有采用高锰钢作为大型球磨机鄂板的材料，但其表面硬度较低，耐磨性较差，工作时颚板磨损较快；随着高强耐磨材料的发展，这种经过改性的高锰钢，其硬度得到了提高，两种钢的冲击韧性相差不大，提高了大型球磨机鄂板抗断裂性能，使大型球磨机鄂板减少了早期断裂的现象；但是这种经过改性的高锰钢制成的球磨机鄂板，其使用寿命不够理想，耐磨性能不高；总之现有技术所采用的材料所制成的大型球磨机的鄂板，其耐磨性能不高，韧性不好，使用寿命短；发明人基于现有技术中的上述缺陷研发了一种用于大型球磨机新型颚板的制备方法，能够解决现有技术中的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题存在的不足，提供一种用于大型球磨机新型颚板的制备方法，其特征是将废钢、铬铁、钼铁、锰铁、硅铁、钛铁等材料按比例在中频电炉中加热熔炼，然后在砂箱里面浇铸成型，保温一定的时间后清理，再经热处理，加工成型后就可以装配到大型球磨机上使用；这种高锰钢颚板在承受剧烈冲击或接触应力下，其表面会迅速硬化，而芯部仍保持极强的韧性，这种外硬内韧既抗磨损又抗冲击的特点是极其有利的；高锰钢颚板表面受冲击越重，表面硬化就越充分，耐磨性就越好，。
本发明所采用技术方案的制备方法如下：
一种用于大型球磨机新型颚板的制备方法，所述高锰钢颚板含量百分比为：C 0.70％~0.90％、Mn16％~17％、 Si 0.80％~1.20％、S 0.01％~0.025％、 P 0.02％~0.060％、Cr0.8％~1.20％、Mo 0.15％~0.35％、Ti 0.08％~0.15％，余量为Fe；其具体制备方法包括以下步骤：
步骤一、鄂板模型的制作：根据颚板的图纸加工好木质模型，再用该模型在砂箱中把型造好，然后将木质模型从沙箱中取出；
步骤二、高锰钢钢水的制备：将废钢加入中频电炉中，加热使其熔化，取样进行化验，根据化验结果和制备方法中各元素百分含量的控制，按比例依次加入铬铁、钼铁、锰铁、硅铁材料，继续加热使其全部熔化完全，去掉浮在高锰钢钢水表面的杂质；
步骤三、熔融高锰钢钢水的脱氧：根据配方中所要控制Ti和Fe含量，将适量的钛铁和纯铝材料放入高锰钢钢水包中，再将熔化好的高锰钢钢水倒入钢水包中，上面盖上一层保温剂；
步骤四、鄂板铸件的浇注与热处理：将高锰钢钢水通过浇口缓缓倒入砂型中，直到浇口全部注满高锰钢钢水，保温20~28小时，清砂；将清理好的铸件于高温热处理炉中，按要求进行淬火、回火热处理，铸件出炉冷却；
步骤五、铸件的打磨修整：经步骤五中的热处理的铸件，在车床上加工成球磨机要求的尺寸和光洁度。
所述配方中，Mn含量控制在16％~17％，其主要作用是： Mn是奥氏体锰合金钢的主要成分；Mn大部分溶于奥氏体，增加过冷奥氏体的稳定性，提高其淬透性，起到固溶强化奥氏体基体的作用；另一部分存在于(Fe、Mn)3C、Mn7C等碳化物中，能提高高锰钢衬板的强度和冲击韧性；经水韧处理后能够得到比较稳定的单一奥氏体组织，其工作表面受到冲击和磨损后会迅速形成高硬度的马氏体组织，从而大大提高高锰钢的硬度和耐磨性。基于球磨机用高锰钢颚板是在强冲击载荷的工况下，为保证高锰钢颚板的塑性和韧性，使高锰钢颚板不出现断裂，Mn含量控制在16％~17％为宜。本技术领域公知的，当Mn含量控制在14％的时，高锰钢鄂板的塑性和韧性是呈下降趋势，从而高锰钢鄂板的耐磨性也是呈下降的；当Mn含量控制在16％~17％，高锰钢钢水温度控制在1500℃时，其Mn含量大于14％的峰值时，高锰钢鄂板的塑性和韧性不但没有下降，反而是呈上升趋势的，从而高锰钢鄂板的韧性和塑性同样呈上升趋势；因为当Mn含量控制在16％~17％，高锰钢钢水温度控制在1500℃时，Mn含量控制比例与配方中其他含量的控制的配合，以及合理工艺的配合，不但使高锰钢鄂板硬度有明显的提升，同时也提高了鄂板的耐磨性；Mn含量最优值为16％，此时鄂板的硬度和耐磨性指标达到最优，产生了预料不到的效果。
所述配方中，Cr能够与C结合生成(Fe、Cr)3C等多型碳化物，这种碳化物以分散的硬质点存在于高锰钢的基体中，提高高锰钢的初始硬度；本发明中，Mn含量控制在16％~17％，Cr 0.8％~1.20％的条件下，Cr能够与C结合生成(Fe、Cr)3C等多型碳化物的量最多，其高锰钢的基体中存在的分散碳化物硬质点就越均匀；有利于提高高锰钢的初始硬度。另外Cr含量过高，容易产生过多的六价铬，六价铬是很容易被人体吸收的，它可通过消化、呼吸道、皮肤及粘膜侵入人体，造成遗传性基因缺陷，吸入可能致癌，对环境有持久的危害。
所述配方中，Si是改善碳化物结构和形态的主要元素，Si含量高时有助于共晶碳化物呈高度的MC型结构，有助于改善碳化物形态，提高高锰钢的强度和耐磨性，但是，Si含量过高时会降低高锰钢的韧性，所以Si 含量控制在0.80％~1.20％的条件下，共晶碳化物的结构形态最为稳定，主要起到稳定共晶碳化物的结构形态的作用。
所述配方中，Mo的主要作用是细化共晶碳化物的共晶粒度，提高高锰钢材料基体的强度和韧性；Mo 的含量控制在0.15％~0.35％的条件下，细化金属液相中共晶碳化物的效果最好，有利于形成碳化物硬质点分散均匀的共晶碳化物，从而起到了提高了高锰钢的强度和耐磨性。
所述配方中， P是高锰钢中不可避免的杂质成分，P会恶化高锰钢的力学性能、抗磨性能和铸造工艺性能。P在奥氏体中溶解度很小，在高温下会形成二元磷共晶或三元磷共晶，磷共晶使高锰钢性能下降，因此本发明中P 的含量控制在0.02％~0.060％，主要是在高温下控制二元磷共晶或三元磷共晶的形成，防止高锰钢的耐磨性能和冲击韧性的下降。
其中步骤一中，根据颚板的图纸加工好木质模型，再用该模型在砂箱中把型造好，然后将木质模型从沙箱中取出；主要是为了通过木质鄂板模型，在沙箱中压制成便于浇注、符合图纸设计尺寸的鄂板浇注砂型，以便浇注成型鄂板。
其中步骤二中，高锰钢钢水出炉温度控制在1500℃。
其中步骤二中，熔融高锰钢钢水的液相中晶粒的平均粒径控制在90μm~136μm。
其中步骤二中，高锰钢钢水温度控制在1500℃，熔融高锰钢钢水的液相中晶粒的平均粒径控制在90μm~136μm的条件下；一方面，熔融高锰钢钢水的液相中晶粒的晶界两侧原子排列紊乱，因此当变形从一个晶粒传到另一个晶粒时需要穿越晶界，使得变形比较困难；晶粒的尺寸越细小，晶界面积越大，裂纹扩展需要消耗的能量就越多，裂纹扩展的阻力就越大，晶粒尺寸越细，裂纹越不易形成和扩展，因此高锰钢冲击韧性就越高；另一方面，晶粒的细化还能够通过减轻晶界脆性来提高韧性；因为高锰钢钢水的温度在高于1500℃或低于1500℃的情况下，高锰钢钢水中的杂质或有害元素常常向晶界偏聚，使得晶界弱化并造成晶界断裂，细化晶粒增加了晶界面积，从而有效减少了杂质或有害元素在晶界的偏聚，减轻晶界的脆性。
其中步骤三中，将适量的钛铁和纯铝材料放入高锰钢钢水包中，一方面，主要是为了除去熔融高锰钢钢水中的氧，因为在高锰钢钢水从钢包中浇注时，高锰钢钢水直接与空气接触，非常容易氧化，形成MnO杂质，这些MnO杂质容易偏聚在晶界处，从而降低高锰钢的韧性；同时，在高锰钢钢水中添加过量的纯铝时，会使纯铝氧化生成Al2O3，Al2O3在高温时能熔于奥氏体中，同时随着温度的降低，从奥氏体中析出并偏聚于晶界处，造成晶界脆化，使高锰钢的韧性降低；另外钛铁脱氧能力大大高于硅和锰，它的脱氧产物具有熔点低，因而分散的炉渣夹杂物易于聚合浮至表面；钛与溶解在高猛钢水中的氮结合，生成一种稳定的小溶于钢水中的氮化钛，提高其稳定性；另一方面，熔融高锰钢钢水中钛铁，为了使膨胀倾向尽可能小，具有均匀分散碳化钛和氮化钛的作用，可以保证铸铁具有良好的耐磨性，在于过冷时有助于形成细晶石墨，使浇注形成的颚板铸件具有良好的耐磨性。
其中步骤三中，将熔化好的高锰钢钢水倒入钢水包中，上面盖上一层保温剂；这样做的主要目的是为了，保障钢水包中高锰钢钢水的温度，在外界进行热交换，使高锰钢钢水的温度突然降低，影响到正常的浇注成型温度。
其中步骤四中，高锰钢在水韧处理后，在非强烈冲击载荷条件下使用时，因不能发挥出良好的加工硬化能力，导致韧性有余而强度不足；步骤四中的保温热处理是为了，获得单一奥氏体组织，而不适当的水韧处理过程很容易导致多相组织的生成，水韧温度过低、保温时间过短及冷却速度过慢等都会导致碳化物的存留或析出；只有将高锰钢颚板铸件在保温温度为55℃~68℃，保温20~28小时的条件下，进行淬火、回火热处理才能保证高锰钢中的碳原子溶入奥氏体内，形成单相奥氏体组织，从而获得晶格结构稳定的奥氏体组织。
其中步骤四中，将高锰钢钢水浇注到砂型中成型后的清砂，主要是为了清除高锰钢颚板表面残余的砂粒，保证高锰钢颚板表面的清洁度。
其中步骤五中，将高锰钢颚板铸件，在车床上加工成球磨机要求的尺寸和光洁度；这样做的主要目的是为了，提高这种大型球磨机颚板的精度，同时为了满足不同球磨机颚板的尺寸要求。
本发明的有益效果:本发明提供用于大型球磨机新型颚板的制备方法，能够解决现有技术中大型球磨机鄂板，耐磨性能不高，韧性不好，使用寿命短的问题，大大提高了大型球磨机鄂板的耐磨性能和韧性，延长了大型球磨机鄂板的使用寿命，高锰钢颚板的性能指标达到了抗弯强度：900MPa，硬度：68.8HRC，冲击韧性：19.1J/cm2。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步描述，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
用于大型球磨机新型颚板的制备方法，所述高锰钢颚板含量百分比为：C 0.70％、Mn16％、 Si 0.80％、S 0.01％％、 P 0.02％、Cr 0.8％、Mo 0.15％、Ti 0.08％，余量为Fe；其具体制备方法包括以下步骤：
步骤一、鄂板模型的制作：根据颚板的图纸加工好木质模型，再用该模型在砂箱中把型造好，然后将木质模型从沙箱中取出；
步骤二、高锰钢钢水的制备：将废钢加入中频电炉中，加热使其熔化，取样进行化验，根据化验结果和制备方法中各元素百分含量的控制，按比例依次加入铬铁、钼铁、锰铁、硅铁材料，继续加热使其全部熔化完全；高锰钢钢水温度控制在1500℃的出炉温度，去掉浮在高锰钢钢水表面的杂质；熔融高锰钢钢水的液相中晶粒的平均粒径控制在90μm；
步骤三、熔融高锰钢钢水的脱氧：根据配方中所要控制Ti和Fe含量，将适量的钛铁和纯铝材料放入高锰钢钢水包中，再将熔化好的高锰钢钢水倒入钢水包中，上面盖上一层保温剂；
步骤四、鄂板铸件的浇注与热处理：将高锰钢钢水通过浇口缓缓倒入砂型中，直到浇口全部注满高锰钢钢水，保温20小时，清砂；将清理好的铸件于高温热处理炉中，按要求进行淬火、回火热处理，铸件出炉冷却；
步骤五、铸件的打磨修整：经步骤五中的热处理的铸件，在车床上加工成球磨机要求的尺寸和光洁度。
实施例2
用于大型球磨机新型颚板的制备方法，所述高锰钢颚板含量百分比为：C0.80％、Mn16.5％、 Si 0.10％、S 0.018％、 P 0.040％、Cr 1.0％、Mo 0.25％、Ti 0.12％，余量为Fe；其具体制备方法包括以下步骤：
步骤一、鄂板模型的制作：根据颚板的图纸加工好木质模型，再用该模型在砂箱中把型造好，然后将木质模型从沙箱中取出；
步骤二、高锰钢钢水的制备：将废钢加入中频电炉中，加热使其熔化，取样进行化验，根据化验结果和制备方法中各元素百分含量的控制，按比例依次加入铬铁、钼铁、锰铁、硅铁材料，继续加热使其全部熔化完全；高锰钢钢水温度控制在1500℃的出炉温度，去掉浮在高锰钢钢水表面的杂质；熔融高锰钢钢水的液相中晶粒的平均粒径控制在113μm；
步骤三、熔融高锰钢钢水的脱氧：根据配方中所要控制Ti和Fe含量，将适量的钛铁和纯铝材料放入高锰钢钢水包中，再将熔化好的高锰钢钢水倒入钢水包中，上面盖上一层保温剂；
步骤四、鄂板铸件的浇注与热处理：将高锰钢钢水通过浇口缓缓倒入砂型中，直到浇口全部注满高锰钢钢水，保温24小时，清砂；将清理好的铸件于高温热处理炉中，按要求进行淬火、回火热处理，铸件出炉冷却；
步骤五、铸件的打磨修整：经步骤五中的热处理的铸件，在车床上加工成球磨机要求的尺寸和光洁度。
实施例3
用于大型球磨机新型颚板的制备方法，所述高锰钢颚板含量百分比为：C0.90％、Mn17％、 Si 1.20％、S 0.025％、 P 0.060％、Cr ~1.20％、Mo ~0.35％、Ti 0.15％，余量为Fe；其具体制备方法包括以下步骤：
步骤一、鄂板模型的制作：根据颚板的图纸加工好木质模型，再用该模型在砂箱中把型造好，然后将木质模型从沙箱中取出；
步骤二、高锰钢钢水的制备：将废钢加入中频电炉中，加热使其熔化，取样进行化验，根据化验结果和制备方法中各元素百分含量的控制，按比例依次加入铬铁、钼铁、锰铁、硅铁材料，继续加热使其全部熔化完全；高锰钢钢水温度控制在1500℃的出炉温度，去掉浮在高锰钢钢水表面的杂质；熔融高锰钢钢水的液相中晶粒的平均粒径控制在136μm；
步骤三、熔融高锰钢钢水的脱氧：根据配方中所要控制Ti和Fe含量，将适量的钛铁和纯铝材料放入高锰钢钢水包中，再将熔化好的高锰钢钢水倒入钢水包中，上面盖上一层保温剂；
步骤四、鄂板铸件的浇注与热处理：将高锰钢钢水通过浇口缓缓倒入砂型中，直到浇口全部注满高锰钢钢水，保温28小时，清砂；将清理好的铸件于高温热处理炉中，按要求进行淬火、回火热处理，铸件出炉冷却；
步骤五、铸件的打磨修整：经步骤五中的热处理的铸件，在车床上加工成球磨机要求的尺寸和光洁度。

Claims (4)

1.一种用于大型球磨机新型颚板的制备方法，所述高锰钢颚板含量百分比为：C0.70％~0.90％、Mn16％~17％、 Si 0.80％~1.20％、S 0.01％~0.025％、 P 0.02％~0.060％、Cr 0.8％~1.20％、Mo 0.15％~0.35％、Ti 0.08％~0.15％，余量为Fe；其具体制备方法包括以下步骤：
步骤一、鄂板模型的制作：根据颚板的图纸加工好木质模型，再用该模型在砂箱中把型造好，然后将木质模型从沙箱中取出；
步骤二、高锰钢钢水的制备：将废钢加入中频电炉中，加热使其熔化，取样进行化验，根据化验结果和制备方法中各元素百分含量的控制，按比例依次加入铬铁、钼铁、锰铁、硅铁材料，继续加热使其全部熔化完全，去掉浮在高锰钢钢水表面的杂质；
步骤三、熔融高锰钢钢水的脱氧：根据配方中所要控制Ti和Fe含量，将适量的钛铁和纯铝材料放入高锰钢钢水包中，再将熔化好的高锰钢钢水倒入钢水包中，上面盖上一层保温剂；
步骤四、鄂板铸件的浇注与热处理：将高锰钢钢水通过浇口缓缓倒入砂型中，直到浇口全部注满高锰钢钢水，保温20~28小时，清砂；将清理好的铸件于高温热处理炉中，按要求进行淬火、回火热处理，铸件出炉冷却；
步骤五、铸件的打磨修整：经步骤五中的热处理的铸件，在车床上加工成球磨机要求的尺寸和光洁度。
2.根据权利要求1所述的一种用于大型球磨机新型颚板的制备方法，其特征在于：步骤二中，高锰钢钢水出炉温度控制在1500℃。
3.根据权利要求1所述的一种用于大型球磨机新型颚板的制备方法，其特征在于：步骤二中，熔融高锰钢钢水的液相中晶粒的平均粒径控制在90μm~136μm。
4.根据权利要求1所述的一种用于大型球磨机新型颚板的制备方法，其特征在于：高锰钢颚板含量百分比为：C 0.70％、Mn16％、 Si 0.80％、S 0.01％％、 P 0.02％、Cr 0.8％、Mo 0.15％、Ti 0.08％，余量为Fe。
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