CN107267880B - 一种高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢、鄂板及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢，按重量百分比，其组成包含：C：0.15‑0.45％，Mn：1.5‑2.8％，Si：0‑1.5％，Al：0.20‑1.5％，Cr：0.5‑1.5％，P：0.001‑0.20％，S：0.001‑0.020％，Ce：0.01‑0.020wt％，其余为Fe及不可避免的杂质元素；其中，Si与Al的重量百分比之和不高于2.0％。本发明还公开了由所述钢制成的鄂板。采用本发明组分设计合理的钢以及工艺制备得到的鄂板耐磨性及韧性好，且使用寿命长。

Description

一种高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢、鄂板及制备方法

技术领域

本发明涉及钢材研究领域。更具体地，涉及一种高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢及鄂板。

背景技术

颚式破碎机是矿山、冶金、建材等行业中重要的破碎机械，其使用效率高低与其构成中的最主要易磨损零件—颚板的性能质量紧密相关。在使用过程中，鄂板的服役工况恶劣，受到冲击、挤压、磨损等的综合作用，因此，要求其具有硬度、韧性和耐磨性等的优良综合匹配。

目前，鄂板基本上是采用高锰钢、高铬铸铁或中高碳低合金钢，通过铸造方式生产得到，各种材质鄂板特点相异，适用范围不同。

高锰钢鄂板具有良好的韧性和高应变硬化能力，在大冲击力作用下，通过TRIP效应得到硬化的马氏体层，从而获得良好的耐磨性能。但是，由于高锰钢鄂板初始硬度低(～HRC20)，其在服役过程中所受物料的冲击力在很多情况下常常强度不够，无法促使TRIP效应发生，导致其高应变硬化优势无法体现，反使得其表面易受到流变和被切削，表现出耐磨性能差，使用寿命短的特点。

高铬铸铁鄂板具有很高的硬度(HRC60以上)，但其韧性很差，冲击功通常Akv＜3J，很容易因物料冲击或挤压而产生开裂或直接破碎。

近年来出现了高铬铸铁镶铸于高锰钢表面组成的复合鄂板，将高铬铸铁的高耐磨性和高锰钢的高韧性有机结合，大大延长了鄂板的使用寿命。但是，这种复合鄂板的制造工艺复杂、工艺要求严格、制造难度大，导致其使用受到了限制。

中高碳低合金铸钢鄂板具有良好的硬度与韧性匹配(HRC≥45，Akv≥15J)，表现出良好的耐磨性能，得到了广泛关注。但是，该类鄂板中常需加入昂贵的合金元素Ni和Mo，导致其合金成本和价格较高，使用受到限制。因此，工艺简单、成本低廉、硬度与韧性匹配良好的高性价比鄂板开发成为鄂板的重要研发方向。

公开号为CN105220061A，名称为“一种中大型贝氏体钢耐磨铸件及其制备工艺”的中国发明专利中，以廉价的C、Si、Mn、Cr为主要合金元素，获得了HRC＞45、Akv＞20J的贝氏体钢铸件，其耐磨性能和性价比良好。但是，该专利涉及的钢种多适用于制造尺寸中大型的贝氏体钢铸件(重量≤600Kg)，当用于大尺寸的颚式破碎机用鄂板时，由于鄂板的厚度高、体积大(重量≥800Kg)，属于大型钢铸件，上述专利涉及的钢种不具备足够淬透性，无法保证鄂板充分的硬度层深，从而导致鄂板整体耐磨性较差。此外，由于鄂板尺寸和体积大，钢液在浇注时凝固时间长，容易产生界面偏析等缺陷而不利于鄂板的韧性。并且，上述专利中工件的淬火热处理过程相对复杂(出炉空冷到低于800℃进行间隙式复合淬火至高于100℃，用高于180℃保温炉保温4h以上；或出炉空冷至650～750℃进行间隙式水淬至180℃出水，再入280℃保温炉保温4h以上)，针对大尺寸的鄂板而言操作难度较大。值得注意的是，该专利涉及的中大型贝氏体钢耐磨铸件的硬度高(HRC45以上)，属于超高强度钢范畴。而超高强度钢对于氢的敏感性较高，因此，上述专利201510730009.2涉及的中大型贝氏体钢耐磨铸件存在一定的氢致开裂风险，尤其在南方潮湿环境中服役时，更应注意该问题。

因此，为解决目前颚式破碎机用鄂板研发过程中存在的上述缺陷与不足，需要提供一种新的高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢、鄂板及制备方法。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢。

本发明的第二个目的在于提供一种高抗开裂贝氏体耐磨鄂板。

本发明的第三个目的在于提供一种高抗开裂贝氏体耐磨鄂板的制备方法。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢，按重量百分比，其组成包含：

C：0.15-0.45％，Mn：1.5-2.8％，Si：0-1.5％，Al：0.20-1.5％，Cr：0.5-1.5％，P：0.001-0.20％，S：0.001-0.020％，Ce：0.01-0.020wt％，其余为Fe及不可避免的杂质元素；

其中，Si与Al的重量百分比之和不高于2.0％。

优选地，按重量百分比，所述鄂板用钢的组成还包含不高于0.0015％的B。

优选地，按重量百分比，所述鄂板用钢的组成还包含不高于0.5％的Mo。

优选地，按重量百分比，所述鄂板用钢的组成还包含V、Nb、Ti中的一种或几种，且含量不大于0.3％。

优选地，所述鄂板用钢的显微组织为贝氏体和马氏体的混合组织。

本发明中，碳元素C：钢中典型的强硬化元素，能同时提高钢的强度和淬透性。

锰元素Mn：大大增加钢种淬透性，显著延缓高温区珠光体型转变，而对低温区贝氏体转变的影响较小，达一定含量时可将钢种CCT曲线的珠光体转变区和贝氏体转变区分离。另外，有固溶强化作用，增加钢种强度和硬度。

硅元素Si：可抑制碳化物析出，使得显微组织中容易产生部分韧性相对较好的残余奥氏体，从而有利于钢种韧性的提高。

铝元素Al：与Si元素作用类似，可抑制碳化物析出，使得显微组织中容易产生部分韧性相对较好的残余奥氏体，有利于韧性。此外，Al元素的加入，可降低高强度钢的氢脆敏感性，提高钢种抗开裂的能力。

铬元素Cr：能提高钢种的淬透性，同时具有固溶强化的作用。

铈元素Ce：可起到明显的界面净化作用，有利于提高钢种的断裂抗力，增强韧性。

硼元素B：强烈提高钢种的淬透性，保证钢种的淬硬层深度。

钼元素Mo：可抑制钢中P元素在界面偏聚导致的韧性降低和引起开裂的风险。另外，可显著提高钢种的淬透性，有利于淬硬层的深度。还可起到细化晶粒，同时提高强度和韧性的作用。

微合金化元素V、Nb、Ti：通过细晶强化和析出强化等，可提高钢的强韧性。此外，其碳化物或碳氮化物的硬度高，钢中析出时，将有利于耐磨性能的提高。

为达到上述第二个目的，本发明采用下述技术方案：

一种高抗开裂贝氏体耐磨鄂板，由如上所述的高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢制成。

为达到上述第三个目的，本发明采用下述技术方案：

一种高抗开裂贝氏体耐磨鄂板的制备方法，包括如下步骤：

1)将所述的高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢的组成采用炼钢工艺进行冶炼，再浇铸成鄂板坯件；

2)将步骤1)所得鄂板坯件加热至900-1100℃保温后随炉温冷却至室温；

3)将步骤2)冷却至室温后的鄂板坯件加热至880-1000℃保温，出炉连续冷却至室温；

4)将步骤3)冷却至室温后的鄂板坯件加热至200-380℃进行回火处理，得到高抗开裂贝氏体耐磨鄂板。

优选地，步骤2)中，保温时间不少于3小时以上。

优选地，步骤3)中，保温时间不少于3小时。

优选地，步骤3)中，连续冷却的方法选自空冷、水冷、油冷、雾冷或风冷中的一种或几种。

优选地，步骤4)中，回火处理的时间不少于3小时。

优选地，步骤4)中，回火处理后，可通过具体不同的机械加工工艺获得所需高抗开裂贝氏体耐磨鄂板。

本发明的有益效果如下：

本发明的高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢和鄂板通过精确控制各组分的种类及添加含量，有效地预防了鄂板(属于大型钢铸件，重量≥800kg)容易出现的耐磨性差以及韧性差等问题。

本发明在精确的控制钢的原料组分的前提下，对鄂板制备方法精确的控制，两者互相匹配，降低了鄂板对氢的敏感性，避免了鄂板在使用时会出现氢致开裂的风险，改善了鄂板的耐磨性及韧性。

本发明鄂板的制备方法工艺简单，采用连续冷却至室温的方法，能使制备得到的鄂板结构更加牢固，且制备难度小，易于实施，且采用连续冷却至室温，能够使得产品结构更均匀，同时使得在简单的大生产工艺下能得到贝氏体加马氏体的混合组织。

且与现有高锰钢鄂板相比，采用本发明的制备方法生产的鄂板，可大幅度增加鄂板初始表面硬度，并保持良好的韧性水平，从而大幅度提高鄂板的耐磨性能和使用寿命。

本发明的鄂板抗拉强度Rm＞1500MPa，HRC≥46，室温冲击韧性Akv＞20J。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明实施例1制备得到的鄂板内部的显微组织照片。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

表1示出了以下各实施例及对比例中高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢的组分含量(质量百分数)

表1 各实施例及对比例中高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢原料中各组分的质量百分数含量(％)

实施例1

重量为812kg的高抗开裂贝氏体耐磨鄂板，其由高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢制成，其中，高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢的各组分含量如表1所示。该鄂板的制备方法如下：

1)按照表1配方，采用常规炼钢工艺进行冶炼，然后浇铸成鄂板坯件；

2)将步骤1)所得鄂板坯件加热到1100℃保温3小时，后随炉冷却至室温；

3)将经过步骤2)处理后的鄂板坯件加热到1000℃保温，保温时间3小时，然后出炉在空气中连续冷却到室温；

4)将经过步骤3)处理后的鄂板坯件进行380℃回火处理，回火保温时间4小时；

5)将经步骤4)处理后的鄂板坯件通过机械加工工序获得鄂板成品。

图1示出了本实施例制备得到的鄂板内部的显微组织照片。从图中可知，其显微组织为贝氏体+马氏体复相组织。

实施例2

重量为1006kg的高抗开裂贝氏体耐磨鄂板，其由高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢制成，其中，高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢的各组分含量如表1所示。该鄂板的制备方法如下：

1)按照表1配方，采用常规炼钢工艺进行冶炼，然后浇铸成鄂板坯件；

2)将步骤1)所得鄂板坯件加热到1060℃保温4小时，后随炉冷却至室温；

3)将经过步骤2)处理后的鄂板坯件加热到960℃保温，保温时间3.5小时，然后出炉吹风连续冷却到室温；

4)将经过步骤3)处理后的鄂板坯件进行320℃回火处理，回火保温时间5小时；

5)将经步骤4)处理后的鄂板坯件通过机械加工工序获得鄂板成品。

实施例3

重量为1202kg的高抗开裂贝氏体耐磨鄂板，其由高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢制成，其中，高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢的各组分含量如表1所示。该鄂板的制备方法如下：

1)按照表1配方，采用常规炼钢工艺进行冶炼，然后浇铸成鄂板坯件；

2)将步骤1)所得鄂板坯件加热到900℃保温5小时，后随炉冷却至室温；

3)将经过步骤2)处理后的鄂板坯件加热到880℃保温，保温时间3.5小时，然后出炉进行喷雾连续冷却到室温；

4)将经过步骤3)处理后的鄂板坯件进行300℃回火处理，回火保温时间5小时；

5)将经步骤4)处理后的鄂板坯件通过机械加工工序获得鄂板成品。

实施例4

重量为1503kg的高抗开裂贝氏体耐磨鄂板，其由高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢制成，其中，高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢的各组分含量如表1所示。该鄂板的制备方法如下：

1)按照表1配方，采用常规炼钢工艺进行冶炼，然后浇铸成鄂板坯件；

2)将步骤1)所得鄂板坯件加热到950℃保温6小时，后随炉冷却至室温；

3)将经过步骤2)处理后的鄂板坯件加热到920℃保温，保温时间3小时，然后出炉进入淬火油中连续冷却到室温；

4)将经过步骤3)处理后的鄂板坯件进行250℃回火处理，回火保温时间6小时；

5)将经步骤4)处理后的鄂板坯件通过机械加工工序获得鄂板成品。

实施例5

重量为2004kg的高抗开裂贝氏体耐磨鄂板，其由高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢制成，其中，高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢的各组分含量如表1所示。该鄂板的制备方法如下：

1)按照表1配方，采用常规炼钢工艺进行冶炼，然后浇铸成鄂板坯件；

2)将步骤1)所得鄂板坯件加热到1020℃保温8小时，后随炉冷却至室温；

3)将经过步骤2)处理后的鄂板坯件加热到930℃保温，保温时间3小时，然后出炉入水连续冷却到室温；

4)将经过步骤3)处理后的鄂板坯件进行200℃回火处理，回火保温时间7小时；

5)将经步骤4)处理后的鄂板坯件通过机械加工工序获得鄂板成品。

对比例1

制备常规的质量为1503kg的高锰钢鄂板，其中钢的各组分含量如表1所示，制备方法为：采用常规炼钢工艺进行冶炼，然后浇铸成鄂板坯件；对坯件以50-60(℃/h)的加热速度加热到1000℃，保温时间3小时，然后进入水中冷却到室温；然后进行机械加工后获得鄂板成品。

对比例2

制备质量为812kg的鄂板，其中钢的各组分含量如表1中实施例1相同，制备方法同实施例1，区别在于，步骤3)中“出炉以大于空气中冷却的速度8℃/S冷却到500℃，保温6小时，然后空冷到室温。

对比例3

制备质量为812kg的鄂板，其中钢的各组分含量如表1所示，制备方法同实施例1。

通过万能拉伸试验机，采用标准拉伸试样，根据相关国家标准的规定，分别测定了各实施例及对比例制备的鄂板试样的力学性能，结果如表2所示。针对各实施例及对比例所生产鄂板的实际使用情况如表2所示，其中磨料主要为石英石，进口块度直径为200-400mm，出口破碎到小于40mm的小块。

表2 各实施例及对比例制备的贝氏体钢鄂板的力学性能及耐磨性能

注：表中相对耐磨性指各实施例鄂板的磨耗量相对于对比例1鄂板磨耗量的比值。

由表2可知，本发明的高抗开裂贝氏体耐磨鄂板的抗拉强度＞1500MPa，硬度HRC≥46，常温V型缺口冲击功Akv≥20J，与对比例1常规高锰钢鄂板及对比例2-5所得鄂板相比，相同工况条件下，其磨损量大幅度降低，使用寿命延长一倍以上，且在使用过程中未出现开裂现象。因此，本发明的鄂板具有高强度、高韧性、高耐磨、抗开裂和使用寿命长的特点。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢，其特征在于，按重量百分比，其组成包含：

C：0.15-0.45％，Mn：1.5-2.8％，Si：0-1.5％，Al：0.20-1.5％，Cr：0.5-1.5％，P：0.001-0.20％，S：0.001-0.020％，Ce：0.01-0.020wt％，其余为Fe及不可避免的杂质元素；

其中，Si与Al的重量百分比之和不高于2.0％。

2.根据权利要求1所述的高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢，其特征在于，按重量百分比，所述鄂板用钢的组成还包含不高于0.0015％的B。

3.根据权利要求1所述的高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢，其特征在于，按重量百分比，所述鄂板用钢的组成还包含不高于0.5％的Mo。

4.根据权利要求1所述的高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢，其特征在于，按重量百分比，所述鄂板用钢的组成还包含V、Nb、Ti中的一种或几种，且含量不大于0.3％。

5.根据权利要求1所述的高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢，其特征在于，所述鄂板用钢的显微组织为贝氏体和马氏体的混合组织。

6.一种高抗开裂贝氏体耐磨鄂板，由如权利要求1-5任一项所述的高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢制成。

7.如权利要求6所述的高抗开裂贝氏体耐磨鄂板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将所述的高抗开裂贝氏体耐磨鄂板用钢的组成采用炼钢工艺进行冶炼，再浇铸成鄂板坯件；

2)将步骤1)所得鄂板坯件加热至900-1100℃保温后随炉温冷却至室温；

3)将步骤2)冷却至室温后的鄂板坯件加热至880-1000℃保温，出炉连续冷却至室温；

4)将步骤3)冷却至室温后的鄂板坯件加热至200-380℃进行回火处理，得到高抗开裂贝氏体耐磨鄂板。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，连续冷却的方法选自空冷、水冷、油冷、雾冷或风冷中的一种或几种。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，回火处理的时间不少于3小时。