CN108070783A - 一种球磨机用轻质高锰钢衬板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种球磨机用轻质高锰钢衬板及其制备方法，衬板化学成分质量百分比为：0.8％～1.0％C、0.4％～0.6％Si、20％～28％Mn、5％～10％Al、0.002％～0.005％B、0.01％～0.03％的La和Ce混合稀土RE、P<0.005％、S<0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。制备方法包括熔炼、浇铸、分离、热处理、喷丸，该衬板比现有高锰钢衬板密度降低9％～15％；除此之外，本发明的钢种还具有优异的硬度和冲击韧性，其耐磨性可比普通高锰钢提高40％以上。本发明具有成本低、耐磨性好且密度低的优点，衬板密度在6.6～7.1g/cm³之间。

Description

一种球磨机用轻质高锰钢衬板及其制备方法

技术领域

本发明属于选矿设备技术领域，尤其是一种球磨机用轻质高锰钢衬板及其制备方法。

背景技术

随着企业生产规模的不断扩大和矿石品位的降低，破碎机的生产能力愈来愈大，我国逐步向着破碎机大型化的方向迈进；然而世界能源日趋紧缺，导致燃料价格节节攀升，节约能量消耗已成为世界各国的共识。对物料粉碎过程的能量消耗和钢材消耗，成为许多国家调查研究的重点。传统的衬板材料普遍采用高锰钢铸造而成的，全国每年消耗的高锰钢衬板达数百万吨。近些年来，出现一些超高锰破碎机衬板，如公开号CN102433508A的专利，提供了一种超高锰破碎机衬板及其制备方法；虽然其耐磨性比普通高锰钢提高30％，但在大型破碎机上使用，由于其衬板的重量较大，故而增加能耗，导致其增加的耐磨性综合效果不那么明显；又如专利号CN1080327公开了低合金破碎机耐磨衬板及制造工艺，该发明由于添加价格昂贵的钼和铜，因此生产成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种球磨机用轻质高锰钢衬板及其制备方法，通过合理的成分设计和热处理工艺设计提供一种耐磨性较好、生产成本低、使用寿命长。

本发明的一种球磨机用轻质高锰钢衬板，其特征在于，衬板化学成分质量百分比为：0.8％～1.0％C、0.4％～0.6％Si、20％～28％Mn、5％～10％Al、0.002％～0.005％B、0.01％～0.03％的La和Ce混合稀土RE、P<0.005％、S<0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。

本发明的球磨机用轻质高锰钢衬板的制备方法，其特征在于步骤如下：

(1)在中频感应炉中进行熔炼，当钢水温度至1500～1550℃时加Al，出钢前10min先加入Ca，加Ca后用导气管吹氩气搅拌，使Ca分布均匀；然后将已预热的稀土变质剂加入钢液进行改性，加入稀土后，吹氩气搅拌、除渣；然后在1500～1530℃将钢液倒至钢包中，准备浇铸；

(2)当温度降至1420～1460℃浇注入砂型模具型腔中，浇铸时长不超过10s；

(3)当铸件表面温度不超过400℃时，将铸件进行分离、精磨；

(4)热处理：使用能精确控制加热速度、温度、保温时间的电炉对铸件进行热处理，以50～70℃/h加热速度从常温加热到600～650℃的温度区间内，以衬板的最大处厚度决定保温时间，保温2～4h；之后加热速度提高到120～180℃/h，直到水淬温度1050～1080℃为止，以衬板的最大处厚度决定保温时间，保温2～4h；保温后迅速将铸件从炉中拉出投入水中，水温控制在15～30℃，淬火终了水温＜50℃；

(5)喷丸处理：喷丸工艺的主要参数为空气压力0.15～0.20MPa、直径0.2mm的铸钢30球型弹丸、喷射角80～90°、喷射距离120～140mm、弹丸流量6～8kg/min、喷丸处理时间＜30min。

本发明球磨机用轻质高锰钢衬板化学成分的作用为：

C：碳是决定高锰钢力学性能和耐磨性的主要元素，但含量过高时，造成显微裂纹；碳含量过低时，虽然韧性高，但耐磨性不够。

Si：硅在高锰钢中可以固溶于奥氏体中，提高固溶体的硬度和强度，强化固溶体的作用，提高屈服强度。当硅含量较高时，使高锰钢产生粗晶，促进碳化物沿晶界析出，降低钢的韧性和耐磨性；当硅含量较低时，碳化物常呈针片状，降低冲击韧性。

Mn：既能提高高锰钢的工硬化能力，又保持了高韧性的奥氏体组织。大断面和结构复杂的铸件含锰量应高些，用于强烈冲击的铸件，则采用低碳和高锰；为此不降低冲击韧性的情况下提高耐磨性是奥氏体锰钢发展的一个重要方向。

Al：可改善高锰钢奥氏体晶粒的异常长大的问题，还可以减少并消除高锰钢铸态组织中的网状二次碳化物、提高高锰钢的铸态冲击韧性值、并且还可以提高铸态奥氏体基体加工硬化能力，在厚壁件上铝的这些作用更大；然而铝是缩小奥氏体区元素，为了在室温得到奥氏体组织，在其他元素含量一定的情况下则必须控制好铝的含量。

B：对Fe-C平衡图的影响是降低γ向δ铁素体转变点(A4)、提高γ向α铁素体转变点(A3)、缩小γ区。加入0.0015％～0.0030％B，相当于0.3％Cr、0.1～015％Mo、0.12％V的作用，加入微量的硼，在奥氏体晶界形成的细小点状，硼相虽然也构成网状，但是其韧性并不降低。但其数量过多时反而使晶粒粗化，并在晶界富集，导致钢的冲击韧性明显降低。

RE(Ce)、Ca：钙和稀土铈作为变质剂加入钢液中，可与钢中磷、砷等低熔点有害元素形成熔点较高的化合物，且还能抑制这些夹杂在晶界上的偏析，同时脱硫脱氧，明显优化铸坯质量，细化晶粒从而提高钢的塑性和韧性。

P，S：磷和硫作为有害元素，产生MnS以及P的共晶，分布在晶界上，降低冲击韧性；随着P量的增加，衬板的使用寿命降低，在高锰钢中很容易出现C、Mn的偏析，会加剧磷的有害作用。必须严格控制其含量。

本发明破碎机用轻质高锰钢衬板制备方法，步骤如下：

(1)在中频感应炉中进行熔炼，当钢水温度至1500～1550℃时加Al，出钢前10min先加入Ca，加Ca后用导气管吹氩气搅拌，使Ca分布均匀；然后将已预热的稀土变质剂加入钢液进行改性，加入稀土后，吹氩气搅拌、除渣；然后在1530～1580℃将钢液倒至钢包中，准备浇铸；

(2)当温度降至1420～1460℃浇注入砂型模具型腔中，浇铸时长不超过10min；

(3)当铸件表面温度不超过400℃时，将衬板进行分离、精磨。

(4)热处理：使用能精确控制加热速度、温度、保温时间的电炉对铸件进行热处理。以60～80℃/h加热速度从常温加热到550～650℃的温度区间内，以衬板的最大处厚度决定保温时间，保温1～2h；之后加热速度提高到150～200℃/h，直到水淬温度1050～1080℃为止，以衬板的最大处厚度决定保温时间，保温2～4h；保温后迅速将铸件从炉中拉出投入水中，水温控制在15～30℃，淬火终了水温＜50℃，水池体积≥400m³；经水韧处理后，再在500～550℃高温回火2.5h～5h，以衬板的最大处厚度决定保温时间，取出空冷即可；

(5)喷丸处理：喷丸工艺的主要参数为空气压力0.15～0.20MPa、直径0.2mm的铸钢30球型弹丸、喷射角80～90°、喷射距离120～140mm、弹丸流量6～8kg/min、喷丸处理时间＜30min。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明是通过优化合金设计，与现有技术相比，具有较低的密度，所铸造的高锰钢衬板密度在6.60～7.10g/cm³，比现有高锰钢密度降低9％～15％；除此之外，本发明的钢种还具有优异的硬度和冲击韧性，耐磨度可比普通高锰钢提高40％以上。

具体实施方式

以下实施方式用于说明本发明，但不用来限制本发明的应用范围，其他应用领域等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由各项权利要求限定。

实施例一：球磨机用轻质高锰钢衬板化学成分重量百分比为：1％C、0.4％Si、23.8％Mn、7.1％Al、0.003％B、0.01％RE(60％Ce+40％La混合轻稀土)、P<0.01％、S<0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。

球磨机用轻质高锰钢衬板及其制备方法，包括以下步骤：

冶炼浇铸：在中频感应炉中进行熔炼，当钢水温度至1500～1550℃时加Al，出钢前10min先加入Ca(加入量为钢液质量的1％)，加Ca后用导气管吹氩气搅拌，使Ca分布均匀；然后将已预热的稀土变质剂加入钢液进行改性(加入量为钢液质量的0.02％)，加入稀土后，吹氩气搅拌、除渣；然后在1500～1530℃将钢液倒至钢包中，准备浇铸；当温度降至1420～1460℃浇注入砂型模具型腔中，浇铸时长不超过10min；当铸件表面温度不超过400℃时，将衬板进行分离、精磨。

热处理：使用能精确控制加热速度、温度、保温时间的电炉对精磨后的衬板进行热处理。以60℃/h加热速度从常温加热到630℃的温度区间内保温2h(衬板的最大处厚度为100mm)；之后加热速度提高到180℃/h，直到水淬温度1080℃为止，保温4h；保温后迅速将铸件从炉中拉出投入水中，水温控制在25℃，淬火终了水温45℃，水池体积为400m³。

喷丸处理：喷丸工艺的主要参数为空气压力0.18MPa、直径0.2mm的铸钢30球型弹丸、喷射角85°、喷射距离130mm、弹丸流量7kg/min、喷丸处理时间25min。

本实施例中得到的球磨机用轻质高锰钢衬板的机械性能为：抗拉强度809.6MPa，屈服强度410.9MPa，延伸率59.6％，冲击韧性231.3J·cm^-2，硬度205HB(未喷丸处理)，喷丸处理后硬度550HV(硬化层深度为50μm)；密度为6.84g/cm³。

实施例二：球磨机用轻质高锰钢衬板化学成分重量百分比为：1％C、0.4％Si、25.8％Mn、6％Al、0.003％B、0.01％RE(60％Ce+40％La混合轻稀土)、P<0.01％、S<0.03％，余量为Fe。

球磨机用轻质高锰钢衬板及其制备方法，包括以下步骤：

冶炼浇铸：在中频感应炉中进行熔炼，当钢水温度至1500～1550℃时加Al，出钢前10min先加入Ca(加入量为钢液质量的1％)，加Ca后用导气管吹氩气搅拌，使Ca分布均匀；然后将已预热的稀土变质剂加入钢液进行改性(加入量为钢液质量的0.02％)，加入稀土后，吹氩气搅拌、除渣；然后在1500～1530℃将钢液倒至钢包中，准备浇铸；当温度降至1420～1460℃浇注入砂型模具型腔中，浇铸时长不超过10min；当铸件表面温度不超过400℃时，将衬板进行分离、精磨。

热处理：使用能精确控制加热速度、温度、保温时间的电炉对精磨后的衬板进行热处理。以70℃/h加热速度从常温加热到650℃的温度区间内保温3h(衬板的最大处厚度为100mm)；之后加热速度提高到180℃/h，直到水淬温度1080℃为止，保温4h；保温后迅速将铸件从炉中拉出投入水中，水温控制在25℃，淬火终了水温45℃，水池体积为400m³；经水韧处理后，再在500℃高温回火4h，取出空冷即可。

喷丸处理：喷丸工艺的主要参数为空气压力0.18MPa、直径0.2mm的铸钢30球型弹丸、喷射角85°、喷射距离130mm、弹丸流量7kg/min、喷丸处理时间25min。

本实施例中得到的球磨机用轻质高锰钢衬板的机械性能为：抗拉强度798MPa，屈服强度500MPa，延伸率43％，冲击韧性193J·cm^-2，硬度237HB(未喷丸处理)，喷丸处理后硬度615HV(硬化层深度为50μm)；密度为6.84g/cm³。

Claims (2)

1.一种球磨机用轻质高锰钢衬板，其特征在于，衬板化学成分质量百分比为：0.8％～1.0％C、0.4％～0.6％Si、20％～28％Mn、5％～10％Al、0.002％～0.005％B、0.01％～0.03％的La和Ce混合稀土RE、P<0.005％、S<0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。

2.一种用于权利要求1所述的球磨机用轻质高锰钢衬板的制备方法，其特征在于步骤如下：

(1)在中频感应炉中进行熔炼，当钢水温度至1500～1550℃时加Al，出钢前10min先加入Ca，加Ca后用导气管吹氩气搅拌，使Ca分布均匀；然后将已预热的稀土变质剂加入钢液进行改性，加入稀土后，吹氩气搅拌、除渣；然后在1500～1530℃将钢液倒至钢包中，准备浇铸；

(2)当温度降至1420～1460℃浇注入砂型模具型腔中，浇铸时长不超过10s；

(3)当铸件表面温度不超过400℃时，将铸件进行分离、精磨；

(4)热处理：使用能精确控制加热速度、温度、保温时间的电炉对铸件进行热处理，以50～70℃/h加热速度从常温加热到600～650℃的温度区间内，以衬板的最大处厚度决定保温时间，保温2～4h；之后加热速度提高到120～180℃/h，直到水淬温度1050～1080℃为止，以衬板的最大处厚度决定保温时间，保温2～4h；保温后迅速将铸件从炉中拉出投入水中，水温控制在15～30℃，淬火终了水温＜50℃；

(5)喷丸处理：喷丸工艺的主要参数为空气压力0.15～0.20MPa、直径0.2mm的铸钢30球型弹丸、喷射角80～90°、喷射距离120～140mm、弹丸流量6～8kg/min、喷丸处理时间＜30min。