CN108118132B - 一种hp磨煤机衬板的加工方法 - Google Patents

一种hp磨煤机衬板的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种HP磨煤机衬板的加工方法，属于耐磨衬板领域。本发明的一种HP磨煤机衬板的加工方法，包括熔炼、浇注、锻造和热处理工艺，其特征在于，所述热处理工艺包括以下步骤：一、退火：将耐磨衬板加热到870～890℃，然后保温，保温后冷却；二、表层化学热处理：将步骤一处理后的衬板放入化学介质中加热，改变表面化学成分和组织；三、淬火：将步骤二处理后的衬板加热到370～400℃后保温，然后快速冷却；四、回火：将步骤三处理后的衬板加热到520～670℃后保温，然后水冷，最后在表面无凸筋的衬板表层熔焊钴基合金。处理后的HP磨煤机衬板硬度、强度和耐磨性大大提高，使用寿命也成倍增加。

Description

一种HP磨煤机衬板的加工方法
技术领域
本发明属于耐磨衬板领域，更具体地说是涉及一种磨煤机耐磨衬板的加工方法。
背景技术
HP磨煤机，也叫HP碗式磨煤机，是一种中速磨辊式磨煤机，目前，用于HP磨煤机衬板的材料有耐磨的合金钢、铸铁等，其中耐磨合金钢是一类用于磨损工况的特殊性能钢，其主要特征是在磨损条件下具有较高的强度、硬度韧性和耐磨性，目前耐磨合金钢种类有很多，最为常用的为高锰钢和低、中合金耐磨钢。
高锰钢有高韧性、低强度和低硬度的特征，它通过冲击硬化产生耐磨作用，如果冲击力低则耐磨性很低，冲击力高时耐磨件又会变形报废。一些低中合金耐磨钢随具有较好的韧性低冲击时耐磨性能优于高锰钢，但是其淬透性差，总耐磨性较差。
中国发明专利CN105648347A，公开日2016年6月8日，公开了一种高耐磨合金钢衬板生产工艺，由下列质量百分比组成：C0.8～1.1％，Mn1.5～2.5％，Cr1.8～2.8，Mo0.3～0.8％，V0.6～0.9％，Si＜0.8％，Ti0.1～0.2％，B0.002～0.008％，稀土Re0.3～0.5％，余量为Fe和不可避免杂质；热处理步骤包括将铸件加热到350～450℃，保温2～3个小时，然后进行水淬降温，将淬火铸件加热到200～400℃保温3小时出炉制得合格的耐磨合金衬板。根据该专利所述的高耐磨合金钢衬板，铸件含碳量较大，根据该专利所述的热处理工艺，处理时无法消除合金钢中的网状渗碳体，导致铸件加工完成后会硬而脆，抗冲击性较差，且该专利所述的含碳量会使加入的B元素完全失效，不能发挥B元素的潜力。
发明内容
发明要解决的技术问题
针对现有HP磨煤机衬板使用寿命短，耐磨性和强韧性不兼备等问题，本发明提供了一种HP磨煤机衬板，可大幅度提升HP磨煤机衬板的使用寿命，大大提升其耐磨性和强韧性。
技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种HP磨煤机衬板的加工方法，包括熔炼、浇注、锻造和热处理工艺制成，其中热处理工艺包括以下步骤：
一、退火：将HP磨煤机衬板加热到870～890℃，然后保温，保温后冷却；
二、表层化学热处理：将步骤一处理后的HP磨煤机衬板放入化学介质中加热，改变表面化学成分和组织；
三、淬火：将步骤二处理后的HP磨煤机衬板加热到370～400℃后保温，然后快速冷却；
四、回火：将步骤三处理后的HP磨煤机衬板加热到520～670℃后保温，然后冷却。
进行退火处理是为了均匀所述HP磨煤机衬板材料的化学成分及组织，使衬板材料奥氏体化，细化晶粒，调整硬度，便于后续加工处理，通过表层化学热处理使材料表层获得更好的性能，淬火可以减少表层化学热处理后产生的内应力防止渗层开裂，配合回火消除淬火应力。通过一系列适应衬板材料成分配比的热处理工艺，调整衬板材料的力学综合性能，将加入的不同合金元素的潜力发挥到最大。
进一步地，所述退火步骤采用完全退火工艺，将HP磨煤机衬板加热到870～890℃后保温220～270min，HP磨煤机衬板材料在退火处理前晶粒粗大，有带状组织，通过完全退火，使组织完全奥氏体化，抑制魏氏组织的形成，细化晶粒，消除带状组织，然后缓慢冷却，以获得近于平衡的组织，为了提高生产效，退火冷却至600℃左右即出炉空冷。
进一步地，所述表层化学热处理为渗硼处理，通常在HP磨煤机衬板中加入硼以提高其耐磨性，但是合金钢中的硼元素效果受碳元素含量的影响，碳含量多时硼元素的有益作用会逐渐消失，对碳元素的添加起到限制作用，故本发明在HP磨煤机衬板中不添加硼元素，而是对其做表面渗硼处理，将步骤一处理后的衬板放入渗硼剂中，加热至950～1000℃，持续3～5小时。
进一步地，所述渗硼剂是由无水硼砂加碳化硼、硼铁或碳化硅组成的盐浴渗硼剂，选取盐浴渗硼剂是因为盐浴活性较低，可以获得单相的Fe2B渗硼层，选取活性高的渗硼剂是可能在合金钢表面形成多相渗硼层，在外力作用下可能剥落。
进一步地，所述渗硼深度为0.1～0.3mm，可以显著提高合金钢表面硬度(1300～2000HV)和耐磨性，并且在淬火和回火后也不发生变化。
进一步地，所述淬火工艺采用分级淬火法，将步骤二处理后的HP磨煤机衬板先淬入温度略高于350℃的碱浴炉中保温，工件内外温度均匀后，从碱浴炉中取出，空冷至室温，完成马氏体转变，这种淬火方法不仅减小了热应力，而且显著降低组织应力，有效地减少或防止HP磨煤机衬板材料淬火变形和开裂。
进一步地，所述回火步骤进行2次回火，第一次回火的保温时间为100～120分钟，第二次回火的保温时间为80～100分钟，回火完成后采用水冷的冷却方式。本发明采用高温回火是为了获得回火索氏体回火组织。回火索氏体具有良好的韧性和塑性，同时具有较高的强度，会使HP磨煤机衬板有更高的强度和更好的抗冲击和交变负荷的能力。回火后水冷是为了抑制回火脆性。
进一步地，所述HP磨煤机衬板经熔炼，浇注，被锻造成两种，一种衬板表面有凸筋，一种衬板表面无凸筋，两种衬板底部均成凹槽式。衬板表面的凸筋是为了增加煤与衬板、磨辊的摩擦力，防止磨辊打滑，衬板底部的凹槽是为了节约材料，同时减小衬板重量，便于安装。
进一步地，所述表面无凸筋的衬板在热处理工艺后，在表面熔焊钴基合金，钴基合金有良好的焊接性能以及非常好的耐磨能力，熔焊在衬板表面，成倍的提升衬板的耐磨能力。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的一种HP磨煤机衬板，通过特定的热处理工艺，充分地发挥了合金元素的潜力，大大改善了HP磨煤机衬板的性能；
(2)本发明的退火步骤采用完全退火工艺，可使组织完全奥氏体化，细化晶粒，使魏氏组织难以形成，消除带状组织；
(3)本发明采用表面渗硼处理方法，避免了硼元素直接加入磨煤机衬板材料中的诸多限制，在衬板材料表面形成渗硼层，显著提高HP磨煤机衬板表面的硬度和耐磨性；
(4)本发明采用分级淬火法，减小了表面渗硼处理时产生的热应力，而且显著降低组织应力，有效地减少或防止HP磨煤机衬板材料淬火变形和开裂；
(5)本发明回火工艺采用高温多次回火，回火后获得回火索氏体组织，使HP磨煤机衬板有更高的强度和更好的抗冲击和交变负荷的能力；
(6)本发明锻造的有凸筋的衬板可以增大衬板与煤的摩擦力，有效地防止磨辊打滑，衬板底部的凹槽可以节约材料，减轻衬板重量，便于安装。
(7)本发明在无凸筋的衬板表面熔焊钴基合金，进一步提高合金钢的耐磨能力，和Fe2B渗硼层、衬板本身一起成倍的增加了耐磨衬板合金钢的耐磨能力。
附图说明
图1为表面无凸筋的磨煤机衬板视图；
图2为表面有凸筋的磨煤机衬板视图；
图3为本发明的衬板在磨碗上的安装排列方式；
图4为本发明退火工艺前的金相显微组织；
图5为本发明退火工艺后的金相显微组织；
图6为本发明表面渗硼后衬板表面的金相显微组织。
具体实施方式
为进一步了解本发明内容，结合附图对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例的一种HP磨煤机衬板，其化学成分质量百分比为：C0.5～0.6％、Al1.3～1.9％、Mn0.9～1.3％、Cr9.0～11.2％、Mo2.6～3.0％、V0.2～0.4％、Co6～7％、Re0.30～0.35％，余量为Fe和不可避免的杂质，其中Cr/Co＝1～1.6，Co/Mo＝2～2.3，具体在本实施例中由如下质量百分比组成：C0.5％、Al1.7％、Mn1.1％、Cr10.4％、Mo2.8％、V0.2％、Co6.5％、Re0.32％，余量为Fe和不可避免的杂质，其中Cr/Co＝1.6，Co/Mo＝2.3。本实施例的一种HP磨煤机衬板，采用如下热处理工艺处理：
一、完全退火：将HP磨煤机衬板加热到870℃后保温220min，然后缓慢冷却，退火冷却至600℃左右出炉空冷；
二、表面渗硼：将步骤一处理后的HP磨煤机衬板放入由无水硼砂加碳化硼、硼铁或碳化硅组成的盐浴渗硼剂中，加热至950℃，持续3小时，渗硼深度为0.1mm；
三、分级淬火：将步骤二处理后的HP磨煤机衬板先淬入温度略高于370℃的碱浴炉中保温至工件内外温度均匀后，从碱浴炉中取出，空冷至室温；
四、高温多次回火：步骤二处理后的HP磨煤机衬板进行2次回火，第一次回火的保温时间为100分钟，第二次回火的保温时间为80分钟，回火完成后采用水冷的冷却方式。
本实施例的HP磨煤机衬板的平均硬度为78HRC，抗拉强度为1880MPa，屈服强度为1555MPa，延伸率为14％，在磨煤机环境中的使用寿命达17000小时。
实施例2
本实施例的一种HP磨煤机衬板，其化学成分质量百分比为：C0.5～0.6％、Al1.3～1.9％、Mn0.9～1.3％、Cr9.0～11.2％、Mo2.6～3.0％、V0.2～0.4％、Co6～7％、Re0.30～0.35％，余量为Fe和不可避免的杂质，其中Cr/Co＝1～1.6，Co/Mo＝2～2.3，具体在本实施例中由如下质量百分比组成：C0.5％、Al1.3％、Mn0.9％、Cr9.0％、Mo2.6％、V0.20％、Co6％、Re0.3％，余量为Fe和不可避免的杂质，其中Cr/Co＝1.5，Co/Mo＝2.3。本实施例的一种HP磨煤机衬板，采用如下热处理工艺处理：
一、完全退火：将HP磨煤机衬板加热到870℃后保温220min，然后缓慢冷却，退火冷却至600℃左右出炉空冷；
二、表面渗硼：将步骤一处理后的HP磨煤机衬板放入由无水硼砂加碳化硼、硼铁或碳化硅组成的盐浴渗硼剂中，加热至950℃，持续3小时，渗硼深度为0.1mm；
三、分级淬火：将步骤二处理后的HP磨煤机衬板先淬入温度略高于370℃的碱浴炉中保温至工件内外温度均匀后，从碱浴炉中取出，空冷至室温；
四、高温多次回火：步骤二处理后的HP磨煤机衬板进行2次回火，第一次回火的保温时间为100分钟，第二次回火的保温时间为80分钟，回火完成后采用水冷的冷却方式。
本实施例的HP磨煤机衬板的平均硬度为74HRC，抗拉强度为1880MPa，屈服强度为1521MPa，延伸率为12％，在磨煤机环境中的使用寿命达15500小时。
实施例3
本实施例的一种HP磨煤机衬板，其化学成分质量百分比为：C0.5～0.6％、Al1.3～1.9％、Mn0.9～1.3％、Cr9.0～11.2％、Mo2.6～3.0％、V0.2～0.4％、Co6～7％、Re0.30～0.35％，余量为Fe和不可避免的杂质，其中Cr/Co＝1～1.6，Co/Mo＝2～2.3，具体在本实施例中由如下质量百分比组成：C0.6％、Al1.9％、Mn1.3％、Cr11.2％、Mo3.0％、V0.40％、Co7％、Re0.35％，余量为Fe和不可避免的杂质，其中Cr/Co＝1.6，Co/Mo＝2.3。本实施例的一种HP磨煤机衬板，采用如下热处理工艺处理：
一、完全退火：将HP磨煤机衬板加热到870℃后保温220min，然后缓慢冷却，退火冷却至600℃左右出炉空冷；
二、表面渗硼：将步骤一处理后的HP磨煤机衬板放入由无水硼砂加碳化硼、硼铁或碳化硅组成的盐浴渗硼剂中，加热至950℃，持续3小时，渗硼深度为0.1mm；
三、分级淬火：将步骤二处理后的HP磨煤机衬板先淬入温度略高于370℃的碱浴炉中保温至工件内外温度均匀后，从碱浴炉中取出，空冷至室温；
四、高温多次回火：步骤二处理后的HP磨煤机衬板进行2次回火，第一次回火的保温时间为100分钟，第二次回火的保温时间为80分钟，回火完成后采用水冷的冷却方式。
本实施例的HP磨煤机衬板的平均硬度为82HRC，抗拉强度为1744MPa，屈服强度为1451MPa，延伸率为10％，在磨煤机环境中的使用寿命达16500小时。
实施例4
本实施例的一种HP磨煤机衬板，其化学成分质量百分比为：C0.5～0.6％、Al1.3～1.9％、Mn0.9～1.3％、Cr9.0～11.2％、Mo2.6～3.0％、V0.2～0.4％、Co6～7％、Re0.30～0.35％，余量为Fe和不可避免的杂质，其中Cr/Co＝1～1.6，Co/Mo＝2～2.3，具体在本实施例中由如下质量百分比组成：C0.5％、Al1.7％、Mn1.1％、Cr10.4％、Mo2.8％、V0.2％、Co6.5％、Re0.32％，余量为Fe和不可避免的杂质，其中Cr/Co＝1.6，Co/Mo＝2.3。本实施例的一种HP磨煤机衬板，采用如下热处理工艺处理：
一、完全退火：将HP磨煤机衬板加热到890℃后保温270min，然后缓慢冷却，退火冷却至600℃左右出炉空冷；
二、表面渗硼：将步骤一处理后的HP磨煤机衬板放入由无水硼砂加碳化硼、硼铁或碳化硅组成的盐浴渗硼剂中，加热至1000℃，持续5小时，渗硼深度为0.3mm；
三、分级淬火：将步骤二处理后的HP磨煤机衬板先淬入温度略高于370℃的碱浴炉中保温至工件内外温度均匀后，从碱浴炉中取出，空冷至室温；
四、高温多次回火：步骤二处理后的HP磨煤机衬板进行2次回火，第一次回火的保温时间为120分钟，第二次回火的保温时间为100分钟，回火完成后采用水冷的冷却方式。
本实施例的HP磨煤机衬板的平均硬度为83HRC，抗拉强度为1780MPa，屈服强度为1422MPa，延伸率为13％，在磨煤机环境中的使用寿命达17800小时。
实施例5
本实施例的一种HP磨煤机衬板，其化学成分质量百分比为：C0.5～0.6％、Al1.3～1.9％、Mn0.9～1.3％、Cr9.0～11.2％、Mo2.6～3.0％、V0.2～0.4％、Co6～7％、Re0.30～0.35％，余量为Fe和不可避免的杂质，其中Cr/Co＝1～1.6，Co/Mo＝2～2.3，具体在本实施例中由如下质量百分比组成：C0.5％、Al1.3％、Mn0.9％、Cr9.0％、Mo2.6％、V0.20％、Co6％、Re0.3％，余量为Fe和不可避免的杂质，其中Cr/Co＝1.5，Co/Mo＝2.3。本实施例的一种HP磨煤机衬板，采用如下热处理工艺处理：
一、完全退火：将HP磨煤机衬板加热到890℃后保温270min，然后缓慢冷却，退火冷却至600℃左右出炉空冷；
二、表面渗硼：将步骤一处理后的HP磨煤机衬板放入由无水硼砂加碳化硼、硼铁或碳化硅组成的盐浴渗硼剂中，加热至1000℃，持续5小时，渗硼深度为0.3mm；
三、分级淬火：将步骤二处理后的HP磨煤机衬板先淬入温度略高于370℃的碱浴炉中保温至工件内外温度均匀后，从碱浴炉中取出，空冷至室温；
四、高温多次回火：步骤二处理后的HP磨煤机衬板进行2次回火，第一次回火的保温时间为120分钟，第二次回火的保温时间为100分钟，回火完成后采用水冷的冷却方式。
本实施例的HP磨煤机衬板的平均硬度为74HRC，抗拉强度为1789MPa，屈服强度为1423MPa，延伸率为12％，在磨煤机环境中的使用寿命达16500小时。
实施例6
本实施例的一种HP磨煤机衬板，其化学成分质量百分比为：C0.5～0.6％、Al1.3～1.9％、Mn0.9～1.3％、Cr9.0～11.2％、Mo2.6～3.0％、V0.2～0.4％、Co6～7％、Re0.30～0.35％，余量为Fe和不可避免的杂质，其中Cr/Co＝1～1.6，Co/Mo＝2～2.3，具体在本实施例中由如下质量百分比组成：C0.6％、Al1.9％、Mn1.3％、Cr11.2％、Mo3.0％、V0.40％、Co7％、Re0.35％，余量为Fe和不可避免的杂质，其中Cr/Co＝1.6，Co/Mo＝2.3。本实施例的一种HP磨煤机衬板，采用如下热处理工艺处理：
一、完全退火：将HP磨煤机衬板加热到890℃后保温270min，然后缓慢冷却，退火冷却至600℃左右出炉空冷；
二、表面渗硼：将步骤一处理后的HP磨煤机衬板放入由无水硼砂加碳化硼、硼铁或碳化硅组成的盐浴渗硼剂中，加热至1000℃，持续5小时，渗硼深度为0.3mm；
三、分级淬火：将步骤二处理后的HP磨煤机衬板先淬入温度略高于370℃的碱浴炉中保温至工件内外温度均匀后，从碱浴炉中取出，空冷至室温；
四、高温多次回火：步骤二处理后的HP磨煤机衬板进行2次回火，第一次回火的保温时间为120分钟，第二次回火的保温时间为100分钟，回火完成后采用水冷的冷却方式。
本实施例的HP磨煤机衬板的平均硬度为87HRC，抗拉强度为1610MPa，屈服强度为1289MPa，延伸率为10％，在磨煤机环境中的使用寿命达16000小时。
实施例7
本发明的一种HP磨煤机衬板表面无凸筋，其主视图如图1(a)所示，磨煤机衬板右端形状可镶嵌在磨煤机磨碗的凹槽内，左端可用楔形夹紧环加紧，图1(b)为磨煤机衬板俯视图，磨煤机衬板底部有凹槽，如图1(c)的剖视图和图1(d)的仰视图所示，可以减小衬板的重量，节约材料，便于磨煤机衬板安装。
本发明的一种HP磨煤机衬板表面有凸筋，其主视图如图2(a)所示，俯视图如图2(b)所示，表面凸筋可以增加煤与衬板、磨辊的摩擦力，防止磨辊打滑。
具体应用中，两种衬板交替安装在磨碗上，如图3所示，为本实施例两种衬板的安装排列方式。
实施例8
HP磨煤机衬板在未经热处理工艺前，金相组织存在着各种对使用性能有影响的缺陷，本发明针对所选的元素成分，选用了特定的热处理工艺改善存在的金相缺陷，发挥各元素的性能潜力。如图4所示，为未经退火处理时，合金钢的金相组织显微图，存在着大量魏氏组织，晶粒粗大，通过采用完全退火工艺，细化了晶粒，消除了魏氏组织，如图5所示。
本发明在热处理工艺步骤二中采用了表层渗硼方法，将步骤一处理后的耐磨衬板放入盐浴渗硼剂中，加热至950～1000℃，持续3～5小时，盐浴渗硼剂由无水硼砂加碳化硼、硼铁或碳化硅组成，在合金钢表层渗入0.1～0.3mm的Fe2B，如图6所示，可以显著提高合金钢表面硬度(1300～2000HV)和耐磨性，并且在淬火和回火后也不发生变化。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的技术方案并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种HP磨煤机衬板的加工方法，经熔炼、浇注、锻造和热处理工艺制成，其特征在于，
所述熔炼工艺中，被熔炼元素的化学成分质量百分比为：C0.5～0.6％、Al1.3～1.9％、Mn0.9～1.3％、Cr9.0～11.2％、Mo2.6～3.0％、V0.2～0.4％、Co6～7％、Re0.30～0.35％，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述热处理工艺包括以下步骤：
一、退火：将HP磨煤机衬板加热到870～890℃，然后保温，保温后冷却；
二、表层化学热处理：将步骤一处理后的HP磨煤机衬板放入化学介质中加热，改变表面化学成分和组织；
三、淬火：所述淬火工艺采用分级淬火法，将步骤二处理后的HP磨煤机衬板先淬入温度为370～400℃的碱浴炉中保温，工件内外温度均匀后，从碱浴炉中取出，空冷至室温；
四、回火：将步骤三处理后的HP磨煤机衬板加热到520～670℃后保温，然后冷却；
所述表层化学热处理为渗硼处理；
所述HP磨煤机衬板中不添加硼元素。
2.根据权利要求1所述的一种HP磨煤机衬板的加工方法，其特征在于：所述退火步骤采用完全退火工艺，将HP磨煤机衬板加热到850～870℃后保温220～270min后，缓慢冷却。
3.根据权利要求1所述的一种HP磨煤机衬板的加工方法，其特征在于：将步骤一处理后的HP磨煤机衬板放入渗硼剂中，加热至950～1000℃，持续3～5小时，使HP磨煤机衬板表层渗硼。
4.根据权利要求3所述的一种HP磨煤机衬板的加工方法，其特征在于：所述渗硼剂是由无水硼砂加碳化硼、硼铁或碳化硅组成的盐浴渗硼剂，渗硼层为Fe2B。
5.根据权利要求4所述的一种HP磨煤机衬板的加工方法，其特征在于：所述渗硼层厚度为0.1～0.3mm。
6.根据权利要求3所述的一种HP磨煤机衬板的加工方法，其特征在于：所述回火步骤进行2次回火，第一次回火的保温时间为100～120分钟，第二次回火的保温时间为80～100分钟，回火完成后采用水冷的冷却方式。
7.根据权利要求3所述的一种HP磨煤机衬板的加工方法，其特征在于：所述衬板经熔炼，浇注，被锻造成两种，一种衬板表面有凸筋，一种衬板表面无凸筋，两种衬板底部均成凹槽式；所述表面无凸筋的衬板在热处理工艺后，在表面熔焊钴基合金；两种衬板交替安装在磨碗上。
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