CN108193134A - 一种碎煤机锤头用新型低合金钢及其热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种碎煤机锤头用新型低合金钢及其热处理方法，该低合金钢按质量百分比由以下化学成分组成：C：0.35‑0.40％、Si：0.4‑0.5％、Mn：0.5‑0.6％、Cr：1.7‑2.0％、Mo：0.2‑0.3％、Ni：0.8‑1.2％、P：≤0.04％、S：≤0.04％、Re：0.07‑0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。通过如下步骤的热处理方法：1)均匀化退火，2)淬火，3)回火；得到本发明碎煤机锤头用新型低合金钢，具有高硬度，高强度，良好的韧性和优异的耐磨性，可广泛应用于要求高强度、高耐磨性能的火电厂机械产品上。

Description

一种碎煤机锤头用新型低合金钢及其热处理方法

技术领域

本发明涉及一种火力发电厂使用的碎煤机锤头用新型低合金钢及其热处理方法，属于金属材料领域。

背景技术

破碎机械一般包括颚式破碎机、锤式破碎机、圆锥式破碎机以及反击式破碎机等，是冶金、矿山、建材、电力、煤炭和化工等行业普遍应用的破碎设备。其中锤式破碎机由于具有结构简单，能耗少，出料匀，设备小，重量轻，操作、维修方便等特点而被广泛应用。锤头是锤式破碎机中的关键且易磨损的部件，由于其经常用于破碎金属矿石以及岩石等坚硬的物料，锤头在恶劣的工况条件下服役，经受冲击、挤压、剪切及接触疲劳应力的重复作用，磨损比较严重。火力发电厂使用的1818型碎煤机中的锤头是易磨损配件，它与锤柄连接，经主轴传动旋转，破碎煤粉效率较高，磨损到使用安全极限形状后须从锤柄上拆卸，更换新的锤头，由于煤粉中会有一定比例的煤矸石，所以导致磨损比较严重。

目前，高锰钢是应用最广泛的一种耐磨材料，高锰钢最重要的特点是在强烈的冲击和挤压条件下，表面迅速发生加工硬化，使其在保持奥氏体良好的韧性和塑性的同时硬化层具有良好的耐磨性能。所以高锰钢只有在具备足以形成加工硬化的条件下才表现出其优越的耐磨性能，但在使用过程中寿命较短。高锰钢中由于锰的含量高，不仅浪费大量地资源，而且锰增加了钢的回火脆性，从而引起钢冲击韧性地降低。当破碎机不是在猛烈冲击的工况条件下工作，高锰钢的优势不能发挥出来时，可以采用合金钢铸造锤头来代替，合金钢锤头较适合在破碎物料粒度不大且应力中等的工况条件下使用。一般中、高碳低合金钢及高合金钢这几类耐磨铸钢材料被用来制造锤头铸件。也可依据具体情况适当加入镍、铬、钼等合金元素来提高材料的淬透性。适当的热处理工艺能提高铸造锤头的强度和韧性。一般铸件经过淬火，能得到马氏体、贝氏体或两者的复合组织，随后通过回火处理改善其强韧性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碎煤机锤头用新型低合金钢及其热处理方法，能够解决火力发电厂使用的1818型等碎煤机锤头磨损严重、寿命较短等问题。

本发明的目的是由以下方式实现的：

一种碎煤机锤头用新型低合金钢，按质量百分比由以下化学成分组成：C：0.38-0.43％、 Si：0.4-0.5％、Mn：0.5-0.6％、Cr：1.7-2.0％、Mo：0.2-0.3％、Ni：0.8-1.2％、P：≤0.04％、S：≤0.04％、Re：0.07-0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。

所述的Re是一号稀土合金。

本发明的新型低合金钢化学成分及质量百分比含量设计的原理如下：

碳(C)：碳是低合金铸钢中重要的元素，钢的硬度和强度主要和含碳量有关。因此C对钢的硬度、耐磨性、强軔性产生较大的影响，随着含碳量的增加，材料的硬度和强度增加，但塑韧性降低；但C含量太低，钢的淬硬性又差，耐磨性低。在较低冲击载荷条件下，应选用中碳或高碳；在较强冲击载荷条件下，应选用低碳，保持较高的韧性，不至断裂。基于上述原因，碎煤机锤头用新型低合金钢的碳含量wt.(C)在0.38-0.43％之间。

硅(Si)：是常见的合金元素之一，硅溶于铁素体之后，具有很强的固溶强化作用，同时显著提高钢的强度和硬度，提高钢的弹性极限、屈服极限和屈服比，增加钢的回火稳定性，随着硅含量的增加，碳化物的析出被抑制或延缓，易于形成贝氏体组织。基于上述原因，本发明的新型低合金钢的硅含量wt.(Si)在0.4-0.5％之间。

锰(Mn)：锰可以阻碍珠光体类组织发生转变，同时能够有效放置奥氏体转变以及碳化物发生溶解。铸件在热处理后由于锰的上述作用，从而导致铸件抗冲击强度下降，铸件开裂趋势加剧。铸态试样锰含量与铸件硬度、韧性和耐磨性呈正比例线性关系，试验研究样品经淬火后在低温状态回火，其硬度和耐磨性与锰含量呈反比例线性关系，此时仅韧性提高。基于上述原因，本发明的新型低合金钢的锰含量wt.(Mn)范围为0.5-0.6％。

铬(Cr)：是耐磨材料的基本元素之一，铬能够增加材料的淬透性、耐热性和耐蚀性。含碳量固定为某一适当值时，铬含量增加致使铸件材料的Ms点升高，共晶转变和共析转变温度均有所提高，能与碳形成多种化合物(Fe，Cr)3C，提高硬度和强度的同时不降低冲击韧度，具有较高的回火抵抗能力。基于上述原因，本发明的新型低合金钢的铬含量wt.(cr)范围为1.7-2.0％。

钼(Mo)：显著提高钢的淬透性，减少回火脆性，提高钢的耐延迟断裂性能。如果Mo含量低于0.05wt.％，则难以起到上述作用，如果Mo含量超过0.30wt.％，则作用效果达到饱和，且成本较高。因此，综合钼的作用，本发明的新型低合金钢的钼含量wt.(Mo)范围为0.2-0.3％。

稀土元素(Re)：强脱氧剂和脱硫剂，微量的稀土可以改善钢的铸态结构组织，净化钢液，细化晶粒，增加钢的致密度，改善钢中夹杂物的形态和分布，降低钢中气体和有害杂质的含量，钢中稀土含量过高反而会成为夹杂，其最佳RE残余含量与钢中硫含量有关。本发明的新型低合金耐磨钢的稀土元素含量wt.(Re)范围为0.07％-0.08％。

本发明还公开一种上述的碎煤机锤头用新型低合金钢的热处理方法，包括如下步骤：

1)均匀化退火，将常温下的铸态碎煤机锤头用新型低合金钢装炉，以不大于100℃/h的升温速度升温至1000℃-1100℃保温，结束后随炉冷却至400℃，然后出炉空冷，退火后显微组织为铁素体+珠光体，且珠光体呈块状分布，平均硬度为170HBS，退火状态下便于机械加工；

2)淬火，将退火态下的碎煤机锤头用新型低合金钢在常温下装炉，以不大于100℃/h的升温速度升温至860℃-900℃并保温2.5h，结束后油冷；

3)回火，将淬火后碎煤机锤头用新型低合金钢在常温状态下装炉，以不大于100℃/h的升温速度升温至250℃并保温3.5h，结束后出炉空冷。

本发明工艺的原理如下：

1)目前应用最广泛的淬火冷却介质是水和油。水具有较强烈的冷却能力，用作奥氏体稳定性较小的碳钢淬火，水冷却介质最为合适。油的冷却能力比水小，因此，生产中用油作冷却介质，只适用于过冷奥氏体稳定性较大的合金钢淬火。本发明的碎煤机锤头用新型低合金钢为Cr-Mn-Ni-Mo系低合金钢，所以淬火选用油作冷却介质。

2)要求硬度高的铸钢件，在淬火后予以低温回火。低温回火在150～250℃之间，目的是：在保持高硬度、高强度和耐磨性同时，尽可能地减少淬火时产生的应力，降低脆性。回火后，钢的组织主要是回火马氏体。回火处理的温度低，保温时间应较长，薄壁铸钢件一般不低于2h，随着铸钢件壁厚的增加，保温时间还应适当延长。

3)在一定的回火温度范围内，随着回火温度升高，抗拉强度降低但屈服强度增大，究其原因是由于碳化物颗粒析出的沉淀增强作用，抵消了低温回火所带来的固溶强化下降和位错亚结构的回复软化。随着回火温度的进一步升高，位错强化和固溶强化效果减弱，组织软化明细，导致钢的硬度不断下降。

4)回火后空冷对比油冷和水冷后的力学性能，各项性能比较接近，变化幅度均不大。由于空冷实施过程容易操作和热处理成本较低。所以本发明的碎煤机锤头用新型低合金钢回火冷却方式为空冷。

5)采用本发明优选的化学成分得到的碎煤机锤头用新型低合金钢，经油淬+低温回火空冷方法热处理后，得到的回火组织主要是回火马氏体，硬度值达到50HRC以上，无缺口冲击功达到30J以上，具有良好的综合力学性能，并有良好的耐磨性，满足锤头在碎煤机中的使用要求。

本发明的有益效果是，通过以上的描述中可以看出，本发明的碎煤机用新型低合金钢具有高硬度，良好的韧性和优异的耐磨性，可广泛应用于要求高强度、高耐磨性能的火力发电碎煤机械产品上

附图说明

图1是本发明碎煤机锤头用新型低合金钢均匀化退火后5000倍下显微组织图；

图2是本发明碎煤机锤头用新型低合金钢900℃油淬250℃回火空冷400倍下显微组织图。

具体实施方式

以1818型碎煤机锤头为例。

实施例1

1)一种碎煤机锤头用新型低合金钢，所述的新型低合金钢采用了如下设计：

钢的各化学成分及质量百分比含量为：C：0.35％、Si：0.45％、Mn：0.55％、Cr：1.75％、Mo：0.2％、Ni：0.8％、P：0.02％、S：0.012％、Re：0.07％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。

2)用1t碱性感应炉进行熔炼，炉料为炼钢用废钢、硅铁(FeSi75)、铬铁(FeCr55C25)、钼铁(FeMo60)、电解镍、锰铁。按上述的配方进行配比投料，所选择的原料中含C、S、P 量要低于本发明所要求的含量，溶炼过程所加的炉料等材料必须干燥，废钢、铬铁、钼铁、金属镍随炉装入。技术人员通过常规的化验、计算等技术手段调节各元素的含量而达到所需的要求。熔化后加入总重量的1.5％造渣剂，其中造渣剂的成分按质量百分比含量是：65％新砂+碎石灰15％+氟石粉20％造渣剂；钢液温度在1560-1580℃，检查脱氧情况，脱氧良好时，加入所有的锰铁和全部的硅铁、1号稀土，完全熔化完毕，化验化学成分符合要求，插铝进行终脱氧，加入量约为总重量的0.08％。采用消失模铸造成型，浇注温度为1550℃- 1560℃，浇铸完成后让铸件空冷至室温。

将所得铸件进行热处理，包括如下步骤：

1)淬火，100℃以下装炉，以80℃/h的速度升温至860℃保温2.5h，出炉油淬；

2)回火，将油淬后低合金钢锤头在常温下装炉，以80℃/h的速度升温至250℃保温3.5h，出炉空冷。

3)对本实施例热处理后的铸件取样进行力学性能测试与显微组织观察，硬度均值为 50HRC；制备冲击试样进行常温下的冲击韧性测试，无缺口的冲击功为35J。用ZEISSObserver.A1m光学显微镜观察金相组织，试样腐蚀用4％的硝酸酒精溶液的到的组织主要为条状和片状回火马氏体，如图2。

实施例2

1)一种碎煤机锤头用新型低合金钢，所述的新型低合金钢采用了如下设计：

钢的各化学成分及质量百分比含量为：C：0.40％、Si：0.48％、Mn：0.58％、Cr：1.9％、Mo： 0.25％、Ni：0.9％、P：0.03％、S：0.02％、Re：0.075％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。

2)铸件的制备方法同实施例1。

将所得铸件进行热处理，包括如下步骤：

1)淬火，100℃以下装炉，以80℃/h的速度升温至880℃保温2.5h，出炉油淬；

2)回火，将油淬后低合金钢锤头在常温下装炉，以80℃/h的速度升温至250℃保温3.5h，出炉空冷。

3)对本实施例热处理后的铸件取样进行力学性能测试，硬度均值为51HRC；制备冲击试样进行常温下的冲击韧性测试，无缺口的冲击功为32J。

实施例3

1)一种碎煤机锤头用新型低合金钢，所述的新型低合金钢采用了如下设计：

钢的各化学成分及质量百分比含量为：C：0.41％、Si：0.5％、Mn：0.6％、Cr：2.0％、Mo：0.30％、Ni：1.1％、P：0.025％、S：0.03％、Re：0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。

2)铸件的制备方法同实施例1。

将所得铸件进行热处理，包括如下步骤：

1)淬火，100℃以下装炉，以80℃/h的速度升温至900℃保温2.5h，出炉油淬；

2)回火，将油淬后低合金钢锤头在常温下装炉，以80℃/h的速度升温至250℃保温3.5h，出炉空冷。

3)对本实施例热处理后的铸件取样进行力学性能测试，硬度均值为51.5HRC；制备冲击试样进行常温下的冲击韧性测试，无缺口的冲击功为36J。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明的碎煤机用新型低合金钢具有高硬度，良好的韧性和优异的耐磨性，可广泛应用于要求高强度、高耐磨性能的火力发电碎煤机械产品上。

Claims (2)

1.一种碎煤机锤头用新型低合金钢，其特征是：按质量百分比由以下化学成分组成：C：0.38-0.43％、Si：0.4-0.5％、Mn：0.5-0.6％、Cr：1.7-2.0％、Mo：0.2-0.3％、Ni：0.8-1.2％、P：≤0.04％、S：≤0.04％、Re：0.07-0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。

2.一种如上述碎煤机锤头用新型低合金钢的热处理方法，其特征是：包括如下步骤：

1)均匀化退火，将常温下的铸态碎煤机锤头用新型低合金钢装炉，以不大于100℃/h的升温速度升温至1000℃-1100℃保温，结束后随炉冷却至400℃，然后出炉空冷，退火后显微组织为铁素体+珠光体，且珠光体呈块状分布，平均硬度为170HBS，退火状态下便于机械加工；

2)淬火，将退火态下的碎煤机锤头用新型低合金钢在常温下装炉，以不大于100℃/h的升温速度升温至860℃-900℃并保温2.5h，结束后油冷；

3)回火，将淬火后碎煤机锤头用新型低合金钢在常温状态下装炉，以不大于100℃/h的升温速度升温至250℃并保温3.5h，结束后出炉空冷。