CN108866436A - 一种中合金高强度马氏体钢及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明针对现有技术中常用衬板材质高锰钢存在的问题,提供了一种中合金高强度马氏体钢及制备方法,属于选矿设备技术领域。本发明钢种的化学成分重量百分比为:C 0.45%~0.60%;Si 1.4%~1.7%;Cr 3.0%~5.0%;Mn 1.4%~1.8%;Mo 0.4%~0.8%;B 0.002%~0.005%;Ni 1.0%~1.5%;余量为铁及不可避免杂质。本发明通过合理的成分设计和热处理工艺设计提供一种性能优异、工艺简单、性价比高的圆锥破碎机衬板材料。该材料能够提高圆锥破碎机衬板的使用寿命,降低衬板采购成本,节约更换衬板的工时,从而获得较高经济效益。
Description
技术领域
本发明属于选矿设备技术领域,特别涉及一种中合金高强度马氏体钢及制备方法。
背景技术
圆锥破碎机的衬板,一般采用高锰钢及改性高锰钢、碳合金钢和含铬铸铁,国内衬板应用最为广泛的是高锰钢。在强烈冲击负荷下,一般通过在高锰钢表面形成硬化层来增强其耐磨性。但是在细破阶段,由于冲击载荷较小,高锰钢的加工硬化效应无法充分发生,在此情况下高锰钢并不耐磨。
矿山用圆锥破碎机衬板的使用工况条件恶劣,既受冲击又受磨损。国内外近年圆锥破碎机中现用各种材质衬板使用寿命均不理想。常用衬板材质高锰钢以及超高锰钢韧性有余,硬度、耐磨、耐腐蚀性不足;高铬铸铁耐磨性好,但韧性不足;以致衬板的使用寿命很短。目前矿石品位降低、硬度增加,因此对衬板的强度、硬度要求也随之增加。故需要衬板在足够的韧性下得到较高的强度和硬度,才能保证寿命。一般认为理想材质的韧性需达到50J/cm2,抗拉强度达到1700MPa以上,硬度达到HRC50以上。
发明内容
本发明针对现有技术中常用衬板材质高锰钢存在的问题,提供了一种中合金高强度马氏体钢及制备方法。本发明通过合理的成分设计和热处理工艺设计提供一种性能优异、工艺简单、性价比高的圆锥破碎机衬板材料。该钢种能够提高圆锥破碎机衬板的使用寿命,降低衬板采购成本,节约更换衬板的工时,从而获得较高经济效益。
本发明的技术方案之一为,一种中合金高强度马氏体钢,其化学成分的重量百分比为:C 0.45%~0.60%;Si1.4%~1.7%;Cr 3.0%~5.0%;Mn 1.4%~1.8%;Mo 0.4%~0.8%;B 0.002%~0.005%;Ni 1.0%~1.5%;余量为铁及不可避免杂质。
进一步的,所述马氏体钢金相组织中由体积百分比为90%~95%马氏体和5%~10%的残余奥氏体组成。
本发明的技术方案之二为,上述一种中合金高强度马氏体钢的制备方法,包括如下步骤:
1)将化学成分的重量百分比为:C 0.45%~0.60%、Si 1.4%~1.7%、Cr 3.0%~5.0%、Mn 1.4%~1.8%、Mo 0.4%~0.8%、B 0.002%~0.005%、Ni 1.0%~1.5%、余量为铁及不可避免杂质的钢液于1480~1500℃时浇注入模具中;
2)将模具自然冷却2~3h,然后取出铸件;
3)对铸件进行热处理(热处理路线图见图1);
所述热处理工艺为扩散退火+淬火+回火:以40~60℃/h的速度将铸件从常温加热到600~650℃,保温1~2h,再以80~120℃/h的速度加热到1200~1250℃,保温5~10h,再炉冷至室温;再以40~60℃/h的速度将铸件从常温加热到450~550℃,保温1~2h,再以80~120℃/h的速度加热到900~950℃,保温3~6h,之后水淬或空淬;回火温度为200~300℃,保温4~8h,回火后取铸件空冷即可。
上述方法制备的马氏体钢金相组织中由体积百分比为90%~95%马氏体和5%~10%的残余奥氏体组成。
本发明的技术方案之三为,上述中合金高强度马氏体钢的应用,用做圆锥破碎机的衬板。
经检测,上述方法制备的马氏体钢抗拉强度达到1800MPa以上,屈服强度达到1400MPa以上;硬度达到53~58HRC;冲击韧性可达100J/cm2~200J/cm2。
与现有技术相比,本发明的优势在于:
1、本发明应用了合适的扩散退火工艺,使衬板的合金元素分布均匀,充分发挥了各种合金元素的作用,性能优异,淬透性强,生产工艺易操作,在较大的冷速范围内(空淬、水淬均可)均可得到满足要求的马氏体+残余奥氏体组织。
2、本发明的马氏体钢抗拉强度达到1800MPa以上,屈服强度达到1400MPa以上,达到超高强度钢的要求。
3、本发明的马氏体钢整体硬度可以均匀达到53~58HRC。
4、本发明的马氏体钢冲击韧性可达100J/cm2~200J/cm2。
5、本发明的马氏体钢强度和硬度方面有较大优势,从而有较高的耐磨性,且性价比具有一定优势。
附图说明
图1、本发明热处理工艺的路线图;
图2、实施例3中制备的马氏体钢的金相组织图。
具体实施方式
实施例1
1)将化学成分的重量百分比为:C 0.45%、Si 1.4%、Cr 3.0%、Mn 1.4%、Mo0.4%、B 0.002%、Ni 1.0%、余量为铁及不可避免杂质的原料在真空感应炉或电弧炉中加热熔化,同时进行脱硫、脱氧、检测并调整化学元素成分含量,在钢液温度为1550~1600℃出钢,并控制钢液在1480~1500℃时浇注入模具中;
2)将模具自然冷却2h,然后取出铸件;
3)对铸件进行热处理;
所述热处理工艺为扩散退火+淬火+回火:以60℃/h的速度将铸件从常温加热到650℃,保温2h,再以120℃/h的速度加热到1250℃,保温10h,再炉冷至室温;再以60℃/h的速度将铸件从常温加热到550℃,保温2h,再以120℃/h的速度加热到950℃,保温6h,之后水淬;回火温度为300℃,保温8h,回火后取铸件空冷即可。
上述马氏体钢金相组织由体积百分比为90.3%马氏体和9.7%的残余奥氏体组成。
经检测,上述方法制备的马氏体钢抗拉强度达到1861MPa,屈服强度达到1416MPa;硬度达到53.7HRC;冲击韧性可达203.7J/cm2。
实施例2
1)将化学成分的重量百分比为:C 0.52%、Si 1.55%、Cr 4.0%%、Mn 1.6%、Mo0.6%、B 0.004%、Ni 1.25%、余量为铁及不可避免杂质的原料在真空感应炉或电弧炉中加热熔化,同时进行脱硫、脱氧、检测并调整化学元素成分含量,在钢液温度为1550~1600℃出钢,并控制钢液在1480~1500℃时浇注入模具中;
2)将模具自然冷却2.5h,然后取出铸件;
3)对铸件进行热处理;
所述热处理工艺为扩散退火+淬火+回火:以50℃/h的速度将铸件从常温加热到625℃,保温1.5h,再以100℃/h的速度加热到1225℃,保温7.5h,再炉冷至室温;再以50℃/h的速度将铸件从常温加热到475℃,保温1.5h,再以100℃/h的速度加热到925℃,保温4.5h,之后空淬;回火温度为250℃,保温6h,回火后取铸件空冷即可。
上述马氏体钢金相组织由体积百分比为91.6%马氏体和8.4%的残余奥氏体组成。
经检测,上述方法制备的马氏体钢抗拉强度达到1951MPa,屈服强度达到1441MPa;硬度达到54.0HRC;冲击韧性可达181.6J/cm2。
实施例3
1)将化学成分的重量百分比为:C 0.60%、Si 1.7%、Cr 5.0%、Mn 1.8%、Mo0.8%、B 0.005%、Ni 1.5%、余量为铁及不可避免杂质的原料在真空感应炉或电弧炉中加热熔化,同时进行脱硫、脱氧、检测并调整化学元素成分含量,在钢液温度为1550~1600℃出钢,并控制钢液在1480~1500℃时浇注入模具中;
2)将模具自然冷却3h,然后取出铸件;
3)对铸件进行热处理;
所述热处理工艺为扩散退火+淬火+回火:以40℃/h的速度将铸件从常温加热到600℃,保温1h,再以80℃/h的速度加热到1200℃,保温5h,再炉冷至室温;再以40℃/h的速度将铸件从常温加热到450℃,保温1h,再以80℃/h的速度加热到900℃,保温3h,之后水淬;回火温度为200℃,保温4h,回火后取铸件空冷即可。
上述马氏体钢金相组织由体积百分比为93.2%马氏体和6.8%的残余奥氏体组成,金相组织图见图2。
经检测,上述方法制备的马氏体钢抗拉强度达到2048MPa,屈服强度达到1508MPa;硬度达到54.9HRC;冲击韧性可达124.9J/cm2。
Claims (5)
1.一种中合金高强度马氏体钢,其特征在于,其化学成分的重量百分比为:C 0.45%~0.60%;Si 1.4%~1.7%;Cr 3.0%~5.0%;Mn 1.4%~1.8%;Mo 0.4%~0.8%;B0.002%~0.005%;Ni 1.0%~1.5%;余量为铁及不可避免杂质;
所述马氏体钢金相组织中由体积百分比为90%~95%马氏体和5%~10%的残余奥氏体组成。
2.权利要求1所述的中合金高强度马氏体钢的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)将化学成分的重量百分比为:C 0.45%~0.60%、Si 1.4%~1.7%、Cr 3.0%~5.0%、Mn 1.4%~1.8%、Mo 0.4%~0.8%、B 0.002%~0.005%、Ni 1.0%~1.5%、余量为铁及不可避免杂质的钢液于1480~1500℃时浇注入模具中;
2)将模具自然冷却2~3h,然后取出铸件;
3)对铸件进行热处理,所述热处理工艺为扩散退火+淬火+回火。
3.根据权利要求2所述的中合金高强度马氏体钢的制备方法,其特征在于,所述扩散退火+淬火+回火的热处理制度为:以40~60℃/h的速度将铸件从常温加热到600~650℃,保温1~2h,再以80~120℃/h的速度加热到1200~1250℃,保温5~10h,再炉冷至室温;再以40~60℃/h的速度将铸件从常温加热到450~550℃,保温1~2h,再以80~120℃/h的速度加热到900~950℃,保温3~6h,之后水淬或空淬;回火温度为200~300℃,保温4~8h,回火后取铸件空冷即可。
4.根据权利要求2所述的中合金高强度马氏体钢的制备方法,其特征在于,所述马氏体钢抗拉强度达到1800MPa以上,屈服强度达到1400MPa以上;硬度达到53~58HRC;冲击韧性达到100J/cm2~200J/cm2。
5.权利要求1所述的中合金高强度马氏体钢的应用,其特征在于,用做圆锥破碎机的衬板。
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