CN108950431A

CN108950431A - 一种含钛高耐磨兼具耐蚀性能的打壳锤头材料

Info

Publication number: CN108950431A
Application number: CN201810623975.8A
Authority: CN
Inventors: 刘国平; 何成善
Original assignee: Jiuquan Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Jiuquan Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2018-06-15
Filing date: 2018-06-15
Publication date: 2018-12-07

Abstract

本发明公开了一种含钛高耐磨兼具耐蚀性能的打壳锤头材料，按质量百分比计，包括C 0.16～0.25%，Cr 22～24%，Ni 8.0～10%，Mn 1～2%，Ti 0.5～0.8%，Si 0.7～1.2%，B 0.001～0.004%，Mo1.8～2.2，P≤0.05%，S≤0.01%，余量为Fe，本发明具备了高耐磨、抗电化学腐蚀、耐高温氧化特性于一体的综合材料性能，利用该材料生产的打壳锤头使用寿命达12个月以上，与同类锤头使用寿命介于2～9个月相比，寿命提高1.3～6倍，使得工人现场的更换次数相应下降，降低了现场职工的劳动强度。

Description

一种含钛高耐磨兼具耐蚀性能的打壳锤头材料

技术领域

本发明涉及一种用于铝电解打壳锤头的材料技术领域，特别涉及一种含钛高耐磨兼具耐蚀性能的打壳锤头材料。

背景技术

目前，中部点式下料预焙铝电解槽是铝电解生产的主体设备，中部点式下料预焙槽的重要结构之一是打壳下料系统，作为打壳下料系统的工作部件—打壳锤头，在实际工况中，长时间频繁工作在强磁场、高温、强电流、高腐蚀介质的环境中，打壳动作时间间隔平均68秒，打壳时跟电解质壳面冲击摩擦，每次要浸泡在高达930℃（±5℃）的电解质中2-3秒，同时，由于打壳锤头与壳面摩擦，受到壳面的侧向力，产生电弧光，不断对锤头产生高温电化腐蚀。

基于上述原因，现有打壳锤头的使用寿命普遍较短，检修职工在高磁场、高温区域更换锤头的劳动强度大，职业健康危害大。根据现场使用统计，普通材质如铸造ZG235，锻造Q235，在500KA铝电解槽的使用寿命仅仅2～3个月，稀土高铬钢为代表的打壳锤头在500KA铝电解槽的使用寿命也低于6个月。多年来，研究者还尝试了双金属复合铸造打壳锤头、耐磨堆焊打壳锤头，但使用寿命均没有大的提高。在材料研究方面，开发了高组分碳化钨50%-70%+碳化钛5%-10%的材料，虽然具有高耐磨性能，但耐电化学腐蚀及耐冲击性能不足，价格较高。

因此，行业内急需一种抗电化学腐蚀、耐高温氧化、高耐磨并兼具良好机械性能（冲击韧性和强度）的打壳锤头材料。

发明内容

本发明提供了一种含钛高耐磨兼具耐蚀性能的打壳锤头材料，解决了目前的打壳锤材料抗电化学腐蚀性能差，无法适应高温氧化环境，且冲击韧性和强度差的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：

一种含钛高耐磨兼具耐蚀性能的打壳锤头材料，其特征在于：按质量百分比计，包括C0.16～0.25%， Cr 22～24%，Ni 8.0～10%，Mn 1～2%， Ti 0.5～0.8%，Si 0.7～1.2%，B0.001～0.004%，Mo1.8～2.2，P ≤0.05%，S ≤0.01%，余量为Fe。

材料的基体组织为Cr-Ni型具有耐高温性能及耐电化学腐蚀特性的奥氏体不锈钢组织。

本发明的有益效果是：

（1）本发明中由于质量分数8.0-10%的镍元素及22-24%铬元素的存在，在传统奥氏体不锈钢生产工艺配合下形成Cr-Ni型具有耐高温特性及耐电化学腐蚀特性的奥氏体不锈钢基体，同时由于质量分数0.5-0.8%钛元素的存在以及奥氏体不锈钢基体中大量形成碳化钛析出相颗粒，碳化钛析出相颗粒进入奥氏体不锈钢基体中使之形成抗氧化及高耐磨特性的碳化钛析出相并弥散分布于打壳锤头材料内，使本材料具备了高耐磨、抗电化学腐蚀、耐高温氧化特性于一体的综合材料性能，利用该材料生产的打壳锤头使用寿命达12个月以上，与同类锤头使用寿命介于2～9个月相比，寿命提高1.3～6倍，使得工人现场的更换次数相应下降，降低了现场职工的劳动强度。

（2）由于碳是很强的奥氏体形成元素，在本发明中起到促成奥氏体组织形成的作用，同时适量的碳促进了碳化钛析出相颗粒的形成，因此在高耐磨兼具高耐蚀性能的打壳锤头材料中起到重要作用。

（3）铬是材料耐电化学腐蚀的基础元素，其耐腐蚀性能随着铬含量的增加而增强，同时铬元素有效提高了材料的高温耐氧化性能，因此，本发明中的所述铬元素，使得本材料能够具备高耐磨兼具高耐蚀的性能。

（4）镍元素是材料形成奥氏体化组织，延缓材料腐蚀、提供材料抗冲击韧性及高强度的基础元素，使得本材料具备高耐磨兼具高耐蚀性。

（5）钛元素是材料形成碳化钛析出相的基础元素，材料充分利用了碳化钛高的抗氧化性以及高硬度、高耐磨性能，通过大量碳化钛析出相颗粒弥散分布于Cr-Ni型奥氏体基体，赋予材料高抗氧化性及高耐磨性能，使得本材料具备高耐磨兼具高耐蚀性。

（6）本发明所述锰元素能够提高材料的热延展性，使材料抗冲击韧性进一步加强，同时，锰作为奥氏体组织的稳定元素，促进Cr-Ni型奥氏体基体组织的形成。

（7）本发明所述硅元素可以增强材料高温条件下的抗氧化性能，使材料更适宜电解铝打壳的耐高温氧化工况。

（8）由于钼对碳化物析出的影响，在本发明中能够增强碳化钛析出相的形成，同时，提高材料的抗腐蚀性能。

具体实施方式

本发明推广应用价值大，是针对现有打壳锤头使用寿命短而定向研发的新材料，具有耐高温、耐磨、耐腐蚀、抗冲击载荷的综合机械性能，优良的性使其在冶金、化工、机械制造行业具有推广价值，应用前景广，为了更进一步描述本发明，我们进行的具体实验如下。

实施例1

一种含钛高耐磨兼具耐蚀性能的打壳锤头材料，锤头材质按重量百分比计，其成分组成为：C 0.21%，Cr 23%，Ni 8.2%，Mn 1.5%，Ti 0.64%，Mo 2.1%，Si 1.0%，B 0.003%，P0.04%，S 0.008%，余量为Fe，材料的基体组织为Cr-Ni型具有耐高温性能及耐电化学腐蚀特性的奥氏体不锈钢组织

打壳锤头的制备生产工艺流程包括：浇注钢锭→锻造+奥氏体化热处理→机加成型，打壳锤头的制备生产工艺流程也可以采用热轧的方式生产，工艺原理相同，本实施例由于批量较小，采用第一种生产方式生产。

本实施例6件锤头供酒钢东兴铝业一期2324号电解槽（共计6套打壳部件，500KA）安装试用，2015年2月进行试验安装，3月启槽生产，2016年3-4月陆续下线，使用寿命最长12.6个月，最短12个月，试用效果良好。

实施例2

一种含钛高耐磨兼具耐蚀性能的打壳锤头材料，锤头材质按重量百分比计，其成分组成为：C 0.16%， Cr 22%，Ni 8.0%，Mn 1%， Ti 0.5%，Si 0.7%，B 0.001%，Mo1.8，P 0.03%，S0.007%，余量为Fe，材料的基体组织为Cr-Ni型具有耐高温性能及耐电化学腐蚀特性的奥氏体不锈钢组织。

打壳锤头的制备生产工艺流程包括：浇注钢锭→锻造+奥氏体化热处理→机加成型。生产工艺流程同样可以采用热轧的方式生产，本实施例同样属于实验小批量，采用了第一种生产方式。

本实施例6件锤头供酒钢东兴铝业一期2328号电解槽（共计6套打壳部件，500KA）安装试用，2015年4月进行试验安装，5月启槽生产，2016年5月陆续下线，使用寿命最长12.4个月，最短11.8个月，试用效果良好。

实施例3

一种含钛高耐磨兼具耐蚀性能的打壳锤头材料，锤头材质按重量百分比计，其成分组成为：C 0.25%， Cr 24%，Ni 10%，Mn 2%， Ti 0.8%，Si 1.2%，B 0.004%，Mo2.2，P 0.05%，S0.01%，余量为Fe，材料的基体组织为Cr-Ni型具有耐高温性能及耐电化学腐蚀特性的奥氏体不锈钢组织。

打壳锤头的制备生产工艺流程包括：浇注钢锭→锻造+奥氏体化热处理→机加成型。本实施例同样属于实验小批量。

本实施例6件锤头供酒钢东兴铝业一期2337号电解槽（共计6套打壳部件，500KA）安装试用，2015年7月进行试验安装，8月启槽生产，2016年8-9月陆续下线，使用寿命最长12.6个月，最短11.9个月，试用效果良好。

Claims

1.一种含钛高耐磨兼具耐蚀性能的打壳锤头材料，其特征在于：按质量百分比计，包括C 0.16～0.25%， Cr 22～24%，Ni 8.0～10%，Mn 1～2%， Ti 0.5～0.8%，Si 0.7～1.2%，B0.001～0.004%，Mo1.8～2.2，P ≤0.05%，S ≤0.01%，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种含钛高耐磨兼具耐蚀性能的打壳锤头材料，其特征在于：材料的基体组织为Cr-Ni型具有耐高温性能及耐电化学腐蚀特性的奥氏体不锈钢组织。