CN110819902A - 一种高锰高铬耐磨衬板及其生产工艺 - Google Patents

一种高锰高铬耐磨衬板及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高锰高铬耐磨衬板及其生产工艺，所述高锰高铬耐磨衬板，其成分的重量百分比为C：1.1％‑1.3％，Si：0.1％‑0.3％，Mn：11.5％‑12.5％，Cr：8.0％‑10.0％，Mo：0.5％‑0.6％，Ti：0.2％‑0.3％，Cu：0.4％‑0.5％，P≤0.03％，S≤0.02％，其余为铁和不可避免的杂质。本发明材质具有较高的屈服强度，其耐磨性能是高锰钢的3‑4.5倍，可显著提升球磨机衬板的使用寿命。

Description

一种高锰高铬耐磨衬板及其生产工艺
技术领域
本发明属于高锰高铬耐磨衬板领域，尤其涉及一种高锰高铬耐磨衬板及其生产工艺。
背景技术
在矿石加工、火力发电等行业中，广泛使用球磨机进行物料破碎，但由于球磨机的工作环境受力复杂及衬板的性能不足，导致球磨机衬板更换频繁，造成巨大的经济损失和材料浪费。长期以来，国内球磨机主要使用ZGMn13衬板，国外衬板多采用低合金或高合金耐磨钢系列，部分采用合金化后的高锰钢和镍硬铸铁等材质，使用寿命高于国内衬板。因此，研究新型耐磨材料及应用技术，对于立足国产、节能降耗，提高碎矿、磨矿效率以及市场竞争力，具有重要的社会和经济意义。球磨机衬板服役环境复杂，磨损机理各异，应根据材料服役的实际工况对材料性能进行差异化设计。由于球磨机衬板应用在具有一定冲击作用的场合，因此足够的韧性是球磨机衬板材料选用的前提。根据承受冲击的能力，可以将目前国内外普遍使用的球磨机衬板材料进行简单分类：
(1)国内球磨机主要使用ZGMn13衬板，其屈服强度过低，首次使用易变形，磨损较大。目前，对于研究新型高锰钢的设计大多是在原有ZGMn13钢的基础上进行合金化处理，进一步提高新型高锰钢的力学性能。
(2)采用贝氏体耐磨钢，如专利201910189025.3就是含石墨贝氏体耐磨钢，其冲击韧性较低，对外来冲击负荷的抵抗能力不足，因此会影响其使用寿命。
(3)目前我国常用的是高锰钢衬板，在高冲击载荷能够具有很大的加工硬化，且运行过程中由于长时间持续不断的受力、碰撞，衬板工作面的局部区域会因温度瞬时升高加速氧化和腐蚀，其表面发生变形和损坏，为提高衬板的使用寿命，衬板不仅需要足够的硬度和耐热性能，还需要优异的韧性和耐变型能力，现有技术中的衬板无法满足实际工况下的要求而限制了应用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种高锰高铬耐磨衬板及其生产工艺，所述高锰高铬耐磨衬板，其成分的重量百分比C：1.1％-1.3％，Si：0.1％-0.3％，Mn：11.5％-12.5％，Cr：8.0％-10.0％，Mo：0.5％-0.6％，Ti：0.2％-0.3％，Cu：0.4％-0.5％，P≤0.03％，S≤0.002％其余为铁和不可避免的杂质，所述高锰高铬耐磨衬板及其生产工艺的步骤为：按重量百分比分步加入铬铁、锰铁、钼铁、硅锰铁等合金原料。以电弧炉对原材料进行熔化、氧化、还原，出钢温度控制在1500-1550℃，以1400-1420℃浇铸成型。
根据权利要求1所述的一种高锰高铬耐磨衬板以50℃/h的升温到250-300℃，保温3-4小时，然后再以60℃/h的升温到650-700℃，保温2-3小时，最后以100℃/h的升温到1200-1250℃，保温3-5小时后进行水韧处理。
优选的，所述Si元素以固溶体形态存在于铁素体或奥氏体中，缩小了奥氏体相区，提高了铁素体和奥氏体的硬度和强度，并提高疲劳强度和疲劳比，改善了钢的耐磨性能。
优选的，所述Mn元素为钢中重要组成成分，适量的锰元素可增加耐磨钢的强度及硬度，提高锻造性与可塑性，并且锰元素在钢中含量提高，可降低钢的淬火温度。
优选的，所述Cr元素为钢中重要组成成分，Cr能够在晶体结构中形成弥散分布的第二相粒子，从而减少碳化物的析出，改变碳化物的形态和分布，提高相变硬化效果和屈服强度。
优选的，所述Ti元素可防止和减少钢中气泡的产生，提高钢的硬度、细化晶粒、降低钢的时效敏感性、冷脆性和腐蚀性。。
优选的，所述Mo元素能显著抑制晶粒增大而细化晶粒，增加淬透性及减少对回火脆性的敏感性，同时可增加材质的抗腐蚀能力。
优选的，所述Cu元素能细化奥氏体晶粒，提高耐腐蚀性和耐磨性，同时提高铸造件的强度和抗冲击性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：具有较高的屈服强度，其耐磨性能是高锰钢的3-4.5倍，在提高耐磨性的同时，耐变性能力也大幅提高，可满足矿山磨机衬板的耐磨性性能要求，减少了现场更换衬板的频次，降低了工人劳动强度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下对本发明做进一步描述：
实施例1
在电弧炉内依次加入配料，配料的百分比为C：1.1％-1.3％，Si：0.1％-0.3％，Mn：11.5％-12.5％，Cr：8.0％-10.0％，Mo：0.5％-0.6％，Ti：0.2％-0.3％，Cu：0.4％-0.5％，P≤0.03％，S≤0.002％其余为Fe，所述高锰高铬耐磨衬板及其生产工艺的步骤为：按重量百分比分步加入铬铁、锰铁、钼铁、硅锰铁等合金原料。以电弧炉对原材料进行熔化、氧化、还原，出钢温度控制在1500-1550℃，以1400-1420℃浇铸成型。
铸造后高锰高铬耐磨衬板检测成分的质量百分比为：C：1.12％，Si：0.17％，Mn：11.7％，Cr：8.02％，Mo：0.55％，Ti：0.22％，Cu：0.42，P：0.02％，S：0.013％,其余为铁和不可避免的杂质。
铸造后高锰高铬耐磨衬板以50℃/h的升温到250℃，保温3小时，然后再以60℃/h的升温到650℃，保温3小时，最后以100℃/h的升温到1200℃，保温5小时后进行水韧处理。
实施例2
在电弧炉内依次加入配料，配料的百分比为C：1.1％-1.3％，Si：0.1％-0.3％，Mn：11.5％-12.5％，Cr：8.0％-10.0％，Mo：0.5％-0.6％，Ti：0.2％-0.3％，Cu：0.4％-0.5％，P≤0.03％，S≤0.002％其余为Fe，所述高锰高铬耐磨衬板及其生产工艺的步骤为：按重量百分比分步加入铬铁、锰铁、钼铁、硅锰铁等合金原料。以电弧炉对原材料进行熔化、氧化、还原，出钢温度控制在1500-1550℃，以1400-1420℃浇铸成型。
铸造后高锰高铬耐磨衬板检测成分的质量百分比为：C：1.17％，Si：0.21％，Mn：11.9％，Cr：8.27％，Mo：0.52％，Ti：0.25％，Cu：0.45％，P：0.024％，S：0.018％,其余为铁和不可避免的杂质。
铸造后高锰高铬耐磨衬板以50℃/h的升温到260℃，保温3.5小时，然后再以60℃/h的升温到660℃，保温2.5小时，最后以100℃/h的升温到1220℃，保温4小时后进行水韧处理。
实施例3
在电弧炉内依次加入配料，配料的百分比为C：1.1％-1.3％，Si：0.1％-0.3％，Mn：11.5％-12.5％，Cr：8.0％-10.0％，Mo：0.5％-0.6％，Ti：0.2％-0.3％，Cu：0.4％-0.5％，P≤0.03％，S≤0.002％，其余为Fe，所述高锰高铬耐磨衬板及其生产工艺的步骤为：按重量百分比分步加入铬铁、锰铁、钼铁、硅锰铁等合金原料。以电弧炉对原材料进行熔化、氧化、还原，出钢温度控制在1500-1550℃，以1400-1420℃浇铸成型。
铸造后高锰高铬耐磨衬板检测成分的质量百分比为：C：1.21％，Si：0.25％，Mn：12.1％，Cr：8.96％，Mo：0.55％，Ti：0.27％，Cu：0.47％，P：0.023％，S：0.011％,其余为铁和不可避免的杂质。
铸造后高锰高铬耐磨衬板以50℃/h的升温到280℃，保温3小时，然后再以60℃/h的升温到680℃，保温2.5小时，最后以100℃/h的升温到1230℃，保温4.5小时后进行水韧处理。
实施例4
在电弧炉内依次加入配料，配料的百分比为C：1.1％-1.3％，Si：0.1％-0.3％，Mn：11.5％-12.5％，Cr：8.0％-10.0％，Mo：0.5％-0.6％，Ti：0.2％-0.3％，Cu：0.4％-0.5％，P≤0.03％，S≤0.002％，其余为Fe，所述高锰高铬耐磨衬板及其生产工艺的步骤为：按重量百分比分步加入铬铁、锰铁、钼铁、硅锰铁等合金原料。以电弧炉对原材料进行熔化、氧化、还原，出钢温度控制在1500-1550℃，以1400-1420℃浇铸成型。
铸造后高锰高铬耐磨衬板检测成分的质量百分比为：C：1.26％，Si：0.23％，Mn：12.4％，Cr：9.01％，Mo：0.59％，Ti：0.29％，Cu：0.49％，P：0.027％，S：0.014％,其余为铁和不可避免的杂质。
铸造后高锰高铬耐磨衬板以50℃/h的升温到290℃，保温4小时，然后再以60℃/h的升温到700℃，保温3小时，最后以100℃/h的升温到1250℃，保温4小时后进行水韧处理。
对比磨损试验采用M-2000摩擦磨损试验机，法向载荷为200N，试验时间2h，按国标GB/T12444-2006进行滑动磨损试验，耐磨性能以高锰钢为标准来计算，如表1所示，可以看出，本发明的高锰高铬耐磨衬板的耐磨性能是高锰钢磨机衬板的3-4.5倍，其中实施例3的综合性能指标较高，适用于矿山、化工、水泥等各类破磨领域，是代替高锰钢磨机衬板的新型耐磨材料。
需要说明的是，在本文中，而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
表1实施例与ZGMn13的性能对比
Figure BDA0002330292960000061

Claims (2)

1.一种高锰高铬耐磨衬板及其生产工艺，其特征在于，所述高锰高铬耐磨衬板，其成分的重量百分比为C：1.1％-1.3％，Si：0.1％-0.3％，Mn：11.5％-12.5％，Cr：8.0％-10.0％，Mo：0.5％-0.6％，Ti：0.2％-0.3％，Cu：0.4％-0.5％，P≤0.03％，S≤0.02％其余为铁和不可避免的杂质，所述高锰高铬耐磨衬板及其生产工艺的步骤为：按重量百分比分步加入铬铁、锰铁、钼铁、硅锰铁等合金原料。以电弧炉对原材料进行熔化、氧化、还原，出钢温度控制在1500-1550℃，以1400-1420℃浇铸成型。
2.根据权利要求1所述的一种高锰高铬耐磨衬板以50℃/h的升温到250-300℃，保温3-4小时，然后再以60℃/h的升温到650-700℃，保温2-3小时，最后以100℃/h的升温到1200-1250℃，保温3-5小时后进行水韧处理。
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