CN111534749A - 一种超高碳贝氏体钢衬板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种超高碳贝氏体钢衬板及其制备方法，包括如下重量百分比的组分：C:3.3%‑3.6%；Si:2.4%‑3.6%；Mn:2.6%‑3.4%；S：<0.13%;P：<0.12%；Mo:0.2%‑0.3%；Ni:0.1%‑0.6%。本发明减少衬板更换次数与磨损所造成的损耗，并提高储运系统的工作效率，本发明是一种制作操作简单，方便实用的超高碳贝氏体钢衬板及其制备方法。

Description

一种超高碳贝氏体钢衬板及其制备方法

技术领域

本发明是一种贝氏体钢衬板及其制备方法，特别是一种超高碳贝氏体钢衬板及其制备方法，属于超高碳贝氏体钢衬板的创新技术。

背景技术

随着现代工业的兴起，对合金的需求量剧增，矿山的开采量也随之剧增，矿山选厂的磨矿效率的高低，直接影响矿山的产量。耐磨衬板，是指耐磨钢板通过切割、卷板变形、打孔、焊接等生产工艺，用于运输和开采的设备上的耐磨部件。在冶金企业生产中使用的球磨机及半自磨机衬板，由于大量储运物料的器械，在作业过程中直接与铁粉、焦炭、球团等硬物质，包括机械油脂、破碎过程中遗漏的大块矿石等，所以磨机衬板作业条件恶劣，磨损严重，消耗量很大。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种超高碳贝氏体钢衬板。本发明减少衬板更换次数与磨损所造成的损耗，并提高球磨机的工作效率，增加产能。

本发明的另一目的在于提供一种超高碳贝氏体钢衬板的制备方法，本发明制备方法操作简单，方便实用。

本发明的技术方案是：

本发明的超高碳贝氏体钢衬板，包括如下重量百分比的组分：

C：3.3%-3.6%；

Si：2.4%-3.6%；

Mn：2.6%-3.4%；

S：<0.13%；

P：<0.12% ；

Mo：0.2%-0.3%；

Ni：0.1%-0.6%。

本发明超高碳贝氏体钢衬板的制备方法，包括如下步骤：

1）选材：生铁、废钢、回炉料；

2）配料：准备好熔炼所需的合金，并按照加入顺序进行排列摆好；

3）熔炼：在中频炉内投入选材好的生铁进行加热，在加热至熔融状态时，加入配料合金、废钢及回炉料进行再次熔炼；

4)浇注：将熔炼好的铁水倒入浇注包内；

5)热处理：将在常温下正常放置半个小时后的铸件，去掉铸件包裹的砂型，在常温再次放置2-3个小时，当铸件空冷2个小时后将铸件放入电炉内进行保温回火处理，再次经过温度为200±10的保温处理后，拿出铸件。

本发明的超高碳贝氏体钢衬板，在球磨机内更加耐磨，衬板的韧性提升，不易被筒体内的钢球及物料砸碎；能够更加适应酸度值更大的物料，其抗腐蚀性也有明显的提高；减少物料及钢球对衬板的磨损，因其表面的残余奥氏体在磨损的作用下会转化成为马氏体，而马氏体会让其表面更加耐磨；在直径越大的球磨机内高度越高，钢球及物料砸下来的力度越大。本发明的衬板能够有更好的延展性，从而不会使衬板碎裂，更加的耐磨。

附图说明

图1为不同板材的硬度曲线示意图；

图2为本发明实施例1的金相图；

图3为本发明实施例2的金相图；

图4为本发明实施例3的金相图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

本发明的超高碳贝氏体钢衬板，包括如下重量百分比的组分：

C：3.3%-3.6%；

Si：2.4%-3.6%；

Mn：2.6%-3.4%；

S：<0.13%；

P：<0.12%；

Mo：0.2%-0.3%；

Ni：0.1%-0.6%。

本发明的超高碳贝氏体钢衬板，包括如下重量百分比的组分：

C：3.4%-3.5%；

Si：2.8%-3.0%；

Mn：2.8%-3.0%；

S：<0.11%；

P：<0.11%；

Mo：0.25%-0.29%；

Ni：0.2%-0.4%。

本发明的超高碳贝氏体钢衬板，包括如下重量百分比的组分：

C：3.45%-3.48%；

Si：2.9%-2.95%；

Mn：2.85%-2.95%；

S：<0.105% ；

P：<0.105%；

Mo：0.27%-0.28%；

Ni：0.25%-0.35% 。

本发明超高碳贝氏体钢衬板的制备方法，包括如下步骤：

1）选材：生铁、废钢、回炉料；

2）配料：准备好熔炼所需的合金，并按照加入顺序进行排列摆好；

3）熔炼：在中频炉内投入选材好的生铁进行加热，在加热至熔融状态时，加入配料合金、废钢及回炉料进行再次熔炼；

4)浇注：将熔炼好的铁水倒入浇注包内；

5)热处理：将在常温下正常放置半个小时后的铸件，去掉铸件包裹的砂型，在常温再次放置2-3个小时，当铸件空冷2个小时后将铸件放入电炉内进行保温回火处理，再次经过温度为200±10的保温处理后，拿出铸件。

本发明各组分具有如下功用：

碳：具有稳定奥氏体，减慢奥氏体中合金元素原子的扩散速度，延长奥氏体转变前的孕育期，即延缓贝氏体转变，提高球铁的淬透性，并对残留奥氏体的稳定性有决定性的影响。高的碳含量降低Bs、Ms点，不利于提高硬度，却有利于韧性的提高。碳是石墨形成元素，高的含碳量可阻碍渗碳体的析出，为了获得较好的球墨铸铁的铸造性能。

硅：硅能降低碳在奥氏体中的溶解度，降低过冷奥氏体的稳定性， 加速相变，因而缩短珠光体和贝氏体转变的孕育期。硅还提高共析转 变温度，扩大共析转变温度范围。硅是石墨化形成元素，有效地控制或延缓过冷奥氏体的碳化物分解，使贝氏体铁素体间出现连续高碳奥氏体条状的马氏体—奥氏体组织。

锰 ：强烈降低共析转变和马氏体转变温度，提高奥氏体的稳定性，显著提高淬透性，锰还使高温相变区和中温相变区分离，也能使贝氏体开始转变温度Bs下降，增加贝氏体铁素体基体强度。

本发明主要体现在合金配比、热处理方面的优点，合金的合理配比能够让铸件在内部增加合金的流动性、细化晶粒、引起固溶强化、提高机械性能、改善铸件的抗磨损性能；铸件在制作过程中，热处理的功效能够发挥更大的作用，其主要特点在于本发明衬板在热处理过程中，对于正火和回火的控制，成本较低且操作简单，铸件内部的金相组织致密、铸件的耐磨性、抗拉伸性、韧性等都有提高。这样才能制造出更加耐磨、韧性高、抗腐蚀及抗拉强度高等特点，充分把衬板的最大作用发挥，延长了衬板的使用寿命，减少了球磨机更换衬板的时间及更好的保护了球磨机筒壁，增加了矿山的经济效益提高产量。

本发明合金成分对性能的影响具体为：

据此确定的合金成分范围，按照四种不同的成分配料、熔炼后浇注试样，热处理后测定其硬度和冲击韧性，来得到最好的效果。化验成分表如下：

从表中可以看出，当Mn在2.8％左右，si在2.7％左右时，球墨铸铁的硬度高，冲击韧性好。综上分析，可以确定贝氏体复相球墨铸铁的成分范围为C：3．3～3．6％：Si：2．4～3.6％；Mn：2．6～3．4％；S、P<O．12％。为检验上述成分范围，按上述成分范围及试验方法进行了多炉次实验得出结论为：

X a3 (冲击韧性均值)= 21. 4 J／cm2

δ(冲击韧性方差)= 5.66 J／cm2

X hrc(硬度均值)= 51.3 £HRC(硬度方差)= 1．12

本发明热处理工艺如下：

1）正火

超高碳贝氏体钢衬板，它参与相变过程，通过控制不同的加热温度，可使奥氏体中的含碳量在较大的范围内变化。奥氏体化温度越高，则奥氏体含碳量越高，如果奥氏体化温度太低或时间太短，碳化物不能完全溶解，奥氏体含碳量偏低，这样经冷却后极易转变成马氏体，造成组织中马氏体量增多，塑韧性不足，而硬度高。如奥氏体化温度太高或时间太长，则导致奥氏体晶粒粗大，延缓贝氏体转变，促进二次碳化物的形成。所以选择奥氏体温度为930℃。

使铸态组织中晶粒细化和碳化物分布均匀。通过五种炉样在860℃、880℃、930℃、960℃时，保温2.5h-3h空冷。观察金相组织、检测硬度。结果表明在930℃±10保温2h-3h空冷效果最好，则正火最好温度。

）回火

回火的目的是消除正火时残余应力，整合衬板的硬度、耐磨性、韧性等性能，炉样在930℃±10正火，分别在170℃、200℃、240℃进行保温1.5~2.5h的回火处理，观察金相组织、硬度。结果表明当温度在200℃±10进行回火处理，工件的硬度、韧性、耐磨性都是最理想状态。回火温度对硬度、冲击韧性的影响，如下表所示：

回火温度/℃	170	200	240
				HRC	51	55.5	50
αk/J·㎝²	17	20.32	16.8

本发明硬度对比实验如下：

耐磨性实验为热处理后的超高碳贝氏体钢衬板实体进行实验，取块大小 Ф 6mm×30mm。所用的对比材料分别是超高碳贝氏体钢衬板、高锰钢衬板、高铬铸铁衬板。所用试样同超高碳贝氏体钢衬板取样相同部位，进行检测硬度。通过改变检测落锤的高度来测量试样的硬度。测试仪器为山东万测检测设备公司所出的冲击试验机进行检测。检测结果如图1所示：

本发明的结果分析如下：

超高碳贝氏体钢衬板，因其内具有较多的碳元素，以及锰、硅等元素。其中硅时非碳化物形成元素，可增加碳在奥氏体中的活度。在贝氏体生长过程中，多余的碳会排除向界面一侧临近的奥氏体中，由于硅阻碍渗碳体析出，造成周围奥氏体富碳，使贝氏体条片间及条片内的富碳残余奥氏体稳定化，形成无碳化无贝氏体。

从超高碳贝氏体钢衬板进行200℃±10回火处理后的性能看，贝氏体钢不紧拉伸强度和硬度高，而且塑性和韧性都很好，具有良好的综合性能。该材质的衬板材料是马氏体钢衬板的2.2倍，高锰钢衬板的1.7倍，表明该材料具有良好的耐磨性能、韧性、抗冲击性等优良性质，是衬板材料的不二之选。

本发明的具体实施例如下：

实施例1：

本发明重量百分比的组分：

C：3.3%；

Si：2.4%；

Mn：2.6%；

S：<0.13%；

P：<0.12%；

Mo：0.2%；

Ni：0.1%。

本实施例的效果是：本实施例中添加合金如上所示，不同的合金比例，通过金相显微仪看到的金相图如图2所示，从图可见此实施例中的合金在热处理过后风冷后观察，金相组织中存在的残余奥氏体过多，马氏体及贝氏体残余量过少，导致在进行测试硬度及韧性值时，硬度值为45HRC，韧性值19.8J／cm2，硬度值减少，衬板的初始韧性减少，使得衬板在球磨机内钢球及物料的作用下容易使衬板产生凹槽及部分衬板断裂，导致衬板使用效率下降。实施例中的合金添加量不符合使用条件。

实施例2：

本发明重量百分比的组分：

C：3.6%；

Si：3.6%；

Mn：3.4%；

S：<0.13%；

P：<0.12%；

Mo：0.3%；

Ni：0.6%。

本实施例的效果是：本实施例中添加合金如上所示，不同的合金比例，通过金相显微仪看到的金相图如图3所示，从图可见，此实施例中的合金在热处理过后风冷后观察，金相组织中存在的残余奥氏体过少，马氏体及贝氏体残余量增加，在进行测试硬度及韧性值时，硬度值为64HRC，韧性值15.6J／cm2，硬度值及韧性值明显下降，这种情况在衬板进入球磨机内时，由于衬板的硬度值增加，韧性减少，在钢球及物料的作用下衬板及其容易碎裂，导致衬板使用效率下降，对球磨机损害较大。实施例中的合金添加量不符合使用条件。

实施例3：

本发明重量百分比的组分：

C：3.5%；

Si：3.0%；

Mn：2.9%；

S：<0.13%；

P：<0.12%；

Mo：0.25%；

Ni：0.4%。

本实施例的效果是：本实施例中添加合金如上所示，不同的合金比例，通过金相显微仪看到的金相图如图4所示，从图可见，此实施例中的合金在热处理过后风冷后观察，金相组织中存在的残余奥氏体正常，马氏体及贝氏体残余量增加，在进行测试硬度及韧性值时，硬度值为57HRC，韧性值20 J／cm2，硬度值及韧性值明显增加，更好的使衬板达到使用要求，更加耐磨，硬度更大，韧性也增加，使得衬板发挥更大的保护及抛起作用，实施例中的合金添加量符合使用条件。

Claims (4)

1.一种超高碳贝氏体钢衬板，其特征在于包括如下重量百分比的组分：

C: 3.3%-3.6%；

Si: 2.4%-3.6%；

Mn: 2.6%-3.4%；

S: < 0.13%；

P: <0.12%；

Mo: 0.2%-0.3%；

Ni: 0.1%-0.6%。

2.根据权利要求1所述的超高碳贝氏体钢衬板，其特征在于包括如下重量百分比的组分：

C: 3.4%-3.5%；

Si: 2.8%-3.0%；

Mn: 2.8%-3.0%；

S: < 0.11%；

P: <0.11%；

Mo: 0.25%-0.29%；

Ni: 0.2%-0.4%。

3.根据权利要求1所述的超高碳贝氏体钢衬板，其特征在于包括如下重量百分比的组分：

C: 3.45%-3.48%；

Si: 2.9%-2.95%；

Mn: 2.85%-2.95%；

S: < 0.105%；

P: <0.105%；

Mo: 0.27%-0.28%；

Ni: 0.25%-0.35%。

4.一种根据权利要求1所述超高碳贝氏体钢衬板的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1）选材：生铁、废钢、回炉料；

2）配料：准备好熔炼所需的合金，并按照加入顺序进行排列摆好；

3）熔炼：在中频炉内投入选材好的生铁进行加热，在加热至熔融状态时，加入配料合金、废钢及回炉料进行再次熔炼；

4)浇注：将熔炼好的铁水倒入浇注包内；

5)热处理：将在常温下正常放置半个小时后的铸件，去掉铸件包裹的砂型，在常温再次放置2-3个小时，当铸件空冷2个小时后将铸件放入电炉内进行保温回火处理，再次经过温度为200±10的保温处理后，拿出铸件。

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