CN115961215A - 一种轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻质半自磨机用高耐磨Cr‑Mo钢衬板及制备方法，属于金属材料铸造技术领域。所述轻质半自磨机用高耐磨Cr‑Mo钢衬板所含各化学成分及质量百分比为：C:0.6‑1.0％，Cr:1.5‑2.5％，Mo:0.5‑2.0％，Ti:1.0‑2.0％，V:0.2‑1.0％，Nb:0.03‑0.09％，Si:1.5‑2.0％，P:≤0.003％，S:≤0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明制造的轻质半自磨机用高耐磨Cr‑Mo钢衬板，在硬度、冲击韧性、冲击磨损等性能上显著提升，且衬板在使用过程中没有发生断裂、变形，而且制造工艺简单、便于操作，适合大规模工业化生产。

Description

一种轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板及制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料铸造技术领域，特别涉及一种轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板及制备方法。

背景技术

Cr-Mo钢衬板是一种高硬度的合金钢衬板，其优异的耐磨性是其他材料无以媲美的。但Cr-Mo钢衬板整体稳定性不强，且在制备过程中壁厚较大部分容易出现铸造缺陷，最终导致衬板在高硬度磨料和冲击应力较大的工况下使用时发生断裂现象，因此无法充分发挥其磨料的耐磨性。

目前，由于冶金矿山用大型半自磨机衬板在服役中易受强烈冲击、磨粒磨损及腐蚀磨损等苛刻工况条件影响，传统Cr-Mo钢的性能已经难以满足实际应用需求。而且，现有的Cr-Mo钢的制备方法存在操作复杂、工艺难控制等问题，限制了Cr-Mo钢的规模化生产。

发明内容

本发明针对Cr-Mo钢衬板在高硬度磨料和冲击应力较大的工况下易发生断裂，以及耐磨性较差等问题，提供了一种轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板及制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明技术方案之一：提供一种轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板，按质量百分比计，包含以下化学成分：

C:0.6-1.0％，Cr:1.5-2.5％，Ti:1.0-2.0％，Mo:0.5-2.0％，V:0.2-1.0％，Nb:0.03-0.09％，Si:1.5-2.0％，P:≤0.003％，S:≤0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。

优选地，化学成分还包含Ti:1.0-2.0％。

更优选地，按质量百分比计，化学成分为：

C:0.87％，Cr:1.58％，Mo:0.78％，V:0.56％，Ti:1.0％，Nb:0.056％，Si:1.64％，P:0.002％，S:0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明Cr-Mo钢由马氏体组成的微观组织，以及嵌布于马氏体中的耐磨粒状碳化物组成；所述耐磨粒状碳化物为TiC、Mo₂C和VC中的一种或几种，占Cr-Mo钢衬板微观组织面积分数的1-5％，颗粒尺寸5-20μm。

优选地，所述轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板为空心结构。

以本发明的方式制备的空心衬板，衬板重量可较实心钢衬板下降20-50％。

本发明技术方案之二：提供一种上述轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板的制备方法，包括以下步骤：

(1)冶炼：依照质量百分比加入各原料，熔融，扒渣，精炼，得到精炼钢液；

(2)变质处理：将精炼钢液进行变质处理，得到变质钢液；

(3)浇注：将变质钢液在浇注温度下，浇入铸型型腔中，静置，打箱，清理，得到预制铸件；

(4)热处理：将预制铸件进行淬火和回火操作，将铸件淬火至室温完成淬火，将淬火后铸件再回火，得到所述轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板。

优选地，步骤(1)中：所述原料包含废钢、铌铁、钼铁、铬铁和钒铁；所述熔融为升温到1480-1580℃后保温2-5min；扒渣前加入造渣剂；所述精炼为吹氩精炼。

优选地，步骤(2)中：所述变质处理的温度为1450-1550℃；所述变质处理以含铌的稀土合金为变质剂，变质剂加入量为精炼Cr-Mo钢液总质量的0.05-0.15％。

优选地，步骤(3)中：所述浇注温度为1400-1450℃。

优选地，步骤(4)中：所述淬火的具体过程为以升温速度60-100℃/h加热至800-900℃，保温3-5h，然后水冷至室温，水的温度小于40℃，所述回火的具体过程为以升温速度60-100℃/h加热至200-300℃，保温5-6h，然后在自然条件下冷却至室温

本发明的有益技术效果如下：

本发明通过控制弥散分布于Cr-Mo钢基体中的耐磨粒状碳化物的方式，提高了衬板在高冲击功条件下的耐磨性能，增强了材料的屈服强度和抗拉硬度。

本发明通过减少衬板铸造模数的方式，既减少了厚大截面的微观组织缺陷，以提高了衬板的铸造及力学性能，又减少了单个衬板重量，以降低了生产成本。

本发明制造的轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板，在硬度、冲击韧性、冲击磨损等性能上显著提升，且衬板在使用过程中没有发生变形和断裂，而且制造工艺简单、便于操作，适合大规模工业化生产。

附图说明

图1为实施例2及对比例1制备的衬板的结构示意图。其中，(a)为对比例1制备的衬板的结构示意图，(b)为实施例2制备的衬板的结构示意图。

图2为实施例2及对比例1制备的衬板的厚大部分微观组织的金相图。其中，(a)为对比例1制备的衬板的截面厚大部分微观组织的金相图，(b)为实施例2制备的衬板的厚大部分微观组织的金相图。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。

另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

本发明以下实施例及对比例中所用各原料均为市售产品。

实施例1

按质量百分比计，轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板各化学成分含量为：

C:0.87％，Cr:1.58％，Mo:0.78％，V:0.56％，Ti:1.0％，Nb:0.056％，Si:1.64％，P:0.002％，S:0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。

具体制备步骤如下：

(1)冶炼：采用电弧炉进行熔炼，熔炼过程中先加入废钢，待废钢熔化后，再依次加入铌铁、钼铁、铬铁和钒铁，待完全熔化后，取样分析，调整成分，直至符合所述Cr-Mo钢的化学成分的质量百分比要求。加入造渣剂，经过两次扒渣后，升温至熔炼温度1500℃，保温4min，再采用炉内吹氩精炼，得到精炼钢液；

(2)出钢和变质处理：将精炼Cr-Mo钢液倒入钢包中，并在变质温度1460℃下，用含铌稀土合金变质剂进行喂丝法处理，得到变质Cr-Mo钢钢液；

(3)浇注、打箱和清理：将变质Cr-Mo钢钢液在浇注温度1420℃下，浇入预先准备的空心铸型型腔中，并静置2h后打箱，再用撞击方法去除浇冒口，手工清理飞边毛刺，打磨浇冒口残根，得到得到预制铸件；

(4)热处理：将打箱后的铸件装入台车炉后，以100℃/h的升温速度加热至600℃后保温4h，然后再以100℃/h的升温速度继续升温到900℃并保温5h，随后水冷至衬板完全冷却，最后以升温速度100℃/h加热至300℃，保温6h，然后空冷到室温完成回火过程，得到所述轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板H-1。

实施例2

按质量百分比计，轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板各化学成分含量为：

C:0.87％，Cr:1.58％，Mo:0.88％，Ti:1.0％，V:0.66％，Nb:0.058％，Si:1.64％，P:0.002％，S:0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。

具体制备过程见实施例1，制备得到所述轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板H-2。

实施例3

按质量百分比计，轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板各化学成分含量为：

C:0.87％，Cr:1.58％，Mo:0.78％，V:0.56％，Nb:0.056％，Si:1.64％，P:0.002％，S:0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。

具体制备过程见实施例1，制备得到所述轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板H-3。

所述H-2的结构示意图见图1中(b)，所述H-2的厚大部分微观组织的SEM图见图2中(b)。

对比例1

与实施例2的区别仅在于，将步骤(3)中的空心铸型型腔更换为实心铸型型腔，得到所述Cr-Mo钢衬板S-1。

所述S-1的结构示意图见图1中(a)，所述S-1的厚大部分微观组织图见图2中(a)。

图2为实施例2及对比例1制备的衬板的厚大部分微观组织图。

其中，(a)为对比例1制备的衬板的截面厚大部分微观组织图，(b)为实施例2制备的衬板的厚大部分微观组织图。由图2可知，当衬板模数减小后，衬板厚大部分马氏体针变得更为细小，碳化物的分布变得更均匀，孔洞缺陷消失，衬板组织变的更加致密。说明本发明通过改变衬板结构，减小衬板铸造模数，进而提升了衬板微观组织致密度，减少了厚大截面的微观组织铸造缺陷。

效果验证

(1)将实施例1-2及对比例1制得的Cr-Mo钢衬板用于力学性能测试；力学性能测试包括初始硬度、抗拉强度、断裂延伸率、动载磨损量、碳化物面积分数、使用寿命。其中，抗拉强度力学性能试样尺寸规格由GB6397-86标准得到；动载磨损量的试验条件为：冲击功2J，冲击频率100次/min，磨损时间60min；碳化物面积分数由扫描电镜测得；使用寿命由半自磨机(规格Φ10x3.2m，筒体转速30r/min，填充率50％，日处理矿量12000吨)测试得到。测试结果如表1所示。

表1力学性能测试表

由表1中H-1与H-2的对比可知，在仅变动Mo、V、Ti并适应性调整Fe占比的情况下，碳化物面积分数就从6.5％上升为了7.8％，制得的Cr-Mo钢衬板的抗拉强度就从771.6MPa上升为了801.1MPa，动载磨损量就从0.029g下降到了0.021g，使用寿命说就从4442h上升到4890h，本发明通过控制弥散分布于Cr-Mo钢基体中的耐磨粒状碳化物的方式，提高了衬板在高冲击功条件下的耐磨性能，增强了材料抗拉强度，提高了衬板使用寿命。

由表1中H-2与S-1的对比可知，尽管H-2减少了原料用量，但其抗拉强度不仅没有降低，反而从654.2上升为了801.1MPa。证明本发明通过减少衬板铸造模数的方式，减少了厚大截面的微观组织缺陷，以提高了衬板的铸造及力学性能。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板，其特征在于，按质量百分比计，包含以下化学成分：

C:0.6-1.0％，Cr:1.5-2.5％，Ti:1.0-2.0％，Mo:0.5-2.0％，V:0.2-1.0％，Nb:0.03-0.09％，Si:1.5-2.0％，P:≤0.003％，S:≤0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板，其特征在于，按质量百分比计，化学成分还包含Ti:1.0-2.0％。

3.根据权利要求2所述的轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板，其特征在于，按质量百分比计，化学成分为：

C:0.87％，Cr:1.58％，Mo:0.78％，V:0.56％，Ti:1.0％，Nb:0.056％，Si:1.64％，P:0.002％，S:0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。

4.根据权利要求1所述的轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板，其特征在于，所述轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板为空心结构。

5.一种权利要求1-4任一项所述轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)冶炼：依照质量百分比加入各原料，熔融，扒渣，精炼，得到精炼钢液；

(2)变质处理：将精炼钢液进行变质处理，得到变质钢液；

(3)浇注：将变质钢液在浇注温度下，浇入铸型型腔中，静置，打箱，清理，得到预制铸件；

(4)热处理：将预制铸件进行淬火和回火操作，将铸件淬火至室温完成淬火，将淬火后铸件再回火，得到所述轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板。

6.根据权利要求5所述轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：所述原料包含废钢、铌铁、钼铁、铬铁和钒铁；所述熔融为升温到1480-1580℃后保温2-5min；扒渣前加入造渣剂；所述精炼为吹氩精炼。

7.根据权利要求5所述轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板的制备方法，其特征在于，步骤(2)中：所述变质处理的温度为1450-1550℃；所述变质处理以含铌的稀土合金为变质剂，变质剂加入量为精炼Cr-Mo钢液总质量的0.05-0.15％。

8.根据权利要求5所述轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板的制备方法，其特征在于，步骤(3)中：所述浇注温度为1400-1450℃。

9.根据权利要求5所述轻质半自磨机用高耐磨Cr-Mo钢衬板的制备方法，其特征在于，步骤(4)中：所述淬火的具体过程为以升温速度60-100℃/h加热至800-900℃，保温3-5h，然后水冷至室温，水的温度小于40℃，所述回火的具体过程为以升温速度60-100℃/h加热至200-300℃，保温5-6h，然后在自然条件下冷却至室温。

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