CN101988174A - 一种大型球磨机衬板及其热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种大型球磨机衬板及其热处理方法，其化学组成成分的质量百分数是：0.26~0.35C，3.5~4.2Cr，2.8~3.2Mn，1.2~1.5Si，0.002~0.005B，0.05~0.10Ti，0.04~0.08Zr，0.15~0.25V，0.30~0.40Nb，0.05~0.10Ba，0.02~0.06Ca，0.08~0.12RE，0~0.03S，0~0.04P，余量Fe。本发明衬板经熔炼、铸造后，采用油冷淬火，并在200~230℃进行回火处理。本发明衬板强度和硬度高，韧性、耐磨性好，具有较低的成本和较好的使用效果。

Description

一种大型球磨机衬板及其热处理方法
技术领域
本发明为各类球磨机衬板及其制造方法，特别涉及一种大型球磨机衬板及其热处理方法，属于物料研磨技术领域。
背景技术
球磨机是一种应用广泛的粉碎机械，是冶金矿山、水泥建材、电力、化肥、煤炭、化工等行业物料粉碎的主要设备之一，衬板是球磨机和进出料端盖的保护板，它除了承受研磨体（磨球、磨棒和磨段）与物料的冲击和磨损之外，还有提升研磨体的作用。随着物料粉磨技术的快速发展，球磨机趋于大型化，衬板工作条件日益苛刻，对衬板材料的性能提出了更高的要求，提高其耐磨性是国内外普遍关注的重点研究课题。
目前广泛使用的衬板材料主要有三大类：① 高锰钢；② 合金耐磨钢；③ 高铬铸铁。
高锰钢是1882年由英国人哈德菲尔德发明的一种韧性极好、具有较好耐磨性的材料，它属于Fe－C－Mn三元合金。这种钢的铸态组织为奥氏体加碳化物，水韧处理后，可以获得单相奥氏体组织，它具有较高的耐冲击性能和加工硬化能力。ZGMnl3是著名的国际通用奥氏体高锰钢，用该钢制造的衬板服役时在强大压力作用下，表层将迅速产生加工硬化，其加工硬化能力比其它钢种高5~6倍，且马氏体和ε相沿滑移面易发生晶格畸变，形成耐磨的表面层，而其内层仍保持冲击韧性好的奥氏体组织。加工硬化后表面硬度可以由HB200上升到HB500，这一特性使其被广泛用做矿山、建材、冶金、能源、铁路等机械中的耐磨件。在衬板材料的发展过程中，早期以高锰钢为主流。高锰钢虽具良好的韧塑性，但作为磨机衬板材质，存在以下不足：(1)磨机在工作过程中不能充分发挥高锰钢衬板的加工硬化能力，表现为不耐磨；(2)屈服强度低，在使用过程中极易产生塑性变形，致使磨机衬板因螺栓拉断而脱落；(3)无法与硬度高、耐磨性好的高铬铸铁磨球匹配使用。近年来，由于低合金钢和白口铸铁性能不断提高，对其研究和实践有了很大的进步，所以在制作球磨机衬板等零件时，国外己逐渐采用其它材料代替高锰钢。
合金钢是指钢中除含硅和锰作为合金元素或脱氧元素外，还含有其他合金元素(如铬、镍、铝、钒、钛、铜、钨、铝、钴、铌和其它元素等)，有的还含有某些非金属元素(如硼、氮等)的钢。根据钢中合金元素含量的多少，又可分为低合金钢，中合金钢和高合金钢。抗磨低合金钢按照含碳量可分为低碳(0.18－0.30%)，中碳(0.3－0.50%)和高碳(0.50－1.0%)三类。低合金耐磨钢的合金总量在5%以下，中合金钢的合金含量在5%－10%之间，与其它耐磨铸钢相比，具有更好的耐磨性与韧性的综合性能。70年代起，美、加、澳等国相继将用于处理低、中合金钢的各种淬火(+回火)工艺推广到包括衬板在内的各类破、粉碎设备中。我国的一些耐磨钢中还加入了稀土和硼等元素，提高了钢的淬透性，改善了钢的组织、机械性能和耐磨性，应用于球磨机衬板，其使用寿命比高锰钢衬板略高。低合金马氏体耐磨钢还存在韧性不足的弱点，所以其多用于受冲击力较小的工况下，它还存在淬透性和淬硬性低的不足，耐磨性较差。
在铬系铸铁中高铬铸铁是抗磨性能最好的一种抗磨材料，主要是因为具有高的硬度，较好的韧性，高的抗磨损能力和抗腐蚀能力，被称为第三代耐磨材料。高铬铸铁的含铬量在12－28%之间，含碳量在2.4－3.6%之间，其耐磨性取决于碳和合金元素的含量、基体组织及碳化物的种类以及形态分布等。高铬铸铁的显微组织是由初生奥氏体或其转变产物和共晶组织所组成。其共晶碳化物为六角形杆状及板条状的M7C3型碳化物，呈断网状分布，显微硬度高达Hv1300－1800，且韧性和耐磨性也较高。通常含铬量在12%－20%的高铬白口铸铁选择高硬度而具有一定韧性的马氏体为主要基体。但是，高铬白口铸铁存在合金元素含量高、生产成本高以及高温热处理易变形和开裂的不足，普通白口铸铁和低合金白口铸铁碳化物硬度低，碳化物呈连续状分布，脆性大，使用中易剥落甚至开裂。因此，开发生产工艺简单、成本低、强韧性高、淬透性与淬硬性好且无污染的大型球磨机衬板材料，取代目前广泛使用的普通钢铁耐磨材料，无疑具有十分重要的意义。
为了提高球磨机衬板的耐磨性能，中国发明专利CN1039985公开了双金属复合浇注球磨机衬板工艺方法，采用高铬铸铁和优质碳钢双金属复合铸造成球磨机衬板。该发明属于双金属复合铸造球磨机衬板的生产工艺新方法，解决了φ3m以上大型球磨机衬板使用最佳耐磨材料——高铬铸铁的断裂问题，这种衬板同时具有高的整体韧性和耐磨性。但存在制造工艺复杂，废品率高，结合层质量差等不足。
中国发明专利CN101690906A公开了一种组合自固无螺栓中铬合金衬板，由下列成分按质量百分比制成：C0.4-0.6％，Si0.5-0.8％，Mn0.8-1.4％，Cr3.0-5.5％，Mo0.30-0.5％，Ni0.1-0.2％，Al0.2-0.4％，Nb0.05-0.08％，Ti0.05-0.08％，0.008-0.015％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。该发明通过对化学成分进行合理的设计，使得该发明具有强度高，韧性好，耐磨能力强的特点，使产品的硬度和韧性达到统一。该衬板含有镍、钼等昂贵合金元素，成本高，且碳含量高，脆性较大，制作大型球磨机衬板，安全性差。
中国发明专利CN101664708公开了一种新型球磨机磁性衬板，包括基体、耐磨衬板、复合磁极组和粘接剂，基体内壁上设置耐磨衬板，耐磨衬板内设有空腔，复合磁极组通过粘接剂粘接在耐磨衬板的空腔内，复合磁极组沿球磨机筒体轴向方向为同极性排列，沿球磨机筒体圆周方向为N、S交替排列，耐磨衬板采用特殊的ZG80Mn15Cr4铸造，复合磁极组由高性能铁氧体材料和高性能合金磁钢组成，粘接剂采用美国福世蓝新型材料制成。该发明衬板成本高，且粘接剂依赖进口，不利于在大型球磨机上推广使用。
中国发明专利CN101623746也公开了一种防止球磨机衬板断裂的方法，适合于对已有球磨机的衬板改造，目的是提高球磨机衬板屈服极限；该发明采用含有Cr、Mo等金属元素的高锰钢材料，如ZGMn13Cr2Mo、 ZG32Mn9SiCr2MoRe或ZGMn9Cr2ReSi；通过消失模铸造方法制成球磨机端衬板、筒体衬板和格子衬板，对铸造成型后的衬板在安装使用前还需要进行热处理：先将衬板入炉加热到200℃～300℃，保温1～2小时，然后按速度为40℃～50℃/小时升温到650℃～680 ℃；保温4.5～5小时；再按60℃～70℃/小时继续升温到1060℃～1090℃，保温3.0～4.0小时；将衬板从炉中取出，放入水中进行水韧处理，放入回火炉中，按速度为40℃～50℃/小时加热到300～350℃，保温6～8小时，然后以1.5～2.5min/mm速度冷却；衬板回火入炉温度控制在150℃以下。该发明基体仍是奥氏体，在球磨机中使用不易产生明显的加工硬化，使用寿命较短。
中国发明专利CN101054652还公开了一种球磨机衬板化学成分(重量百分比)为：C 0.6-0.8％、Si 0.3-0.8％、Mn 0.3-0.8％、Cr 2.0-4.5％、Ni 0.2-2.0％、Mo 0.1-0.8 ％、S＜0.04％、P＜0.04％、余量为Fe。其制造工艺是：将球磨机衬板加热到860-960℃，保温2-3小时，然后淬入水中冷却，使其温度快速下降，在工件表面温度下降至580-680℃时，从水中取出，再在强制对流的空气中空冷至室温，之后进行480-520℃回火，自然冷却即得成品。该发明的球磨机衬板碳含量高，水淬时极易出现裂纹。
中国发明专利CN1932066还公开了低碳高合金球磨机衬板钢及其制造方法，其特征是所述衬板钢按重量百分比的合金成分为：C：0.15～0.30％、Cr：5.0～10.0％、Ni：0～1.5％、Mn：0.5～1.7％、Mo：0～1.5％、 RE：0～0.8％、Ti：0～1.0％、Si：0～1.6％、P：0.01～0.045％、S：0.01～0.045％；其他金属和非金属元素总量不超过3％；余量为Fe。该发明在湿式磨矿机衬板的工作环境下具有很好的耐磨性，但含有镍、钼等昂贵合金元素，成本高。
中国发明专利CN1923372还公开了一种用于球磨机的复合耐磨衬板的制造工艺，具体步骤如下：拉制纳米结构金属丝、处理金属丝、确定束紧外管尺寸、固定金属丝、切割复合管、加工衬板框架、焊接罗栓套、放置复合管、平铺焊接，即加工制造成衬板框架与复合管及隔板紧密结合的复合耐磨衬板。本发明的优点是：本发明充分发挥了纳米结构金属材料的高韧性、高强度、高耐磨和低价格等各种优点，解决了普通合金衬板要消耗大量有色金属的问题，并且使用寿命比普通材质衬板提高一个数量级。该发明工艺复杂，在大型球磨机上使用安全性差。
中国发明专利CN101173343还公开了一种高强度耐磨铸钢衬板及其制造方法，衬板其化学成分是(重量％)：0.25-0.45 C，1.0-1.8 Si，1.0-2.0 Mn，0.8-1.5 Cr， 0.003-0.008 B，0.02-0.08 Al，0.04-0.15 Ti，0.02-0.10 La，0.02-0.10 Ce，0.02-0.08 Ba，0.02-0.10 Ca，其余为Fe和不可避免的微量杂质，其中3.5＜Si+Mn+Cr＜4.5， 0.05＜La+Ce＜0.18。该发明衬板利用电炉便可生产，采用砂型铸造，衬板抗拉强度高，达到1450-1600MPa，硬度达到50-55HRC，具有良好的耐磨性，冲击韧性达到65-80J/cm2，使用中不断裂，不剥落，使用性能明显优于Mn13 高锰钢衬板，生产工艺简单，以钢屑为主要原料，因而生产成本低。但是，该发明衬板淬透性较低，不宜制造大型球磨机衬板。
中国发明专利1109106还公开了一种贝氏体球墨铸铁球磨机衬板，该发明衬板的成分为：3.4～3.8%C、2.5～3.5%Si、1.5～2.5%Mn、P≤0.1%、S≤0.03%、0.03～0.08%Mg、0.02～0.07%Re，余为Fe。该发明衬板用下列热处理工艺以获得贝氏体为主的组织。820~920℃保温2~8小时，然后在PH值为9~14，比重为1.0~1.8范围内的钠盐或钾盐水溶液中淬火。该发明衬板脆性较大，制造大型球磨机衬板安全性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大型球磨机衬板及其热处理方法，其生产工艺简便、成本低廉、性能可靠，用其生产的衬板使用安全且使用寿命长。
本发明的目的是这样实现的：一种大型球磨机衬板及其热处理方法，该衬板的化学组成成分质量百分数为：0.26~0.35C，3.5~4.2Cr，2.8~3.2Mn，1.2~1.5Si，0.002~0.005B，0.05~0.10Ti，0.04~0.08Zr， 0.15~0.25V， 0.30~0.40Nb， 0.05~0.10Ba，0.02~0.06Ca，0.08~0.12RE，0~0.03S，0~0.04P，余量为Fe。
本发明衬板用电炉熔炼，其制造工艺步骤是：
1）首先将废钢和铬铁混合加热熔化，钢水熔清后加入锰铁和硅铁，升温至1560~1600℃时，加入铝脱氧，然后依次加入钛铁、铌铁、钒铁和硅钙钡合金，炉前调整成分合格后，将钢水温度升至1600~1620℃，扒渣后出炉；
2）将硼铁合金和硅锆合金破碎至粒度为3~8mm的小块，用薄钢片包裹严实，待出钢40~60%时，将包裹好的硼铁合金和硅锆合金随钢水冲入浇包；
3）将稀土硅铁合金破碎至粒度为8~12mm的小块，经160~200℃烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行稀土变质处理；
4）采用粘土砂铸造、消失模铸造和冷硬树脂砂型铸造三种方法中的任一方法浇注衬板，钢水浇注温度为1520~1560℃；
5）浇注8~10 h后开箱空冷衬板，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺；
6）衬板在非加工状态下直接进行淬火热处理，将铸态衬板加热至880~950℃，保温3~5 h后，在温度低于80℃的淬火油中冷却1~2 h，淬火油与衬板的质量比≥10:1，最后将衬板加热至200~230℃，保温6~10h后，空气冷却至室温，衬板即可直接装机使用。
本发明是在中碳中铬合金铸钢中，加入锰元素，提高衬板淬透性，另外，加入微量硼元素既有利于改善铸钢衬板淬透性，还有利于获得部分贝氏体组织，提高衬板强韧性和耐磨性。在此基础上，加入微量钛、锆、铌、钒、钡、钙和稀土等元素，进一步细化凝固组织，提高衬板的强韧性和耐磨性。淬火热处理后，可以获得马氏体-贝氏体-奥氏体复合组织，且基体组织中均匀分布细小的NbC颗粒，确保衬板具有优异的使用性能。
合金材质的性能是由金相组织决定的，而一定的组织取决于化学成分及热处理工艺，本发明化学成分是这样确定的：
碳：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击韧性降低。碳含量过低时，铸钢的铸造性能差，含碳量过高，铸造好热处理过程中易开裂。因此，球磨机耐磨衬板中合适的碳加入量为0.26~0.35%。
铬：铬能显著提高钢的强度、硬度、淬透性和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。在球磨机耐磨衬板中加入铬大部分进入基体，提高基体淬透性，少量铬可以形成细小的Cr23C6型碳化物，均匀分布于基体，有利于衬板耐磨性的提高，合适的铬加入量为3.5~4.2%。
锰：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30~0.50%。锰是扩大奥氏体区的元素，可以明显提高钢的淬透性，本发明加入较多的锰元素是为了在淬火组织中获得部分高韧性的奥氏体和贝氏体组织，锰含量过高，淬火组织中残留奥氏体过多，不利于改善衬板的耐磨性，合适的锰加入量为2.8~3.2%。
硅：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，镇静钢一般含有0.15－0.30%的硅。硅在钢中形成固溶体，可以起到固溶强化的作用，有利于提高钢的强度，但硅固溶于基体后，降低基体塑性，且硅降低淬透性，容易促使形成珠光体，影响材料耐磨性，合适的硅加入量为1.2~1.5%。
硼：钢中加入微量的硼就可改善钢的淬透性和致密性，提高强度。另外，在钢中锰含量较高的情况下，加入微量硼，易促进淬火组织中出现强韧性好的贝氏体组织，但硼含量过高，易发生硼脆现象，大幅度降低铸钢韧性，影响衬板的安全使用，合适的硼含量是0.002~0.005%。
钛：钛能使钢的内部组织致密，细化晶粒，提高铸钢衬板的强韧性和耐磨性，钛加入量过多，易出现粗大的TiC颗粒，反而降低钢的强度和韧性，合适的钛含量为0.05~0.10%。
锆：锆是强碳化物形成元素，加入铸钢中，易形成高熔点弥散分布的ZrC颗粒，ZrC可作为初生δ相的结晶核心，促进晶粒的明显细化，合适的加入量为0.04~0.08%。
钒：钢中加入适量的钒可细化晶粒，提高强度和韧性，钒固溶于基体，可明显提高基体强度，改善铸钢耐磨性。但钒的价格较高，合适的加入量宜控制在0.15~0.25%。
铌：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在耐磨铸钢衬板中加入适量铌，还可以形成大量细小的NbC颗粒均匀分布于基体上，有利于提高铸钢衬板的硬度和耐磨性，合适的铌加入量是0.30~0.40%。
钙：钙与氧有很大的亲合力，钙的脱氧能力很强，钙对钢水有很好的除气效果。钙还对铸钢中夹杂物的变质具有显著作用，加入适量钙可将合金铸钢衬板中的长条状硫化物夹杂转变为球状的CaS或（Ca, Mn）S夹杂，适量钙还显著降低硫在晶界的偏聚，钙对降低合金铸钢衬板脆性和提高合金铸钢衬板铸造时抗热裂性是十分有益的。但加入过多的钙将使合金铸钢衬板中夹杂物增多，对合金铸钢衬板韧性的提高不利，合适的钙含量为0.02~0.06%。
钡：钡是很好的脱氧剂，加入耐磨铸钢中，可净化钢液，提高耐磨铸钢衬板的强度和韧性，确保衬板安全使用，合适的加入量为0.05~0.10%。
稀土：稀土对耐磨铸钢衬板具有脱硫、除气的作用，使钢中硫化物夹杂减少，使钢的冲击韧性提高。同时稀土与液态金属反应生成的细小粒子，具有加速凝固的形核作用。表面活性稀土元素在流动的晶体表面形成吸附原子薄膜，降低流动离子的速度。另外稀土的熔点低，原子半径大，在耐磨铸钢衬板凝固过程中是强成分过冷元素，由于其平衡常数K0远小于1，在凝固过程中将发生严重偏析，通过溶质再分配而富集在初生奥氏体生长前沿的熔体中，造成较大的成分过冷，有利于奥氏体枝晶的多次分枝及枝晶间距的减小。稀土元素这些特殊性能细化耐磨铸钢衬板的铸态晶粒，限制树枝晶偏析，改善耐磨铸钢衬板的强韧性。稀土加入量过多，易出现夹杂物，合适的稀土加入量为0.08~0.12%。
硫和磷：不可避免的微量杂质是原料中带入的，其中有硫和磷，均是有害元素，为了保证衬板的强度、韧性和耐磨性，将磷含量控制在0.04%以下，硫含量控制在0.03%以下。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1）本发明耐磨铸钢衬板淬透性好，淬硬层深度大于120 mm；
2）本发明耐磨铸钢衬板基体组织是马氏体-贝氏体-奥氏体复合组织，其中贝氏体体积分数达到28~35%，奥氏体体积分数达到12~15%，其余是板条马氏体，具有良好的强韧性和优异的耐磨性；
3）本发明耐磨铸钢衬板基体组织上均匀分布着颗粒尺寸细小的Cr23C6和NbC颗粒，可明显改善衬板耐磨性；
4）本发明耐磨铸钢衬板不含价格昂贵的钼、镍等合金元素，生产成本低廉；
本发明耐磨铸钢衬板强度和硬度高，其中硬度大于52 HRC，抗拉强度大于1500 Mpa，韧性和耐磨性好，其中α kU大于30 J/cm2。在大型球磨机上使用，其使用寿命比ZGMn13Cr2衬板提高220~245%，而生产成本仅提高20~25%。使用本发明衬板可提高球磨机作业率，减轻工人劳动强度，降低物料研磨成本，具有显著的经济和社会效益。
具体实施方式
 下面结合实施例对本发明作进一步详述：
实施例1：
一种大型球磨机衬板及其热处理方法，该衬板的化学组成成分质量百分数为：0.27%C，4.18%Cr，2.97%Mn，1.23%Si，0.004%B，0.09%Ti，0.05%Zr， 0.24%V， 0.3%Nb， 0.07%Ba，0.03%Ca，0.11%RE，0.021%S，0.037%P，余量为Fe。
用1000公斤中频感应电炉熔炼耐磨铸钢衬板材料，其熔炼、铸造和热处理工艺过程如下：
1）首先将废钢和铬铁混合加热熔化，钢水熔清后加入锰铁和硅铁，升温至1563℃时，加入铝脱氧，然后依次加入钛铁、铌铁、钒铁和硅钙钡合金，炉前调整成分合格后，将钢水温度升至1606℃，扒渣后出炉；
2）将硼铁合金和硅锆合金破碎至粒度为5mm的小块，用薄钢片包裹严实，出钢40%时，将包裹好的硼铁合金和硅锆合金随钢水冲入浇包；
3）将稀土硅铁合金破碎至粒度为8mm的小块，经160℃烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行稀土变质处理；
4）采用消失模铸造方法浇注衬板，钢水浇注温度1558℃；
5）浇注8 h后开箱空冷衬板，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺；
6）衬板在非加工状态下直接进行淬火热处理，将铸态衬板加热至950℃，保温3 h后，在温度低于80℃的淬火油中冷却2 h，淬火油与衬板的质量比≥10:1。最后加热至200℃，保温10h后，空气冷却至室温，衬板可直接装机使用。
采用本发明实施例1生产的衬板其力学性能如下：硬度/HRC为52.4、抗拉强度/Mpa 为1530、冲击韧度α kU(J/cm2) 为35.7。
实施例2：
一种大型球磨机衬板及其热处理方法，该衬板的化学组成成分质量百分数为：0.3%C，3.8%Cr，3.20%Mn，1.49%Si，0.002%B，0.05%Ti，0.04%Zr，0.17%V，0.39%Nb， 0.06%Ba，0.06%Ca，0.10%RE，0.026%S，0.033%P，余量为Fe。
用1500公斤中频感应电炉熔炼耐磨铸钢衬板材料，其熔炼、铸造和热处理工艺过程如下：
1）首先将废钢和铬铁混合加热熔化，钢水熔清后加入锰铁和硅铁，升温至1595℃时，加入铝脱氧，然后依次加入钛铁、铌铁、钒铁和硅钙钡合金，炉前调整成分合格后，将钢水温度升至1518℃，扒渣后出炉；
2）将硼铁合金和硅锆合金破碎至粒度为4mm的小块，用薄钢片包裹严实，出钢60%时，将包裹好的硼铁合金和硅锆合金随钢水冲入浇包；
3）将稀土硅铁合金破碎至粒度为9mm的小块，经200℃烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行稀土变质处理；
4）采用粘土砂铸造方法浇注衬板，钢水浇注温度1548℃；
5）浇注10 h后开箱空冷衬板，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺；
6）衬板在非加工状态下直接进行淬火热处理，将铸态衬板加热至880℃，保温5 h后，在温度低于80℃的淬火油中冷却1 h，淬火油与衬板的质量比≥10:1。最后加热至230℃，保温6 h后，空气冷却至室温，衬板可直接装机使用。
采用本发明实施例2生产的衬板其力学性能如下：硬度/HRC为53.1、抗拉强度/Mpa 为1545、冲击韧度α kU(J/cm2) 为34.9。
实施例3：
一种大型球磨机衬板及其热处理方法，该衬板的化学组成成分质量百分数为：0.35%C，3.51%Cr，2.84%Mn，1.36%Si，0.005%B，0.08%Ti，0.08%Zr，0.21%V，0.36%Nb， 0.09%Ba，0.05%Ca，0.08%RE，0.025%S，0.038%P，余量为Fe。
用1500公斤中频感应电炉熔炼耐磨铸钢衬板材料，其熔炼、铸造和热处理工艺过程如下：
1）首先将废钢和铬铁混合加热熔化，钢水熔清后加入锰铁和硅铁，升温至1577℃时，加入铝脱氧，然后依次加入钛铁、铌铁、钒铁和硅钙钡合金，炉前调整成分合格后，将钢水温度升至1612℃，扒渣后出炉；
2）将硼铁合金和硅锆合金破碎至粒度为8mm的小块，用薄钢片包裹严实，出钢53%时，将包裹好的硼铁合金和硅锆合金随钢水冲入浇包；
3）将稀土硅铁合金破碎至粒度为12mm的小块，经180℃烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行稀土变质处理；
4）采用冷硬树脂砂型铸造方法浇注衬板，钢水浇注温度1527℃；
5）浇注9 h后开箱空冷衬板，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺；
6）衬板在非加工状态下直接进行淬火热处理，将铸态衬板加热至920℃，保温4 h后，在温度低于80℃的淬火油中冷却1.5 h，淬火油与衬板的质量比≥10:1。最后加热至220℃，保温8 h后，空气冷却至室温，衬板可直接装机使用。
采用本发明实施例3生产的衬板其力学性能如下：硬度/HRC为53.6、抗拉强度/Mpa 为1580、冲击韧度α kU(J/cm2) 为32.6。
本发明耐磨铸钢衬板具有强度和硬度高、淬透性好、淬硬层深和韧性好等特点，且耐磨铸钢衬板基体组织上均匀分布着颗粒尺寸细小的Cr23C6和NbC颗粒，可明显改善衬板耐磨性。本发明衬板已成功试用于φ2.8m、φ3.2m和φ3.6m大型球磨机上，用于研磨铁矿石，衬板使用安全、可靠，使用中无剥落和断裂现象出现，使用寿命比ZGMn13Cr2衬板提高220%~245%，而生产成本仅提高20%~25%。使用本发明衬板可提高球磨机作业率，减轻工人劳动强度，降低物料研磨成本，具有显著的经济和社会效益。

Claims (2)

1.一种大型球磨机衬板及其热处理方法，其特征在于该衬板的化学组成成分质量百分数为：0.26~0.35C，3.5~4.2Cr，2.8~3.2Mn，1.2~1.5Si，0.002~0.005B，0.05~0.10Ti，0.04~0.08Zr， 0.15~0.25V， 0.30~0.40Nb， 0.05~0.10Ba，0.02~0.06Ca，0.08~0.12RE，0~0.03S，0~0.04P，余量为Fe。
2. 根据权利要求1所说的大型球磨机衬板及其热处理方法，其特征在于该衬板用电炉生产，其工艺步骤是：1）首先将废钢和铬铁混合加热熔化，钢水熔清后加入锰铁和硅铁，升温至1560~1600℃时，加入铝脱氧，然后依次加入钛铁、铌铁、钒铁和硅钙钡合金，炉前调整成分合格后，将钢水温度升至1600~1620℃，扒渣后出炉；2）将硼铁合金和硅锆合金破碎至粒度为3~8mm的小块，用薄钢片包裹严实，待出钢40~60%时，将包裹好的硼铁合金和硅锆合金随钢水冲入浇包；3）将稀土硅铁合金破碎至粒度为8~12mm的小块，经160~200℃烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行稀土变质处理；4）采用粘土砂铸造、消失模铸造和冷硬树脂砂型铸造三种方法中的任一方法浇注衬板，钢水浇注温度为1520~1560℃；5）浇注8~10 h后开箱空冷衬板，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺；6）衬板在非加工状态下直接进行淬火热处理，将铸态衬板加热至880~950℃，保温3~5h后，在温度低于80℃的淬火油中冷却1~2 h，淬火油与衬板的质量比≥10:1，最后将衬板加热至200~230℃，保温6~10h后，空气冷却至室温，衬板即可直接装机使用。
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