CN105420617A - 一种矿山专用高硬度耐磨衬板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种矿山专用高硬度耐磨衬板及其制造方法,涉及耐磨衬板技术领域,该衬板中各化学组分的重量百分比为:C:2.15~2.80%,Cr:11.21~14.56%,Si:0.50~0.82%,Mn:0.52~0.76%,Mo:0.89~1.05%,Cu:0.90~1.25%,Ti:0.06~0.12%,B:0.003~0.008%,Re:0.15~0.23%,S≤0.03%,P≤0.03%,余量为Fe。本发明的衬板通过控制材料中铬元素含量、Cr/C比例,提高了衬板的硬度;Mo、Cu、Ti贵金属元素的复合使用,也增强了奥氏体的稳定性,细化晶粒,提高了碳化物的高温稳定性和红硬性,使本发明衬板硬度进一步提高,耐磨性也相应提高。
Description
技术领域
本发明涉及耐磨衬板技术领域,具体涉及一种矿山专用高硬度耐磨衬板及其制造方法。
背景技术
冶金矿山、水泥建材、电力、化肥、煤炭、化工等行业广泛使用破碎机破碎物料,其中衬板是破碎机中的主要消耗件,其质量既影响破碎机生产作业率,也影响物料破碎成本。常用的破碎机衬板材料主要有两大类,一类是奥氏体高锰钢,其韧性高,原始硬度低,使用过程中主要依靠奥氏体加工硬化来提高其硬度,在充分加工硬化后,其硬度由原始HB200提高到HB400-500,在高冲击载荷条件下使用取得很好的使用效果,但在中小冲击载荷条件下使用,奥氏体不能充分加工硬化,其耐磨性差。另一类是合金铸铁,其硬度高,韧性低,在无冲击载荷下使用效果好,但在有冲击载荷条件下使用易出现碎裂现象。
目前,市面上的许多铸铁材料都会选择在单一的铬合金铸铁中加入钼、钨、铌、镍等贵金属元素,以提高材料的淬透性和淬硬性。CN101012526A公开了一种稀土多元微合金化高铬铸铁,该铸铁的化学成分按重量份计含有,碳1.0~3.5份、铬8.0~26.0份、镍0.5~4.5份、钼0.15~2.0份、铜0.5~2.0份、铝0.05~2.0份、钒0.03~0.3份、稀土0.005~0.20份、硅≤0.5份、锰≤0.7份、硫≤0.05份、磷≤0.05份,余量为铁,该铸铁的化学成分按重量份还含有钛0.03~0.30份,还含有铌0.03~0.30份,还含有钨0.80~3.70份。采用该化学成分的铸铁进行后续的热处理,最高硬度可达59-64HRC,但是其无法同时满足高硬度和高冲击韧性的要求。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对上述现有技术存在的不足,本发明提供一种矿山专用高硬度耐磨衬板及其制造方法,该衬板具有高硬度和高冲击韧性特点,通过控制材料中铬元素含量、Cr/C比例,提高了衬板的硬度;Mo、Cu、Ti贵金属元素的复合使用,也增强了奥氏体的稳定性,细化晶粒,提高了碳化物的高温稳定性和红硬性。
(二)技术方案
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:
一种矿山专用高硬度耐磨衬板及其制造方法,该衬板中各化学组分的重量百分比为:C:2.15~2.80%,,Cr:11.21~14.56%,Si:0.50~0.82%,Mn:0.52~0.76%,Mo:0.89~1.05%,Cu:0.90~1.25%,Ti:0.06~0.12%,B:0.003~0.008%,Re:0.15~0.23%,S≤0.03%,P≤0.03%,余量为Fe。
优选的,所述矿山专用高硬度耐磨衬板中各化学组分的重量百分比为:C:2.56%,Cr:12.88%,Si:0.68%,Mn:0.66%,Mo:0.92%,Cu:1.10%,Ti:0.09%,B:0.005%,Re:0.19%,S:0.01%,P:0.01%,余量为Fe。
优选的,所述矿山专用高硬度耐磨衬板的制造方法,包括以下步骤:
(1)熔炼:按照上述各化学成分重量配比,将原料加入到中频感应电炉中进行熔炼,熔炼温度为1570~1590℃,熔炼过程中取样进行化学分析,控制各化学成分在规定范围内,在铁水出炉前3~5min,按每吨钢水0.2~0.3公斤加入锰铁和硅铁进行预脱氧,最后按每吨铁水加入0.6~0.8公斤纯铝进行终脱氧;
(2)浇注:当铁液温度降至1450~1460℃时进行浇注,浇注铸型为砂型或金属型;
(3)浇冒口切割:将上述成型衬板预热后热割、热刨;
(4)热处理:将上述热刨后的成型衬板进行表面打磨处理,然后升温至950~1000℃时进行正火,待温度为900~950℃时进行淬火,淬火后保温1~2h,然后出炉空冷,在温度为190~220℃的条件下回火,回火后保温1~3h,即得到成品耐磨衬板。
优选的,步骤(1)所述熔炼温度为1580~1590℃。
本发明中各种化学元素的作用:
碳(C):含碳量是决定铸铁衬板中的碳化物和硬度的重要因素。含碳量越高,碳化物越多,硬度越高,耐磨性能就越好。但碳量过高会造成衬板的韧性差。故含碳量控制在2.15~2.80%。
铬(Cr):铬含量主要决定碳化物类型并可提高耐腐蚀磨损性。铬和碳的含量应保证使合金中有一定量的以M7C3(Cr,Fe)7C3类型为主的碳化物,以获得高的耐磨性、硬度和冲击韧性。而高铬铸铁中碳化物类型、形态和分布主要由Cr/C决定:当Cr/C>4时,共晶碳化物大多数呈M7C3型。但随着铬含量的提高,铁液的流动性降低,衬板冷裂倾向增大,韧性下降,衬板易破损,同时铬属于贵金属,过多的铬会增加生产成本,综合各种因素将铬含量控制在11.21~14.56%。
硅(Si)和锰(Mn):锰是稳定奥氏体的元素,使Ms点下降使残余奥氏体增加,但加入较多的锰易导致衬板表层剥落的疲劳磨损比率增加,故控制锰含量在0.52~0.76%范围内。适量的硅主要用于脱氧,因为过高的硅将导致韧性下阵,故将硅控制在0.50~0.82%范围内。
钼(Mo)、铜(Cu)和钛(Ti):作用是显著提高淬透性,且具有较强的促进马氏体相变的作用。该类合金既可固溶于铁素体或奥氏体中,强化基体,提高基体的硬度,又可形成复杂碳化物,还能明显细化碳化物。因此加入微量的Mo、Cu和Ti合金元素能提高衬板的综合力学性能。
硼(B):即可净化晶界,又有弥散强化作用,可细化组织,显著提高衬板的耐磨性能。
稀土元素(Re):对铁水有净化、变质和促进合金化作用,能脱氧、除气、净化铁水,所生成氧化物可作为异质形核核心,细化基体晶粒组织,改善碳化物的形态与分布,含量控制在0.15~0.23%以内。
硫(S)与磷(P):为有害元紊,降低衬板的力学性能,含量均控制在0.03%以下为宜。
(三)有益效果
本发明在衬板中加入Si、Mn等元素,在脱氧的同时强化了衬板基体;本发明在衬板内加入Mo、Cu和Ti贵金属元素,通过贵金属元素的复合使用,增强了奥氏体的稳定性,细化晶粒,提高了碳化物的高温稳定性和红硬性,使本发明的衬板硬度进一步提高,耐磨性也相应提高。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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作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。
实施例1:
本实施例矿山专用高硬度耐磨衬板,该衬板中各化学组分的重量百分比为:C:2.15%,,Cr:11.21%,Si:0.50%,Mn:0.52%,Mo:0.89%,Cu:0.90%,Ti:0.06%,B:0.003%,Re:0.15%,S:0.005%,P:0.005%,余量为Fe。
按照本实施例中各化学组分的重量百分比,制备方法包括以下步骤:
(1)熔炼:按照上述各化学成分重量配比,将原料加入到中频感应电炉中进行熔炼,熔炼温度为1570℃,熔炼过程中取样进行化学分析,控制各化学成分在规定范围内,在铁水出炉前3~5min,按每吨钢水0.2公斤加入锰铁和硅铁进行预脱氧,最后按每吨铁水加入0.6公斤纯铝进行终脱氧;
(2)浇注:当铁液温度降至1450℃时进行浇注,浇注铸型为砂型或金属型;
(3)浇冒口切割:将上述成型衬板预热后热割、热刨;
(4)热处理:将上述热刨后的成型衬板进行表面打磨处理,然后升温至950℃时进行正火,待温度为900℃时进行淬火,淬火后保温1h,然后出炉空冷,在温度为190℃的条件下回火,回火后保温1h,即得到成品耐磨衬板。
实施例2:
本实施例矿山专用高硬度耐磨衬板,该衬板中各化学组分的重量百分比为:C:2.56%,Cr:12.88%,Si:0.68%,Mn:0.66%,Mo:0.92%,Cu:1.10%,Ti:0.09%,B:0.005%,Re:0.19%,S:0.01%,P:0.01%,余量为Fe。
按照本实施例中各化学组分的重量百分比,制备方法包括以下步骤:
(1)熔炼:按照上述各化学成分重量配比,将原料加入到中频感应电炉中进行熔炼,熔炼温度为1580℃,熔炼过程中取样进行化学分析,控制各化学成分在规定范围内,在铁水出炉前3~5min,按每吨钢水0.25公斤加入锰铁和硅铁进行预脱氧,最后按每吨铁水加入0.7公斤纯铝进行终脱氧;
(2)浇注:当铁液温度降至1455℃时进行浇注,浇注铸型为砂型或金属型;
(3)浇冒口切割:将上述成型衬板预热后热割、热刨;
(4)热处理:将上述热刨后的成型衬板进行表面打磨处理,然后升温至970℃时进行正火,待温度为930℃时进行淬火,淬火后保温1。5h,然后出炉空冷,在温度为210℃的条件下回火,回火后保温2h,即得到成品耐磨衬板。
实施例3:
本实施例矿山专用高硬度耐磨衬板,该衬板中各化学组分的重量百分比为:C:2.80%,,Cr:14.56%,Si:0.82%,Mn:0.76%,Mo:1.05%,Cu:1.25%,Ti:0.12%,B:0.008%,Re:0.23%,S:0.02%,P:0.02%,余量为Fe。
按照本实施例中各化学组分的重量百分比,制备方法包括以下步骤:
(1)熔炼:按照上述各化学成分重量配比,将原料加入到中频感应电炉中进行熔炼,熔炼温度为1590℃,熔炼过程中取样进行化学分析,控制各化学成分在规定范围内,在铁水出炉前3~5min,按每吨钢水0.3公斤加入锰铁和硅铁进行预脱氧,最后按每吨铁水加入0.8公斤纯铝进行终脱氧;
(2)浇注:当铁液温度降至1460℃时进行浇注,浇注铸型为砂型或金属型;
(3)浇冒口切割:将上述成型衬板预热后热割、热刨;
(4)热处理:将上述热刨后的成型衬板进行表面打磨处理,然后升温至1000℃时进行正火,待温度为950℃时进行淬火,淬火后保温2h,然后出炉空冷,在温度为220℃的条件下回火,回火后保温3h,即得到成品耐磨衬板。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。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。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种矿山专用高硬度耐磨衬板及其制造方法,其特征在于,该衬板中各化学组分的重量百分比为:C:2.15~2.80%,,Cr:11.21~14.56%,Si:0.50~0.82%,Mn:0.52~0.76%,Mo:0.89~1.05%,Cu:0.90~1.25%,Ti:0.06~0.12%,B:0.003~0.008%,Re:0.15~0.23%,S≤0.03%,P≤0.03%,余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的矿山专用高硬度耐磨衬板,其特征在于,该衬板中各化学组分的重量百分比为:C:2.56%,Cr:12.88%,Si:0.68%,Mn:0.66%,Mo:0.92%,Cu:1.10%,Ti:0.09%,B:0.005%,Re:0.19%,S:0.01%,P:0.01%,余量为Fe。
3.根据权利要求1或2所述的矿山专用高硬度耐磨衬板的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)熔炼:按照上述各化学成分重量配比,将原料加入到中频感应电炉中进行熔炼,熔炼温度为1570~1590℃,熔炼过程中取样进行化学分析,控制各化学成分在规定范围内,在铁水出炉前3~5min,按每吨铁水0.2~0.3公斤加入锰铁和硅铁进行预脱氧,最后按每吨铁水加入0.6~0.8公斤纯铝进行终脱氧;
(2)浇注:当铁液温度降至1450~1460℃时进行浇注,浇注铸型为砂型或金属型;
(3)浇冒口切割:将上述成型衬板预热后热割、热刨;
(4)热处理:将上述热刨后的成型衬板进行表面打磨处理,然后升温至950~1000℃时进行正火,待温度为900~950℃时进行淬火,淬火后保温1~2h,然后出炉空冷,在温度为190~220℃的条件下回火,回火后保温1~3h,即得到成品耐磨衬板。
4.根据权利要求3所述的矿山专用高硬度耐磨衬板的制造方法,其特征在于,步骤(1)所述熔炼温度为1580~1590℃。
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PB01 | Publication | ||
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