CN107587041A

CN107587041A - 高锰多元合金衬板及其制备方法

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Publication number: CN107587041A
Application number: CN201610523968.1A
Authority: CN
Inventors: ***
Original assignee: JIANPING COUNTY YUANTIAN MINING MACHINERY MANUFACTURING Co Ltd
Current assignee: JIANPING COUNTY YUANTIAN MINING MACHINERY MANUFACTURING Co Ltd
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2016-07-06
Publication date: 2018-01-16
Anticipated expiration: 2036-07-06
Also published as: CN107587041B

Abstract

本发明公开了一种高锰多元合金衬板及其制备方法，各化学成分按重量百分比为：C 1.0～2.0％、Mn 10.0～15.0％；Cr 1.0～3.0％、V 0.1～0.2％、Si0.4～0.6％、Ti 0.2～0.3％、Ni 0.2～0.3％、N 0.1～0.2％、Mo 0.5～1.0％、Dy和/或Tb 0.02～0.03％、S≤0.06％、P≤0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质；晶相组织为碳化物+珠光体。本发明制得的高锰多元合金衬板，能够有效的提高衬板的强度和耐磨性，提高球磨机的磨矿产量。

Description

高锰多元合金衬板及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金衬板领域，具体涉及一种球磨机用高锰多元合金衬板及其制备方法。

背景技术

球磨机衬板是用来保护球磨机筒体，使筒体免受研磨体和物料直接冲击和磨擦，同时也可利用不同形式的衬板来调整研磨体的运动状态，以增强研磨体对物料的粉碎作用，有助于提高磨机的粉磨效率，增加产量，降低金属消耗。具有以下特征(1)高耐磨、耐冲击：双介质淬火中合金钢衬板经科学合理的合金元素配方，使该衬板具有良好的理化性能，硬度HRC45～55以上，冲击韧性值25J以上，使用寿命是高锰钢的2倍以上，能够承受巨大的冲击力度，在工作中能长期保持衬板的表面形状，以保证磨机稳定提高5％以上的产量；(2)高强度、高韧性：在衬板淬火过程中，采用热稳定性能好的专用双介质淬火剂为介质，使产品达到高强度、高硬度和高韧性的配合，以满足了耐磨损的工艺要求；(3)高性价比、适应性能强：经先进的双介质淬火工艺处理，它具有淬火硬度高、韧性值高的特点，使该衬板具有良好的耐磨性能，高锰钢衬板相比，中合金双介质淬火中合金钢球磨机衬板表现出了卓越的性价比，能适应矿山湿磨、干磨、混合磨等。

但目前市场上的合金衬板在使用过程中存在磨损大、因强度不足引起的损伤等问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中合金衬板在使用过程中存在磨损大、因强度不足引起的损伤等问题，提供一种高锰多元合金衬板及其制备方法，能够有效的提高衬板的强度和耐磨性，提高球磨机的磨矿产量。

本发明提供一种高锰多元合金衬板，其特征在于：各化学成分按重量百分比为：C1.0～2.0％、Mn 10.0～15.0％；Cr 1.0～3.0％、V 0.1～0.2％、Si 0.4～0.6％、Ti 0.2～0.3％、Ni 0.2～0.3％、N 0.1～0.2％、Mo 0.5～1.0％、Dy和/或Tb 0.02～0.03％、S≤0.06％、P≤0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质；晶相组织为碳化物+珠光体。

C：碳在铸铁中是影响硬度、耐磨性能和硬度的关键因素。随着含碳量的增加，铸铁组织中碳化物数量增加，铸铁硬度提高，韧性降低，尤其碳化物呈网状分布时，冲击韧性降低更为严重。降低碳含量也同时使铁水的流动性变差，又容易使磨球内部产生缩孔和缩松，使磨球出现铸造缺陷而已破碎。因此，含碳量多高多低都不易，选取1.8～2.5％。

Mn：锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，在碳素钢中加入0.70％以上时就算“锰钢”，具有足够的韧性，且具有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性，含锰11～14％的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，耐磨机衬板等；但锰量增高，会减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。

Cr：铬是碳化物形成元素，反石墨化效果十分明显，含铬碳化物稳定性好，可保证经过热处理的磨球仍有较高的硬度和耐磨性，但铬含量过高会增加熔炼难度，同时增加成本，并且磨球在使用过程中易破碎，选取1.5～2.5％。

Mo：具有高温强度好、硬度高、密度大、抗腐蚀能力强、热膨胀系数小、良好的导电和导热等特性。钼的纯金属是银白色，非常坚硬。把少量钼加到钢之中，可增加钢的硬度。

Si：硅是促进石墨化的元素，能够影响碳化物的稳定性，在铸铁中加入适量的硅，有固溶强化作用，还可以改善铁水的流动性；但硅含量过高时，会是碳化物随着热处理而转变成石墨，从而降低磨球的硬度和耐磨性，选取0.4～0.6％。

Ti：钛的主要作用是强化基体细化组织，对提高合金的抗磨性和韧性起积极作用，同时具有良好的脱氧作用，对改善铸态碳化物形态有着重要的有益作用，选取0.2～0.3％。

Ni：镍不形成任何形式的碳化物，无限固溶于奥氏体中，扩大奥氏体相区，降低临界转变速度，是稳定奥氏体的主要合金元素，可以抑制珠光体的形成，选取0.2～0.3％。

Dy和/或Tb：稀土元素作为变质剂对铁水进行变质处理，可以细化晶粒，减少碳化物在晶置上的分布，使之由连续网状分布变为孤立的条状分布，从而使冲击韧性提高，降低铸铁磨球在使用过程中的破碎率，选取0.02～0.03％。

珠光体是由奥氏体发生共析转变同时析出的，铁素体与渗碳体片层相间的组织，珠光体的性能介于铁素体和渗碳体之间，强韧性较好，强度较高，硬度适中，塑性和韧性较好。将珠光体与碳化物形成海海结构，能够有效的提高耐磨球的硬度与韧性。

本发明提供一种高锰多元合金衬板，作为优选方式，各化学成分按重量百分比为：C 1.0％、Mn 10.0％；Cr 3.0％、V 0.1％、Si 0.4％、Ti 0.2％、Ni 0.2％、N 0.1％、Mo0.5％、Dy 0.02％、S≤0.06％、P≤0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质；晶相组织为碳化物+珠光体。

本发明提供一种高锰多元合金衬板，作为优选方式，各化学成分按重量百分比为：C 2.0％、Mn 15.0％；Cr 1.0％、V 0.2％、Si 0.6％、Ti 0.3％、Ni 0.3％、N 0.2％、Mo1.0％、Tb 0.02％、S≤0.06％、P≤0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质；晶相组织为碳化物+珠光体。

本发明提供一种高锰多元合金衬板，作为优选方式，各化学成分按重量百分比为：C 1.0％、Mn 13％；Cr 2.0％、V 0.1％、Si 0.4％、Ti 0.2％、Ni 0.2％、N 0.1％、Mo 0.5％、Dy+Tb 0.03％、S≤0.06％、P≤0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质；晶相组织为碳化物+珠光体。

本发明提供一种高锰多元合金衬板的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：用中频感应电炉按主要化学成分重量百分比在熔炼炉内加入除硼铁、氮化钒铁、钛铁、镍铁和Re以外的所有炉料升温，当铁水温度达到1580℃时，取样进行化学分析，控制各化学成分的重量百分比；

步骤2：各化学成分到达预期的百分比后继续升温至1600℃，在熔炼炉内撒入除渣剂，扒净炉内渣后，加入预先配好重量并烤过的硼铁、钛铁、镍铁熔炼3～5分钟，加入氮化钒铁0.2～0.25％完成炉内一次变质，然后加入合金脱氧剂0.2～0.3％进行脱氧出炉；

步骤3：将Dy和/或Tb 0.2～0.3％和氮化钒铁0.05～0.1％破碎至粒度6～10mm小块，经200℃烘干后，同时一次置于渣包底部，接入铁水进行二次变质处理；

步骤4：将经过二次变质处理后的铁水用除渣剂扒净包内的渣子，降温至1460～1480℃，用高频振动平台浇注，高频振动平台振动频率为150～200Hz，振幅0.5～1mm，待浇口钢水成暗红色时开箱，得到待铸件；

步骤5：将待铸件升温至650℃保温2h，再升温至950℃保温3h，之后用液-气雾化介质冷却至400℃，再在空气冷却至室温，即得到成品高铬多元锤头。

本发明提供一种高锰多元合金衬板的制备方法，作为优选方式，步骤2所述的氮化钒铁产品牌号为FeV₅₅N₁₁。

氮化钒铁是一种钒氮合金添加剂，性能优于钒铁和氮化钒，可广泛应用于高强度管线钢、高强度型钢(H型钢、工字钢、槽钢、角钢)、薄板坯连铸连轧高强度钢带、非调质钢、高速工具钢等产品。氮化钒铁因其比重可达到5.0g/cm³以上，比添加氮化钒(比重3.55.0g/cm³左右)具有更高的吸收率，氮化钒铁的吸收率可达95％以上，平均比钒氮合金吸收率高3％～5％，性能更加稳定，具有更高的细化晶粒和提升强度、韧性、延展性等功能。牌号为FeV₅₅N₁₁的氮化钒铁中V含量不小于53.0％，N含量不小于10％。本发明使用用FeV₅₅N₁₁代替V、N组分，提高了V、N的收得率，节约V，N的用量40％，同时性能更加稳定，具有更高的细化晶粒和提升强度、韧性、延展性等功能，降低了成本。

本发明提供一种高锰多元合金衬板的制备方法，作为优选方式，步骤2所述的合金脱氧剂为FeAl₆₀。本发明使用FeA1₆₀作为合金脱氧剂，其比重大、质密度好，易进入钢液内部收得率达90％以上，节约Al的用量30％以上，降低了成本。

本发明提供一种高锰多元合金衬板的制备方法，作为优选方式，步骤4所述的浇注平台使用的型砂材质为CO₂水玻璃硬化砂。

本发明通过使用牌号为FeV₅₅N₁₁的氮化钒铁作为变质处理剂，代替V、N组分，提高了V、N的收得率，节约V，N的用量40％，同时性能更加稳定，具有更高的细化晶粒和提升强度、韧性、延展性等功能，降低了成本。

本发明进一步选用FeA1₆₀作为合金脱氧剂，其比重大、质密度好，易进入钢液内部收得率达90％以上，节约Al的用量30％以上，降低了成本。

本发明在高锰多元合金衬板制备过程中选用高频振动平台浇铸，能够显著细化金属、致密铸件组织，消除铸件组织和化学成份的不均匀性。消除显微偏析，减少气孔缺陷，减少铸件中的缩松，提高致密度5％，提高了合金材料抗拉强度、延伸率、屈服强度、耐磨性等。

附图说明

图1为一种高锰多元合金衬板的金相组织图

具体实施方式

实施例1

一种高锰多元合金衬板，各化学成分按重量百分比为：C 1.0％、Mn 10.0％；Cr3.0％、V 0.1％、Si 0.4％、Ti 0.2％、Ni 0.2％、N 0.1％、Mo 0.5％、Dy 0.02％、S≤0.06％、P≤0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质；晶相组织为碳化物+珠光体。

实施例2

一种高锰多元合金衬板，各化学成分按重量百分比为：C 2.0％、Mn 15.0％；Cr1.0％、V 0.2％、Si 0.6％、Ti 0.3％、Ni 0.3％、N 0.2％、Mo 1.0％、Tb 0.02％、S≤0.06％、P≤0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质；晶相组织为碳化物+珠光体。

实施例3

一种高锰多元合金衬板，各化学成分按重量百分比为：C 1.0％、Mn 13％；Cr2.0％、V 0.1％、Si 0.4％、Ti 0.2％、Ni 0.2％、N 0.1％、Mo 0.5％、Dy+Tb 0.03％、S≤0.06％、P≤0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质；晶相组织为碳化物+珠光体。

实施例1～3高频振动浇注高锰多元合金衬板的制备方法如下：

步骤1：用中频感应电炉按主要化学成分重量百分比在熔炼炉内加入除硼铁、氮化钒铁、钛铁、镍铁和稀土元素以外的所有炉料升温，当铁水温度达到1580℃时，取样进行化学分析，控制各化学成分的重量百分比；

步骤3：将Re 0.2～0.3％和氮化钒铁0.05～0.1％破碎至粒度6～10mm小块，经200℃烘干后，同时一次置于渣包底部，接入铁水进行二次变质处理；

步骤5：将待铸件升温至650℃保温2h，再升温至950℃保温3h，之后用液-气雾化介质冷却至400℃，再在空气冷却至室温，即得到成品高锰多元合金衬板。

实施例1～3制得的高锰多元合金衬板低冲击载荷时，硬度可达HB400～500，高冲击载荷时，硬度可达HB600～800，而内部的韧性较高，不加冷铁浇注，无疏松缺陷，其金相组织如图1所示，由碳化物和珠光体形成的海海结构。珠光体是由奥氏体发生共析转变同时析出的，铁素体与渗碳体片层相间的组织，珠光体的性能介于铁素体和渗碳体之间，强韧性较好，强度较高，硬度适中，塑性和韧性较好。将珠光体与碳化物形成海海结构，能够有效的提高衬板的硬度与韧性。

Claims

1.一种高锰多元合金衬板，其特征在于：各化学成分按重量百分比为：C 1.0～2.0％、Mn 10.0～15.0％；Cr 1.0～3.0％、V 0.1～0.2％、Si 0.4～0.6％、Ti 0.2～0.3％、Ni 0.2～0.3％、N 0.1～0.2％、Mo 0.5～1.0％、Dy和/或Tb 0.02～0.03％、S≤0.06％、P≤0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质；晶相组织为碳化物+珠光体。

2.根据权利要求1所述的一种高锰多元合金衬板，其特征在于：各化学成分按重量百分比为：C 1.0％、Mn 10.0％；Cr 3.0％、V 0.1％、Si 0.4％、Ti 0.2％、Ni 0.2％、N 0.1％、Mo0.5％、Dy 0.02％、S≤0.06％、P≤0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质；晶相组织为碳化物+珠光体。

3.根据权利要求1所述的一种高锰多元合金衬板，其特征在于：各化学成分按重量百分比为：C 2.0％、Mn 15.0％；Cr 1.0％、V 0.2％、Si 0.6％、Ti 0.3％、Ni 0.3％、N 0.2％、Mo1.0％、Tb 0.02％、S≤0.06％、P≤0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质；晶相组织为碳化物+珠光体。

4.根据权利要求1所述的一种高锰多元合金衬板，其特征在于：各化学成分按重量百分比为：C 1.0％、Mn 13％；Cr 2.0％、V 0.1％、Si 0.4％、Ti 0.2％、Ni 0.2％、N 0.1％、Mo0.5％、Dy+Tb 0.03％、S≤0.06％、P≤0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质；晶相组织为碳化物+珠光体。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的一种高锰多元合金衬板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种高锰多元合金衬板的制备方法，其特征在于：步骤2所述的氮化钒铁产品牌号为FeV₅₅N₁₁。

7.根据权利要求5所述的一种高锰多元合金衬板的制备方法，其特征在于：步骤2所述的合金脱氧剂为FeA1₆₀。

8.根据权利要求5所述的一种高锰多元合金衬板的制备方法，其特征在于：步骤4所述的浇注平台使用的型砂材质为CO₂水玻璃硬化砂。