CN115747646B

CN115747646B - 衬板及其生产方法

Info

Publication number: CN115747646B
Application number: CN202211390006.5A
Authority: CN
Inventors: 魏文强; 赵臻; 张忠民; 刘康平; 王磊; 栾煜蒙; 黄德起; ***; 崔郡
Original assignee: Inner Mongolia Zhongtian Hongyuan Rare Earth New Material Co ltd
Current assignee: Inner Mongolia Zhongtian Hongyuan Rare Earth New Material Co ltd
Priority date: 2022-11-08
Filing date: 2022-11-08
Publication date: 2023-12-12
Anticipated expiration: 2042-11-08
Also published as: CN115747646A

Abstract

本发明公开了一种衬板及其生产方法。本发明的衬板包括如下成分：C 0.3～1.0wt％，Si 1.6～2.0wt％，Mn 2.1～2.5wt％，Cr 0.3～1.5wt％，Ti 0.01～0.10wt％，B 0.002～0.01wt％，Re 0.03～0.1wt％，P0.001～0.035wt％，S 0.001～0.025wt％，Fe 90～96wt％。本发明的衬板具有良好的硬度、耐冲击性和耐磨性。

Description

衬板及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种衬板及其生产方法。

背景技术

常见的球磨机衬板由高锰钢ZGMn13、ZGMn13Cr2制作，由于ZGMn13、ZGMn13Cr2初始状态为奥氏体钢，硬度低，具有加工硬化的特性，可借助磨球及物料的撞击达到硬化的效果。但是，球磨机衬板受到的主要是从高处下落的磨球和物料对堆积层进行的间接冲击，较小的冲击强度导致强化效果不明显，因而高锰钢在作为衬板使用时耐磨性不足。除高锰钢外，使用较为广泛的球磨机衬板材料还有低中碳合金耐磨钢和高铬铸铁等。低中碳合金耐磨钢往往因需要加入镍、钼等贵金属，生产成本较高，不利于推广。高铬铸铁的生产成本高且高温热处理后易发生变形开裂。

CN103397275A公开了一种马氏体系列耐磨钢，包括如下成分：C：0.05-0.51wt％，Mn：2.0-10wt％，Al：0-1.5wt％，Si：0-1.5wt％，Cr：0-1.5wt％，Cu：0-1.5wt％，Ni：0-1.5wt％，Mo：0.02-0.50wt％，V:0.02-0.50wt％，Nb:0.02-0.50wt％，Ti:0.01-0.5wt％，B:0.02-0.50wt％，RE:0.02-0.50wt％；余量为Fe及不可避免的不纯物。上述耐磨钢含有镍、钼等贵金属。

CN111133122A公开了一种具有优异的强度和延展性的低合金钢板，包含以重量百分比计的如下成分：0.05％至0.15％的C、0.7％至2.5％的Si、8％至9.9％的Mn、13％至15.0％的Cr、大于0％且小于等于1.0％的Cu、0.1％至0.2％的N、大于0％且小于等于0.25％的Al、大于0％且小于等于0.05％的Sn，并且其余部分为Fe和其他不可避免的杂质。上述耐磨钢含有铜、锡等元素。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种衬板，该衬板具有优异的硬度、耐磨性和耐冲击性。

本发明的另一个目的在于提供一种衬板的生产方法，其采用废钢为主要原料，结合其他较为廉价的合金可以获得衬板。

本发明通过如下技术方案实现上述技术目的。

一方面，本发明提供一种衬板，包括如下成分：

其中，Re由La和Ce组成，La和Ce的质量比为1:1～3；所述衬板的成分不包含Cu，Al，Sn，Mo，Nb和Ni。

根据本发明的衬板，优选地，由如下成分组成：

根据本发明的衬板，优选地，所述衬板的金相组织包括马氏体和贝氏体。

根据本发明的衬板，优选地，其表面的硬度大于53HRC，其表面的冲击韧度大于80J/cm²。

另一方面，本发明提供一种衬板的生产方法，包括如下步骤：

(1)将废钢在石油焦粉存在的条件下置于中频炉内熔炼，得到废钢液；

(2)将废钢液熔清后取样化验，测定废钢液成分；如果废钢液成分不符合预设值，则实施步骤(3)，否则实施步骤(4)；

(3)将硅铁、锰铁、石油焦粉和铬铁加入所述废钢液中，得到混合物；

(4)将钛铁、硼铁、稀土硅铁合金加入所述混合物中，在钢包内进行变质处理，得到合金液；其中，稀土硅铁合金中的稀土元素由La和Ce组成；

(5)将所述合金液浇注，得到毛坯；

(6)将毛坯在900～980℃下热处理1～6h，置于空气中冷却，自然冷却至20～70℃，然后200～500℃退火2～6h，自然冷却，得到所述衬板。

根据本发明的生产方法，优选地，步骤(1)中，熔炼温度为1500～1600℃。

根据本发明的生产方法，优选地，步骤(1)中，石油焦粉设置在中频炉的底部。

根据本发明的生产方法，优选地，步骤(4)中，变质处理的温度为1550～1650℃。

根据本发明的生产方法，优选地，步骤(5)中，浇注温度为1500～1600℃，铸型为金属模、砂型或消失模铸型。

根据本发明的生产方法，优选地，步骤(4)中，基于混合物的总重量，钛铁的用量为0.1～0.5wt％、硼铁的用量为0.05～0.3wt％、稀土硅铁合金的用量为0.1～0.5wt％。

本发明的衬板以废钢为主要原料，不使用贵金属，因而生产成本较低。此外，本发明的衬板的硬度、耐冲击性和耐磨性好。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

<衬板>

本发明的衬板的成分包括C、Si、Mn、Cr、Ti、B、Re、S、P和Fe。优选地，衬板的成分中不包含Cu，Al，Sn，Mo，Nb和Ni。本发明发现，这样组成的衬板具有优异的硬度、耐冲击性和耐磨性。

在本发明中，C表示碳元素，其含量可以为0.3～1.0wt％；优选为0.35～0.8wt％；更优选为0.4～0.6wt％。碳元素可以增加衬板的屈服点和抗拉强度。碳含量过高，会降低衬板的抗腐蚀能力。

在本发明中，Si表示硅元素，其含量可以为1.6～2.0wt％；优选为1.7～1.9wt％，更优选为1.75～1.85wt％。硅元素可以提高衬板的硬度。硅含量过高，会显著降低衬板的耐磨性和耐冲击性。

在本发明中，Mn表示锰元素，其含量可以为2.1～2.5wt％；优选为2.2～2.4wt％；更优选为2.34～2.38wt％。锰元素可以使衬板有足够的韧性，且有较高的硬度，提高衬板的淬透性。锰含量过高，会减弱衬板的抗腐蚀能力。

在本发明中，Cr表示铬元素，其含量可以为0.3～1.5wt％；优选为0.5～1.0wt％；更优选为0.56～0.8wt％。铬元素可以提高衬板的硬度和耐磨性。铬含量过高，会降低衬板的塑性和韧性。

在本发明中，Ti表示钛元素，其含量可以为0.01～0.1wt％；优选为0.02～0.08wt％；更优选为0.05～0.06wt％。钛元素可以细化衬板的晶粒组织，从而提高衬板的强度和韧性。

在本发明中，B表示硼元素，其含量可以为0.002～0.01wt％；优选为0.003～0.008wt％；更优选为0.005～0.006wt％。硼元素可以提高衬板的淬透性，还可以提高衬板的强度。

在本发明中，Re表示稀土元素，其含量可以为0.03～0.1wt％；优选为0.035～0.08wt％；更优选为0.04～0.05wt％。稀土元素改变衬板中夹杂物的形状和分布，且起到合金化的作用。

在本发明中，P表示磷元素，其含量可以小于等于0.035wt％。在某些实施方式中，P含量为0.001wt％～0.035wt％。优选地，P含量为0.001wt％～0.025wt％。这样可以保证衬板的耐磨性和耐冲击性。

在本发明中，S表示硫元素，其含量可以小于等于0.025wt％。在某些实施方式中，S含量为0.001wt％～0.025wt％。优选地，P含量为0.001wt％～0.024wt％。这样可以保证衬板的耐磨性和耐冲击性。

<衬板的生产方法>

本发明的衬板的生产方法包括如下步骤：(1)熔炼步骤；(2)成分检测步骤；(3)成分调整步骤；(4)变质处理步骤；(5)成型步骤和(6)热处理步骤。下面进行详细描述。

将废钢在石油焦粉存在的条件下置于中频炉内熔炼，得到废钢液。可以采用本领域常用的中频炉进行熔炼。石油焦粉可以设置在中频炉的底部。熔炼温度可以为1500～1600℃；优选为1550℃～1580℃。

将废钢液熔清后取样化验，测定废钢液成分。这样可以确保废钢液符合衬板性能的要求。如果废钢液成分不符合预设值，则需根据需要加入硅铁、锰铁、石油焦粉和铬铁来调整硅、锰、碳和铬等元素的含量；否则，不需要调整硅、锰、碳和铬等元素的含量。

如果废钢液成分不符合预设值，则需要调整成分。将硅铁、锰铁、石油焦粉和铬铁加入所述废钢液中，得到混合物。再将钛铁、硼铁、稀土硅铁合金加入所述混合物中，在钢包内进行变质处理，得到合金液。

如果废钢液成分符合预设值，则不需要调整成分。直接将钛铁、硼铁、稀土硅铁合金加入所述废钢液中，在钢包内进行变质处理。

在上述步骤中，稀土硅铁合金中的稀土元素由La和Ce组成，La和Ce的质量比可以为1:1～3；优选地，La和Ce的质量比为1:1.2～2.2。更优选地，La和Ce的质量比为1:1.5～2。

在上述步骤中，变质处理温度可以为1550～1650℃；优选为1580～1600℃；

将所述合金液浇注，得到毛坯。浇注温度可以为1500～1600℃，优选为1550～1580℃。铸型可以为金属模、砂型或消失模铸型。

将毛坯热处理，置于空气中冷却，自然冷却，然后退火，自然冷却，得到所述衬板。热处理温度可以为900～980℃，优选为910～970℃，更优选为920～950℃。热处理时间可以为1～6h，优选为2～5h，更优选为2.5～3.5h。自然冷却至20～70℃，优选为25～65℃，更优选为40～60℃。退火温度可以为200～500℃，优选为220～380℃，更优选为300～350℃。退火时间可以为2～6h，优选为3～5h，更优选为3.5～4.5h。

下面详细描述性能测试方法：

硬度

根据GB/T 230.1-2018测定洛氏硬度。

耐冲击性

根据GB/T 229-1994测定冲击韧度。

耐磨性

将试样、铸球、10目的石英砂混合放入直径为1m且长度为500cm的滚筒，滚筒旋转24小时，测定试样重量损失值。高锰钢ZGMn13作为参照物，其耐磨性数值设为1。

耐磨性＝ZGMn13重量损失值/试样重量损失值

实施例1

(1)将废钢在石油焦粉存在的条件下置于中频炉内于1560℃下熔炼，石油焦粉位于炉底，边融化边增碳，得到废钢液；

(2)将废钢液熔清后取样化验，测定废钢液成分，然后加入硅铁、锰铁、石油焦粉和铬铁来调整硅、锰、碳和铬等元素的含量到预设值，得到混合物；

(3)将钛铁、硼铁、稀土硅铁合金加入所述混合物中，在钢包内于1580℃下进行变质处理，得到合金液。稀土硅铁合金中的稀土元素Re为La和Ce；其中，La和Ce的质量比为1:1.5；

(4)将合金液在1550℃下采用金属模进行浇注，得到毛坯；

(5)将毛坯在930℃下热处理3h，自然冷却至50℃，然后300℃退火4h，冷却，得到衬板。

比较例1

将衬板的原料钛铁、硼铁等量替换为贵重金属镍、钼，其余同实施例1。

比较例2

除衬板中Ti的含量为0.005wt％、B的含量为0.001wt％，Re含量为0.01wt％外，其余同实施例1。

比较例3

除衬板中Ti的含量为0.12wt％、B的含量为0.015wt％，Re含量为0.12wt％外，其余同实施例1。

实施例1和对比例1～3所得衬板的成分如表1所示。性能测试结果参见表2。

表1

表2

序号	硬度(HRC)	耐冲击性(J/cm²)	耐磨性
				实施例1	54	83	1.80
比较例1	32	38	1.83
				比较例2	33	42	1.56
比较例3	53	11	1.73
				高锰钢ZGMn13	<30	186	1
高锰钢ZGMn13Cr2	<30	203	1.13

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims

1.一种衬板，其特征在于，由如下成分组成：

其中，Re由La和Ce组成，La和Ce的质量比为1:1～3；

所述衬板由如下方法制备而得：

(4)将钛铁、硼铁、稀土硅铁合金加入所述混合物中，在钢包内进行变质处理，得到合金液；基于混合物的总重量，钛铁的用量为0.1～0.5wt％、硼铁的用量为0.05～0.3wt％、稀土硅铁合金的用量为0.1～0.5wt％；

(5)将所述合金液浇注，得到毛坯；

2.根据权利要求1所述的衬板，其特征在于，所述衬板的金相组织包括马氏体和贝氏体。

3.根据权利要求1～2任一项所述的衬板，其特征在于，其表面的硬度大于53HRC，其表面的冲击韧度大于80J/cm²。

4.根据权利要求1所述的衬板的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

(5)将所述合金液浇注，得到毛坯；

5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，熔炼温度为1500～1600℃。

6.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，石油焦粉设置在中频炉的底部。

7.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，步骤(4)中，变质处理的温度为1550～1650℃。

8.根据权利要求4～7任一项所述的生产方法，其特征在于，步骤(5)中，浇注温度为1500～1600℃，铸型为金属模、砂型或消失模铸型。