CN105177436B - 一种高强度、高韧性、高耐磨合金衬板 - Google Patents

Abstract

一种高强度、高韧性、高耐磨合金衬板，该合金衬板包括以下重量百分比的化学成分：0.4‑0.6%的C，0.6‑1.0%的Si，17‑19%的Mn，18‑20%的Cr，1.0‑1.5%的V，0.3‑0.6%的Nb，0.1‑0.3%的Ti，0.3‑0.5%的N，S≤0.03%，P≤0.03%，其余为Fe。本发明通过加入碳化物形成元素Cr、Mn，特别是强碳化物形成元素V、Nb、Ti和非碳化物形成元素Si，N的加入强烈提高奥氏体钢的屈服强度，充分发挥了多元合金元素的综合作用，使衬板能在空气中淬硬，获得奥氏体+合金碳(氮)化物的金相组织，从而有效地提高了合金衬板的耐磨性和韧性。

Description

一种高强度、高韧性、高耐磨合金衬板

技术领域

本发明涉及到半自磨机用合金衬板，具体的说是一种高强度、高韧性、高耐磨合金衬板。

背景技术

自磨机，又称无介质磨矿机，自磨机可以处理任何性质的矿石，尤其是在粉碎石棉、铁矿、铜矿、石灰石、金矿、锰矿等物料时效果更好。自磨机的最大特点是粉碎比大，其给矿一般为300-400毫米（特殊情况可大至910毫米），经自磨后可一次磨碎到产品粒度为0.1毫米以下。粉碎比可达3000-4000，比球磨机或棒磨机的粉碎比要大几十倍。

而衬板是自磨机主要易损部件，由于自磨机运转时，衬板要受到介质和物料的冲击、磨剥和矿浆腐蚀等作用，形成了衬板冲击磨损、疲劳磨损、剪切磨损、磨料磨损和化学腐蚀等，使衬板成为企业生产的一项主要成本支出。

当前普遍采用高碳铬锰钼珠光体耐磨钢衬板（85Cr2MnMo），其抗拉强度为бb1000-1300MPa，屈服强度бs800-1000MPa，虽然其使用寿命高于高锰钢，但易断裂，耐磨性低，不适用于超大型湿式半自磨机，如在江西铜业集团德兴铜矿Φ10.37×5.19m湿式半自磨内的使用寿命仅仅为3-3.5个月；在太原钢铁集团岚县矿业有限公司（铁矿）Φ10.37×5.49m湿式半自磨机内的使用寿命为60-65天。由于超大型湿式半自磨机筒体直径大，直径往往超过10米以上，给矿粒度和磨矿钢球都比较大，对磨机衬板的冲击大，衬板磨损非常剧烈。因此研制一种高强度、高韧性、高耐磨的，而且生产成本低，工艺简单易行的合金衬板，显得既迫切又十分重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于高耐磨、耐冲击，冲击性能好，洛氏硬度高的高强度、高韧性、高耐磨合金衬板，以满足超大型湿式半自磨机的工艺需求。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种高强度、高韧性、高耐磨合金衬板，包括以下重量百分比的化学成分：0.4-0.6%的C，0.6-1.0%的Si，17-19%的Mn，18-20%的Cr，1.0-1.5%的V，0.3-0.6%的Nb，0.1-0.3%的Ti，0.3-0.5%的N，S≤0.03%，P≤0.03%，其余为Fe。

高氮的加入强烈提高奥氏体钢的屈服强度，可确保在高冲击应力条件下不易产生形变和延伸，同时使用奥氏体基体具有极高的加工硬化速率，大幅提高基体硬度提高耐磨性。

钒、铌、钛都是强碳（氮）化物形成元素，通过高温固溶处理，使碳（氮）化物充分溶解，然后在时效过程中弥散析出数量众多、分布均匀的碳（氮）化物硬质点，达到高强度、高硬度、高耐磨性的目的。

通过在合金中加入铬，既能固溶于铁素体起到固溶强化的作用，又能与钢的碳化物形成多种合金碳化物，随着铬含量增加，合金的强度、塑性、韧性增加。但是随着铬的加入量增加，特别是在含碳量高的情况下热处理将变得困难起来，故铬的含量选取1.0-1.5%；锰元素能很好地提高材料的淬透性，并能推迟奥氏体冷却时铁素体的析出，有效地起到对铁素体固溶强化和细化晶粒作用。

本发明所述的一种高强度、高韧性、高耐磨合金衬板的制备工艺，包括以下步骤：

1）造型：采用水玻璃自硬砂，配用发热保温冒口。

2）熔炼：先加废钢、铬铁，熔化后再加金属锰，再加钒铁、铌铁，最后加氮化铬铁、钛铁，出钢温度1550℃-1560℃。

3）浇注：浇注温度为1450℃-1480℃，采用型箱垫高5-7度倾斜浇注，以减少中心疏松，得到高致密度的铸件。

4）热处理：固溶处理；时效处理。

所述的固溶处理为：在温度为1150℃±3℃水冷2-4h。

所述的时效处理为：在温度为650℃±3℃空冷8-10h。

所述的时效处理炉内安装有循环风扇。

本发明通过加入碳化物形成元素Cr、Mn，特别是强碳化物形成元素V、Nb、Ti和非碳化物形成元素Si，N的加入强烈提高奥氏体钢的屈服强度，充分发挥了多元合金元素的综合作用，使衬板能在空气中淬硬，获得奥氏体+合金碳（氮）化物的金相组织，从而有效地提高了合金衬板的耐磨性和韧性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的阐述；

实施例一：

按本发明配比准备好各化学组分，采用水玻璃自硬砂，配用发热保温冒口，先加废钢、铬铁，熔化后再加金属锰，再加钒铁、铌铁，最后加氮化铬铁、钛铁，出钢温度1550℃，浇注温度为1450℃，采用型箱垫高7度倾斜浇注，以减少中心疏松，得到高致密度的铸件，然后在温度为1147℃水冷2h，再在温度为647℃空冷8h，即得到本发明的一种高强度、高韧性、高耐磨合金衬板。

该衬板的化学成分为(Wt％)：0.4%的C，0.6%的Si，17%的Mn，18%的Cr，1.0%的V，0.3%的Nb，0.1%的Ti，0.3%的N，0.02%的S，0.03%的P，其余为Fe。

实施例二

按本发明配比准备好各化学组分，采用水玻璃自硬砂，配用发热保温冒口，先加废钢、铬铁，熔化后再加金属锰，再加钒铁、铌铁，最后加氮化铬铁、钛铁，出钢温度1560℃，浇注温度为1480℃，采用型箱垫高5度倾斜浇注，以减少中心疏松，得到高致密度的铸件，然后在温度为1153℃水冷4h，再在温度为653℃空冷10h，即得到本发明的一种高强度、高韧性、高耐磨合金衬板。

该衬板的化学成分为(Wt％)：0.6%的C，1.0%的Si，19%的Mn，20%的Cr，1.5%的V，0.6%的Nb，0.3%的Ti，0.5%的N，0.03%的S，0.01%的P，其余为Fe。

实施例三

按本发明配比准备好各化学组分，采用水玻璃自硬砂，配用发热保温冒口，先加废钢、铬铁，熔化后再加金属锰，再加钒铁、铌铁，最后加氮化铬铁、钛铁，出钢温度1555℃，浇注温度为1465℃，采用型箱垫高6度倾斜浇注，以减少中心疏松，得到高致密度的铸件，然后在温度为1150℃水冷3h，再在温度为650℃空冷9h，即得到本发明的一种高强度、高韧性、高耐磨合金衬板。

该衬板的化学成分为(Wt％)：0.5%的C，0.8%的Si，18%的Mn，19%的Cr，1.3%的V，0.4%的Nb，0.2%的Ti，0.4%的N，0.02%的S，0.02%的P，其余为Fe。

为进一步说明本发明的性能，将本发明与现有衬板做出了对比，如下表：

从试验数据来看，本产品的抗拉强度、屈服强度无缺口冲击韧性和洛氏硬度均远高于现有的产品。

为了进一步验证本发明的效果，将实施例1、2、3制备的高强度、高韧性、高耐磨合金衬板在江西铜业集团德兴铜矿进行工业对比试验。在Φ10.37×5.19m湿式半自磨内的使用寿命为5.5-6个月，而原衬板使用寿命为3-3.5个月。在太原钢铁集团岚县矿业有限公司（铁矿）Φ10.37×5.49m湿式半自磨机内的使用寿命为100-110天，而原衬板的使用寿命为60-65天。即本发明产品的使用寿命为原材料的1.5-2倍，为用户增加了极大的经济效益。

最后应当说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种高强度、高韧性、高耐磨合金衬板的制备工艺，该合金衬板包括以下重量百分比的化学成分 ：0.4-0.6%的 C，0.6-1.0% 的 Si，17-19% 的 Mn，18-20% 的 Cr，1.0-1.5% 的V，0.3-0.6% 的 Nb，0.1-0.3%的 Ti，0.3-0.5% 的 N，S ≤ 0.03%，P ≤ 0.03%，其余为 Fe；

其制备步骤如下 ：

（1）造型 ：采用水玻璃自硬砂，配用发热保温冒口 ；

（2）熔炼 ：先加废钢、铬铁，熔化后再加金属锰，再加钒铁、铌铁，最后加氮化铬铁、钛铁；

（3）浇注 ：浇注温度为 1450℃ -1480℃，采用型箱垫高 5-7度倾斜浇注，以减少中心疏松，得到高致密度的铸件 ；

（4）热处理 ：固溶处理温度为 1150℃ ±3℃水冷 2-4h ；时效处理温度为 650℃ ±3℃空冷 8-10h。

2.根据权利要求 1 所述的一种高强度、高韧性、高耐磨合金衬板的制备工艺，其特征在于：所述的时效处理时，采用时效处理炉内安装有循环风扇。

3.根据权利要求 1 所述的一种高强度、高韧性、高耐磨合金衬板的制备工艺，其特征在于 ：所述的步骤（ 2）熔炼的出钢温度 1550℃ -1560℃。