專利名稱：一種高強度耐磨鑄鋼襯板及其制造方法
技術領域：
本發明為一種高強度耐磨鑄鋼襯板及其制造方法，屬于金屬耐磨材料技術領域。
背景技術：
冶金礦山、水泥建材、電力、化肥、煤炭、化工等行業廣泛使用球磨機研磨物料，其中襯板是球磨機中的主要消耗件，其質量既影響磨機生產作業率，也影響物料研磨成本。常用的磨機襯板材料主要有兩大類，一類是奧氏體高錳鋼，其韌性高，原始硬度低，使用過程中主要依靠奧氏體加工硬化來提高其硬度，在充分加工硬化后，其硬度由原始HB200提高到HB400-500，在高沖擊載荷條件下使用取得很好的使用效果，但在中小沖擊載荷條件下使用，奧氏體不能充分加工硬化，其耐磨性差。另一類是合金白口鑄鐵，其硬度高，韌性低，在無沖擊載荷下使用效果好，但在有沖擊載荷條件下使用易出現碎裂現象。另外，近年來由于我國鋼鐵工業的飛速發展，導致廢鋼和鐵合金供應日趨緊張，價格也不斷上漲，因此高錳鋼和合金白口鑄鐵生產成本不斷上升，盡快開發低成本、高性能的磨機襯板材料，滿足廣大球磨機用戶的正常使用要求，無疑具有極其重要的意義。中國發明專利CN1080327公開了一種低合金球磨機耐磨襯板及制造工藝，其特征在于各材料成分(重量％)的含量是C0.35～0.5％，Cr0.8～1.5％，Si0.6～1.2％，Mo0.3～0.5％，Mn0.6～1.4％，Cu0.5～1％，1#RE0.01～0.1％，余量為Fe。該發明的主要特點是同時采用1#RE變質處理和提高Cu含量，提高了1#RE的變質效果，起到了細化晶粒、凈化晶界、提高淬透性和組織及性能均勻性的作用，由于含有價格昂貴的鉬和銅，因此，生產成本較高。另外，僅加入稀土，凈化和細化效果并不太好，因此該發明襯板材料韌性較低，沖擊韌性αk＞18J/cm2。中國發明專利CN1165203還公開了一種多元合金耐磨耐蝕高韌性襯板及其制造方法，襯板的化學成分為(按重量％計)C＝0.45-0.65，Si＝0.5-1.1，Mn＝1.6-3.0，Cr＝0.5-1.2，B＝0.001-0.0025，Ti＝0.1-0.2，P≤0.04，S≤0.04，Re＝0.1，余量為Fe。按該成分鑄成襯板，在780-830℃退火再加熱到820-860℃保溫一定時間后風冷淬火到230-330℃進行余熱保溫16-24h，在250-270℃、4～6h回火。該襯板碳含量較高，韌性低，脆性大，另外，硼加入量太少，對改善襯板淬透性不利，此外，熱處理工藝復雜，周期長，能耗高。中國發明專利CN101054652還公開一種球磨機襯板化學成分(重量百分比)為C0.6-0.8％、Si0.3-0.8％、Mn0.3-0.8％、Cr2.0-4.5％、Ni0.2-2.0％、Mo0.1-0.8％、S＜0.04％、P＜0.04％、余量為Fe。其制造工藝是將球磨機襯板加熱到860-960℃，保溫2-3小時，然后淬入水中冷卻，使其溫度快速下降，在工件表面溫度下降至580-680℃時，從水中取出，再在強制對流的空氣中空冷至室溫，之后進行480-520℃回火，自然冷卻即得成品。該發明的球磨機襯板具有很高的硬度、強度，淬透性較好，耐磨性高，但含有價格昂貴的鉬和鎳，其成本為高錳鋼的1.5倍。且碳含量較高，水淬時易開裂。
發明內容
本發明目的是提供一種高強度耐磨鑄鋼襯板的化學成分及其制造方法。本發明的硬度和沖擊韌性介于高錳鋼和合金白口鑄鐵之間。通過合理的成分設計，在水冷淬火條件下，得到板條馬氏體加微量殘留奧氏體，這種馬氏體鋼具有良好的沖擊韌性和較高的硬度，其硬度為50-55HRC；沖擊韌性αk＝60-80J/cm2，抗拉強度σb＝1450-1600MPa。其顯微組織為板條馬氏體+微量殘留奧氏體，殘留奧氏體厚度小于80nm。本發明主要的原材料有鋼屑和少量廉價鐵合金，成本低于高錳鋼，在中等沖擊載荷下耐磨性優于高錳鋼。
本發明的目的可以通過以下措施來實現 本發明高強度耐磨鑄鋼襯板，其特征在于，襯板的化學組成成分重量百分比為0.25-0.45C，1.0-1.8Si，1.0-2.0Mn，0.8-1.5Cr，0.003-0.008B，0.02-0.08Al，0.04-0.15Ti，0.02-0.10La，0.02-0.10Ce，0.02-0.08Ba，0.02-0.10Ca，其余為Fe和不可避免的微量雜質，并且3.5＜Si+Mn+Cr＜4.5，0.05＜La+Ce＜0.18。
本發明襯板用電爐熔煉，其制造工藝步驟是 ①將鋼屑、增碳劑和鉻鐵混合加熱熔化，鋼水熔清后加入硅鐵和錳鐵； ②爐前調整成分合格后將溫度升至1610～1640℃，先加入鋁脫氧，而后加入含硅、鈣、鋇和鋁的復合脫氧劑，隨后出爐； ③將鈦鐵、硼鐵和鑭鈰混合稀土破碎至粒度小于12mm的小塊，經200℃以下烘干后，置于澆包底部，用包內沖入法對鋼水進行復合變質處理； ④用砂型鑄造襯板，澆注溫度1500～1540℃； ⑤澆注2～6小時后開箱空冷襯板，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺； ⑥襯板在880～950℃進行淬火，保溫時間3～6小時，然后水冷，再加熱至180～240℃進行回火，保溫時間4～10小時，爐冷至小于150℃后空冷。
本發明效果 ①用本發明制造的襯板，生產工藝簡便，其顯微組織為板條馬氏體+微量殘留奧氏體，殘留奧氏體厚度小于80nm。襯板硬度為50-55HRC；沖擊韌性αk＝65-80J/em2，抗拉強度σb＝1450-1600MPa，具有優良的耐磨性。
②本發明襯板主要的原材料有鋼屑和少量廉價鐵合金，不含價格昂貴的合金元素，合金加入量較少，具有較低的生產成本，成本比高錳鋼低8-15％。
③本發明襯板經含硅、鈣、鋇和鋁的復合脫氧劑處理及含鈦、硼和鑭鈰混合稀土復合變質處理后，夾雜物少，鋼水流動性好，具有良好的鑄造成形性能。
④本發明襯板的使用壽命比Mn13高錳鋼襯板提高2.0倍以上。
具體實施例方式 下面結合實施例對本發明作進一步詳述 實施例1 用500公斤中頻感應電爐熔煉鋼水，其制造工藝步驟是 ①將鋼屑、增碳劑和鉻鐵混合加熱熔化，鋼水熔清后加入硅鐵和錳鐵； ②爐前調整成分合格后將溫度升至1634℃，先加入鋁脫氧，而后加入含硅、鈣、鋇和鋁的復合脫氧劑，隨后出爐； ③將鈦鐵、硼鐵和鑭鈰混合稀土破碎至粒度小于12mm的小塊，經200℃以下烘干后，置于澆包底部，用包內沖入法對鋼水進行復合變質處理； ④用砂型鑄造襯板，澆注溫度1528℃； ⑤澆注4小時后開箱空冷襯板，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺； ⑥襯板在920℃進行淬火，保溫時間4小時，然后水冷，再加熱至210℃進行回火，保溫時間8小時，爐冷至小于150℃后空冷。本發明襯板的化學成分見表1，襯板機械性能見表2。
表1襯板化學成分 表2襯板機械性能 實施例2 用1000公斤中頻感應電爐熔煉鋼水，其制造工藝步驟是 ①將鋼屑、增碳劑和鉻鐵混合加熱熔化，鋼水熔清后加入硅鐵和錳鐵； ②爐前調整成分合格后將溫度升至1624℃，先加入鋁脫氧，而后加入含硅、鈣、鋇和鋁的復合脫氧劑，隨后出爐； ③將鈦鐵、硼鐵和鑭鈰混合稀土破碎至粒度小于12mm的小塊，經200℃以下烘干后，置于澆包底部，用包內沖入法對鋼水進行復合變質處理； ④用砂型鑄造襯板，澆注溫度1517℃； ⑤澆注3小時后開箱空冷襯板，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺； ⑥襯板在895℃進行淬火，保溫時間5小時，然后水冷，再加熱至195℃進行回火，保溫時間6小時，爐冷至小于150℃后空冷。本發明襯板的化學成分見表3，襯板機械性能見表4。
表3襯板化學成分 表4襯板機械性能 實施例3 用750公斤中頻感應電爐熔煉鋼水，其制造工藝步驟是 ①將鋼屑、增碳劑和鉻鐵混合加熱熔化，鋼水熔清后加入硅鐵和錳鐵； ②爐前調整成分合格后將溫度升至1638℃，先加入鋁脫氧，而后加入含硅、鈣、鋇和鋁的復合脫氧劑，隨后出爐； ③將鈦鐵、硼鐵和鑭鈰混合稀土破碎至粒度小于12mm的小塊，經200℃以下烘干后，置于澆包底部，用包內沖入法對鋼水進行復合變質處理； ④用砂型鑄造襯板，澆注溫度1536℃； ⑤澆注6小時后開箱空冷襯板，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺； ⑥襯板在930℃進行淬火，保溫時間4小時，然后水冷，再加熱至215℃進行回火，保溫時間9小時，爐冷至小于150℃后空冷。本發明襯板的化學成分見表5，襯板機械性能見表6。
表5襯板化學成分 表6襯板機械性能 取本發明襯板進行裝機使用，結果如下 使用條件φ2.7m×3.6m球磨機上研磨鐵礦石，磨機轉速22.4rpm，鐵礦石礦漿pH4.5～6.5，礦石硬度f14～18，最大磨球直徑＜120mm，入磨礦石粒度0～40mm。與高錳鋼襯板同機試驗，磨機工作6個月后，高錳鋼襯板的磨損量平均達到29.6mm，而本發明襯板的最大磨損量僅為9.1mm，本發明襯板磨損均勻，使用中無剝落、斷裂現象出現，其耐磨性比Mn13高錳鋼襯板提高2倍以上。另外，本發明襯板在φ3.5m×8.1m球磨機上用于研磨水泥熟料，使用壽命比高錳鋼襯板提高2.5倍以上。
本發明襯板以鋼屑為主要原料，另外加入適量Si、Mn和Cr合金元素，還加入少量B、Al、Ti、La、Ce、Ca和Ba等元素，不含價格昂貴的鎳、鉬、銅、釩等合金元素，原材料來源豐富，價格低廉，本發明襯板具有較低的生產成本，比高錳鋼襯板低8-15％，且使用壽命長，比Mn13高錳鋼襯板提高2倍以上。本發明襯板使用安全、可靠，市場競爭力強，推廣應用具有顯著的經濟和社會效益。
權利要求
1.一種高強度耐磨鑄鋼襯板，其特征在于，襯板的化學組成成分重量百分比為0.25-0.45C，1.0-1.8Si，1.0-2.0Mn，0.8-1.5Cr，0.003-0.008B，0.02-0.08Al，0.04-0.15Ti，0.02-0.10La，0.02-0.10Ce，0.02-0.08Ba，0.02-0.10Ca，其余為Fe和不可避免的微量雜質，并且3.5＜Si+Mn+Cr＜4.5，0.05＜La+Ce＜0.18。
2.如權利要求1所述的襯板制造方法，其特征在于，用電爐生產，其工藝步驟是
①將鋼屑、增碳劑和鉻鐵混合加熱熔化，鋼水熔清后加入硅鐵和錳鐵；
②爐前調整成分合格后將溫度升至1610～1640℃，先加入鋁脫氧，而后加入含硅、鈣、鋇和鋁的復合脫氧劑，隨后出爐；
③將鈦鐵、硼鐵和鑭鈰混合稀土破碎至粒度小于12mm的小塊，經200℃以下烘干后，置于澆包底部，用包內沖入法對鋼水進行復合變質處理；
④用砂型鑄造襯板，澆注溫度1500～1540℃；
⑤澆注2～6小時后開箱空冷襯板，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺；
⑥襯板在880～950℃進行淬火，保溫時間3～6小時，然后水冷，再加熱至180～240℃進行回火，保溫時間4～10小時，爐冷至小于150℃后空冷。
全文摘要
一種高強度耐磨鑄鋼襯板及其制造方法屬于金屬耐磨材料技術領域。襯板其化學成分是(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，0.02-0.08Ba，0.02-0.10 Ca，其余為Fe和不可避免的微量雜質，其中3.5＜Si+Mn+Cr＜4.5，0.05＜La+Ce＜0.18。本發明襯板利用電爐便可生產，采用砂型鑄造，襯板抗拉強度高，達到1450-1600MPa，硬度達到50-55HRC，具有良好的耐磨性，沖擊韌性達到65-80J/cm2，使用中不斷裂，不剝落，使用性能明顯優于Mn13高錳鋼襯板，生產工藝簡單，以鋼屑為主要原料，因而生產成本低。使用本發明襯板可以提高球磨機作業率，降低物料研磨成本，具有很好的經濟效益。
文檔編號C22C38/32GK101173343SQ200710178690
公開日2008年5月7日 申請日期2007年12月4日 優先權日2007年12月4日
發明者符寒光, 雷永平 申請人:北京工業大學