用于碎煤机锤头的稀土耐磨高锰钢和制造方法及锤头的制作方法
【专利摘要】本发明针对以上问题提供一种用于碎煤机锤头的稀土耐磨高锰钢，成份的重量百分比为：碳C:1.2%至1.35%；硅Si：0.30%至1.00%；锰Mn：11%至14%；磷P：小于0.08%；硫S：小于0.05%；铬Cr：1.5%至2.2%；稀土RE：0.08%至0.1%；余量为铁Fe。另外，本发明还提供用于制造高锰钢的制造方法和碎煤机的锤头。本发明提供的高锰钢的有益效果：加入稀土RE后，显著降低了组份内磷、硫的比例，而磷和硫越低越有利于高锰钢的形状改良，耐磨、耐腐蚀、耐高温、下屈服强度Rel、抗拉强度Rm、断后伸长率A、硬度等性能均有所改善。
【专利说明】用于碎煤机锤头的稀土耐磨高锰钢和制造方法及锤头
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于碎煤机锤头的高锰钢以及这种高锰钢的制造方法，具体地 说，在尚猛钢的制造方法中加入包含有稀土 RE的复合变质剂，并且控制尚猛钢组份中的每 一种元素的重量都在预设的比例范围内。
【背景技术】
[0002] 燃料系统担负着燃煤的卸储、输送与配供等任务，该系统主要由卸煤设备、原煤输 送系统和煤场设备三大部分组成。输送系统用来输送和供应原煤，常规要求供应原煤仓的 煤的粒径必须小于或者等于30毫米，为了满足粒度要求，在燃料输送系统中设置了筛碎设 备。为了提高碎煤机的破碎效率和节省电能，在破碎前对来煤进行分级筛分，小粒径的煤直 接落到下游皮带，大块的煤进入碎煤机进行破碎。
[0003] 目前，我国大多数燃煤发电厂燃料系统配置的碎煤机都为环锤式的锤头结构，这 是由于它具有较高的破碎效率，较强的煤种适应性，并且还具有运行可靠、维修量和经济性 适中的特点。例如申请号为CN201220263070的中国实用新型专利申请公开了一种碎煤机 的齿环结构。
[0004] 现在市场上的一款型号为TT6的转运塔内，一般安装有四台环锤式碎煤机，环式 碎煤机主要是由机体和机盖、转子（包括主轴、摇臂、环轴、环锤等）、筛板、碎煤板、筛板调 节器、拨煤板、反射板组成。其主要优点是结构简单、体积小、质量轻、维护简单，能够自行排 除杂物及铁、噪音小，入料口成微负压，出料口可成微正压，送风量小，能形成机内循环风， 粉尘小等，适用于表面水分小于15%的煤、煤矸石、焦炭、页岩等物料的破碎。环锤式碎煤机 的转子上带有环形锤头，转子旋转时首先对煤进行冲击作用使之破碎；被冲击后的煤从环 形锤头处获得动能，使煤在锤头与碎煤板、筛板之间，煤与煤之间产生冲击力、剪切力、挤压 力、碾磨力，这些力大于或超过煤在破裂前所固有的抗冲击及抗压、抗拉强度极限，从而使 煤块得以破碎。
[0005] 碎煤机锤头在工作状态下高速旋转，与物料发生猛烈的撞击后受到强烈的冲击形 成磨粒磨损，造成锤头工作部位疲劳剥落和形成犁沟磨蚀而失效，实际生产中要求锤头的 打击部分具有高硬度和一定韧性，安装部分具有高韧性和一定硬度。
[0006] 易损件主要有锤头、碎煤板、筛板，其次是摇臂和环轴叶片，如果采购的配件质量 合格，基本上是磨蚀和冲蚀损坏，如果出现锤头材质不合格，容易出现断裂，并将碎煤机筛 板、破碎板以及转子打击断裂而致破碎机易损件早期失效。
[0007] 这种碎煤机锤头可以采购自美国American Pulverizer company公司，其型号为 ACC-75-BG-NF，额定出力1500t//h，入料粒度彡300X38mm，出料粒度彡25mm，转速740Rpm。
[0008] 型号为ACC-7J-BG-NF的碎煤机易损件锤头、碎煤板、筛板、栅栏等均为进口件，不 仅费用高，购买周期长，检修成本高，美国进口的锤头，材质大多为中碳45#结构钢锻材，或 未经变质处理的ZGMnl3普通高锰钢，因而水韧处理过程中淬透性都不够理想，工况磨损机 理主要是犁沟磨粒磨损和碎裂。在市场经济环境下，燃煤发电厂最关心的就是生产的安全 性和经济性。机械产品的失效主要有三种形式，即断裂（包括过渡期变形）、腐蚀和磨损。 据统计，能源的三分之一到二分之一是由于磨损和摩擦所损耗的，在机械零件的失效中磨 损占80%以上。美国每年因磨损造成经济损失约1000多亿美元，目前我国每年因磨损消 耗金属耐磨材料高达500万吨以上，价值400多亿元。其中电力行业因磨损和腐蚀每年消 耗金属耐磨件约120万吨左右。因此，研宄发电设备金属磨损，提高设备金属材料的抗磨性 能，研制和推广新型发电设备的耐磨抗腐蚀材料是当今本领域技术人员所述面临的重要任 务。
[0009] 影响锤头使用寿命的因素至少包括以下两种因素：1、锤头本身的材质、制造工艺、 合金元素比例成分不合理，造成锤头耐磨性差，另外，在制造时有气孔、裂纹等，造成锤头在 使用中过程中断裂。2、设置在碎煤机前的筛煤机的筛分效率下降，大量的细颗粒煤炭进入 碎煤机后，也会增加锤头的磨损，降低锤头的使用寿命。
[0010] 现如今，锤头普遍采用的材料为高锰钢，高锰钢的制造工艺稳定并且高锰钢应用 到锤头上之后，在一定程度上能够满足实际的工作需求。高锰钢是历史最悠久的一种耐磨 钢，它是由英国的Hadfield于1882年发明的，至今已有一百多年历史。高锰钢使用状态的 组织为奥氏体，它具有良好的韧性和加工硬化能力。即在强烈的冲击载荷或挤压载荷下，受 力表面被加工硬化，硬度可从原始的HB200左右提高到HB500以上，而心部仍保持着良好 的韧性。因此，该钢种至今仍被广泛制作抗冲击载荷的耐磨件。目前市场上使用的高锰钢 的化学成份大致为：碳C :0.9%至1.5 %、锰Mn :10%至15%、硅Si :0.3%至1.0%、硫S : 彡 0· 05%、磷 P :彡 0· 10%。
[0011] 近些年来，诸多研宄致力于对高锰钢的性质改进，以期能够获得优良耐磨性、力学 性能优异以及较长使用寿命的高锰钢。大量的研宄表明：合金化和弥散处理（例如稀土改 良）是提高高锰钢耐磨性的两条有效途径。例如作者霍文霞的硕士学位论文"稀土对耐磨 铸钢组织及性能的影响"中记载了稀土对高锰钢的性能影响，在该论文的实验部分，采用 不同的稀土量0. 035 %、0. 0445 %和0. 052 %的比例进行实验，结果表明0. 052 %的晶粒尺 寸相对均匀，尽管如此，该论文中提供的高锰钢的硬度值、下屈服强度、断后伸长率、抗拉强 度等力学指标仍难以达到碎煤机锤头的应用要求，有待改进。申请号为CN200510020653. 7 的中国发明专利申请公开了一种耐磨锤头及制造工艺，其中碳C的重量百分比在0.20% 至0.35%之间，锰Mn的重量百分比在1.3%至1.6%之间，然而，这种高锰钢的含碳量和 含锰量过低。另外，虽然该申请的技术方案中提到使用稀土 RE，但是并没有具体指出稀土 在高锰钢的组份内的具体含量，而采用该申请所公开的技术方案得到的高锰钢仍难以满 足要求，有待改进。申请号为CN20061005169的中国发明专利申请文件中公开了一种新 型稀土铬锰氮系列不锈钢，该申请在高锰钢的组份内引入多种合金，包括铜、镍和氮元素， 这样的技术方案显然使得制造工艺趋于复杂，并且组份中碳、稀土的含量较低。申请号为 CN200610134360. 6的中国发明专利申请文件中公开了一种超高性能耐磨高锰钢及生产方 法，该申请的组份比例复杂，需要在生成工艺额外加入多种合金，包括钛Ti、钒V、镁Mg、硼 B以及氮N等多种元素，这种加工工艺使得加工难度过于复杂，生成成本升高，另外，该申请 中稀土 RE重量百分比在0. 08 %至0. 4%，稀土的重量百分比的范围过大，以至于按照这种 工艺得到的成品，其产品性能的稳定性大大降低，因此有必要缩小稀土的重量百分比的范 围，以期达到最优化的技术方案，提尚尚猛钢广品稳定性。
[0012] 综上所述，合金化成分设计的方案存在多种问题，诸如工艺复杂、产品性质不够稳 定、生产成本过高以及成品性能改进效果不够明显。相比而言，利用稀土参杂对高锰钢弥散 处理的方法更为直接、简便、有效。然而，如前所述，根据现有技术的记载，虽然出现了利用 稀土对高锰钢进行改进的工艺，然而，为了能够进一步控制高锰钢的组份比例，以期在更为 优选的组份范围内，得到更加优良的高锰钢，以制造高性能的用于碎煤机的锤头，稀土高锰 钢的组份制造工艺和组份比例的技术方案仍有待进一步优化。
【发明内容】
[0013] 本发明针对以上问题提供一种用于碎煤机锤头的稀土耐磨高锰钢，用于碎煤机锤 头的稀土耐磨高锰钢的成份重量百分比为：碳C: 1. 2%至1. 35% ;硅Si :0. 30%至1. 00% ; 锰 Mn :11%至 14% ;磷 P :小于 0.08% ;硫 S :小于 0.05% ;铬 Cr :1.5%至 2.2% ;稀土 RE: 0.08 %至0· 1% ;余量为铁Fe。
[0014] 采取上述方案，至少包括以下有益效果：（1)奥氏体层错能下降，提高奥氏体高锰 钢的加工硬化能力，使之形成新的碳化物，形成高强韧性耐磨钢；（2)相对于采购自美国 American Pulverizer company公司的型号为ACC-75-BG-NF的锤头，本发明提供的组份的 高锰钢可以将锤头的使用寿命由原来的8-10月，提高1. 5倍至2倍，大大降低企业运营成 本，能够取得非常显著的商业效果；（3)加入稀土 RE后，显著降低了组份内磷、硫的比例，而 磷和硫在组份内的含量越低，越有利于高锰钢的性能改良；(4)耐磨、耐腐蚀、耐高温、下屈 服强度Rel、抗拉强度Rm、断后伸长率A、硬度等性能均有所改善。
[0015] -个优选的方案是，硅Si的成份重量百分百为：0.30%至0.90% ;磷P的成份重 量百分百为：小于或等于〇. 06% ;硫S的成份重量百分百为：小于或等于0. 04%。采取上 述方案，用于碎煤机锤头的稀土耐磨高锰钢具有的力学性能包括下屈服强度Rel、抗拉强度 Rm和断后伸长率A，下屈服强度Rel大于或等于390MPa，抗拉强度Rm大于或等于735MPa， 断后伸长率A大于或等于20 %，硬度小于或等于300HBW。
[0016] 我国高锰钢铸件的相关标准是GB/T 5680-2010,奥氏体锰钢铸件的化学成分见表 L 其力学性能见表2。
[0017] 表1奥氏体锰钢铸件的化学成分（GB/T 5680-2010)
【权利要求】
1. 用于碎煤机锤头的稀土耐磨高锰钢，其特征在于：所述用于碎煤机锤头的稀土耐磨 高锰钢的成份重量百分比为： 碳 C: 1.2% 至 1.35%; 硅 Si :0. 30% 至 1. 00% ; 锰 Mn :11% 至 14% ; 磷P :小于0. 08% ; 硫S :小于0. 05% ; 铬 Cr : 1. 5% 至 2. 2% ; 稀土 RE :0? 08% 至 0? 1% ; 余量为铁Fe。
2. 根据权利要求1所述的用于碎煤机锤头的稀土耐磨高锰钢，其特征在于： 所述硅Si的成份重量百分百为：0. 30%至0. 90% ; 所述磷P的成份重量百分百为：小于或等于〇. 06% ; 所述硫S的成份重量百分百为：小于或等于0. 04%。
3. 根据权利要求1所述的用于碎煤机锤头的稀土耐磨高锰钢，其特征在于： 所述硅Si的成份重量百分百为：1. 00% ; 所述磷P的成份重量百分百为：小于或者等于〇. 07% ; 所述锰Mn的成份重量百分百为：11. 5%至14%。
4. 根据权利要求1所述的用于碎煤机锤头的稀土耐磨高锰钢，其特征在于： 所述硅Si的成份重量百分百为：0. 30%至0. 90% ; 所述磷P的成份重量百分百为：小于或等于〇. 06% ; 所述硫S的成份重量百分百为：小于或等于0. 045%。
5. 用于碎煤机锤头的稀土耐磨高锰钢的制造方法，其特征在于： 按照以下步骤依次进行：（1)合金熔炼；（2 )炉前变质处理；（3 )铸造、水韧处理和热处 理工艺； 所述步骤（1)中依次包括熔化期、氧化期和还原期； 在所述氧化期的过程中，控制脱碳量在〇. 3%以上，钢水在充分沸腾下，去除固体渣并 控制钢水中含磷量在0. 015%以下； 在所述还原期的前期，采用白渣操作，在所述还原期的后期，加入相应的合金调节成 份，当钢水温度、钢水成份、炉前含气和曲弯试验达到预设的标准后，加入铝进行最终的脱 氧过程； 所述步骤（2)中，采用复合变质剂进行炉前变质处理，所述复合变质剂的重量百分比如 下：稀土 RE在29%至33%范围内；娃Si小于或等于40% ;钙Ca小于或等于5% ;钛Ti小于或 等于6% ;锰Mn小于或等于5% ;余量为铁Fe;所述复合变质剂的熔点为1080°C至1250°C ; 经过所述步骤（2)处理后的组份中相应的元素的重量百分比控制在以下范围内：碳 C: 1. 2% 至 1. 35% ;硅 Si :0? 30% 至 1. 00% ;锰 Mn : 11% 至 14% ;磷 P :小于 0? 08% ;硫 S :小于 0? 05% ;铬 Cr : 1. 5% 至 2. 2% ;稀土 RE :0? 08% 至 0? 1% ;余量为铁 Fe。
6. 根据权利要求5所述的用于碎煤机锤头的稀土耐磨高锰钢的制造方法，其特征在 于：所述复合变质剂在使用之前需要进行预处理过程，所述预处理过程依次包括：粒度筛 选，粒度控制在10毫米至20毫米；预热，所述复合变质剂在加入前进行加热处理，加热的温 度控制在200°C至300°C ;采用钢水包冲入法加入所述复合变质剂，所述复合变质剂的加入 量为钢水总重量的〇. 2%。
7. 根据权利要求5或6所述的用于碎煤机锤头的稀土耐磨高锰钢的制造方法，其特征 在于：在所述水韧处理过程中，温度加热至1050°C至1100°C，时间维持在70分钟至80分钟 后冷却；在所述水韧处理后进行所述热处理工艺，加热至450°C至480°C，保温4小时至6小 时，然后再加热至850°C，保温3小时至6小时，水冷淬火。
8. -种碎煤机的锤头，所述碎煤机的锤头包括锤身座，所述锤身座为圆形，所述锤身 座上沿周向方向设置有刀片， 其特征在于：所述碎煤机的锤头由稀土耐磨高锰钢材料制成，所述稀土耐磨高锰钢材 料的组份的重量百分比如下：碳C: 1. 2%至1. 35% ;硅Si :0. 30%至1. 00% ;锰Mn :11%至 14% ;磷 P :小于 0? 08% ;硫 S :小于 0? 05% ;铬 Cr :1. 5% 至 2. 2% ;稀土 RE :0? 08% 至 0? 1% ;余量 为铁Fe。
9. 根据权利要求8所述的碎煤机的锤头，其特征在于： 所述刀片包括第一部分和第二部分，所述第一部分以可拆卸的方式设置在所述锤身座 上，在沿所述锤身座的径向方向上所述第二部分位于所述锤身座的外部，所述刀片的数量 大于一个。
10. 根据权利要求9所述的碎煤机的锤头，其特征在于： 所述锤身座为圆环结构，所述第一部分设置在所述锤身座的圆环结构的面上，所述第 一部分上具有十字型凸起，所述锤身座上具有与所述十字型凸起配合的十字型凹槽。
【文档编号】C22C38/60GK104498841SQ201410811780
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月22日 优先权日:2014年12月22日
【发明者】孙世虎, 袁洪涛, 马杰, 谢健育, 金科, 刘新昌, 李志军, 白剑锋, 曹建, 黄广辉 申请人:广东省粤电集团有限公司珠海发电厂