高碳中铬中锰多元合金钢球磨机衬板及热处理工艺的制作方法
【专利说明】高碳中铬中锰多元合金钢球磨机衬板及热处理工艺
[0001] 本发明属于钢铁冶金行业中的耐磨金属材料技术领域，尤其涉及一种高碳中铬中 锰多元合金钢球磨机衬板及热处理工艺。
【背景技术】
[0002] 在寻求高质量、高耐磨的球磨机衬板在矿山选矿生产上是较为引人注目的研宄的 课题。目前，国内外在研宄耐磨球磨机衬板的视线从高锰钢转向了合金钢，高锰钢应用在磨 球磨机衬板上的使用寿命与合金钢对比，使用寿命较低的事实已得到了事实的验证。其原 因是高锰钢没有在高冲击状态下使用，应用在球磨机上在不能形成硬质层的条件，硬度较 低，HB只有200左右。而现使用的球磨机钢球的洛氏硬度多在45 - 48左右。硬度相差一 倍。与原来的Mn13Cr2为例，在选矿球磨机上的使用寿命仅近四个月水平。另外合金钢，如 专利号"93105874. 0的一种低合金球磨机耐磨衬板及制造工艺"和"200810123415的一种 耐磨钢中碳合金衬板"等中低合金钢通过淬火硬度达到可HRC50或以上的硬度，在球磨机上 的耐磨性比高锰钢提高了两倍水平，都取得了很好的耐磨效果。就衬板在球磨机这个特定 的使用环境而言，具有关研宄表明：不是衬板硬度越高就越耐磨，其耐磨性不是与硬度成线 性正比，是在一定的耐磨性、抗腐蚀性等性能的基础上，衬板的硬度小于钢球硬度的（HRC) 5 - 10时，耐磨性最佳，硬度偏高或偏低都达不到理想的效果。上述专利及有关试验都证明 和认可了"铬"元素在提高硬度和抗耐磨性能的作用，但它们只主要发挥了一个铬的硬度作 用，而且硬度偏高，耐磨性和抗腐蚀性等不足。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种硬度理想而且更有很高的耐磨性，使用寿命是高锰钢 衬板的4 一 5倍的高碳中铬中锰多元合金钢球磨机衬板及热处理工艺。
[0004] 本发明的目的是通过下述技术方案来实现的： 本发明的一种高碳中铬中锰多元合金钢球磨机衬板，其特征在于：该碳中铬中锰多 元合金钢球磨机衬板包括的化学成分组成按重量百分数为：C :0. 7~1. 5%，Cr :1. 8~ 2. 5%，Ni : 5 ~0? 8%，Mn :1. 0 ~1. 6%，Si :0? 2 ~0? 5%，Mo :0? 4 ~0? 9%，Cu :0? 4 ~ 1%，V:0.05 ~0.1%，Ti:0.03 ~0.06%，B:0.002 ~0.005，P<0.03%，S< 0.025%， 其余为Fe。
[0005]优选化学成分的依据和理由： (1)碳（C)是形成碳化物组织，可提高钢的硬度及耐磨性。碳是形成碳化物组织，可提高 钢的硬度和耐磨性。含碳量越高，钢的强度、硬度越高，但韧性也会降低；反之钢的韧性高， 其强度和硬度会降低。在本材料选取中，结合球磨机的运行环境和特点，在保证足够冲击韧 性而不产生碎裂的前提下，优先的是耐磨性能，结合本衬板其它的成分与碳的作用和影响， 选取为0. 7~1. 5%。
[0006] (2)镍（Ni)可提高钢的硬度及耐磨性是非碳化物形成元素，能固溶在a Fe中起固 溶强化作用。Ni能提高钢的淬透性和减少介质中的腐蚀作用，促使基体钝化，有效降低腐蚀 磨损的速度。跟据本发明的材料的性质优选为0. 5~0. 8%，取下限为宜。
[0007] (3)铬（Cr)起固溶强化、细化晶粒等作用外，Cr能形成碳化物，与碳亲合力最强， 更能在最终组织中形成弥散分布的硬质合金碳化物，提高钢的初始硬度，有效的增加耐磨 性能。通过多年试验Cr在2. 0%左右作用明显。结合本材质优选为1. 8~2. 5%。
[0008] (4)钼（Mo)主要提高钢的淬透性，改善碳化物的形态和分布，本发明也因为其它的 成分决定了风冷和空冷的方式进行的热处理。跟据用量功效，优选为0.4~0.9%。考虑 生产成本可取下限为宜。
[0009] (5)锰(Mn)在本成分中的作用是有效提高钢强度。在本成分中锰的含量在1.0~ 1. 6%之间。
[0010] (6)铜（Cu)主要起的是作用是在湿磨环境中的抗腐蚀作用，含量应为0.4~1%。
[0011] (7)硼（B):含量很低，几乎不增加生产成本，但其对材料的淬透性起到显著作用， 因在本衬板用风冷处理，可保证衬板的内外硬度均匀硼控制在〇. 002~0. 005%范围内，值 得注意的是绝不能超过0. 007%。
[0012] (8)钒、钛（V、Ti)在本成分中除细化钢的组织和晶粒外，更重要的还有提高冲击韧 性会起到相当的作用，在用量上要比常规合金钢的用量要略高一些。v:0. 05~0.1%，Ti: 0. 03 ~0. 06%。
[0013] 本发明的一种高碳中铬中锰多元合金钢球磨机衬板的热处理工艺，其特征在于： 按照权利要求1给出的化学组分范围进行配料-冶炼-铸造衬板，将铸造后的衬板放入处 理炉中进行热筛，其热处理工艺包括下列步骤： a、 第一次加热及风雾冷：将衬板从室温以小于100°C /小时的升温速度加至600°C~ 610°C，保温2~3小时；然后继续升温至890°C~910°C，保温5~6小时；然后出炉， 用空压机或轴流风机进行风雾冷，风机送风量8000~10000 m3/小时之间、全风压为 1000-2000Pa，调节水管水量形成风雾状，均匀送风冷却2~3小时，至室温； b、 第二次加热及空冷：将风冷后的衬板从室温以小于100°C /小时的升温速度加至 570°C~600°C，保温8~9小时；然后出炉，空冷； c、 第三次加热随炉冷却：将空冷后的衬板送至室温热处理炉内加热至250°C~260°C， 保温4~5小时后在炉中自然冷却，完成了整个热处理工艺。
[0014] 风雾冷装置的设置及热处理的作用：风雾冷却装置是通过用空压机或轴流风 机，送风量在8000~10000 m3/小时、全风压为1000~3000Pa之间即能满足要求。如果 是用空压机送风需要制作送风管道系统，即：在总风管上接出有多排直径32mm或40mm，每 根管上设有间距为100~150mm、在管壁上设直径3~5mm的出风孔，并在总管道与多排细 管接头之间上接一个直径16~26mm的水管，送风时以水管在2~4 m3/小时流量(此流量 约是通用自来水水量的1/3左右）之间，调节水量直至从细管中喷出雾状的风雾；如果是用 轴流风机送风是在风机旁引出一个为直径16~26mm的水管，水管出口设在风机排风口中 央位置即可，送风后调节水管在2~4 m3/小时之间，送出的风为风雾。第一次热处理的作 用是将衬板加热到高于形成奥氏体组织温度的60~80°C的温度时，通过保温达到组织均 衡后，通过此方式处理即可达到快速冷却至室温，形成主要为马氏体及少量渗碳体。第二次 处理主要是通过在此温度将上述组织形成回火索氏体组织并初步达到需要的硬度指标。第 三次处理主要是消除以上处理时的温度应力和组织应力，并一部分形成了均衡的回火索氏 体和贝氏体组织，这次回火后比第二次热处理的布氏硬度高HB 8~15,达到HB390~450， 抗拉强度：1400~1600MPa，最后达到衬板在球磨机上需要的硬度和强度指标，达到高耐磨 的目的。
[0015]
【具体实施方式】： 下面结合实施例说明本发明的【具体实施方式】。
[0016] 实施例：下面是对本发明的实施事例，仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对 在本发明范围的有任何限制。
[0017] ( 1)表1为各实施例化学成分表； 表1为各实施例主要化学成分表（Wt%)
【主权项】
1. 一种高碳中铬中锰多元合金钢球磨机衬板，其特征在于：该碳中铬中锰多元合金 钢球磨机衬板包括的化学成分组成按重量百分数为：C :0. 7~1. 5%，Cr :1. 8~2. 5%， Ni::0.5~0.8%，Mn:L0~1.6%，Si:0.2~0.5%，Mo :0.4~0.9%，Cu:0.4~l%， V :0? 05 ~0? 1%，Ti :0? 03 ~0? 06%，B :0? 002 ~0? 005, P 彡 0? 03%，S 彡 0? 025%，其余 为Fe。
2. -种高碳中铬中锰多元合金钢球磨机衬板的热处理工艺，其特征在于：按照权利要 求1给出的化学组分范围进行配料-冶炼-铸造衬板，将铸造后的衬板放入处理炉中进行 热筛，其热处理工艺包括下列步骤： a、 第一次加热及风雾冷：将衬板从室温以小于100°C /小时的升温速度加至600°C~ 610 °C，保温2~3小时；然后继续升温至890 °C~910 °C，保温5~6小时；然后出炉， 用空压机或轴流风机进行风雾冷，风机送风量8000~10000 m3/小时之间、全风压为 1000-2000Pa，调节水管水量形成风雾状，均匀送风冷却2~3小时，至室温； b、 第二次加热及空冷：将风冷后的衬板从室温以小于100°C /小时的升温速度加至 570°C~600°C，保温8~9小时；然后出炉，空冷； c、 第三次加热随炉冷却：将空冷后的衬板送至室温热处理炉内加热至250°C~260°C， 保温4~5小时后在炉中自然冷却，完成了整个热处理工艺。
【专利摘要】本发明涉及一种高碳中铬中锰多元合金钢球磨机衬板及热处理工艺。该碳中铬中锰多元合金钢球磨机衬板包括的化学成分组成按重量百分数为：C：0.7～1.5％，Cr：1.8～2.5％，Ni：0.5～0.8％，Mn：1.0～1.6％，Si：0.2～0.5％，Mo：0.4～0.9％，Cu：0.4～1％，V：0.05～ 0.1％，Ti：0.03～0.06％，B：0.002～0.005，P≤0.03％，S≤0.025％，其余为Fe。按所述化学成分含量配钢，然后铸造该衬板，经热处理后，能达到以上所述的良好的机械性能和良好的耐磨及抗腐蚀性能，布氏硬度在390－450之间，冲击韧性（无缺口）在110－150J/cm2，衬板使用寿命达一年半。
【IPC分类】C22C38-58, C21D1-18, C22C38-54, C21D6-00
【公开号】CN104745965
【申请号】CN201510094179
【发明人】韩建国, 黄金凤, 陈荫祚, 李辉
【申请人】鞍钢集团矿业公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月4日