专利名称：低碳高合金球磨机衬板钢及其制造方法
技术领域：
本发明涉及合金衬板钢及其制造方法，更具体地说，尤其是在湿式球磨机衬板上进行应用的合金衬板钢及其制造方法。
背景技术：
国外衬板材料的生产和应用经过了30多年的发展，先后经历了从高锰钢、普通白口铸铁、镍硬铸铁、高铬白口铸铁到改性高锰钢和各种淬火回火工艺的中低合金钢的发展阶段。国内的实际应用中，依然是高锰钢一统天下，并未被高合金铸铁、中低合金马氏体钢所取代，这主要是由中低合金钢等本身质量、稳定性及工艺上存在的问题所决定的。目前的几种主流材质中，高锰钢韧性有余，耐磨性、耐蚀性均不足；高铬铸铁耐磨，但韧性差；中低合金钢脆性和耐蚀性都很差，因此这些材质综合的冲击腐蚀磨损性能并不好。
发明内容
本发明是为了避免现有的高锰钢和中低合金钢等衬板用钢冲击腐蚀磨损性能较差、使用寿命较低的不足，提供一种低碳高合金球磨机衬板钢及其制造方法，该钢不仅具有良好的冲击腐蚀磨损性能，而且成本较低。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是本发明低碳高合金球磨机衬板钢，其特征是所述衬板钢按重量百分比的合金成分为C0.15～0.30％、Cr5.0～10.0％、Ni0～1.5％、Mn0.5～1.7％、Mo0～1.5％、RE0～0.8％、Ti0～1.0％、Si0～1.6％、P0.01～0.045％、S 0.01～0.045％；其他金属和非金属元素总量不超过3％；余量为Fe。
本发明球磨机衬板钢的制造方法的特点是所有成分经过配料、共同熔炼、浇铸成型以及热处理；所述熔炼的熔炼温度为1550～1650℃；所述浇铸成型的浇铸温度为1400～1500℃，浇铸前铸型在200～500℃之间预热，铸锭首先在900～950℃温度下保温2-10小时进行均匀化退火；所述热处理为淬火及回火处理；淬火及回火处理工艺为在450～650℃的温度下预热0.5～2小时，再加热到950～1050℃后淬火处理，随后以200～300℃的温度回火1～3小时，即完成。
本发明方法的设计依据是CC是钢中的组元之一。本发明衬板中C量的控制一方面是为了保证合金得到好的强度、硬度、韧性、耐蚀性的配合。含碳量偏低，材料的韧性将得以提高，但耐磨性会不够；含碳量过高，材料的硬度、耐磨性会改善，但韧性会下降。
Cr铬是提高钢的淬透性、使钢强化的重要元素，同时也是提高钢的耐蚀性的重要元素。以往的耐磨衬板材质中，除高铬铸铁含铬量较高以外，一般材质中含铬量多低于5％。本发明衬板选择铬含量为5-10％之间。因为偏低的含铬量对材料的耐腐蚀性不利；而偏高的铬含量对韧性不利。另外含铬量的选择还要兼顾铬量与碳量的合理匹配。
Mn、Si有固溶强化、提高淬透性作用，但Mn易使晶粒粗化，量不宜太多，应不超过1.7％。
Ni加入镍元素可提高钢的耐蚀性、韧性和淬透性，在多元合金化的条件下，镍与Cr、Mo等元素共同作用，对耐蚀性的提高作用明显。而湿式球磨机衬板工况条件要求衬板材料应有足够高的耐蚀性、韧性、淬透性。但由于Ni的价格昂贵，为了控制合金成本，加入量不超过1.5％。
Mo加入少量Mo元素可提高合金淬透性。同时，Mo有利于消除回火脆性以及提高合金的抗晶间腐蚀能力。为了控制合金成本，加入量不超过1.5％。
RE和Ti加入少量稀土可以净化、细化组织，提高耐蚀性。Ti元素能阻碍晶粒长大，起到细化晶粒尺寸作用。RE、Ti的加入量不能高，分别控制在0.8％和1.0％以下。
Nb、Zr、V、W可提高合金性能，但会增加衬板成本，应控制其加入量。
P、S及其他金属与非金属元素P会引起热脆，S易引起冷脆。其他金属与非金属元素在本发明衬板中均作为杂质，其量需严格控制。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在1、本发明衬板通过合金设计，使衬板的最终组织以板条马氏体为主，硬度为HRC 48～55，冲击韧性aK为50～150J·cm-2，pH＝4时均匀腐蚀速率为0.1～0.5g·m-2·h-1，在湿式磨矿机衬板的工作环境下具有很好的耐磨性，其寿命是高锰钢衬板的2倍。
2、本发明衬板中Cr、Mo、Mn等主要合金元素含量不高。与获得安徽省2000年科学技术二等奖的“湿式磨机用新材质衬板的研究与开发”中所开发的低碳高合金钢衬板相比，由于含Ni量低，衬板成本明显降低。
以下通过具体实施方式
对本发明作进一步描述
具体实施例方式
本实施例低碳高合金球磨机衬板钢按重量百分比的合金成分为C0.15～0.30％、Cr5.0～10.0％、Ni0～1.5％、Mn0.5～1.7％、Mo0～1.5％、RE0～0.8％、Ti0～1.0％、Si0～1.6％、P0.01～0.045％、S0.01～0.045％；其他金属和非金属元素总量不超过3％；余量为Fe。
其中，其他金属和非金属元素包括N、H、O、Al、Cu、Ni、Nb、Zr、V、W、Co、B、Ta、Mg、Ca、Zn、K、Y、Sn、Pb以及Ba。
本实施例低碳高合金球磨机衬板钢按重量百分比的材料成分举例如下表
上表中的第一组，含碳量为0.15，保证了合金有较高的塑韧性，并使合金淬火后组织为板条状马氏体，这样合金使用状态下具有优良的强硬度、塑韧性的配合，且为单相组织，有较好的耐蚀性；Cr、Ni、Mo多元合金化可保证合金的耐蚀性，其中，Cr、Ni可提高合金的淬透性，Ni可提高合金韧性，Mo可提高合金抗晶间腐蚀的能力和降低回火脆性。该合金具有优良的抗冲击腐蚀磨损的能力。
上表中的第二组，较之第一组，Mn量增加1.0％，可提高合金的硬度，减少Ni可降低合金成本，但耐蚀性、韧性会降低会部分牺牲合金在强腐蚀条件下的寿命。
上表中的第三组，较之第二组，Ni量增加，Mo量下降，总的效果可提高合金的耐蚀性，并明显提高合金韧性。
上表中的第四组，较之第三组，用Cu取代了Mo，可替代其抗晶间腐蚀的作用，合金成本明显降低。
上表中的第五组，Si可提高合金的淬透性，稀土可细化晶粒、净化组织、提高耐蚀性。
上表中的第六组，较之第五组，Mn量增加，Si量减少，对淬透性的影响基本抵消；C量减少，对韧性有利，但会降低合金硬度，加Ti可提高合金的硬度。
上表中的第七组，较之第五组，C含量增加，有利于提高合金硬度，增加Cr、Mo含量，降低Ni量可保证合金耐蚀性。
上表中的第八组，较之第七组，C量增加会增加合金硬度，但会导致合金韧性下降。降低Cr量，提高Ni量可提高合金韧性，避免C量增加引起的合金的脆化。增加Mo量有利于提高合金的抗晶间腐蚀的能力。
本发明配料可以是生铁+废钢+合金元素，也可以是废钢+合金元素。上述配料、熔炼、浇铸和加工后，所得衬板的硬度为HRC 48～55，冲击韧性aK为50～150J·cm-2，pH＝4时均匀腐蚀速率为0.1～0.5g·m-2·h-1。
实施例1按重量百分比的合金成分为0.18％C、10.0％Cr、1.0％Mo、1.5％Mn、0.5％RE、0.5％Ti、0.5％Si、0.035％P、0.035％S，余量为Fe及杂质。熔炼温度为1600℃，浇铸温度为1400～1500℃。熔炼时加入AL作为脱氧剂(加入的量按重量百分比为0.2％)。采用钢模铸型，浇铸前铸型在250℃预热。铸锭成形后，采用900℃保温2小时进行均匀化退火，粗加工后，再经过淬火回火处理，工艺为550℃的温度下预热1小时，再加热到1000℃保持0.5小时后淬火，随后以250℃回火2小时，得到最终衬板产品。
实施例2按重量百分比的合金成分为0.22％C、9.0％Cr、1.0％Ni、0.3％Mo、1.5％Mn、0.5％RE、0.5％Ti、0.5％Si、0.035％P、0.035％S，余量为Fe及杂质。熔炼温度为1600℃，浇铸温度为1400～1500℃。熔炼时加入AL作为脱氧剂(加入的量按重量百分比为0.2％)。采用钢模铸型，浇铸前铸型在250℃预热。铸锭成形后，在900℃保温2小时进行均匀化退火，粗加工后，再经过淬火回火处理，工艺为在550℃的温度下预热1小时，再加热到1000℃保持0.5小时后淬火，随后以250℃回火2小时，得到最终衬板产品。
实施例3按重量百分比的合金成分为0.20％C、9.0％Cr、0.7％Mo、1.5％Mn、0.5％RE、0.5％Ti、0.5％Si、0.035％P、0.035％S，余量为Fe及杂质。熔炼温度为1600℃，浇铸温度为1400～1500℃。熔炼时加入AL作为脱氧剂(加入的量按重量百分比为0.2％)。采用钢模铸型，浇铸前铸型在250℃预热。铸锭成形后，在900℃保温2小时进行均匀化退火，粗加工后，再经过淬火回火处理，再经过淬火回火处理，工艺为在550℃的温度下预热1小时，再加热到1000℃保持0.5小时后淬火，随后以250℃回火2小时，得到最终衬板产品。
权利要求
1.低碳高合金球磨机衬板钢，其特征是所述衬板钢按重量百分比的合金成分为C0.15～0.30％、Cr5.0～10.0％、Ni0～1.5％、Mn0.5～1.7％、 Mo0～1.5％、RE0～0.8％、Ti0～1.0％、 Si0～1.6％、 P0.01～0.045％、S0.01～0.045％；其他金属和非金属元素总量不超过3％；余量为Fe。
2.权利要求1所述球磨机衬板钢的制造方法，其特征是所有成分经过配料、共同熔炼、浇铸成型以及热处理；所述熔炼的熔炼温度为1550～1650℃；所述浇铸成型的浇铸温度为1400～1500℃，浇铸前铸型在200～500℃之间预热，铸锭首先在900～950℃温度下保温2-10小时进行均匀化退火；所述热处理为淬火及回火处理；淬火及回火处理工艺为在450～650℃的温度下预热0.5～2小时，再加热到950～1050℃后淬火处理，随后以200～300℃的温度回火1～3小时，即完成。
全文摘要
低碳高合金球磨机衬板钢及其制造方法，其特征是所述衬板钢按重量百分比的合金成分为C0.15～0.30％、Cr5.0～10.0％、Ni0～1.5％、Mn0.5～1.7％、Mo0～1.5％、RE0～0.8％、Ti0～1.0％、Si0～1.6％、P0.01～0.045％、S0.01～0.045％；其他金属和非金属元素总量不超过3％；余量为Fe。本发明在湿式磨矿机衬板的工作环境下具有很好的耐磨性，其寿命是高锰钢衬板的两倍，低成本。
文档编号C22C33/04GK1932066SQ200610096698
公开日2007年3月21日 申请日期2006年10月18日 优先权日2006年10月18日
发明者杜晓东 申请人:合肥工业大学