专利名称：一种耐磨合金及其在磨盘瓦中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及耐磨材料及其应用领域，具体为一种耐磨合金及其在磨煤机磨盘瓦中的应用。
背景技术：
据有关部门统计，我国每年耐磨材料产品的市场需求量大约在350 400万吨左右，主要用于电力、矿山、冶金、交通、建材等行业，其中电力行业需要量约为87万吨左右， 合人民币90多亿元，是需求量极大的行业。
耐磨合金钢是一类用于磨损工况的特殊性能钢，其主要特征是在磨损条件下具有较高的强度、硬度韧性和耐磨性。耐磨合金钢以化学成分元素含量的多少分为三类:第一类耐磨低合金钢，合金元素总质量分数不超过5% ;第二类耐磨中合金钢，合金元素总质量分数为5%-10% ;第三类,耐磨高合金钢,合金元素总质量分数超过10%。
目前，国内外通用耐磨材料主要有高锰钢、合金白口铸铁及中、低合金耐磨钢。上个世纪发明的高锰钢在我国耐磨材料中仍占主导地位，但对于一些特殊抗磨要求来说，高锰钢韧性有余而耐磨性不足；各类合金白口铸件硬度高、耐磨性好，但韧性较差，安全可靠性低；中低合金耐磨钢介于前两者之间，但目前缺少通用技术标准，化学成份和生产工艺混乱，产品稳定性差，使用效果波动性很大。
为了提高使用寿命，国外耐磨件大多采用价格昂贵的贵重金属和较高合金含量的材料，如:俄罗斯的某些耐磨材料中含铬量高达30%左右，德国、美国的硬镍铸铁含镍量近 6%。不过，在同等工况条件下，磨盘瓦的使用寿命仅为8000-9000小时。我国是缺镍少铬国家，利用我国富有的矿产资源研究高性能、低成本的新型耐磨合金材料；如何做到合金的硬度与韧性的有机统一，扩大使用范围，是摆在面前的一道技术难关。
传统磨煤机按转速分为中速、低速、高速磨煤机。中速磨煤机是指工作转速为 50 300r/min的磨煤机，属于高炉炼铁辅料备料加工专业设备，中速磨煤机可以为高炉炼铁系统提供合适的辅助材料-煤粉。中速磨煤机适用于磨制烟煤和贫煤等中等硬度的物料的粉末化磨粉作业，可广泛应用于电力、水泥、冶金、建材、化工等行业的制粉系统，特别是需要大量地使用烟煤的高炉喷煤制粉系统中。
MPS辊式中速磨煤机是具有三个固定磨辊的外加力型辊盘式磨煤机，落到旋转的磨盘中间的煤在离心力作用下甩到磨盘瓦表面并经过磨辊的碾压。三个磨辊均匀布置在磨盘上，碾磨压力由液压缸提供，加载力通过加载架作用到三个磨辊上。磨辊和磨盘受到的加载力是由拉杆、液压缸实现的。因结构紧凑，金属耗量低、占地少、密封性能好、安全可靠等优点，在火力发电厂中得到广泛应用。在制粉中，碾磨件(磨辊和磨盘)不断磨损，使磨煤机性能不断恶化。发明内容
本发明的目的在于提供一 种耐磨合金及其在磨煤机磨盘瓦中的应用，解决现有技术中耐磨材料存在的强度、硬度、韧性和使用寿命等综合性能较低的问题。
本发明的技术方案是:
一种耐磨合金，按重量百分比计，其化学成分是:
C0.32-0.35 ；Si0.9-1.1 ；Mn0.8-1.0 ；P ^ 0.04 ；S ( 0.04 ；Cr22-24 ；Cul.1-1.2 ； Mo 1-3 ；A10.1-0.2 ；V0.4-0.6 ；B0.02-0.04 ;稀土元素 0.3-0.5 ；Fe 余量。
所述的耐磨合金，其热处理工艺包括如下步骤:
(I)正火
200 V ±10 °C、20-40min ；400 V ±10 °C、50_70min ；600 V ±10 °C、80_100min ； 800°C ±10°C、50-70min ； 1020°C ±10°C、3_5h ;风冷；
(2)回火
200°C ±l(TC、150-200min ;38(TC ± 1(TC、50_70min ;45(TC ± 1(TC、5_7h ;自然空冷。
所述的耐磨合金，采用所述的合金成分和热处理工艺后，达到的技术指标如下:
抗拉强度:^ 620MPa ;屈服强度:彡410MPa ;硬度=HRC彡60 ;冲击韧性:彡30J/2cm ο
所述的耐磨合金在磨盘瓦中的应用，采用所述的耐磨合金，以砂型铸造磨盘瓦，浇铸成型。
所述的耐磨合金在磨盘瓦中的应用，砂型铸造过程中，在型腔中设置硬质合金块或硬质合金棒；在浇铸成型过程中，硬质合金块或硬质合金棒浇铸在合金钢水里。
所述的耐磨合金在磨盘瓦中的应用，硬质合金为:钨钴类硬质合金、钨钛类硬质合金、钨钛钽类硬质合金或钨钛铌类硬质合金。
所述的耐磨合金在磨盘瓦中的应用，硬质合金牌号为:YG8、YT15或YW1。
本发明耐磨合金的设计思想是:
碳(C):钢中加入0. 32-0.35%的碳，可以使屈服点和抗拉强度升高。
硅(Si):硅能显著提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度，钢中加入0.9-1.1%的硅，强度可提高15-20%。硅和钥、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用。
锰(Mn):钢中加入0.8-1.0%的锰，钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度， 提高钢的淬性，改善钢的热加工性能。
磷(P):在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量在0.040%以下。
硫(S):硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性， 在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量在0.040% 以下。
铬(Cr):钢中加入22-24%的铬，能显著提高强度、硬度和耐磨性，铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性。
钥(Mo):钢中加入1-3%的钥，能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，能提高机械性能。
钒(V):钢中加入0.4-0.6%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。
铜(Cu):钢中加入1.1-1.2%的铜，能提高强度和韧性，以及大气腐蚀性能。
铝(Al):钢中加入0.1-0.2%的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。
硼(B):钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。
稀土(RE):稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素，钢中加入0.3-0.5%的稀土元素之一或混合稀土元素，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能，可提高耐磨性。
本发明的有益效果是:
1、采用本发明特定的合金成分和热处理工艺生产的磨盘瓦，使用寿命不低于同类产品平均寿命的2倍，经试验使用19859小时下仍然可以正常使用，说明该产品的性能良好，并且可以降低工人劳动强度，提高效率。而现有技术中，磨盘瓦的寿命仅在8000-9000 小时左右。
2、本发明热处理工艺中，正火采用温度逐渐上升的分阶段保温后迅速空冷，可以在不同温度下细化和改善晶粒组织，尤其使硬度、强度、耐磨性得到大幅度提高。另外，回火采用温度逐渐上升的分阶段保温后自然冷却，可以在不同温度下进一步均匀成分、细化晶粒、消除内应力、提高力学性能、提高组织稳定性，使工件在使用过程中不再发生组织转变， 从而使工件几何尺寸和性能保持稳定，减少变形，内外硬度均匀一致。
图1-图2为本发明耐磨合金热处理工艺。其中，图1为正火工艺；图2为回火工艺。
具体实施方式
针对冲击性 相对弱，要求耐磨性较高部位，如:中速磨煤机的磨盘瓦等耐磨材料。 本发明中，按重量百分比计，耐磨合金的化学成分是:
C0.32-0.35 ；Si0.9-1.1 ；Mn0.8-1.0 ；P ≤ 0.04 ；S≤ 0.04 ；Cr22-24 ；Cul.1-1.2 ； Mo 1-3 ；A10.1-0.2 ；V0.4-0.6 ；B0.02-0.04 ;稀土元素(RE) 0.3-0.5 ；Fe 余量。
本发明中，耐磨合金采用常规的感应熔炼方法制备。如图1-图2所示，其热处理工艺如下:
( I)正火
200 V ±10 °C、20-40min ；400 V ±10 °C、50_70min ；600 V ±10 °C、80_100min ； 800°C ±10°C、50-70min ； 1020°C ±10°C、3_5h ;风冷。
(2)回火
200°C ±l(TC、150-200min ；380°C ± 1(TC、50_70min ；450°C ±l(TC、5_7h ;自然空冷。
采用本发明的合金成分和热处理工艺后，达到的技术指标如下:
抗拉强度:≥620MPa ;屈服强度:≥41OMPa ;硬度=HRC≥60 ;冲击韧性:≥30J/cm2
将其应用于中速磨煤机的磨盘瓦，使用寿命比传统的Cr20或硬镍4等提高2_3倍。
另外，根据实际工矿条件要求，将硬度HRC ^ 70的硬质合金块或硬质合金棒浇铸在钢水里，其使用寿命还能再提高2-3倍。
硬质合金，可以为:钨钴类硬质合金、钨钛类硬质合金或钨钛钽(铌)类硬质合金， 其中:
钨钴类硬质合金主要成分为:碳化钨(WC)和粘结剂钴(Co)，如:YG8等。
钨钛类硬质合金主要成分为:碳化钨、碳化钛(TiC)及钴，如:YT15等。
钨钛钽(铌)类硬质合金主要成分为:碳化钨、碳化钛、碳化钽(或碳化铌)及钴，如: Yffl 等。
实施例1
本实施例中，按重量百分比计，耐磨合金的化学成分是:
C0.33 ；Sil.0 ；Mn0.9 ；P0.035 ；S0.024 ；Cr23 ；Cul.15 ；Mo2 ；A10.15 ；V0.5 ；B0.03 ；稀土元素0.4 ；Fe余量。
本实施例中，耐磨合金的热处理工艺包括如下步骤:
1、正火，采用温度逐渐上升的分阶段保温后迅速冷却:
2000C 土 10°C保温 30 分钟；
400°C ± I (TC 保温 60 分钟;
600°C ± 10°C保温 90 分钟；
800°C ± 10°C保温 60 分钟；
10200C 土 10°C保温 4 小时；
采用风扇吹的方式,风冷至室温；
2、回火，采用温度逐渐上升的分阶段保温后自然冷却:
2000C 土 10°C保温 180 分钟；
380°C ± 10°C保温 60 分钟；
450 O ± 10 O 保温 6 小时；
自然空冷至室温。
本实施例中，采用所述的合金成分和热处理工艺后，达到的技术指标如下:
抗拉强度:685MPa ;屈服强度:450MPa ;硬度:HRC65 ;冲击韧性:38J/cm2。
采用所述的 耐磨合金，以砂型铸造磨盘瓦，浇铸成型。砂型铸造过程中，在型腔中设置YG8硬质合金块；在浇铸成型过程中，YG8硬质合金块浇铸在合金钢水里。这样，可进一步增加耐磨性，其使用寿命还能再提高2-3倍。
实施例2
本实施例中，按重量百分比计，耐磨合金的化学成分是:
C0.32 ；Sil.1 ；Mn0.8 ；P0.028 ；S0.033 ；Cr24 ；Cul.1 ；Mo3 ；A10.1 ；V0.6 ；B0.02 ；稀土元素(RE) 0.5 ；Fe余量。
本实施例中，耐磨合金的热处理工艺包括如下步骤:
1、正火，采用温度逐渐上升的分阶段保温后迅速冷却:
200°C ± 10°C保温 20 分钟；
400°C ± 10°C保温 70 分钟；
600°C ± 10°C保温 80 分钟；
8000C 土 10°C保温 70 分钟；
10200C 土 10°C保温 3 小时；
采用风扇吹的方式，风冷至室温；
2、回火，采用温度逐渐上升的分阶段保温后自然冷却:
200 0C 土 IO O 保温 150 分钟；
380°C ± 10°C保温 70 分钟；
450 O ± 10 O 保温 5 小时；
自然空冷至室温。
本实施例中，采用所述的合金成分和热处理工艺后，达到的技术指标如下:
抗拉强度:639MPa ;屈服强度:427MPa ;硬度:HRC63 ;冲击韧性:32J/cm2。
采用所述的耐磨合金，以砂型铸造磨盘瓦，浇铸成型。砂型铸造过程中，在型腔中设置YT15硬质合金棒；在浇铸成型过程中，YT15硬质合金棒浇铸在合金钢水里。这样，可进一步增加耐磨性，其使用寿命还能再提高2-3倍。
实施例3
本实施例中，按重量百分比计，耐磨合金的化学成分是:
C0.35 ；Si0.9 ；Mnl.0 ；P0.035 ；S0.026 ；Cr22 ；Cul.2 ；Mol ；A10.2 ；V0.4 ；B0.04 ；稀土元素(RE) 0.3 ；Fe余量。
本实施例中，耐磨合金的热处理工艺包括如下步骤:
1、正火，采用温度逐渐上升的分阶段保温后迅速冷却:
200 0C ± I (TC 保温 40 分钟；
400 0C ± I (TC 保温 50 分钟；
600 0C ± I (TC 保温 100 分钟；
800 0C ± I (TC 保温 50 分钟；
10200C ±10°C保温 5 小时；
采用风扇吹的方式，风冷至室温；
2、回火，采用温度逐渐上升的分阶段保温后自然冷却:
200 0C ± I (TC 保温 200 分钟；
380 0C ± I (·TC 保温 50 分钟；
4500C ±10°C保温7小时；
自然空冷至室温。
本实施例中，采用所述的合金成分和热处理工艺后，达到的技术指标如下:
抗拉强度:655MPa ;屈服强度:436MPa ;硬度:HRC67 ;冲击韧性:35J/cm2。
采用所述的耐磨合金，以砂型铸造磨盘瓦，浇铸成型。砂型铸造过程中，在型腔中设置YWl硬质合金块；在浇铸成型过程中，Yffl硬质合金块浇铸在合金钢水里。这样，可进一步增加耐磨性，其使用寿命还能再提高2-3倍。
权利要求
1.一种耐磨合金，其特征在于，按重量百分比计，其化学成分是:C0.32-0.35 ；Si0.9-1.1 ；Mn0.8-1.0 ；P ^ 0.04 ；S ( 0.04 ；Cr22-24 ；Cul.1-1.2 ； Mo 1-3 ；A10.1-0.2 ；V0.4-0.6 ；B0.02-0.04 ;稀土元素 0.3-0.5 ；Fe 余量。
2.按照权利要求1所述的耐磨合金，其特征在于，其热处理工艺包括如下步骤:Cl)正火200 V ±10 °C、20-40min ;400 V ±10 °C、50_70min ;600 V ±10 °C、80_100min ; 800°C ±l(TC、50-70min ;102(TC ± 1(TC、3_5h ;风冷；(2)回火200°C ±l(TC、150-200min ;38(TC ± 1(TC、50_70min ；450°C ± 1(TC、5_7h ;自然空冷。
3.按照权利要求2所述的耐磨合金，其特征在于，采用所述的合金成分和热处理工艺后，达到的技术指标如下:抗拉强度:≥620 MPa ;屈服强度:彡410 MPa ;硬度:HRC ≥ 60 ;冲击韧性:≥30 J/cm2。
4.按照权利要求1或2所述的耐磨合金在磨盘瓦中的应用，其特征在于，采用所述的耐磨合金，以砂型铸造磨盘瓦，浇铸成型。
5.按照权利要求4所述的耐磨合金在磨盘瓦中的应用，其特征在于，砂型铸造过程中， 在型腔中设置硬质合金块或硬质合金棒；在浇铸成型过程中，硬质合金块或硬质合金棒浇铸在合金钢水里。
6.按照权利要求5所述的耐磨合金在磨盘瓦中的应用，其特征在于，硬质合金为:钨钴类硬质合金、钨钛类硬质合金、钨钛钽类硬质合金或钨钛铌类硬质合金。
7.按照权利要求5所述的耐磨合金在磨盘瓦中的应用，其特征在于，硬质合金牌号为: YG8、YT15 或 YW1。
全文摘要
本发明涉及耐磨材料及其应用领域，具体为一种耐磨合金及其在磨煤机磨盘瓦中的应用，解决现有技术中耐磨材料存在的强度、硬度、韧性和使用寿命等综合性能较低的问题。按重量百分比计，其化学成分是C0.32-0.35；Si0.9-1.1；Mn0.8-1.0；P≤0.04；S≤0.04；Cr22-24；Cu1.1-1.2；Mo1-3；Al0.1-0.2；V0.4-0.6；B0.02-0.04；稀土元素0.3-0.5；Fe余量。采用所述的耐磨合金，以砂型铸造磨盘瓦，浇铸成型。采用本发明特定的合金成分和热处理工艺生产的磨盘瓦，使用寿命不低于同类产品平均寿命的2倍，经试验使用19859小时下仍然可以正常使用，说明该产品的性能良好，并且可以降低工人劳动强度，提高效率。
文档编号B22D19/00GK103255347SQ201310136639
公开日2013年8月21日 申请日期2013年4月18日 优先权日2013年4月18日
发明者夏金利 申请人:沈阳维越利电力设备有限公司