一种高碳合金钢衬板材料及其制备方法
【专利摘要】一种高碳合金钢衬板材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳2.2-2.4、硅0.5-0.8、锰4.1-4.4、钒1.3-1.5、钨2.8-3.4、钛0.4-0.6、钴0.1-0.2、硼0.6-0.8、铌0.2-0.25、钆0.05-0.08、Hf0.04-0.07、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。本发明的合金钢在高碳钢的基础上添加钨、硼、钆等元素，得到的合金钢不仅具有高碳钢极高的硬度、优异的耐磨性，而且还具有韧性好、塑性好、红硬高、耐腐蚀的优点。本发明合金钢适用于磨损极其严重的矿石机械中，使用寿命延长一倍以上。本发明精炼剂用于铸造生产，明显提高成品率。
【专利说明】一种高碳合金钢衬板材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属材料领域，尤其涉及一种高碳合金钢衬板材料及其制备方法。
【背景技术】[0002]衬板材料经过30多年的发展，经历了高猛钢、普通白口铸钢、镍硬铸铁、高铬白口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。目前国内的实际应用中，依然是高锰钢一统天下，几种主流材质中，高锰钢韧性好，但是耐磨性和耐腐蚀性还不理想；高铬铸铁耐磨性好，但韧性又差；中低合金钢脆性和耐腐蚀性都不达标。需要从原材料、工艺等方面研究开发综合性能更加优异的衬板材料，以提高生产效率，减少磨损，降低成本。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种高碳合金钢衬板材料及其制备方法，该合金材料具有硬度高，耐磨性好、塑性、韧性好的优点。
[0004]本发明的技术方案如下:
一种高碳合金钢衬板材料，其特征在于:其含有的化学元素成分及其质量百分比为:碳 2.2-2.4、硅 0.5-0.8、锰 4.1-4.4、钒 1.3-1.5、钨 2.8-3.4、钛 0.4-0.6、钴 0.1-0.2、硼0.6-0.8、铌 0.2-0.25、钆 0.05-0.08、Hf0.04-0.07、S ≤ 0.04、P≤ 0.04、余量为铁。
[0005]所述的高碳合金钢衬板材料的生产方法，其特征在于:
(1)、准备生铁与废铁按1:1-2比例作为铁基质来源，将生铁加入投入炉中熔化，进行脱硫、脱氧、采用精炼剂一次精炼、添加合金成分进行合金化，再加入废铁熔化、加入精炼剂二次精炼、检测并调整化学元素成分含量至合格、浇铸、铸后热处理等；
(2)、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为:(1)硅、铬、钛；(2)锰、硼、铌；
(3)其他剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为22-25分钟，投料后搅拌均匀。
[0006]所述的铸后热处理是:先由室温以200_220°C /小时速率升温至500-510°C，保温60-70分钟，再以200-220°C /小时速率升温至700_710°C，再以190_200°C /小时速率降温至600-610°C，再以200-220°C /小时速率升温至940-955°C，保温3-4小时；再以180-1900C /小时速率降温至600-610°C，再以200-220°C /小时速率升温至700-710°C，再以180-190°C /小时速率降温至480-500°C，保温70-80分钟；再以170_180°C /小时速率降温至220-230°C，保温2-3小时；再以200_220°C /小时速率升温至330_350°C，再以160-170°C /小时速率降温至200-210°C，再以180_190°C /小时速率升温至530_550°C，保温2-3小时，取出空冷即得。
[0007]所述的精炼剂由下列重量份的原料制成:工具钢粉30-40、麦饭石1-2、氟化钙
3-4、氧化镁6-7、氯化铁1-2、钾长石粉2-3、阳起石5_6、硫酸镁2_3、纳米二氧化硅2_3、玉石粉3-4、蒙脱石1-2、氟硅酸钾4-5 ;制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2-3%的硅烷偶联剂KH-550、1-2%的纳米碳粉，混合均匀后，在8-15Mpa下压制成坯，然后，在900-950°C下煅烧3-4小时，冷却后，再粉碎成150-250目粉末，即得。
[0008]本发明的有益效果
本发明的合金钢在高碳钢的基础上添加钨、硼、钆等元素，得到的合金钢不仅具有高碳钢极高的硬度、优异的耐磨性，而且还具有韧性好、塑性好、红硬高、耐腐蚀的优点。本发明使用部分废铁作为原料，并经过二次精炼，合理控制铸后热处理温度，分批投放原料，使合金品质更稳定均一，提高综合力学性能。本发明合金钢适用于磨损极其严重的矿石机械中，使用寿命延长一倍以上。本发明精炼剂用于铸造生产，明显提高成品率，特别是铸件中的气孔度降低1-2度，不会在铸件表面产生气孔，夹杂氧化物也明显降低，氧化夹杂物在2级左右。
【具体实施方式】
[0009]一种高碳合金钢衬板材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为:碳
2.2-2.4、硅 0.5-0.8、锰 4.1-4.4、钒 1.3-1.5、钨 2.8-3.4、钛 0.4-0.6、钴 0.1-0.2、硼0.6-0.8、铌 0.2-0.25、钆 0.05-0.08、Hf0.04-0.07、S ≤ 0.04、P ≤ 0.04、余量为铁。
[0010]所述的高碳合金钢衬板材料的生产方法如下:
(1)、准备生铁与废铁按1:1.5比例作为铁基质来源，将生铁加入投入炉中熔化，进行脱硫、脱氧、采用精炼剂一次精炼、添加合金成分进行合金化，再加入废铁熔化、加入精炼剂二次精炼、检测并调整化学元素成分含量至合格、浇铸、铸后热处理等；
(2)、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为:(1)硅、铬、钛；(2)锰、硼、铌；
(3)其他剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为24分钟，投料后搅拌均匀。
[0011]所述的铸后热处理是:先由室温以210°C /小时速率升温至505°C，保温65分钟，再以210°C /小时速率升温至705°C，再以195°C /小时速率降温至605°C，再以210°C /小时速率升温至948°C，保温3.5小时；再以185°C /小时速率降温至605°C，再以210°C /小时速率升温至705°C，再以185°C /小时速率降温至490°C，保温75分钟；再以175°C /小时速率降温至225°C，保温2.5小时；再以210°C /小时速率升温至340°C，再以165°C /小时速率降温至205°C，再以185°C /小时速率升温至540°C，保温2.5小时，取出空冷即得。
[0012]所述的精炼剂由下列重量份(公斤)的原料制成:工具钢粉35、麦饭石1.5、氟化钙3.5、氧化镁6.5、氯化铁1.5、钾长石粉2.5、阳起石5.5、硫酸镁2.5、纳米二氧化硅2.5、玉石粉3.5、蒙脱石1.5、氟硅酸钾4.5 ;制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成150目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2.6%的硅烷偶联剂KH-550U.5%的纳米碳粉，混合均匀后，在IlMpa下压制成坯，然后，在940°C下煅烧3.6小时，冷却后，再粉碎成190目粉末，即得。
[0013]本发明的高碳合金钢衬板材料的机械性能为:拉伸强度1380MPa，屈服强度973MPa，延伸率14%，断面收缩率29%，冲击吸收功53J，冲击韧性64J/cm2，硬度295HB。
【权利要求】
1.一种高碳合金钢衬板材料，其特征在于:其含有的化学元素成分及其质量百分比为:碳 2.2-2.4、硅 0.5-0.8、锰 4.1-4.4、钒 1.3-1.5、钨 2.8-3.4、钛 0.4-0.6、钴 0.1-0.2、硼 0.6-0.8、铌 0.2-0.25、钆 0.05-0.08、Hf0.04-0.07、S ≤ 0.04、P ≤ 0.04、余量为铁。
2.根据权利要求1所述的高碳合金钢衬板材料的生产方法，其特征在于: (1)、准备生铁与废铁按1:1-2比例作为铁基质来源，将生铁加入投入炉中熔化，进行脱硫、脱氧、采用精炼剂一次精炼、添加合金成分进行合金化，再加入废铁熔化、加入精炼剂二次精炼、检测并调整化学元素成分含量至合格、浇铸、铸后热处理等； (2)、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为:(1)硅、铬、钛；(2)锰、硼、铌；(3)其他剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为22-25分钟，投料后搅拌均匀。
3.根据权利要求2所述的高碳合金钢衬板材料的生产方法，其特征在于:所述的铸后热处理是:先由室温以200-220°C /小时速率升温至500-510°C，保温60-70分钟，再以200-2200C /小时速率升温至700-710°C，再以190_200°C /小时速率降温至600_610°C，再以200-220°C /小时速率升温至940-955°C，保温3_4小时；再以180_190°C /小时速率降温至600-610°C，再以200-220°C /小时速率升温至700-710°C，再以180_190°C /小时速率降温至480-500°C，保温70-80分钟；再以170_180°C /小时速率降温至220_230°C，保温2-3小时；再以200-220°C /小时速率升温至330-350°C，再以160_170°C /小时速率降温至200-210°C，再以180-190°C /小时速率升温至530_550°C，保温2_3小时，取出空冷即得。
4.根据权利要求2所述的高碳合金钢衬板材料的生产方法，其特征在于:所述的精炼剂由下列重量份的原料制成:工具钢粉30-40、麦饭石1-2、氟化钙3-4、氧化镁6-7、氯化铁1-2、钾长石粉2-3、阳起石5-6、硫酸镁2-3、纳米二氧化硅2_3、玉石粉3_4、蒙脱石1_2、氟硅酸钾4-5 ;制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2-3%的硅烷偶联剂KH-550、1-2%的纳米碳粉，混合均匀后，在8-15Mpa下压制成坯，然后，在900-950°C下煅烧3_4小时，冷却后，再粉碎成150-250目粉末，即得。
【文档编号】C21D5/00GK103667867SQ201310583101
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】潘政桃, 张学伍 申请人:马鞍山市益丰实业集团有限公司