一种半自磨机用高耐磨超高锰钢衬板及制备方法与流程

本发明涉及一种半自磨机用高耐磨超高锰钢衬板及制备方法，属于金属材料铸造技术领域。

背景技术：

冶金矿山用大型自磨机衬板服役中受强烈冲击、磨粒磨损及腐蚀磨损等苛刻工况条件，传统高锰钢性能难以满足实际应用需要。超高锰钢在高应力、强冲击工况条件下具备优异的抗磨性能，能够满足大型化抗磨件的要求。然而，众所周知，若超高锰钢生产方法及工艺控制不当，实际服役过程中常常会出现种种问题，因此，诸多生产企业对此往往望而却步。超高锰钢作为耐磨材料，在抵抗强冲击、大压力作用下的磨料磨损或凿削磨损方面，其优异的耐磨性是其他材料所无法比拟的。在较大的冲击载荷或接触应力作用下，其表层迅速产生加工硬化，产生高耐磨的表面层，而此时内层奥氏体仍保持着良好的韧性。

但是，目前超高锰钢衬板在服役短期时间内即出现的固定螺栓绷断、提升条脱落、裂纹和破断等失效问题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中超高锰钢衬板在服役短期时间内即出现的固定螺栓绷断、提升条脱落、裂纹和破断等失效问题，提供一种半自磨机用高耐磨超高锰钢衬板及其制备方法，本发明设计出合金化超高锰钢，耐磨粒状物嵌布于超高锰钢衬板基体耐磨层，本发明制造的超高锰钢衬板硬度、冲击韧性、冲击磨损性能显著提升。制造工艺简单、便于操作，适合大规模工业化生产。

为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种半自磨机用高耐磨超高锰钢衬板，由合金化超高锰钢衬板基体和嵌布于超高锰钢衬板基体耐磨层的耐磨粒状物组成，耐磨粒状物占合金化超高锰钢衬板基体质量的1~5%。

所述合金化超高锰钢化学成分为:c0.7～1.4wt%，si0.5～0.9wt%，mn15～20wt%，p≤0.07wt%，s≤0.02wt%，cr1.8～2.3wt%，ti0.01～0.5wt%，v0.01～0.5wt%，mo0.1～0.4wt%，ni0.1～0.3wt%，n0.01～0.2wt%，re0.1～0.4wt%，余量为fe和其它不可避免的杂质。

所述耐磨粒状物为氧化硅、氧化铝、氧化钛和/或陶土烧制的陶瓷颗粒。

所述半自磨机用高耐磨超高锰钢衬板的制备方法，具体步骤如下：

（1）根据合金化超高锰钢成分进行配料、熔炼得到合金液，在模具型腔底部均匀铺设耐磨粒状物，合金液浇注成型得到合金化超高锰钢衬板胚体；

（2）将合金化超高锰钢衬板胚体置于温度为1040~1100℃下保温1~5h，水冷至室温，再置于温度为200~500℃下保温1~5h，空气冷却至室温即得半自磨机用高耐磨超高锰钢衬板。

本发明的有益效果是：

（1）本发明中微量钛钒钼的加入能使超高锰钢内形成细小弥散分布的第二相颗粒起沉淀强化作用，同时有效促进了超高锰钢组织中晶粒细化；

（2）本发明中镍和re的加入能提高合金化超高锰钢的韧性，有细化晶粒的效果；

（3）本发明高耐磨超高锰钢衬板采用铸造和合理的热处理工艺制备，得到具有高硬度、屈服强度、冲击韧性与耐磨性的超高锰钢衬板，制备方法简单，易于大规模工业化生产。

附图说明

图1为高耐磨超高锰钢衬板结构示意图，其中1-合金化超高锰钢，2-耐磨粒状物；

图2为实施例1超高锰钢在3j冲击功下磨损量与磨损时间的关系图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

实施例1：本实施例所述超高锰钢衬板尺寸为1470×642×116mm，由合金化超高锰钢衬板基体和嵌布于超高锰钢衬板基体耐磨层的耐磨粒状物组成（见图1），耐磨粒状物占合金化超高锰钢衬板基体质量的3%；合金化超高锰钢的化学成分为c：0.969%，si：0.766%，mn：17.23%，p：0.061%，s：0.006%，cr：2.033%，ni：0.284%，mo：0.406%，v：0.425%，cu：0.539%，ti：0.0.388%，n：0.017，re：0.297%，余量为铁及不可避免的杂质；

半自磨机用高耐磨超高锰钢衬板的制备方法，具体步骤如下：

（1）根据合金化超高锰钢成分进行配料、熔炼得到合金液，在模具型腔底部均匀铺设耐磨粒状物，其中耐磨粒状物为10~30目氧化铝陶瓷颗粒，合金液浇注成型得到合金化超高锰钢衬板胚体；

（2）将合金化超高锰钢衬板胚体置于温度为1060℃下保温4h，水冷至室温，再置于温度为350℃下保温4h，空气冷却至室温即得半自磨机用高耐磨超高锰钢衬板；

半自磨机用高耐磨超高锰钢衬板在3j冲击功下磨损量与磨损时间的关系图见图2，从图2可知，添加了陶瓷耐磨物的超高锰钢衬板比未陶瓷耐磨物的耐磨性提高了近25%；

本实施例制备的超高锰钢衬板基体屈服强度517mpa，抗拉强度688mpa，断后延伸率24%，冲击韧性63j/cm²，初始硬度hbw215。

实施例2：本实施例所述超高锰钢衬板尺寸为1470×642×116mm，由合金化超高锰钢衬板基体和嵌布于超高锰钢衬板基体耐磨层的耐磨粒状物组成（见图1），耐磨粒状物占合金化超高锰钢衬板基体质量的4%；合金化超高锰钢的化学成分为c：0.880%，si：0.804%，mn：18.99%，p：0.063%，s：0.007%，cr：1.873%，ni：0.315%，mo：0.547%，v：0.447%，cu：0.539%，ti：0.412%，n：0.023，re：0.307%，余量为铁及不可避免的杂质；

半自磨机用高耐磨超高锰钢衬板的制备方法，具体步骤如下：

（1）根据合金化超高锰钢成分进行配料、熔炼得到合金液，在模具型腔底部均匀铺设耐磨粒状物，其中耐磨粒状物为10~30目氧化铝陶瓷颗粒，合金液浇注成型得到合金化超高锰钢衬板胚体；

（2）将合金化超高锰钢衬板胚体置于温度为1050℃下保温3h，水冷至室温，再置于温度为500℃下保温3h，空气冷却至室温即得半自磨机用高耐磨超高锰钢衬板；

本实施例制备的超高锰钢衬板基体屈服强度496mpa，抗拉强度638mpa，断后延伸率22%，冲击韧性65j/cm²，初始硬度hbw221。

实施例3：本实施例所述超高锰钢衬板尺寸为1470×642×116mm，由合金化超高锰钢衬板基体和嵌布于超高锰钢衬板基体耐磨层的耐磨粒状物组成（见图1），耐磨粒状物占合金化超高锰钢衬板基体质量的2%；合金化超高锰钢的化学成分为c：0.972%，si：0.774%，mn：16.23%，p：0.058%，s：0.007%，cr：2.022%，ni：0.249%，mo：0.338%，v：0.396%，cu：0.527%，ti：0.368%，n：0.019，re：0.292%，余量为铁及不可避免的杂质；

半自磨机用高耐磨超高锰钢衬板的制备方法，具体步骤如下：

（1）根据合金化超高锰钢成分进行配料、熔炼得到合金液，在模具型腔底部均匀铺设耐磨粒状物，其中耐磨粒状物为10~30目氧化铝陶瓷颗粒，合金液浇注成型得到合金化超高锰钢衬板胚体；

（2）将合金化超高锰钢衬板胚体置于温度为1080℃下保温3.5h，水冷至室温，再置于温度为450℃下保温3.5h，空气冷却至室温即得半自磨机用高耐磨超高锰钢衬板；

本实施例制备的超高锰钢衬板基体屈服强度512mpa，抗拉强度658mpa，断后延伸率26%，冲击韧性59j/cm²，初始硬度hbw225。

实施例4：本实施例所述超高锰钢衬板尺寸为1470×642×116mm，由合金化超高锰钢衬板基体和嵌布于超高锰钢衬板基体耐磨层的耐磨粒状物组成（见图1），耐磨粒状物占合金化超高锰钢衬板基体质量的5%；合金化超高锰钢的化学成分为c：0.892%，si：0.874%，mn：16.23%，p：0.048%，s：0.007%，cr：1.922%，ni：0.259%，mo：0.238%，v：0.376%，cu：0.427%，ti：0.388%，n：0.016，re：0.273%，余量为铁及不可避免的杂质；

半自磨机用高耐磨超高锰钢衬板的制备方法，具体步骤如下：

（1）根据合金化超高锰钢成分进行配料、熔炼得到合金液，在模具型腔底部均匀铺设耐磨粒状物，其中耐磨粒状物为10~30目氧化硅陶瓷颗粒，合金液浇注成型得到合金化超高锰钢衬板胚体；

（2）将合金化超高锰钢衬板胚体置于温度为1055℃下保温4h，水冷至室温，再置于温度为300℃下保温4h，空气冷却至室温即得半自磨机用高耐磨超高锰钢衬板；

本实施例制备的超高锰钢衬板基体屈服强度498mpa，抗拉强度652mpa，断后延伸率19%，冲击韧性68j/cm²，初始硬度hbw215。

实施例5：本实施例所述超高锰钢衬板尺寸为1470×642×116mm，由合金化超高锰钢衬板基体和嵌布于超高锰钢衬板基体耐磨层的耐磨粒状物组成（见图1），耐磨粒状物占合金化超高锰钢衬板基体质量的1%；合金化超高锰钢的化学成分为c：0.962%，si：0.774%，mn：18.23%，p：0.052%，s：0.006%，cr：1.952%，ni：0.279%，mo：0.338%，v：0.436%，cu：0.447%，ti：0.398%，n：0.019，re：0.313%，余量为铁及不可避免的杂质；

半自磨机用高耐磨超高锰钢衬板的制备方法，具体步骤如下：

（1）根据合金化超高锰钢成分进行配料、熔炼得到合金液，在模具型腔底部均匀铺设耐磨粒状物，其中耐磨粒状物为10~30目氧化钛陶瓷颗粒，合金液浇注成型得到合金化超高锰钢衬板胚体；

（2）将合金化超高锰钢衬板胚体置于温度为1085℃下保温3h，水冷至室温，再置于温度为400℃下保温3h，空气冷却至室温即得半自磨机用高耐磨超高锰钢衬板；

本实施例制备的超高锰钢衬板基体屈服强度501mpa，抗拉强度598mpa，断后延伸率21%，冲击韧性55j/cm²，初始硬度hbw228。