一種低合金鑄鋼襯板及其製備方法與流程

2023-06-01 20:33:16 1

本發明涉及合金鑄鋼技術領域，具體涉及一種低合金鑄鋼襯板及其製備方法。

背景技術：

襯板是用來保護筒體，使筒體免受研磨體和物料的直接衝擊和摩擦，同時可利用不同形式的襯板來調整研磨體的運動黃臺，以增強研磨體對物料的粉碎作用，有助於提高磨機的粉磨效率，增加產量，降低金屬消耗。選擇各種襯板需主要考慮其對研磨介質的提升作用，使其對介質的運動軌跡產生影響。

當以粉碎為主時，要求襯板對研磨體的推舉能力較強，同時襯板應具有良好的抗衝擊性能。自1883年英國人哈德菲爾德(R．A．Hadfield)取得了高錳鋼專利以來，高錳鋼作為耐磨材料被廣泛用於冶金、礦山、鋼鐵、水泥等行業。作為礦山設備的主要備件，破碎機鄂式襯板或圓錐襯板也一直採用高錳鋼作為主要材料。隨著工況條件的日漸多元，高錳鋼在低硬度礦石、物料的粉碎過程中達不到理想的耐磨性。高錳鋼ZGMn13有足夠的抗衝擊韌性，但不耐磨且易變形。其原因是，高錳鋼韌性較好而表面硬度不佳，需在持續高衝擊下才能激發其形變硬化，實現高耐磨性。而由於極易加工硬化，使得高錳鋼也很難加工，只能以鑄件形式應用。在多數礦山企業，襯板在後期更換過程中，經常因為形變而很難拆卸，給現場工人帶來諸多麻煩。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種低合金鑄鋼襯板及其製備方法，在降低合金加入量的同時，提高襯板的耐磨性和抗衝擊性。

本發明為實現上述目的所採用的技術方案為：一種低合金鑄鋼襯板，襯板的製備原料及各原料的重量百分比為：碳 0.34-0.44%，矽 0.6-1.2%，錳 1.5-2.3%，鉻 0.3-0.6%，鉬 0.3-0.8%，鎳 0.1-0.4%，鈮 0.01-0.05%，硼化鎢 0.001-0.004%，稀土 0.01-0.03%，鋁 0.05-0.09%，餘量為鐵和不可避免雜質。

進一步的，一種低合金鑄鋼襯板，襯板的製備原料及各原料的重量百分比為：碳 0.34-0.44%，矽 0.6-1.2%，錳 1.5-2.3%，鉻 0.3-0.6%，鉬 0.3-0.8%，鎳 0.1-0.4%，鈮 0.01-0.05%，硼化鎢 0.001-0.004%，稀土 0.01-0.03%，鋁 0.05-0.09%，40-45%的純鐵，餘量為生鐵和/或廢鋼，其餘為不可避免雜質。

本發明的襯板的硫、磷含量的要求為：硫≤0.02%，磷≤0.02%。

一種低合金鑄鋼襯板的製備方法為：製作符合目標襯板的形狀和尺寸要求的鑄型，並將鑄型烘乾處理，將所述的製備原料熔煉後澆鑄到鑄型中，將澆鑄後的鑄件清砂後熱處理，製得低合金鑄鋼襯板。

進一步的，將所述的製備原料熔煉後澆鑄到鑄型中的方法為：將原料鐵加入爐中熔化，並按照原料鐵與脫磷劑為30：1的重量比，加入脫磷劑，除渣後形成鋼液；待鋼液全部熔化後，取鋼液樣化驗分析其組成成份，然後按需稱取碳、矽、錳、鉻、鉬、鎳、鈮、硼化鎢、稀土和鋁，調整合金的含量滿足低合金鑄鋼鋼種的重量百分比；將稱取的稀土放入鋼包，然後將製備的鋼液放入鋼包，然後在鋼包中依次加入碳、矽、錳、鉻、鉬、鎳、鈮和硼化鎢，完全熔化出爐，在出爐之前加入稱取的鋁，出爐溫度為1620-1660℃；其中，鋼包底部連接有吹氬裝置，靜置吹氬2-3min後，澆鑄到鑄型中，澆鑄溫度為1550-1580℃。

進一步的，在鋼包中依次加入碳、矽、錳 、鉻、鉬、鎳、鈮和硼化鎢的要求為：各合金元素的加入時刻為加入的前一元素完全熔化後。合金化過程中投入合金順序依次為：碳、矽、錳 、鉻、鉬、鎳、鈮、硼化鎢，鋁在出爐前加入，投入時間沒有限制，前一元素熔完即可；鋼液適當翻滾，保證各元素分布均勻。

進一步的，將澆鑄後的鑄件清砂後熱處理時，熱處理操作為：加熱到300℃保溫1h，繼續加熱到660℃保溫1h，然後再加熱到860-890℃保溫3h，空冷至室溫後，再加熱到300℃保溫1h，後加熱到660℃保溫1h，再加熱到890-920℃保溫3h，水淬後，加熱到190-220℃保溫3h，空冷。

本發明中，矽、錳、鉻與氧的親和力小，可以提前熔化，而鋁與氧的親和力大，最後熔化能夠有效脫氧，降低鋼液氣體夾雜。鎳作為昂貴金屬，本發明的加入量較少，為鎳0.1-0.4%，部分鎳能夠與矽生成中間化合物，降低晶粒的再結晶速度；本發明加入的鈮，能夠部分溶於奧氏體，增加回火穩定性，提高襯板的抗衝擊韌性；更重要的是，鈮能夠與純鐵生成Fe2Nb2，改善低溫韌性和焊接性能。

本發明選用合金以常用金屬為主，且加入量較少，原材料成本較低，經濟性較高。其中的鎳、鉬和鉻能夠抑制鑄鋼的回火脆性，錳能夠擴大奧氏體區域，細化晶粒，降低奧氏體分解速度，增加殘餘奧氏體的數量，提高鑄鋼的抗衝擊韌性。鈮和硼化鎢的加入，作為強調質劑，能有效抑制殘餘奧氏體形變再結晶，細化晶粒，對鋼進行沉澱強化。其中的鋁、錳、矽，極易和鋼中的氧和氮化合，形成氧、氮化物，鋼中含有一定數量的鎳、鋁、鈮等元素時，能形成不同類型的金屬間化合物，提高淬透性。

本發明在澆鑄時，砂型提前烘乾，鋼液爐外吹氬精煉，澆鑄溫度在1550-1580℃，熔煉出爐溫度為1620-1660℃，其中，在澆鑄前靜置吹氬，避免偏析；澆鑄溫度比出爐溫度低40-110℃，有利於減少因過熱造成的氣泡、縮孔和變形等缺陷；本發明澆鑄溫度的設置，能夠使鋼液的流動性最佳，避免形成氣泡和偏析，且能夠避免鑄型邊角澆鑄不到位的情況。

有益效果：（1）本發明的熱處理工藝中加入正火預處理，且在升溫過程中採用分段循序加熱，最終所得組織更加緻密，均勻，所得組織以板條馬氏體為主，並有少量殘餘奧氏體和貝氏體，板條馬氏體具有良好的抗衝擊韌性，部分殘餘奧氏體及下貝氏體性能穩定，能夠阻礙微裂紋的拓展，提高鑄鋼的耐磨性，本發明低合金鑄鋼襯板材料力學性能：硬度49-56HRc，V型缺口衝擊功38-46J，衝擊值48-55J·cm-2，拉伸強度≥1850MPa；（2）經過檢測，本發明鋼種表面硬度較高，韌性較好，綜合力學性能優良；本發明鋼種不僅適用於襯板材料，對電力、採礦、水泥、冶金等行業的相關耐磨備件都可採用，性價比較高。

附圖說明

圖1為實施例1的金相組織圖。

具體實施方式

一種低合金鑄鋼襯板，襯板的製備原料及各原料的重量百分比為：碳 0.34-0.44%，矽 0.6-1.2%，錳 1.5-2.3%，鉻 0.3-0.6%，鉬 0.3-0.8%，鎳 0.1-0.4%，鈮 0.01-0.05%，硼化鎢 0.001-0.004%，稀土 0.01-0.03%，鋁 0.05-0.09%，餘量為鐵和不可避免雜質。其中，襯板的硫、磷含量的要求為：硫≤0.02%，磷≤0.02%。

一種低合金鑄鋼襯板的製備方法為：製作符合目標襯板的形狀和尺寸要求的鑄型，並將鑄型烘乾處理，將所述的製備原料熔煉後澆鑄到鑄型中，將澆鑄後的鑄件清砂後熱處理，製得低合金鑄鋼襯板。

實施例1

一種低合金鑄鋼襯板，襯板的製備原料及各原料的重量百分比為：碳 0.34%，矽 0.6%，錳 2.3%，鉻0.6%，鉬0.8%，鎳 0.1%，鈮 0.01%，硼化鎢0.004%，硼0.004%，稀土0.03%，鋁0.09%，45%的純鐵，硫≤0.02%，磷≤0.02%，餘量為生鐵和廢鋼，其餘為不可避免雜質。

一種低合金鑄鋼襯板的製備方法為：將純鐵、生鐵和廢鋼加入中頻感應中熔煉，並按照純鐵、生鐵和廢鋼總質量與脫磷劑重量為30：1的重量比，加入脫磷劑，還可根據需要加入純鐵、生鐵和廢鋼總質量1-1.5%的脫硫劑，除渣後形成鋼液；待鋼液全部熔化後，取鋼液樣化驗分析其組成成份含量，然後按需稱取碳、矽、錳、鉻、鉬、鎳、鈮、硼化鎢、稀土和鋁，調整合金的含量滿足低合金鑄鋼鋼種的重量百分比；將稱取的稀土放入鋼包，然後將製備的鋼液放入鋼包，然後在鋼包中依次加入碳、矽、錳、鉻、鉬、鎳、鈮和硼化鎢，加入的順序要求為：各合金元素的加入時刻為加入的前一元素完全熔化後。鋼液一直保持適度翻滾，完全熔化出爐，在出爐之前加入稱取的鋁，出爐溫度為1645℃；其中，鋼包底部連接有吹氬裝置，靜置吹氬2.5-3min後，澆鑄到鑄型中，澆鑄溫度為1565℃。其中，各原料在加入之前皆提前烘乾，且原料中硫磷含量越低越好。

然後將澆鑄後的鑄件清砂後熱處理時，熱處理操作為：加熱到300℃保溫1h，繼續加熱到660℃保溫1h，然後再加熱到890℃保溫3h，空冷至室溫；加熱到300℃保溫1h，後加熱到660℃保溫1h，再加熱到890℃保溫3h，水淬至室溫；加熱到200℃保溫3h，空冷至室溫。製得低合金鑄鋼襯板，其金相組織圖如圖1所示。

本發明採用890℃正火+890℃淬火+200℃回火熱處理工藝，加熱過程分段保溫，所得最終組織以回火馬氏體為主，並有部分殘餘奧氏體及下貝氏體。其力學性能：硬度49-6HRc，V型缺口衝擊功38-46J，衝擊值48-55J·cm-2，拉伸強度≥1850MPa，力學性能優良，材料成本較低，適合應用推廣。本發明利用的純鐵的含碳量不超過0.0218%，生鐵的含碳量為2.11-6.69%，生鐵中碳為化合碳，能夠提高生鐵的強度和硬度；本發明的原料矽，能夠促使生鐵中的碳分離為石墨狀，降低鑄件的氣眼，提高鋼液的流動性。

實施例2

一種低合金鑄鋼襯板，襯板的製備原料及各原料的重量百分比為：碳 0.46%，矽 1.2%，錳 1.9%，鉻0.5%，鉬0.3%，鎳 0.4%，鈮 0.05%，硼化鎢0.001%，稀土0.01%，鋁0.05%，40%的純鐵，硫≤0.02%，磷≤0.02%，餘量為廢鋼，其餘為不可避免雜質。

一種低合金鑄鋼襯板的製備方法為：將純鐵和廢鋼加入中頻感應中熔煉，並按照純鐵和廢鋼總質量與脫磷劑重量為30：1的重量比，加入脫磷劑，還可根據需要加入純鐵和廢鋼總質量0.5-1%的脫硫劑，除渣後形成鋼液；待鋼液全部熔化後，取鋼液樣化驗分析其組成成份含量，然後按需稱取碳、矽、錳、鉻、鉬、鎳、鈮、硼化鎢、稀土和鋁，調整合金的含量滿足低合金鑄鋼鋼種的重量百分比；將稱取的稀土放入鋼包，然後將製備的鋼液放入鋼包，然後在鋼包中依次加入碳、矽、錳、鉻、鉬、鎳、鈮和硼化鎢，加入的順序要求為：各合金元素的加入時刻為加入的前一元素完全熔化後。鋼液一直保持適度翻滾，完全熔化出爐，在出爐之前加入稱取的鋁，然後出爐，出爐溫度為1620℃；其中，鋼包底部連接有吹氬裝置，靜置吹氬2.5-3min後，澆鑄到鑄型中，澆鑄溫度為1580℃。其中，各原料在加入之前皆提前烘乾，且原料中硫磷含量越低越好。

然後將澆鑄後的鑄件清砂後熱處理時，熱處理操作為：加熱到300℃保溫1h，繼續加熱到660℃保溫1h，然後再加熱到860℃保溫3h，空冷至室溫後；加熱到300℃保溫1h，後加熱到660℃保溫1h，再加熱到900℃保溫3h，水淬至室溫；加熱到220℃保溫3h，空冷至室溫，製得低合金鑄鋼襯板。

實施例3

一種低合金鑄鋼襯板，襯板的製備原料及各原料的重量百分比為：碳 0.41%，矽 1.0%，錳1.5%，鉻0.3%，鉬0.5%，鎳 0.2%，鈮 0.03%，硼化鎢 0.002%，稀土0.02%，鋁0.07%，43%的純鐵，硫≤0.02%，磷≤0.02%，餘量為生鐵，其餘為不可避免雜質。

本發明利用的純鐵的含碳量不超過0.0218%，生鐵的含碳量為2.11-6.69%，生鐵中碳為化合碳，能夠提高生鐵的強度和硬度；本發明的低合金鑄鋼中含有Nb(CN)非氧化物增強相，能夠起到釘扎晶界的作用；而且，在正火和淬火後，Nb(CN)非氧化物增強相又部分熔解，彌散在合金中，能夠阻止晶粒長大。

一種低合金鑄鋼襯板的製備方法為：將純鐵和生鐵加入中頻感應中熔煉，並按照純鐵和生鐵總質量與脫磷劑重量為30：1的重量比，加入脫磷劑，除渣後形成鋼液；待鋼液全部熔化後，取鋼液樣化驗分析其組成成份含量，然後按需稱取碳、矽、錳、鉻、鉬、鎳、鈮、硼化鎢、稀土和鋁，調整合金的含量滿足低合金鑄鋼鋼種的重量百分比；將稱取的稀土放入鋼包，然後將製備的鋼液放入鋼包，然後在鋼包中依次加入碳、矽、錳、鉻、鉬、鎳、鈮和硼化鎢，加入的順序要求為：各合金元素的加入時刻為加入的前一元素完全熔化後。鋼液一直保持適度翻滾，完全熔化出爐，在出爐之前加入稱取的鋁，然後出爐，出爐溫度為1660℃；其中，鋼包底部連接有吹氬裝置，靜置吹氬2-2.5min後，澆鑄到鑄型中，澆鑄溫度為1550℃。其中，各原料在加入之前皆提前烘乾，且原料中硫磷含量越低越好。

然後將澆鑄後的鑄件清砂後熱處理時，熱處理操作為：加熱到300℃保溫1h，繼續加熱到660℃保溫1h，然後再加熱到870℃保溫3h，空冷至室溫；加熱到300℃保溫1h，後加熱到660℃保溫1h，再加熱到920℃保溫3h，水淬至室溫；加熱到190℃保溫3h，空冷至室溫，製得低合金鑄鋼襯板。