合金組合物、半自磨機襯板及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種合金組合物，按重量百分比計，包括如下組分：C：0.3～0.5％，Si：0.5～0.8％，Mn：0.7～1.3％，P：≤0.025％，S：≤0.025％，Cr：1.5～3％，Mo：0.2～0.4％，Ni：0.15～0.35％，Ti：0.005～0.020％，Cu：0.1～0.35％，B：0.001～0.006％，La：0.02～0.07％，Al：≤0.03％，余量為Fe。本發(fā)明還提供由上述合金組合物制成的半自磨機襯板及其制造方法。本發(fā)明的半自磨機襯板力學性能優(yōu)異，耐磨性好，減少了檢修次數(shù)，避免了重復勞動，降低了勞動強度，延長了設備的使用壽命，提高了經濟效益。
【專利說明】合金組合物、半自磨機襯板及其制造方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及半自磨機，特別涉及一種半自磨機襯板及其制造方法。

【背景技術】
[0002] 半自磨機是國內外火電、礦山、化工、冶金等行業(yè)生產中主要粉碎研磨設備，筒體 襯板和磨球則是半自磨機正常運轉中的主要工作部件。其工作原理：礦石隨筒體轉動，位 置迅速提高，很快從受壓狀態(tài)轉為張力狀態(tài)。當?shù)V石重力克服離心力時，礦石就脫離筒體落 下，但各種粒度礦石下落的路徑是不同的。大塊礦石由于重力大，上身到較低高度時首先滑 落下來，同時對較小顆粒產生沖擊和磨碎作用，隨后往筒體中心層移動；中等塊的礦石隨筒 體到達較高的位置后按瀉落狀態(tài)滾落下來，礦石相互磨剝形成瀉落區(qū)；小塊礦石隨筒體達 到更高位置沿拋物線軌跡落下，形成礦石瀑落區(qū)。此時的沖擊力使礦石磨碎成細粒，合乎產 品粒度要求的顆粒通過出料端格篩從中部排出。
[0003] 半自磨機襯板的使用壽命受到礦石加料量、工況環(huán)境、襯板材質及工藝質量等因 素的影響，其中襯板的材質和工藝質量尤為重要。目前國內半自磨機襯板一般采用鉻鑰合 金，但其力學性能和耐磨性不足，導致使用壽命較短，例如中信鐵礦石半自磨機襯板的使用 壽命為65天左右，美卓鐵礦石半自磨機襯板的使用壽命為70天左右，均不能滿足現(xiàn)場的時 間使用要求。
[0004] 隨著現(xiàn)代化生產的發(fā)展，半自磨機需求量越來越多，半自磨機的直徑也越來越大， 直徑五米左右的半自磨機在生產中已廣泛應用，因此對筒體襯板的質量要求越來越高。由 于筒體襯板長期處在嚴酷的工況中，維修量和更換量都相當大，不僅浪費人力、物力、財力， 且直接影響生產效率，影響現(xiàn)代化企業(yè)的文明生產。


【發(fā)明內容】

[0005] 針對上述問題，發(fā)明人經過長期的深入研究，提供一種合金組合物以及由該合金 組合物制得的半自磨機襯板，以提高半自磨機襯板的力學性能和耐磨性，延長使用壽命。
[0006] 一方面，本發(fā)明提供一種合金組合物，按重量百分比計，包括如下組分：C :0. 3? 0· 5%，Si :0· 5 ?0· 8%，Μη :0· 7 ?1. 3%，P :彡 0· 025%，S :彡 0· 025%，Cr :1· 5 ?3%， Mo :0. 2 ?0. 4%，Ni :0. 15 ?0. 35%，Ti :0. 005 ?0. 020%，Cu :0. 1 ?0. 35%，B :0. 001 ? 0· 006%，La :0· 02 ?0· 07%，A1 :彡 0· 03%，余量為 Fe。
[0007] 在本發(fā)明的合金組合物的一個實施方式中，按重量百分比計，包括如下組分：C : 0· 35 ?0· 4 %，Si :0· 5 ?0· 55 %，Μη :0· 75 ?0· 8 %，P :彡 0· 025 %，S :彡 0· 025 %，Cr : 1. 6 ?1. 8 %，Mo :0· 25 ?0· 27 %，Ni :0· 2 ?0· 25 %，Ti :0· 015 ?0· 020 %，Cu :0· 1 ? 0· 35%，B :0· 001 ?0· 006%，La :0· 03 ?0· 04%，A1 :彡 0· 03%，余量為 Fe。
[0008] 另一方面，本發(fā)明還提供一種半自磨機襯板，由上述合金組合物制成。
[0009] 在本發(fā)明的半自磨機襯板的一個實施方式中，所述半自磨機襯板為鐵礦石半自磨 機襯板。
[0010] 再一方面，本發(fā)明提供上述半自磨機襯板的制造方法，包括以下步驟：
[0011] (1)按照所述半自磨機襯板所需含量選取各組分，然后鑄造該襯板；
[0012] (2)將在步驟（1)中鑄造的所述襯板在800?900°C溫度下進行退火處理，保溫時 間為8?12小時；
[0013] (3)將經過步驟（2)中所述退火處理的襯板在850?KKKTC溫度下進行淬火處 理，保溫時間為2?3小時；
[0014] (4)將經過步驟（3)中所述淬火處理的襯板在500?600°C溫度下進行回火處理， 保溫時間為8?12小時。
[0015] 在本發(fā)明的制造方法的一個實施方式中，所述退火處理為等溫退火。
[0016] 在本發(fā)明的制造方法的另一個實施方式中，所述等溫退火包括：
[0017] (a)將所述襯板在800?900°C溫度下保溫時間為8?12小時；
[0018] (b)將所述襯板的溫度隨爐冷卻至600?700°C，再保溫10?12小時，之后隨爐 冷卻至400°C以下，再空冷至室溫。
[0019] 在本發(fā)明的制造方法的另一個實施方式中，還包括在所述退火處理前將所述襯板 在550?600°C溫度下保溫6?8小時。
[0020] 在本發(fā)明的制造方法的一個實施方式中，所述淬火處理為油淬。
[0021] 在本發(fā)明的制造方法的一個實施方式中，還包括在所述淬火處理前將所述襯板在 700-800°C溫度下保溫2-3小時。
[0022] 本發(fā)明通過改變半自磨機襯板的配方和熱處理工藝，提高了襯板的力學性能和耐 磨性，減少了檢修次數(shù)，避免了重復勞動，降低了勞動強度，延長了設備的使用壽命，提高了 經濟效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為根據(jù)本發(fā)明的制造方法的一個實施方式的熱處理曲線圖。

【具體實施方式】
[0024] 下面根據(jù)具體實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步說明。本發(fā)明的保護范圍不限 于以下實施例，列舉這些實例僅出于示例性目的而不以任何方式限制本發(fā)明。
[0025] 本發(fā)明提供一種合金組合物，按重量百分比計，包括如下組分：C :0. 3?0. 5%， Si :0· 5 ?0· 8%，Mn :0· 7 ?1. 3%，P :彡 0· 025%，S :彡 0· 025%，Cr :1· 5 ?3%，Mo :0· 2 ? 0· 4%，Ni :0· 15 ?0· 35%，Ti :0· 005 ?0· 020%，Cu :0· 1 ?（λ 35%，B :0· 001 ?0· 006%， La :0· 02 ?0· 07%，A1 :彡 0· 03%，余量為 Fe。
[0026] 本發(fā)明還提供一種半自磨機襯板，由上述合金組合物制成。該半自磨機襯板優(yōu)選 為鐵礦石半自磨機襯板。
[0027] 合金材質的性能是由其金相組織決定的，而金相組織又取決于合金的化學成分及 熱處理工藝，本發(fā)明的半自磨機襯板的化學成分的確定具有如下理由：
[0028] C :鋼中含碳量增加，會使其屈服點和抗拉強度升高，但塑性和沖擊韌性降低；碳 含量過低時，鑄鋼的鑄造性能差。為了保證合金具有好的強度、韌性以及耐磨性，同時又 不降低其鑄造性能，本發(fā)明的半自磨機襯板中碳的含量為〇. 3?0. 5%，優(yōu)選為0. 35? 0· 4%。
[0029] Si :娃在鋼中形成固溶體，可以起到固溶強化的作用，有利于提高鋼的強度，但硅 固溶于基體后，降低基體塑性，且硅降低淬透性，容易促使形成珠光體，影響材料耐磨性。合 適的硅加入量在熔煉過程中，硅可以起到固溶強化的作用，有利于提高鋼的強度，本發(fā)明的 半自磨機襯板中，硅的含量為〇. 5?0. 8%，優(yōu)選為0. 5?0. 55%。
[0030] Μη:在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，錳是擴大奧氏體區(qū)的元素，含量 過高，會使淬火組織中殘留的奧氏體過多，不利于改善襯板的耐磨性，本發(fā)明的半自磨機襯 板中錳的含量為〇. 7?1. 3%，優(yōu)選為0. 75?0. 8%。
[0031] S和Ρ :硫和磷是原料引入的不可避免的雜質，磷會引起熱脆，硫易引起冷脆，為保 證合金的強度和韌性，需嚴格控制硫和磷的含量，本發(fā)明的半自磨機襯板中，硫和磷的含量 均< 0· 025%。
[0032] Cr:鉻能顯著提高鋼的強度、硬度、淬透性和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。鉻能 夠降低相變驅動力，還能抑制相變時碳化物的形核長大，所以可提高鋼的淬透性。鉻的含量 過低，材料的耐腐蝕性差，含量過高則韌性差。本發(fā)明的半自磨機襯板中鉻的含量為1. 5? 3%，優(yōu)選為1. 6?1. 8%。
[0033] Mo :鑰能有效提高鋼的淬透性，是較強的碳化物形成元素，且其碳化物穩(wěn)定不易長 大，所以能細化晶粒，大大提高鋼的回火穩(wěn)定性。本發(fā)明為在滿足上述特性的同時使成本降 低，將鑰的含量控制在0. 2?0. 4 %，優(yōu)選為0. 25?0. 27 %。
[0034] Ni :加入鎳元素可提高鋼的耐蝕性、韌性和淬透性，在多元合金化的條件下，鎳與 鉻、鑰等元素共同作用，對耐蝕性的提高作用明顯，但由于鎳的價格昂貴，為了控制合金成 本，加入量控制在〇· 15?0· 35 %，優(yōu)選為0· 2?0· 25 %。
[0035] Ti ::鈦能使鋼的內部組織致密，細化晶粒，提高鑄鋼襯板的強韌性和耐磨性，鈦 加入量過多，易出現(xiàn)粗大的TiC顆粒，反而降低鋼的強度和韌性，合適的鈦含量為0. 005? 0· 020%，優(yōu)選為 0· 015 ?0· 020%。
[0036] Cu :銅在鋼中有抵抗大氣腐蝕之性能。低碳鋼內含銅1 %，其抵抗大氣腐蝕性約較 不含銅者高出四倍。在不銹鋼中加銅3-4%，亦有助不銹鋼之防蝕作用。本發(fā)明的半自磨機 襯板中，銅的含量為〇. 1?0.35%。
[0037] B :合金中加入微量的硼可改善其淬透性和致密性，提高強度。另外，在錳含量較 高的情況下，加入微量硼，易促進淬火組織中出現(xiàn)強韌性好的貝氏體組織，但硼含量過高， 易發(fā)生硼脆現(xiàn)象，會大幅度降低鑄鋼韌性，本發(fā)明的半自磨機襯板中，硼的含量為〇. 001? 0. 006%。
[0038] La:鑭的加入能夠在凈化鋼質、變質夾雜物和微合金化等多方面發(fā)揮重要作用，從 而顯著改善鋼的塑韌性以及疲勞磨損性能。本發(fā)明的半自磨機襯板中，鑭的含量為〇. 02? 〇· 07%，優(yōu)選為 0· 03 ?0· 04%。
[0039] A1 :錯用作煉鋼時的脫氧定氮劑，細化晶粒，抑制低碳鋼的時效，改善鋼在低溫時 的韌性，特別是降低了鋼的脆性轉變溫度，本發(fā)明的半自磨機襯板中，鋁的含量<0.03%。
[0040] 本發(fā)明還提供上述半自磨機襯板的制造方法，包括鑄造工藝和熱處理工藝，具體 可包括以下步驟：工藝設計一-4莫型制作一-^造型制芯一-^扣箱一-^熱風干燥烘烤一-^澆 注（澆注溫度1540-1560°c ) --^保溫一-^打箱一-^落砂一-^冷碰冒口一-^高溫退火一-- 清理、拋丸、打磨一-^鑄件劃線一-^探傷及表面檢查一-^調質處理一-^力學性能化學成分 檢驗一-^精整打磨、探傷及檢驗一-^入庫，以上各步驟可根據(jù)實際需要進行，并不限于此。
[0041] 鑄造工藝可選用砂型鑄造，同時可利用MAGMA軟件進行鑄造分析，以獲得更好的 鑄造效果。
[0042] 熱處理工藝主要包括高溫退火和調質處理，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明制造方法的一 個實施方式的熱處理曲線圖。如圖1所示，高溫退火是將鑄造后的襯板在800?900°C溫度 下進行退火處理，保溫時間為8?12小時；調質處理是將高溫退火后的襯板分別進行淬火 處理和回火處理，即將襯板在850?1000°C溫度下進行淬火處理，保溫時間為2?3小時， 之后再將襯板在500?600°C溫度下進行回火處理，保溫時間為8?12小時。
[0043] 退火是將工件加熱到預定溫度，保溫一定的時間后緩慢冷卻的金屬熱處理工藝。 退火的目的在于：改善或消除鋼鐵在鑄造、鍛壓、乳制和焊接過程中所造成的各種組織缺陷 以及殘余應力，防止工件變形、開裂；軟化工件以便進行切削加工；細化晶粒，改善組織以 提高工件的機械性能；為最終熱處理（淬火、回火）作好組織準備。
[0044] 本發(fā)明的退火處理優(yōu)選為等溫退火，等溫退火與完全退火加熱溫度完全相同，只 是冷卻的方式有差別。等溫退火是以較快的速度冷卻到A1以下某一溫度，保溫一定時間使 奧氏體轉變?yōu)橹楣怏w組織，然后空冷。對某些奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼，采用等溫退火可大 大縮短退火周期，同時可以降低某些合金結構鋼的高硬度，以進行切削加工。
[0045] 本發(fā)明所用的等溫退火是將襯板在800?900°C溫度下保溫時間為8?12小時， 之后將襯板的溫度隨爐冷卻至600?700°C，冷卻時間通常為3小時左右，再保溫10?12 小時，最后隨爐冷卻至400°C以下，再空冷至室溫。
[0046] 將鋼加熱到臨界點以上一定溫度，保溫一定時間，然后以適當?shù)乃俣壤鋮s獲得馬 氏體或馬氏體加貝氏體組織的熱處理工藝稱為淬火。淬火的目的是在工件截面上獲得所需 的馬氏體或下貝氏體組織，提高強度、硬度和耐磨性。為此，應首先將鋼加熱到臨界點以上 的溫度范圍并在該溫度下停留必要的時間使鍛件奧氏體化，然后在大于臨界點冷卻速度的 條件下冷卻，這樣才能使奧氏體不發(fā)生鐵素體和珠光體轉變，冷到Ms點以下時奧氏體轉變 為馬氏體。
[0047] 在淬火過程中，當鍛件加熱至750°C左右時，鍛件表面已經入塑性狀態(tài)，而鍛件心 部的溫度此時只有450-600°C，仍處于彈性狀態(tài)，若直接升溫至預定的淬火溫度，鍛件很容 易在心部形成裂紋或使原有的裂紋擴大。因此，在淬火加熱過程中，還可先將鍛件加熱到 700-800°C，保溫2-3小時，之后再升溫至850-1000°C，然后再保溫2-3小時，如此可有效地 控制鍛件表面與心部的溫差。
[0048] 同理，在退火加熱過程中，可先將鍛件加熱到550_650°C，保溫6-8小時，之后再升 溫至800-900°C，然后再保溫8-12小時，以有效地控制鍛件表面與心部的溫差。
[0049] 淬火處理可采用多種冷卻介質，常見的為水淬和油淬，其中水淬冷卻快、但應力 大，變形、開裂傾向大，一般用于淬透性差的碳鋼，而油淬冷卻效溫和，一般用于淬透性較好 的合金鋼。本發(fā)明的淬火處理優(yōu)選油淬。
[0050] 回火是緊接淬火的一道熱處理工藝，大多數(shù)淬火鋼都要進行回火?；鼗鸬哪康氖?為了穩(wěn)定組織，減小或消除淬火應力，提高鋼的塑性和韌性，獲得強度、硬度和塑性、韌性的 適當配合，以滿足不同工件的性能要求。常用的回火工藝包括低溫回火（溫度<250°C)、中 溫回火（溫度300-500°C)和高溫回火（溫度>500°C)，其中淬火后高于500°C的高溫回火， 獲得回火索氏體，此工藝又稱調質處理（淬火和高溫回火的綜合熱處理工藝），主要用于中 碳結構鋼工件，使鋼的強度、塑性、韌性達到恰當?shù)呐浜?，具有良好的綜合力學性能。
[0051] 除非另作說明，本發(fā)明對熱處理過程中的升溫速率和降溫速率沒有特殊限定。
[0052] 以下通過實施例對本發(fā)明作進一步地詳細說明。
[0053] 實施例
[0054] 實施例1
[0055] 按照半自磨機襯板所需含量選取各組分，按重量百分比計，C :0.4%，Si :0.5%， Μη ：0. 75%, Ρ 0. 025%, S 0. 025%, Cr ：1. 8%, Mo ：0. 25%, Ni ：0. 2%, Ti ：0. 015%, Cu :0. 2%，B :0. 002%，La :0. 03%，A1 :彡 0. 03%，余量為 Fe，然后鑄造該襯板；
[0056] 退火處理：將鑄造后的襯板加熱至550°C并保溫7小時，之后再加熱至850°C并保 溫10小時，隨后在3小時左右冷卻至600°C并保溫12小時，最后隨爐冷卻至400°C以下，再 空冷至室溫；
[0057] 淬火處理：將退火后的襯板加熱至700°C并保溫3小時，之后再加熱至900°C并保 溫3小時，隨后在油中冷卻至60°C以下；
[0058] 回火處理：將淬火后的襯板加熱至550°C并保溫12小時，之后在空氣中冷卻，得到 熱處理后的半自磨機襯板；
[0059] 最后進行精整打磨、探傷及檢驗等工序，得到成品。
[0060] 實施例2
[0061] 按照半自磨機襯板所需含量選取各組分，按重量百分比計，C :0.35 %，Si : 0. 55%, Μη ：0. 8%, Ρ 0. 025%, S 0. 025%, Cr ：1. 6%, Mo ：0. 27%, Ni ：0. 25%, Ti ： 0· 02%，Cu :0· 2%，B :0· 002%，La :0· 04%，A1 :彡 0· 03%，余量為 Fe，然后鑄造該襯板；
[0062] 退火處理：將鑄造后的襯板加熱至600°C并保溫6小時，之后再加熱至950°C并保 溫9小時，隨后在3小時左右冷卻至700°C并保溫10小時，最后隨爐冷卻至400°C以下，再 空冷至室溫；
[0063] 淬火處理：將退火后的襯板加熱至800°C并保溫2. 5小時，之后再加熱至950°C并 保溫2. 5小時，隨后在油中冷卻至60°C以下；
[0064] 回火處理：將淬火后的襯板加熱至520°C并保溫10小時，之后在空氣中冷卻，得到 熱處理后的半自磨機襯板；
[0065] 最后進行精整打磨、探傷及檢驗等工序，得到成品。
[0066] 利用SANS-CMT5205電子萬能試驗機和WD-JX型金相分析儀對實施例1和實施例 2的熱處理后的半自磨機襯板進行力學性能測試，檢測結果見表1。對于半自磨機襯板的力 學性能，目前的國家標準還沒有具體的規(guī)定，常用的半自磨機襯板件的力學性能技術標準 見表1。
[0067] 表1 :實施例1-2的襯板的力學性能測試結果和常用力學性能標準
[0068]

【權利要求】
1. 一種合金組合物，按重量百分比計，包括如下組分：c :0. 3?0. 5%，Si :0. 5? 0· 8%，Mn :0· 7 ?1. 3%，P :彡 0· 025%，S :彡 0· 025%，Cr :1· 5 ?3%，Mo :0· 2 ?0· 4%，Ni : 0. 15 ?0. 35%，Ti :0. 005 ?0. 020%，Cu :0. 1 ?0. 35%，B :0. 001 ?0. 006%，La :0. 02 ? 0· 07%，A1 :彡 0· 03%，余量為 Fe。
2. 根據(jù)權利要求1的合金組合物，按重量百分比計，包括如下組分：C :0. 35?0. 4%， Si :0· 5 ?0· 55%，Μη :0· 75 ?0· 8%，P :彡 0· 025%，S :彡 0· 025%，Cr :L 6 ?L 8%，Mo : 0. 25 ?0. 27%，Ni :0. 2 ?0. 25%，Ti :0. 015 ?0. 020%，Cu :0. 1 ?0. 35%，B :0. 001 ? 0· 006%，La :0· 03 ?0· 04%，A1 :彡 0· 03%，余量為 Fe。
3. -種由根據(jù)權利要求1或2的合金組合物制成的半自磨機襯板。
4. 根據(jù)權利要求3的半自磨機襯板，其中所述半自磨機襯板為鐵礦石半自磨機襯板。
5. 根據(jù)權利要求3或4的半自磨機襯板的制造方法，包括以下步驟： (1) 按照所述半自磨機襯板所需含量選取各組分，然后鑄造該襯板； (2) 將在步驟（1)中鑄造的所述襯板在800?900°C溫度下進行退火處理，保溫時間為 8?12小時； (3) 將經過步驟（2)中所述退火處理的襯板在850?KKKTC溫度下進行淬火處理，保 溫時間為2?3小時； (4) 將經過步驟（3)中所述淬火處理的襯板在500?600°C溫度下進行回火處理，保溫 時間為8?12小時。
6. 根據(jù)權利要求5的制造方法，其中所述退火處理為等溫退火。
7. 根據(jù)權利要求6的制造方法，其中所述等溫退火包括： (a) 將所述襯板在800?900°C溫度下保溫時間為8?12小時； (b) 將所述襯板的溫度隨爐冷卻至600?700°C，再保溫10?12小時，之后隨爐冷卻 至400°C以下，再空冷至室溫。
8. 根據(jù)權利要求5至7中任一項的制造方法，還包括在所述退火處理前將所述襯板在 550?600°C溫度下保溫6?8小時。
9. 根據(jù)權利要求5的制造方法，其中所述淬火處理為油淬。
10. 根據(jù)權利要求9的制造方法，還包括在所述淬火處理前將所述襯板在700-80(TC溫 度下保溫2-3小時。
【文檔編號】B02C17/22GK104087862SQ201410328634
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月10日 優(yōu)先權日:2014年7月10日
【發(fā)明者】邊功勛, 段寶山 申請人:太原重工股份有限公司