專利名稱：一種耐磨合金及其在磨盤瓦中的應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及耐磨材料及其應用領域，具體為一種耐磨合金及其在磨煤機磨盤瓦中的應用。
背景技術：
據(jù)有關部門統(tǒng)計，我國每年耐磨材料產(chǎn)品的市場需求量大約在350 400萬噸左右，主要用于電力、礦山、冶金、交通、建材等行業(yè)，其中電力行業(yè)需要量約為87萬噸左右， 合人民幣90多億元，是需求量極大的行業(yè)。
耐磨合金鋼是一類用于磨損工況的特殊性能鋼，其主要特征是在磨損條件下具有較高的強度、硬度韌性和耐磨性。耐磨合金鋼以化學成分元素含量的多少分為三類:第一類耐磨低合金鋼，合金元素總質(zhì)量分數(shù)不超過5% ;第二類耐磨中合金鋼，合金元素總質(zhì)量分數(shù)為5%-10% ;第三類,耐磨高合金鋼,合金元素總質(zhì)量分數(shù)超過10%。
目前，國內(nèi)外通用耐磨材料主要有高錳鋼、合金白口鑄鐵及中、低合金耐磨鋼。上個世紀發(fā)明的高錳鋼在我國耐磨材料中仍占主導地位，但對于一些特殊抗磨要求來說，高錳鋼韌性有余而耐磨性不足；各類合金白口鑄件硬度高、耐磨性好，但韌性較差，安全可靠性低；中低合金耐磨鋼介于前兩者之間，但目前缺少通用技術標準，化學成份和生產(chǎn)工藝混亂，產(chǎn)品穩(wěn)定性差，使用效果波動性很大。
為了提高使用壽命，國外耐磨件大多采用價格昂貴的貴重金屬和較高合金含量的材料，如:俄羅斯的某些耐磨材料中含鉻量高達30%左右，德國、美國的硬鎳鑄鐵含鎳量近 6%。不過，在同等工況條件下，磨盤瓦的使用壽命僅為8000-9000小時。我國是缺鎳少鉻國家，利用我國富有的礦產(chǎn)資源研究高性能、低成本的新型耐磨合金材料；如何做到合金的硬度與韌性的有機統(tǒng)一，擴大使用范圍，是擺在面前的一道技術難關。
傳統(tǒng)磨煤機按轉(zhuǎn)速分為中速、低速、高速磨煤機。中速磨煤機是指工作轉(zhuǎn)速為 50 300r/min的磨煤機，屬于高爐煉鐵輔料備料加工專業(yè)設備，中速磨煤機可以為高爐煉鐵系統(tǒng)提供合適的輔助材料-煤粉。中速磨煤機適用于磨制煙煤和貧煤等中等硬度的物料的粉末化磨粉作業(yè)，可廣泛應用于電力、水泥、冶金、建材、化工等行業(yè)的制粉系統(tǒng)，特別是需要大量地使用煙煤的高爐噴煤制粉系統(tǒng)中。
MPS輥式中速磨煤機是具有三個固定磨輥的外加力型輥盤式磨煤機，落到旋轉(zhuǎn)的磨盤中間的煤在離心力作用下甩到磨盤瓦表面并經(jīng)過磨輥的碾壓。三個磨輥均勻布置在磨盤上，碾磨壓力由液壓缸提供，加載力通過加載架作用到三個磨輥上。磨輥和磨盤受到的加載力是由拉桿、液壓缸實現(xiàn)的。因結構緊湊，金屬耗量低、占地少、密封性能好、安全可靠等優(yōu)點，在火力發(fā)電廠中得到廣泛應用。在制粉中，碾磨件(磨輥和磨盤)不斷磨損，使磨煤機性能不斷惡化。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一 種耐磨合金及其在磨煤機磨盤瓦中的應用，解決現(xiàn)有技術中耐磨材料存在的強度、硬度、韌性和使用壽命等綜合性能較低的問題。
本發(fā)明的技術方案是:
一種耐磨合金，按重量百分比計，其化學成分是:
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，其熱處理工藝包括如下步驟:
(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 ;風冷；
(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熱處理工藝后，達到的技術指標如下:
抗拉強度:^ 620MPa ;屈服強度:彡410MPa ;硬度=HRC彡60 ;沖擊韌性:彡30J/2cm ο
所述的耐磨合金在磨盤瓦中的應用，采用所述的耐磨合金，以砂型鑄造磨盤瓦，澆鑄成型。
所述的耐磨合金在磨盤瓦中的應用，砂型鑄造過程中，在型腔中設置硬質(zhì)合金塊或硬質(zhì)合金棒；在澆鑄成型過程中，硬質(zhì)合金塊或硬質(zhì)合金棒澆鑄在合金鋼水里。
所述的耐磨合金在磨盤瓦中的應用，硬質(zhì)合金為:鎢鈷類硬質(zhì)合金、鎢鈦類硬質(zhì)合金、鎢鈦鉭類硬質(zhì)合金或鎢鈦鈮類硬質(zhì)合金。
所述的耐磨合金在磨盤瓦中的應用，硬質(zhì)合金牌號為:YG8、YT15或YW1。
本發(fā)明耐磨合金的設計思想是:
碳(C):鋼中加入0. 32-0.35%的碳，可以使屈服點和抗拉強度升高。
硅(Si):硅能顯著提高鋼的彈性極限、屈服點和抗拉強度，鋼中加入0.9-1.1%的硅，強度可提高15-20%。硅和鑰、鉻等結合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用。
錳(Mn):鋼中加入0.8-1.0%的錳，鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強度和硬度， 提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能。
磷(P):在一般情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量在0.040%以下。
硫(S):硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性， 在鍛造和軋制時造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕?，降低耐腐蝕性。所以通常要求硫含量在0.040% 以下。
鉻(Cr):鋼中加入22-24%的鉻，能顯著提高強度、硬度和耐磨性，鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性。
鑰(Mo):鋼中加入1-3%的鑰，能使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力，能提高機械性能。
釩(V):鋼中加入0.4-0.6%的釩可細化組織晶粒，提高強度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。
銅(Cu):鋼中加入1.1-1.2%的銅，能提高強度和韌性，以及大氣腐蝕性能。
鋁(Al):鋼中加入0.1-0.2%的鋁，可細化晶粒，提高沖擊韌性，鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。
硼(B):鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能，提高強度。
稀土(RE):稀土元素是指元素周期表中原子序數(shù)為57-71的15個鑭系元素，鋼中加入0.3-0.5%的稀土元素之一或混合稀土元素，可以改變鋼中夾雜物的組成、形態(tài)、分布和性質(zhì)，從而改善了鋼的各種性能，如韌性、焊接性，冷加工性能，可提高耐磨性。
本發(fā)明的有益效果是:
1、采用本發(fā)明特定的合金成分和熱處理工藝生產(chǎn)的磨盤瓦，使用壽命不低于同類產(chǎn)品平均壽命的2倍，經(jīng)試驗使用19859小時下仍然可以正常使用，說明該產(chǎn)品的性能良好，并且可以降低工人勞動強度，提高效率。而現(xiàn)有技術中，磨盤瓦的壽命僅在8000-9000 小時左右。
2、本發(fā)明熱處理工藝中，正火采用溫度逐漸上升的分階段保溫后迅速空冷，可以在不同溫度下細化和改善晶粒組織，尤其使硬度、強度、耐磨性得到大幅度提高。另外，回火采用溫度逐漸上升的分階段保溫后自然冷卻，可以在不同溫度下進一步均勻成分、細化晶粒、消除內(nèi)應力、提高力學性能、提高組織穩(wěn)定性，使工件在使用過程中不再發(fā)生組織轉(zhuǎn)變， 從而使工件幾何尺寸和性能保持穩(wěn)定，減少變形，內(nèi)外硬度均勻一致。


圖1-圖2為本發(fā)明耐磨合金熱處理工藝。其中，圖1為正火工藝；圖2為回火工藝。
具體實施方式
針對沖擊性 相對弱，要求耐磨性較高部位，如:中速磨煤機的磨盤瓦等耐磨材料。 本發(fā)明中，按重量百分比計，耐磨合金的化學成分是:
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。
本發(fā)明中，耐磨合金采用常規(guī)的感應熔煉方法制備。如圖1-圖2所示，其熱處理工藝如下:
( 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 ;風冷。
(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。
采用本發(fā)明的合金成分和熱處理工藝后，達到的技術指標如下:
抗拉強度:≥620MPa ;屈服強度:≥41OMPa ;硬度=HRC≥60 ;沖擊韌性:≥30J/cm2
將其應用于中速磨煤機的磨盤瓦，使用壽命比傳統(tǒng)的Cr20或硬鎳4等提高2_3倍。
另外，根據(jù)實際工礦條件要求，將硬度HRC ^ 70的硬質(zhì)合金塊或硬質(zhì)合金棒澆鑄在鋼水里，其使用壽命還能再提高2-3倍。
硬質(zhì)合金，可以為:鎢鈷類硬質(zhì)合金、鎢鈦類硬質(zhì)合金或鎢鈦鉭(鈮)類硬質(zhì)合金， 其中:
鎢鈷類硬質(zhì)合金主要成分為:碳化鎢(WC)和粘結劑鈷(Co)，如:YG8等。
鎢鈦類硬質(zhì)合金主要成分為:碳化鎢、碳化鈦(TiC)及鈷，如:YT15等。
鎢鈦鉭(鈮)類硬質(zhì)合金主要成分為:碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭(或碳化鈮)及鈷，如: Yffl 等。
實施例1
本實施例中，按重量百分比計，耐磨合金的化學成分是:
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。
本實施例中，耐磨合金的熱處理工藝包括如下步驟:
1、正火，采用溫度逐漸上升的分階段保溫后迅速冷卻:
2000C 土 10°C保溫 30 分鐘；
400°C ± I (TC 保溫 60 分鐘;
600°C ± 10°C保溫 90 分鐘；
800°C ± 10°C保溫 60 分鐘；
10200C 土 10°C保溫 4 小時；
采用風扇吹的方式,風冷至室溫；
2、回火，采用溫度逐漸上升的分階段保溫后自然冷卻:
2000C 土 10°C保溫 180 分鐘；
380°C ± 10°C保溫 60 分鐘；
450 O ± 10 O 保溫 6 小時；
自然空冷至室溫。
本實施例中，采用所述的合金成分和熱處理工藝后，達到的技術指標如下:
抗拉強度:685MPa ;屈服強度:450MPa ;硬度:HRC65 ;沖擊韌性:38J/cm2。
采用所述的 耐磨合金，以砂型鑄造磨盤瓦，澆鑄成型。砂型鑄造過程中，在型腔中設置YG8硬質(zhì)合金塊；在澆鑄成型過程中，YG8硬質(zhì)合金塊澆鑄在合金鋼水里。這樣，可進一步增加耐磨性，其使用壽命還能再提高2-3倍。
實施例2
本實施例中，按重量百分比計，耐磨合金的化學成分是:
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。
本實施例中，耐磨合金的熱處理工藝包括如下步驟:
1、正火，采用溫度逐漸上升的分階段保溫后迅速冷卻:
200°C ± 10°C保溫 20 分鐘；
400°C ± 10°C保溫 70 分鐘；
600°C ± 10°C保溫 80 分鐘；
8000C 土 10°C保溫 70 分鐘；
10200C 土 10°C保溫 3 小時；
采用風扇吹的方式，風冷至室溫；
2、回火，采用溫度逐漸上升的分階段保溫后自然冷卻:
200 0C 土 IO O 保溫 150 分鐘；
380°C ± 10°C保溫 70 分鐘；
450 O ± 10 O 保溫 5 小時；
自然空冷至室溫。
本實施例中，采用所述的合金成分和熱處理工藝后，達到的技術指標如下:
抗拉強度:639MPa ;屈服強度:427MPa ;硬度:HRC63 ;沖擊韌性:32J/cm2。
采用所述的耐磨合金，以砂型鑄造磨盤瓦，澆鑄成型。砂型鑄造過程中，在型腔中設置YT15硬質(zhì)合金棒；在澆鑄成型過程中，YT15硬質(zhì)合金棒澆鑄在合金鋼水里。這樣，可進一步增加耐磨性，其使用壽命還能再提高2-3倍。
實施例3
本實施例中，按重量百分比計，耐磨合金的化學成分是:
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。
本實施例中，耐磨合金的熱處理工藝包括如下步驟:
1、正火，采用溫度逐漸上升的分階段保溫后迅速冷卻:
200 0C ± I (TC 保溫 40 分鐘；
400 0C ± I (TC 保溫 50 分鐘；
600 0C ± I (TC 保溫 100 分鐘；
800 0C ± I (TC 保溫 50 分鐘；
10200C ±10°C保溫 5 小時；
采用風扇吹的方式，風冷至室溫；
2、回火，采用溫度逐漸上升的分階段保溫后自然冷卻:
200 0C ± I (TC 保溫 200 分鐘；
380 0C ± I (·TC 保溫 50 分鐘；
4500C ±10°C保溫7小時；
自然空冷至室溫。
本實施例中，采用所述的合金成分和熱處理工藝后，達到的技術指標如下:
抗拉強度:655MPa ;屈服強度:436MPa ;硬度:HRC67 ;沖擊韌性:35J/cm2。
采用所述的耐磨合金，以砂型鑄造磨盤瓦，澆鑄成型。砂型鑄造過程中，在型腔中設置YWl硬質(zhì)合金塊；在澆鑄成型過程中，Yffl硬質(zhì)合金塊澆鑄在合金鋼水里。這樣，可進一步增加耐磨性，其使用壽命還能再提高2-3倍。
權利要求
1.一種耐磨合金，其特征在于，按重量百分比計，其化學成分是: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.按照權利要求1所述的耐磨合金，其特征在于，其熱處理工藝包括如下步驟: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 ;風冷；(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.按照權利要求2所述的耐磨合金，其特征在于，采用所述的合金成分和熱處理工藝后，達到的技術指標如下:抗拉強度:≥620 MPa ;屈服強度:彡410 MPa ;硬度:HRC ≥ 60 ;沖擊韌性:≥30 J/cm2。
4.按照權利要求1或2所述的耐磨合金在磨盤瓦中的應用，其特征在于，采用所述的耐磨合金，以砂型鑄造磨盤瓦，澆鑄成型。
5.按照權利要求4所述的耐磨合金在磨盤瓦中的應用，其特征在于，砂型鑄造過程中， 在型腔中設置硬質(zhì)合金塊或硬質(zhì)合金棒；在澆鑄成型過程中，硬質(zhì)合金塊或硬質(zhì)合金棒澆鑄在合金鋼水里。
6.按照權利要求5所述的耐磨合金在磨盤瓦中的應用，其特征在于，硬質(zhì)合金為:鎢鈷類硬質(zhì)合金、鎢鈦類硬質(zhì)合金、鎢鈦鉭類硬質(zhì)合金或鎢鈦鈮類硬質(zhì)合金。
7.按照權利要求5所述的耐磨合金在磨盤瓦中的應用，其特征在于，硬質(zhì)合金牌號為: YG8、YT15 或 YW1。
全文摘要
本發(fā)明涉及耐磨材料及其應用領域，具體為一種耐磨合金及其在磨煤機磨盤瓦中的應用，解決現(xiàn)有技術中耐磨材料存在的強度、硬度、韌性和使用壽命等綜合性能較低的問題。按重量百分比計，其化學成分是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，以砂型鑄造磨盤瓦，澆鑄成型。采用本發(fā)明特定的合金成分和熱處理工藝生產(chǎn)的磨盤瓦，使用壽命不低于同類產(chǎn)品平均壽命的2倍，經(jīng)試驗使用19859小時下仍然可以正常使用，說明該產(chǎn)品的性能良好，并且可以降低工人勞動強度，提高效率。
文檔編號B22D19/00GK103255347SQ201310136639
公開日2013年8月21日 申請日期2013年4月18日 優(yōu)先權日2013年4月18日
發(fā)明者夏金利 申請人:沈陽維越利電力設備有限公司