一种破碎机用中合金超高强韧性衬板及制备方法技术

本发明专利技术公开一种破碎机用中合金超高强韧性衬板及制备方法，衬板化学成分的重量百分比为：C0.25%~0.45%；Si1.0%~1.5%；Cr0.5%~1.6%；Mn1.8%~2.2%；Mo0.3%~0.5%；B0.002%~0.004%；Nb0.03%~0.05%；Ti0.01%~0.03%；RE≤0.4%；余量为Fe及不可避免杂质，衬板组织的体积百分比为50%~55%下贝氏体、40%~45%板条状马氏体以及5%以下的残余奥氏体。制备方法包括熔炼、浇铸、分离、热处理，本发明专利技术破碎机衬板其表面硬度可以达到50～51HRC，硬度分布均匀，冲击韧性在100J/cm2~300J/cm2，抗拉强度均达到1500MPa以上，达到超高强度钢的要求。生产工艺易操作，在较大的冷速范围内获得均匀的下贝氏体与马氏体复相组织，保证有较高的耐磨性，突破高锰钢衬板传统，且成本具有一定优势。

【技术实现步骤摘要】
一种破碎机用中合金超高强韧性衬板及制备方法
本专利技术属于选矿设备
，尤其是一种破碎机用中合金超高强韧性衬板及制备方法。
技术介绍
圆锥破碎机的衬板，一般采用高锰钢及改性高锰钢、碳合金钢和含铬铸铁，在强烈的冲击负荷下，在其表面形成硬化性和耐磨的韧性。但是在细破阶段由于冲击载荷较小，在弱冲击载荷作用下，高锰钢并不耐磨。矿山用圆锥破碎机衬板的使用工矿条件恶劣，既受冲击又受磨损。国内外近年圆锥破碎机中现用各种材质衬板使用效果均不理想，主要表现为寿命较短。常用衬板材质高锰钢以及超高锰钢韧性有余，硬度、耐磨、耐腐蚀性不足；低合金钢韧性与耐蚀性不够；高铬铸铁耐磨性好，但韧性不足；以致衬板的使用寿命很短。目前矿石品位降低，其硬度增加，需要衬板要有足够的硬度和韧性，才能保证寿命；一般认为理想材质的硬度需达到HRC50，韧性也达到50J/cm-2以上。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种破碎机用中合金超高强韧性衬板及制备方法，通过合理的成分设计和热处理工艺设计提供一种成本低廉、性能优异、工艺简单的破碎机衬板。本专利技术破碎机用中合金超高强韧性衬板化学成分的重量百分比为：C0.25%~0.45%，Si1.0%~1.5%，Cr0.5%~1.6%，Mn1.8%~2.2%，Mo0.3%~0.5%，B0.002%~0.004%，Nb0.03%~0.05%，Ti0.01%~0.03%，RE≤0.4%，余量为铁及不可避免杂质。本专利技术破碎机用中合金超高强韧性衬板化学成分的作用为：C：碳是贝氏体钢获得良好强韧性匹配和综合力学性能最重要的元素。碳在钢中与其他合金元素形成的碳化物固溶于铁素体中强化基体，使钢的强度和硬度都大幅度提高，从而提高钢的耐磨性。碳含量过高，材料的硬度、耐磨性会相应提高，但热处理时容易形成裂纹，材料脆性大；碳含量过低，铸件淬火后硬度低、耐磨性不佳。Si：硅是固溶强化元素，可阻止奥氏体晶粒长大，使贝氏体转变C曲线右移，使贝氏体转变发生在更低的温度。硅具有良好的脱氧能力，提高钢的强度、耐磨性和屈服强度。同时硅能阻碍回火过程中碳化物晶核的形成和长大，抑制回火脆性，在铁素体前沿不析出碳化物，增加了残余奥氏体的稳定性，提高马氏体的回火稳定性。但硅过量会出现块状铁素体，使韧性降低，中等含量的硅对于保证韧性是最适合的。Cr：铬在钢中能提高钢的淬透性及回火稳定性，使F-P转变曲线与贝氏体转变曲线分离。铬既能固溶于铁素体中，又能与钢中的碳形成多种碳化物，改善钢的抗氧化性能，提高钢的耐磨性。在铬含量小于2％时，可以提高钢的塑性，过高的铬会增加回火脆性。Mn：锰大部分溶入铁素体，强化基体，提高强度、淬透性和耐磨性，还能减缓珠光体转变时合金渗碳体的形核与长大，可有效提高奥氏体的稳定性，从而提高材料的韧性。一定含量的锰与硼配合，可凸出贝氏体转变区，在较大冷速范围内获得贝氏体。同时锰的价格相对低廉，可以通过提高锰含量来降低钼量。Mo：钼能显著提高材料的淬透性，固溶强化基体，细化晶粒，与Cr、Mn混合使用时能减少回火脆性，增强材料的韧性和抗疲劳能力。经调质或正火和回火热处理后，可以获得优良的力学性能。但为了控制合金不宜加入过多，一般在1%左右。B：极少量的硼就能使高温转变区大大推迟且使贝氏体区变得扁平。向贝氏体钢中加入微量B元素能明显提高淬透性并改善韧性，B与Mo复合作用使过冷奥氏体向铁素体的等温转变曲线进一步右移，使贝氏体转变开始线明显突出。但是，B是一个化学性质比较活泼的元素，容易形成硼化物偏聚在晶界，降低钢的韧性。当B含量大于0.006%时，易析出粗大的Fe23(CB)6，将引起硼脆。Nb、Ti：铌可提高贝氏体基体强度，和硼之间相互促进，使得复合加入比单独加入铌或硼更能发挥作用，微量铌的加入，在基体中产生大量弥散分布的难溶的碳氮化物Nb(CN)，在回火过程中钉扎位错，使得位错不容易恢复和消失，保证基体的强度；Nb和B等复合加入，降低贝氏体的转变温度，进一步细化组织，提高基体中位错密度；钛是强碳化物形成元素，细化晶粒效果非常明显，可以消除一般热处理无法消除的一次结晶和晶界元素偏析，降低钢的回火脆性，亦可提高淬透性，代替部分贵重元素。但过高的铌、钛会导致粗大夹杂物形成。RE：RE可改善铸态结晶组织，细化晶粒，增加钢的致密度，改善夹杂物性质、形态和分布，降低有害杂质元素在晶界的偏析程度，使钢的韧性得到提高，对钢的耐蚀性也有一定的影响。稀土的加入方法和加入量对钢性能有很大的影响，加入过量可能恶化钢的性能。变质剂在出钢前10min将已预热的稀土变质剂（≤0.4％钢液重量）加入钢包底部稀土的加入量一般依据[RE]/[S]的比值和稀土回收率确定，回收率在10%～30%之间。由经验公式[RE]/[S]=2.0~2.5，计算出稀土加入量=0.4%。本专利技术破碎机用中合金超高强韧性衬板的制备方法。在真空感应炉将纯铁熔化，在1500~1550℃出钢，出钢前向真空感应炉中加入合金进行合金化，同时进行脱硫、脱氧、检测并调整化学元素成分含量，出钢前十分钟加入Y基重稀土变质剂进行变质处理；当温度在真空感应炉中降到1450~1470℃时，浇注入砂型模具型腔中；浇铸结束后自然冷却1.5h~2h，冷却后开箱并对铸件进行清理。以80~100℃/h的速度将铸件从常温加热到550~650℃，以衬板的最大处厚度决定保温时间，保温1~2h，再以150~200℃/h的速度加热到900~950℃，以衬板的最大处厚度决定保温时间，保温2~5h，之后空冷或油淬，回火温度为300~350℃，以衬板的最大处厚度决定保温时间，保温3~6h，回火后取出铸件空冷即可。所述衬板组织的体积百分比为50%~55%下贝氏体、40%~45%板条状马氏体以及5%以下的残余奥氏体。本专利技术的有益效果，破碎机衬板其表面硬度可以达到50～51HRC，硬度分布均匀，冲击韧性在100J/cm2~300J/cm2之间，抗拉强度均达到1500MPa以上，达到超高强度钢的要求。生产工艺易操作，在较大的冷速范围内获得均匀的下贝氏体与马氏体复相组织，保证有较高的耐磨性，突破高锰钢衬板传统，且成本具有一定优势。附图说明图1为本专利技术实施例1、实施例2热处理工艺路线图；图2为本专利技术实施例3、实施例4热处理工艺路线图；图3为本专利技术实施例1组织图（52%下贝氏体、43%板条状马氏体、5%残余奥氏体）；图4为本专利技术实施例2组织图（50%下贝氏体、45%板条状马氏体、5%残余奥氏体）；图5为本专利技术实施例3组织图（55%下贝氏体、43%板条状马氏体、2%残余奥氏体）；图6为本专利技术实施例4组织图（52%下贝氏体、45%板条状马氏体、3%残余奥氏体）。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。图1示出了本专利技术实施例1和实施例2热处理工艺路线图，图2示出了实施例3和实施例4热处理工艺路线图；破碎机用中合金超高强韧性衬板化学成分重量百分比如表1所示，共采用4个实施例。破碎机用中合金超高强韧性衬板热处理工艺如表2所示。首先，按表1所述组成原料的重量百分比称取各元素，在中频感应炉铁熔化，在1500℃~1550℃出钢，出钢前向熔炼炉中加入合金进行合金化，同时进行脱硫、脱氧、采用精炼剂、检测并调整化学元素成分含量，出钢前十分钟加入Y基重稀土变质剂进行变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种破碎机用中合金超高强韧性衬板，其特征在于：所述衬板化学成分的重量百分比为：C    0.25%~0.45%；Si    1.0~1.5%；Cr    0.5%~1.6%；Mn   1.8%~2.2%；Mo   0.3%~0.5%；B    0.002%~0.004%；Nb   0.03%~0.05%；Ti    0.01%~0.03%RE   ≤0.4%；余量为Fe及不可避免杂质；所述衬板组织的体积百分比为50%~55%下贝氏体、40%~45%板条状马氏体以及5%以下的残余奥氏体。

【技术特征摘要】
1.一种破碎机用中合金超高强韧性衬板，其特征在于：所述衬板化学成分的重量百分比为：所述衬板组织的体积百分比为50％～55％下贝氏体、40％～45％板条状马氏体以及5％以下的残余奥氏体，冲击韧性在100J/cm2～300J/cm2之间；制备方法包括以下步骤：(1)在真空感应炉将纯铁熔化，在1500～1550℃出钢，出钢前向真空感应炉中加入合金进行合金化，同时进行脱硫、脱氧、检测并调整化学元素成分含量；(2)当温度在真空感应炉中降到1450～1470℃时，浇注入砂型模具型腔中；浇铸结束后自然冷却1.5h～2h，冷却后开箱并对铸件进行清理；(3)热处理工艺：以80～100℃/h的速度将铸件从常温加热到550～650℃，以衬板的最大处厚度决定保温时间，保温1～2h，再以150～200℃/h的速度加热到900～950℃，以衬板的最大处厚度决定保温时间，保温2～5h，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王汝杰，李东，孙伟锐，张浩，于代林，费启鸥，苏耀明，
申请(专利权)人：鞍钢集团矿业公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21