适用于大型半自磨机衬板的高强韧性贝氏体耐磨钢及其制备方法技术

本发明专利技术提供了适用于大型半自磨机衬板的高强韧性贝氏体耐磨钢，以质量分数计，其组成为：C为0.4～0.8％，Si为1.4～2.5％，Mn为0.7～1.6％，Cr为1.5～2.5％，Mo为0.2～0.7％，Nb为0.01～0.05％，Cu为0.1～0.5％，Ni为0.1～0.5％，Al为0～0.03％，RE为0.01～0.2％，N为0.008～0.015％，P≤0.015％，S≤0.01％，O≤0.004％，其余为Fe及不可避免的杂质。还提供了制备方法：将经熔炼锻造或轧制成的厚板进行球化退火和热处理，得到的耐磨钢包含纳米级或亚微米级的无碳化物贝氏体和薄膜状奥氏体、以及少量的块状奥氏体。

【技术实现步骤摘要】
适用于大型半自磨机衬板的高强韧性贝氏体耐磨钢及其制备方法
本专利技术属于耐磨钢
，尤其涉及一种适用于大型半自磨机衬板的高强韧性贝氏体耐磨钢及其制备方法。
技术介绍
半自磨机在实际使用过程中，为了提高工作效率，筒体的直径逐渐增大，大型半自磨机的直径已经超过12m。大型半自磨机衬板在工作时受到钢球及矿料的强烈反复冲击、磨剥作用、矿浆的腐蚀以及磨损和腐蚀的交互作用，从而造成衬板表面材料的不断迁移，加速衬板的磨损，甚至有时会造成衬板断裂失效，尤其是筒体衬板损坏更严重。据目前统计，半自磨机衬板有效寿命多为3～4个月，是大型半自磨机中主要易损件，年消耗量极大。从材料的角度分析，衬板失效的原因主要有：一是铸造成型的衬板内部铸造缺陷如缩孔、疏松、夹杂、裂纹等部位容易产生应力集中，从而冲击韧性较低，容易发生断裂，二是衬板的硬度和耐磨性不够，磨损消耗大。所以需要开发新型适合此工况的耐磨材料，保证材料的高韧性，同时具有高得硬度和耐磨性。目前球磨机和小型半自磨机使用的耐磨材料高锰钢韧性虽好，但是屈服强度低，衬板在使用过程中受强烈冲击时易发生塑性变形，以致维修拆卸非常困难；高硬度的耐磨铸铁(如高铬铸铁、CADI等)硬度高，耐磨性好，但是冲击韧性低，在较大的冲击载荷下由于韧性不足而易出现断裂。所以高锰钢、高铬铸铁、CADI等耐磨材料不适用于大型半自磨机衬板。目前大型半自磨机多采用低合金钢。中国专利CN104087845A公开了一种矿山专用低合金衬板，包括以下重量百分比的化学成分：C0.38～0.48％，Si1.30～1.80％，Mn0.80～1.2％，Sc0.20～0.60％，Cr1.80～2.20％，Lu<0.5％,S<0.04％,P<0.04％,余量为铁。该专利技术低合金衬板具有较好的韧性，又具有较高的硬度，在冲击载荷下得到变形硬化，同时通过金相组织调整，可以在较大范围内控制其硬度和韧性的匹配关系。中国专利技术专利CN103667935A(2014.03.26)公开了一种用于矿山球磨机衬板的高强高韧性材料，包括以下重量百分比的化学成分：C0.30～0.50％，Si0.30～1.50％，Mn0.50～1.5％，Cr0.80～4.0％，S<0.1％，P<0.1％，B0.08～1.20％，Ti0.06～0.80％，V0.02～0.30％，Mo0.09％～0.5％，Bi0.05～0.2％，细化元素：0.2％～1.5％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。该专利技术通过，熔炼，变质处理，热处理得到材料的冲击韧性达到35～80J，抗拉强度大于1000MPa。中国专利技术专利《合金组合物、半自磨机衬板及其制造方法》申请公布号CN104087862A，申请日2014.07.10，提供一种合金组合物，按重量百分比计，包括如下组分：C0.30～0.50％，Si0.50～0.80％，Mn0.70～1.3％，Cr1.5～3.0％，S<0.025％，P<0.0.025％，Mo0.2～0.4％，Ni0.15～0.35％，Ti0.005～0.02％，Cu0.1～0.35％，B0.001～0.006％，La0.02～0.07％，Al<0.03％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。以上专利技术均仍是采用铸造的方式生产的低合金衬板，虽然通过调整成份达到了一定的硬度及强韧性配合，但是铸件本身所固有的晶粒粗大、内部铸造缺陷多等缺点，决定其为了保证冲击韧性的要求只能在较低硬度的情况下使用，很难满足大型磨机衬板材料的耐磨性要求。锻造或轧制生产除了能改变材料形状及尺寸外，还可以改善铸坯初始组织状态、细化晶粒、改善相组成和分布，增加材料的致密性，因而能明显提高产品性能。另外目前的低合金衬板组织多为回火马氏体或者珠光体，此类组织很难达到同时具有较高强度和塑韧性的要求。而具有贝氏体(马氏体)加奥氏体的多相组织钢可以同时具备高强度和高塑韧性的特点，所以本专利技术采用锻造或轧制的方式，生产贝氏体加奥氏体的复相组织高强韧性钢，以满足大型半自磨机衬板的工况使用要求。轧制态低、中碳合金耐磨钢在硬度足够高时冲击韧性绝对优于同等硬度的各类铸铁，与先进成熟的轧制工艺结合可生产出耐磨性高、塑韧性良好、种类丰富的耐磨钢系列产品。当前，国外著名厂家生产的轧制耐磨钢板主要有：瑞典奥克隆德生产的HARDOX系列、德国迪林根的DILLIDUR系列、德国蒂森克努伯的XAR系列、日本JFE的EVERHARD系列，可供选择的钢板硬度范围在300～700HBW。这些产品其主要的理念是采用中低碳系列+复合多元微合金化的成份设计思路，外加精确控温控压下率的轧制方法，随后采用淬火+低温回火的热处理工艺方法获得超细均匀化的组织来生产超高强韧耐磨钢。但是现有的轧制类耐磨板厚度一般小于100mm，制备成大型半自磨机衬板需要多块耐磨板拼装才能达到需要的厚度，增加了制造成本，而且现有的材料受制于国外耐磨板生产商。英国国防部(中国专利技术专利CN102112644A)将高碳、高硅钢在T＝0.25Tm(Tm为熔点)的低温条件下进行长达数天的等温热处理后，可获得极为细小的纳米级贝氏体组织，其由厚度仅为20～40nm的极薄贝氏体铁素体板条及其板条间富碳的薄膜状残余奥氏体组成。贝氏体铁素体板条间不是析出碳化物而是残余奥氏体薄膜。这种纳米贝氏体钢的极限拉伸强度可达2.5GPa，屈服强度可达1.7GPa，硬度为600～700HV，断裂韧性为30～40MPa.m1/2。这种钢具备的了其超高强度和良好的韧性。这种纳米贝氏体钢的亚纳米超细贝氏体和少量马氏体或残余奥氏体组织结构决定了其力学性优异，残余奥氏体提高了材料的韧性，摩擦诱发奥氏体转变为马氏体及超高碳马氏体对基体磨损的保护作用是在相同硬度条件下该贝氏体钢比传统回火马氏体钢具有较好耐磨性的主要原因。其大体制备工艺流程为：锻坯的均匀化退火，炉冷至室温，加热到一定温度进行奥氏体化，长时间的等温热处理，冷至室温，该工艺制备时间长，制备成本过高。中国专利200510079346.6公开的超细贝氏体耐磨钢及其制造工艺，它是一种高碳MnCrWSiAlV系低合金钢，其化学成分为wt％：C0.7～1.1，Mn0.5～3.0，Cr0.5～3.0，W0.1～2.0，Si0.5～3.0，Al0.1～2.0，V0.0～0.3，S<0.05，P<0.05，其余为Fe。虽然采用该技术后硬度达到HRC60～65，韧度达到40～80J/cm2，适合在高应力和低应力磨损条件下使用，但是其含有较高的Al，增加了冶炼难度，而且含有大量的W增加了成本。以上专利中获得这种纳米贝氏体组织，为了缩短等温处理时间通常需要加入价格高昂的合金元素Co或增加冶炼难度的Al，并且含Mn较高，容易发生偏析，在等温淬火前需要长时间的1100～1200℃高温扩散退火，长时间的高温均匀化也增加了成本。
技术实现思路
专利技术目的：鉴于以上原因，本专利技术的目的在于利用合金成分优化和制备工艺简化相结合，提供一种成本相对低廉、组织致密、大尺寸(厚100～400mm)、组织性能均匀、兼具高强度高塑韧性的贝氏体耐磨钢，该大尺寸的耐磨钢衬板可适用于生产大型半自磨机。本专利技术的另一目的在于提供该耐磨钢衬板的制备方法。技术方案：为实现上述目的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.适用于大型半自磨机衬板的高强韧性贝氏体耐磨钢，其特征在于：所述耐磨钢衬板的组成包括：C为0.4～0.8wt％，Si为1.4～2.5wt％，Mn为0.7～1.6wt％，Cr为1.5～2.5wt％，Mo为0.2～0.7wt％，Nb为0.01～0.05wt％，Cu为0.1～0.5wt％，Ni为0.1～0.5wt％，Al为0～0.03wt％，RE为0.01～0.2wt％，N为0.008～0.015wt％，P≤0.015wt％，S≤0.01wt％，O≤0.004wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.适用于大型半自磨机衬板的高强韧性贝氏体耐磨钢，其特征在于：所述耐磨钢衬板的组成包括：C为0.4～0.8wt％，Si为1.4～2.5wt％，Mn为0.7～1.6wt％，Cr为1.5～2.5wt％，Mo为0.2～0.7wt％，Nb为0.01～0.05wt％，Cu为0.1～0.5wt％，Ni为0.1～0.5wt％，Al为0～0.03wt％，RE为0.01～0.2wt％，N为0.008～0.015wt％，P≤0.015wt％，S≤0.01wt％，O≤0.004wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的适用于大型半自磨机衬板的高强韧性贝氏体耐磨钢，其特征在于：其成份组成包括C为0.5～0.7wt％，Si为1.4～1.8wt％，Mn为0.8～1.2wt％，Cr为1.5～1.7wt％，Mo为0.3～0.7wt％，Nb为0.02～0.04wt％，Cu为0.2～0.5wt％，Ni为0.2～0.5wt％，Al为0～0.03wt％，RE为0.01～0.1wt％，N为0.008～0.015wt％，P≤0.015wt％，S≤0.01wt％，O≤0.004wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。3.根据权利要求1或2所述的适用于大型半自磨机衬板的高强韧性贝氏体耐磨钢，其特征在于：所述耐磨钢衬板的组织结构包含无碳化物贝氏体铁素体、薄膜状奥氏体以及少量的块状奥氏体，所述无碳化物贝氏体铁素体和薄膜状奥氏体均在纳米级至亚微米级之间。4.根据权利要求3所述的适用于大型半自磨机衬板的高强韧性贝氏体耐磨钢，其特征在于：所述耐磨钢衬板的硬度为45～57HRC，无缺口冲击韧性不低于300J/cm2。5.根据权利要求4所述的适用于大型半自磨机衬板的高强韧性贝氏体耐磨钢，其特征在于：所述耐磨钢衬板的抗拉强度为1600～2000MPa，屈服强度1200～1500MPa，延伸率7～25％。6.根据权利要求1所述的适用于大型半自磨机衬板的高强韧性贝氏体耐磨钢，其特征在于：所述耐磨钢衬板的淬硬层深度最大为450mm。7.基于权利要求1-6任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑昊，潘庆，卢现稳，金学军，
申请(专利权)人：江西耐普矿机新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江西,36