高强韧耐磨钢衬板及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种强韧耐磨钢衬板及其制备方法。其中，所述高强韧耐磨钢衬板的原料包括：0.2wt％～0.4wt％的C、2.0wt％～3.0wt％的Si和Al总和、1.5wt％～2.5wt％的Mn、不高于0.015wt％的S、不高于0.010wt％的P、3.0wt％～4.0wt％的Cr和Ni总和、0.2wt％～0.5wt％的Mo、0.06wt％～0.15wt％V以及其余为Fe和冶炼时不可避免的杂质。由此，本申请的该高强韧耐磨钢衬板服役前的硬度为420～470HV，发生TRIP效应后表面硬度达到450～520HV，并且强度为1200～1400MPa，强塑积为18～23GPa

【技术实现步骤摘要】
高强韧耐磨钢衬板及其制备方法


[0001]本专利技术属于冶炼领域，具体涉及一种高强韧耐磨钢衬板及其制备方法。

技术介绍

[0002]对于大型半自磨机来说，其内部存有大量的钢球、块状矿料和矿浆等，工况十分恶劣，因此为保护磨机筒体，在磨机内部布置有衬板。衬板的功能不仅要在具有腐蚀性的研磨工况下保护磨机筒体，还要通过衬板上凸起的波形或梯形提升条，将磨矿介质和矿料连续提升到一定高度，并使之发生抛落或泻落运动，使矿料得到有效粉磨。可见复杂的磨矿工况决定了衬板会不断地受到冲击和磨损。因此，磨机运转过程中衬板的主要失效形式为断裂、腐蚀、磨损。特别是随着衬板的磨损，衬板上的提升条形状也会发生明显改变，进而使磨机内部的能量传输特性发生变化，影响到破碎效率。因此，磨机运行过程中一旦衬板出现断裂和严重磨损情况，必须立即停机更换。磨机的停机会使整个选矿厂瘫痪，造成巨大经济损失。
[0003]高锰钢作为现阶段磨机衬板的主要钢种，在高的冲击载荷下具有优异的加工硬化能力，短时间内表面形成的加工硬化层可使耐磨损能力迅速提升，这也是高锰钢现阶段在冲击磨损工况下得到了广泛应用的主要原因。但在较低的冲击载荷下，高锰钢存在屈服强度和初始硬度偏低的问题，导致其耐磨损的能力相对偏低。同时，高锰钢的铸态组织主要以奥氏体和碳化物为主，具有良好的延伸率和塑性，磨机运转过程中受到冲击时极易发生塑性变形，进而破坏筒体，导致筒体失圆。此外，为了较好克服切削磨损，硬度较高的低合金钢类衬板也被广泛采用，但此类衬板在受到较高载荷冲击时易出现断裂和破碎等问题。
[0004]因此，现有的大型半自磨机内部衬板有待改进。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种高强韧耐磨钢衬板及其制备方法，该高强韧耐磨钢衬板服役前的硬度为 420～470HV，发生TRIP效应后的表面硬度达到450～520HV，并且强度为1200～1400MPa，强塑积为18～23GPa
·
％，冲击韧性≥50J，从而将其作为大型半自磨机内部用衬板可以克服切削磨损和冲击磨损双重磨损，使其在高频、重载、高冲击工况下服役寿命大幅度提高，充分满足矿山机械对耐磨材料的使用要求。
[0006]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种强韧耐磨钢衬板。根据本专利技术的实施例，所述高强韧耐磨钢衬板的原料包括：0.2wt％～0.4wt％的C、2.0wt％～3.0wt％的Si和Al总和、 1.5wt％～2.5wt％的Mn、不高于0.015wt％的S、不高于0.010wt％的P、3.0wt％～4.0wt％的 Cr和Ni总和、0.2wt％～0.5wt％的Mo、0.06wt％～0.15wt％V以及其余为Fe和冶炼时不可避免的杂质。
[0007]由此，本申请的该高强韧耐磨钢衬板服役前的硬度为420～470HV，发生TRIP效应后表面硬度达到450～520HV，并且强度为1200～1400MPa，强塑积为18～23GPa
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％，冲击韧
性≥50J，从而将其作为大型半自磨机内部用衬板可以克服切削磨损和冲击磨损双重磨损，使其在高频、重载、高冲击工况下服役寿命大幅度提高，充分满足矿山机械对耐磨材料的使用要求，可将现有衬板服役寿命由3个月以下提高至5个月以上。
[0008]另外，根据本专利技术上述实施例的强韧耐磨钢衬板还可以具有如下附加的技术特征：
[0009]在本专利技术的一些实施例中，所述高强韧耐磨钢衬板中包括奥氏体、马氏体和贝氏体组成的复相组织，其中，所述复相组织的体积分数占比如下：8％～16％的奥氏体、30％～45％的马氏体以及余量的贝氏体。由此，该钢作为大型半自磨机内部衬板可以充分满足矿山机械对耐磨材料的使用要求。
[0010]在本专利技术的另一个方面，本专利技术提出了一种制备上述高强韧耐磨钢衬板的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：
[0011](1)将包括高强韧耐磨钢衬板原料组成的钢水供给至冶炼炉中进行冶炼处理，同时在冶炼过程中进行除渣和防氧化处理，达到预定温度后出炉，出炉同时进行脱氧和变质处理，然后进行浇铸得到锥形锭；
[0012](2)将所述锥形锭进行匀质化处理；
[0013](3)将步骤(2)得到的锥形锭依次进行粗锻、精锻、矫直和退火处理；
[0014](4)将步骤(3)得到的锻件加热至奥氏体转变结束温度以上10～50℃，保温1～4小时；然后将锻件在80～100℃的介质中冷却至马氏体转变开始温度与马氏体转变结束温度之间；将锻件控制加热至贝氏体转变开始温度与贝氏体转变结束温度之间，保温10～30小时；将锻件在80～100℃介质中冷却至室温；最后将锻件在220～320℃保温10～20小时空冷至室温，得到高强韧耐磨钢衬板。
[0015]由此，采用该方法可以制备得到上述服役前的硬度为420～470HV，发生TRIP效应后表面硬度达到450～520HV，并且强度为1200～1400MPa，强塑积为18～23GPa
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％，冲击韧性≥50J的高强韧耐磨钢衬板，从而将其作为大型半自磨机内部用衬板可以克服切削磨损和冲击磨损双重磨损，使其在高频、重载、高冲击工况下服役寿命大幅度提高，充分满足矿山机械对耐磨材料的使用要求，可将现有衬板服役寿命由3个月以下提高至5个月以上。
[0016]另外，根据本专利技术上述实施例的制备强韧耐磨钢衬板的方法还可以具有如下附加的技术特征：
[0017]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述冶炼处理在中频炉中进行，所述预定温度为1550～1600℃，所述浇铸温度为1480～1530℃。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述匀质化处理的温度为1150～1250℃，保温时间为2～5小时。由此，可以有效消除锥形锭中的组织偏析，使得锥形锭中化学成分均匀。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，所述粗锻按照下列步骤进行：首先将步骤 (2)得到的锥形锭进行镦粗，开锻温度为1120～1220℃；然后加热至1150～1250℃保温1～2 小时后进行拔长，开锻温度为1120～1220℃，得到三角形锻坯，然后将所述三角形锻坯加热至1150～1250℃保温1～2小时。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，所述精锻按照下列步骤进行：将所述三角形锻坯进行模锻，其中，模锻开锻温度为1120～1220℃，终锻温度为780～880℃，并且所
述模锻过程中经历三次回火。
[0021]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，所述粗锻和所述精锻过程的累计锻造比≥ 4，锻造应变速率为1～3s
‑1。
[0022]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，所述矫直处理的温度为700～850℃。
[0023]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，所述退火处理按照下列步骤进行：将所述矫直后的锻件在加热炉进行退火处理，退火温度为600～700℃，保温时间≥2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强韧耐磨钢衬板，其特征在于，所述高强韧耐磨钢衬板的原料包括：0.2wt％～0.4wt％的C；2.0wt％～3.0wt％的Si和Al总和；1.5wt％～2.5wt％的Mn；不高于0.015wt％的S；不高于0.010wt％的P；3.0wt％～4.0wt％的Cr和Ni总和；0.2wt％～0.5wt％的Mo；0.06wt％～0.15wt％V；其余为Fe和冶炼时不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的高强韧耐磨钢衬板，其特征在于，所述高强韧耐磨钢衬板中包括奥氏体、马氏体和贝氏体组成的复相组织，其中，所述复相组织的体积分数占比如下：8％～16％的奥氏体、30％～45％的马氏体以及余量的贝氏体。3.一种制备权利要求1或2所述的高强韧耐磨钢衬板的方法，其特征在于，包括：(1)将包括高强韧耐磨钢衬板原料组成的钢水供给至冶炼炉中进行冶炼处理，同时在冶炼过程中进行除渣和防氧化处理，达到预定温度后出炉，出炉同时进行脱氧和变质处理，然后进行浇铸得到锥形锭；(2)将所述锥形锭进行匀质化处理；(3)将步骤(2)得到的锥形锭依次进行粗锻、精锻、矫直和退火处理；(4)将步骤(3)得到的锻件加热至奥氏体转变结束温度以上10～50℃，保温1～4小时；然后将锻件在80～100℃的介质中冷却至马氏体转变开始温度与马氏体转变结束温度之间；将锻件控制加热至贝氏体转变开始温度与贝氏体转变结束温度之间，保温10～30小时；将锻件在80～100℃介质中冷却至室温；最后将锻件在220～320℃保温10～20小时空冷至室温...

【专利技术属性】
技术研发人员：张弛，李志峰，王永庆，贺帅，陈浩，杨志刚，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：