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        低合金耐磨耐沖擊襯板在棒磨機上的應(yīng)用

        2010-08-22 06:33:14劉俊生翟文霞孫曉永
        山西冶金 2010年2期
        關(guān)鍵詞:低合金安鋼沖擊韌性

        劉俊生 翟文霞 孫曉永

        (安鋼集團永通球墨鑄鐵管有限責(zé)任公司,河南安陽455133)

        低合金耐磨耐沖擊襯板在棒磨機上的應(yīng)用

        劉俊生 翟文霞 孫曉永

        (安鋼集團永通球墨鑄鐵管有限責(zé)任公司,河南安陽455133)

        通過對低合金耐磨耐沖擊襯板機械性能的試驗研究與分析,提出了合理的化學(xué)成分及熱處理工藝。經(jīng)過車間實際生產(chǎn)表明,合理的化學(xué)成分及熱處理工藝使棒磨機襯板的使用壽命從3個月提高到一年半。

        低合金棒磨機襯板

        安鋼集團永通球墨鑄鐵管有限責(zé)任公司(以下簡稱安鋼)原使用燒結(jié)棒磨機襯板為外購高錳鋼襯板,在使用過程中發(fā)現(xiàn)高錳鋼襯板水韌處理不好,襯板耐磨性能未充分發(fā)揮,從而出現(xiàn)破碎、斷裂等問題,使襯板的使用壽命大大縮短。為此,安鋼對棒磨機襯板進行仔細研究分析,同時根據(jù)安鋼車間現(xiàn)有鑄造設(shè)備及工藝情況,應(yīng)用低合金耐磨襯板代替高錳鋼襯板。

        1 低合金耐磨耐沖擊襯板化學(xué)成分的選擇及確定

        選擇適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)成分是保證鑄件獲得良好的組織狀態(tài)和高性能的基本條件,化學(xué)成分的選擇既要有利于耐磨鑄件獲得合適的基體組織,以得到所要求的性能;又要考慮化學(xué)成分確定后對熱處理工藝的影響。在碳鋼中適量加入Cr、Mn、Mo、RE等多種合金元素,得到具有較好力學(xué)性能和較高硬度的優(yōu)質(zhì)耐磨鋼材料。經(jīng)過多次試驗,安鋼最終選擇低合金耐磨襯板的化學(xué)成分[1]:w(C)為0.26%~0.35%,w(Si)0.17%~0.37%,w(Mn)為0.5%~0.75%,w(Cr)為0.55%~0.85%,w(Mo)為0.2%~0.3%,w(Ni)為1.50%~1.80%,w(P)≤0.03%,w(S)≤0.03%,w(RE)為0.03%~0.06%。

        碳的含量對鋼的組織、硬度、耐磨性及力學(xué)性能都有很大影響。大量研究表明,對淬火、回火鋼而言,當(dāng)碳量超過共析成分后,與Cr、Mn、Mo等合金元素形成的碳化物固溶于鐵素體中強化基體,其含碳量越高抗磨粒磨損的性能越好。但是選擇較高的含碳量經(jīng)淬火后易得到馬氏體組織,晶粒較為粗大,在較大沖擊載荷下,表面壓應(yīng)力使金屬表面產(chǎn)生變形破碎,壽命不長;并且隨含碳量的增加,材料的脆性增加,韌性下降,斷裂的危險性加大,所以控制碳含量不能過高,應(yīng)控制w(C)為0.26%~0.35%。

        硅在鋼中不形成碳化物,只形成固溶體,它在鐵素體中的固溶強化作用較強,隨硅含量的增加鋼的強度和硬度上升,塑性有所下降(超過3%時明顯下降);鋼中有少量的硅可減小Fe3C的厚度,細化珠光體;硅還可以提高鋼的抗回火性能,但降低鋼的塑性和韌性,提高韌脆性轉(zhuǎn)變溫度,增大鋼在熱處理過程中的脫碳傾向。所以只有少量硅才是有益的,應(yīng)控制w(Si)為0.17%~0.37%。

        隨著含錳量的增加,強化作用提高,鋼的抗拉強度明顯增大,當(dāng)w(Mn)由0.5%增加到1.5%時,鋼抗拉強度增加最快。一定量的錳在鐵中形成含錳滲碳體(Fe,Mn)C;Mn能擴大奧氏體相區(qū),顯著提高鋼的淬透性;還能降低共析點的含碳量,在相同的含碳量條件下細化珠光體,大致有10%的錳用于晶粒的細化;還能抑制碳化物在過冷奧氏體晶界上的析出,使鋼保持塑性,降低鋼的韌—脆性轉(zhuǎn)變溫度。由此認(rèn)為錳能提高鋼的淬透性并改善熱處理后的微觀組織,是耐磨鋼中不可缺少的主要合金元素之一。但是錳增大鋼的過熱敏感性,在稍有過熱的情況下,就會發(fā)生晶粒粗化,給生產(chǎn)控制帶來困難,同時還增加回火脆性。經(jīng)大量試驗,認(rèn)為應(yīng)控制w(Mn)在0.5%~0.75%的范圍內(nèi)比較合適。

        鉻既能固溶于鐵素體起到固溶強化作用,又能與鋼的碳化物形成多種合金碳化物。鉻與碳的結(jié)合能力大于Fe和Mn,可在滲碳體中置換部分鐵原子而形成含鉻合金滲碳體(Fe,Cr)C,當(dāng)鋼中含鉻較多時可以形成復(fù)雜型碳化物,在鋼中彌散分布,起到沉淀強化作用。鉻固溶于奧氏體中,提高鋼的淬透性,使鋼在熱處理條件下強度、硬度都有所提高,w(Cr)不超過2%時對韌性影響不大,這是鉻的獨特優(yōu)點,在多種鋼中得到廣泛應(yīng)用。但它會增大鋼的回火脆性,一般控制w(Cr)為0.55%~0.85%。

        鉬能固溶于鐵素體和奧氏體中形成碳化物,使鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線右移,因此,鉬在鋼中能提高基體的強度和硬度,增加淬透性,特別是能提高鋼的回火穩(wěn)定性,降低回火脆性,減輕或抵消其他元素對材質(zhì)脆性的有害作用。但鉬是貴重金屬,對成本影響很大。根據(jù)襯板結(jié)構(gòu)及厚度,應(yīng)控制w(Mo)為0.2%~0.3%。

        鎳和碳不形成碳化物,和鐵以互溶的形式存在于鋼中的α相和γ相中,使之強化,并通過細化相的晶粒改善鋼的低溫性能,強烈穩(wěn)定奧氏體,提高鋼的淬透性而不降低鋼的韌性。鎳也是具有一定抗腐蝕能力的元素,對酸、堿、鹽以及大氣都具有一定的抗腐蝕能力,但價格昂貴,只能根據(jù)耐磨零件的大小及工礦條件來確定,通常鎳的加入量應(yīng)為w(Ni)=1.5%~1.8%。

        加入適量稀土復(fù)合變質(zhì)劑對鋼進行孕育處理,可使鋼的晶粒細化,夾雜物均勻彌散分布,形狀以球形為主,減弱了夾雜物對鋼的基體的割裂作用,從而提高鋼的綜合機械性能特別是沖擊韌性。變質(zhì)劑加入過量后,雖然鋼的晶??蛇M一步細化,但鋼中夾雜物數(shù)量增加過多,導(dǎo)致鋼的韌性反而降低,所以應(yīng)控制w(RE)為0.03%~0.06%。

        P和S均是有害元素,在鋼中易形成晶界夾雜物,增加鋼的脆性,增加鑄件在鑄造和熱處理過程中的開裂傾向。因此w(P)或w(S)均要求小于0.03%。

        2 低合金耐磨耐沖擊襯板的熱處理工藝試驗

        2.1 試驗方法和結(jié)果

        在生產(chǎn)條件下用0.5t中頻感應(yīng)電爐中進行熔煉,按成分要求進行配料,金屬爐料稱量后按次序裝爐。1580~1600℃出爐,在澆包中用鋁脫氧,于1540~1580℃澆鑄襯板及楔型試塊,退火后將楔型試塊加工成10mm×10mm×55mm試樣。沖擊試驗在JB-30A型沖擊試驗機上進行,硬度試驗在HRC150洛氏硬度計上進行,用光學(xué)顯微鏡觀察其金相組織。

        將試樣分別進行不同的熱處理工藝試驗后,測得其硬度和沖擊韌性結(jié)果見表1和圖1。試樣經(jīng)空冷淬火和回火后的金相組織為回火馬氏體+少量殘余奧氏體+少量碳化物(見圖2)。

        表1 試樣硬度及沖擊韌性值

        圖1 熱處理工藝對硬度和沖擊韌性的影響

        圖2 熱處理后組織×400

        2.2 分析與討論

        分析表1和圖1結(jié)果可知。單純淬火時,冷卻速度越快,則鋼的硬度越高,而沖擊韌性越低,其中沖擊韌性對冷卻速度的敏感度更大;再進行回火處理后,鋼的硬度有所降低,但不同的回火處理工藝對硬度的影響不大;回火處理后,鋼的沖擊韌性顯著提高,但當(dāng)回火溫度為250℃左右時,韌性最高,回火溫度提高到350℃以后,韌性反而降低,出現(xiàn)回火脆性現(xiàn)象;采用空冷淬火+250℃回火熱處理工藝時,鋼的沖擊韌性最高達43.1J/cm2,硬度HRC達53.5,綜合機械性能最優(yōu)。

        鋼的機械性能決定于它的化學(xué)成分和金相組織。圖2的金相組織表明:這種低合金鋼熱處理后的組織以回火馬氏體為主,兼有少量殘余奧氏體和少量碳化物。馬氏體組織和碳化物的硬度和強度大,奧氏體的韌性和塑性高。采用稀土進行變質(zhì)處理后鋼的晶粒尺寸、夾雜物形態(tài)及分布均得到明顯改善。正是這些因素使鋼的硬度和沖擊韌性均獲得了良好的結(jié)果。

        3 應(yīng)用效果

        用試驗選定的化學(xué)成分和熱處理工藝,生產(chǎn)的低合金耐磨耐沖擊襯板,在安鋼永通公司燒結(jié)棒磨機上應(yīng)用,取得了良好的應(yīng)用效果。公司原用襯板平均使用壽命在3個月~1年,且經(jīng)常因襯板變形、破碎、斷裂等問題,造成拆卸極為困難,無法滿足正常生產(chǎn)要求。自開始應(yīng)用低合金耐磨襯板后,平均壽命為一年半,比原用高錳鋼壽命提高2倍以上,大大減少了停機檢修次數(shù),降低了生產(chǎn)的綜合成本。

        4 結(jié)論

        (1)在碳鋼中適量加入Cr,Mn,Mo,Re等多種合金元素,得到具有較好力學(xué)性能和較高硬度的優(yōu)質(zhì)耐磨鋼材料。該材料鑄造、熱處理工藝性能較好,適合砂型鑄造工藝,熱處理工藝易于控制。

        (2)低合金耐磨耐沖擊襯板經(jīng)空冷淬火和低溫回火后硬度HRC達53.5以上,沖擊韌性аk達43.1J/cm2以上。在燒結(jié)棒磨機筒體襯板上的應(yīng)用收到良好效果,使用壽命比原用的高錳鋼襯板提高1.5~2.0倍。

        [1]杜西靈,杜磊.鋼鐵耐磨鑄件鑄造技術(shù)[M].廣州:廣東科技出版社,2006.

        (編輯:胡玉香)

        Application of Wear and Im pact Resistance Liner of Lowally in Grinding M achine

        LIU Junsheng ZHAIWenxia SUN Xiaoyong
        (An-gang Group Yongtong Cast Pipe Co.Ltd.,Anyang 455133,China)

        Combining with the practice production in our department,through the research and analysis of the wear and impact resistance liner of low-alloy in machine performance,this paper affords reasonable chemical component and heart treatment,prolonging the service life from three months to one year and a half.

        low-alloy,grindingmachine,liner

        book=27,ebook=71

        TG132.3

        A

        2010-03-08

        劉俊生(1979-),男,現(xiàn)安鋼集團永通球墨鑄鐵管有限責(zé)任公司負(fù)責(zé)鑄造生產(chǎn)工作,助理工程師。Tel:13783814230,E-mail:zays007007@163.com

        1672-1152(2010)02-0017-03

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