用于半自磨机衬板的高耐磨高韧性锻造钢合金材料及其成型方法和应用与流程

本发明属于钢材制备，涉及一种用于半自磨机衬板的高耐磨高韧性锻造钢合金材料及其成型方法和应用。

背景技术：

1、半自磨机衬板是一种耐磨主要功能是保护筒体，‌避免筒体直接受到研磨体和物料的冲击和摩擦，‌同时通过调整研磨体的运动状态来增强对物料的粉碎作用，‌从而提高磨机的粉磨效率和产量，‌降低金属消耗。主要考虑对研磨介质的提升作用、‌介质的运行轨迹以及工况条件等因素。‌这种衬板具有耐磨耐冲击、‌高强度、‌高韧性的优异性能，‌能够在高强度、‌高频率的冲击下保持耐磨性能，‌同时在承受高磨损的同时不易出现断裂和破损，‌保证了长时间的使用寿命。‌这种耐磨材料广泛应用于矿山、‌选矿等工业领域，‌尤其是在选矿过程中，‌半自磨机作为将矿石研磨成粉末并分离出所需矿物质的关键设备，‌其耐磨衬板的性能和质量直接影响到整个选矿过程的效率和成本。

2、‌传统铸造衬板主要通过铸造成型方式生产。其存在的问题包括原材料合金元素不稳定、‌铸造成型易出现缩松、‌夹渣等缺陷，‌导致使用过程中频繁断裂，‌需要频繁更换，‌制约了矿山选矿效率。

技术实现思路

1、为了解决上述技术的不足，本发明的目的是提供一种生产效率高，且具有高质量耐磨性能和高韧性的耐磨衬板的成型工艺方法。

2、本发明提出了一种用于半自磨机衬板的高耐磨高韧性锻造钢合金材料，其成分配方包括如下重量百分比的元素：c：0.40％～0 .70％；si：0.2～1.0%；mn：0.2％～1.0％；cr：5％～7％；mo：1 .0％～2.0％；v：0.5％～1.0％；ni：0.2～0.5%，余量为铁。

3、进一步地，所述的高耐磨高韧性锻造钢合金材料，包括如下重量百分比的元素：c：0.40％；si：0.5%；mn：0.4％；cr：5％；mo：2.3％；v：1.0％；ni：0.3%；p：0.01%；s：0.005%，余量为铁。

4、进一步地，所述的高耐磨高韧性锻造钢合金材料，包括如下重量百分比的元素：c：0.40％；si：0.45%；mn：0.5％；cr：6％；mo：1.2％；v：0.7％；ni：0.2%；p：0.01%；s：0.005%，余量为铁。

5、进一步地，所述的高耐磨高韧性锻造钢合金材料，包括如下重量百分比的元素：c：0.45％；si：0.5%；mn：1.5％；cr：6.5％；mo：0.5％；v：0.2％；ni：0.3%；p：0.01%；s：0.003%，余量为铁。

6、进一步地，所述的高耐磨高韧性锻造钢合金材料，包括如下重量百分比的元素：c：0.45％；si：0.55%；mn：1.5％；cr：7％；mo：0.2％；v：0.5％；ni：0.3%；p：0.01%；s：0.004%，余量为铁。

7、进一步地，所述的高耐磨高韧性锻造钢合金材料，包括如下重量百分比的元素：c：0.60％；si：0.6%；mn：1.4％；cr：5.5％；mo：0.45％；v：0.25％；ni：0.5%；p：0.008%；s：0.004%，余量为铁。

8、进一步地，所述的高耐磨高韧性锻造钢合金材料，包括如下重量百分比的元素：c：0.70％；si：0.55%；mn：1.2％；cr：5％；mo：0.65％；v：0.3％；ni：0.5%；p：0.01%；s：0.005%，余量为铁。

9、本发明还提出了一种用于半自磨机衬板的高耐磨高韧性锻造钢合金材料的制备方法，包括：熔炼、电渣重熔、高温均质化、锻造（2镦粗、2拔长）、超细化处理、调质处理。所获得的钢合金材料具有优良的强韧性及耐磨性。具体地，所述制备方法包括以下步骤：

10、步骤1，熔炼：将原材料放入电弧炉或中频电炉中进行熔炼，成分达到要求后，将钢水控温至1500- 1550℃浇铸到所需规格模具中形成电极钢棒，冷却脱模后用专用砂轮机清除电极棒表面氧化皮和凹坑缺陷；其中，所述原材料是指优质废钢或合金钢、低碳铬铁、钼铁、钒铁等。

11、本发明中，通过炉前及炉后成分检测：直读光谱仪来确定成分是否达到要求。

12、步骤2，电渣重熔：将步骤1清除表面氧化皮和凹坑缺陷的电极钢棒进行电渣重熔，使熔融的钢水经渣系过滤去杂质后，缓慢结晶凝固成电渣锭；所述电渣锭根据产品的尺寸、锻造比要求选择不同规格；

13、步骤3，高温均质化：将步骤2得到的圆形电渣钢锭加热到1200-1250℃，保温时间为0.3×d小时，d为钢锭直径尺寸cm，使钢内成分扩散均匀，然后冷却至锻造温度1150~1200℃；

14、步骤4，镦粗：将1150~1200℃电渣钢锭在压机上沿钢锭高度方向进行镦粗至30％高度， 然后精整，回炉加热2-4小时；再进行第二次镦粗至50%高度，精整，始终保持终锻温度870-1250℃以上；

15、步骤5，拔长：对二次反复镦粗后的钢锭进行拔长和锻打至最终尺寸获得模块，保持终锻温度870-1250℃以上，拔长后坑冷至约350℃；

16、步骤6，超细化处理：将模块加热至1050～1100℃保温(0 .2～0 .3)×d小时，d为锻件有效厚度cm，水淬至100℃左右，然后升温至870±10℃等温(0 .4～0 .6)×d小时，d为锻件有效厚度cm；随后炉门微开炉冷至500~550℃，再快速升温至750±10℃，等温(0 .9～1.2)×d小时，d为锻件有效厚度cm，然后随炉冷至300℃出炉空冷；

17、本发明中，炉门微开具有以下作用：1）减少工艺周期；2）得到较好的晶粒度及较多的非自发形核核心；

18、步骤7，将步骤6得到的坯料数控机床加工成成品；

19、步骤8，调质处理：将模块加热至1000~1050℃保温5~10小时，油淬至100℃左右出炉空冷，立即进行回火，回火温度550~600℃保温5~10h，回火3次，得到用于半自磨机衬板的高耐磨高韧性锻造钢合金材料。

20、本发明提出的钢合金材料，性能指标：硬度48~54hrc；冲击功（u口）≥20j；耐磨性与太白铬钼钢相比提升50%，如图1所示，图1中gh6为申请人自定义钢合金型号。

21、本发明还提出了由上述方法制备得到的高耐磨高韧性锻造钢合金材料。

22、本发明还提出了所述的高耐磨高韧性锻造钢合金材料在用于半自磨机衬板中的应用。

23、本发明还提出了一种胎模锻-全金属提升条，包括：提升条本体，所述提升条本体为锻造一体成型；

24、所述提升条本体底面两侧边均设置有燕尾槽；所述燕尾槽不贯穿所述提升条本体；

25、所述提升条本体正面设置有一斜面，作为工作面；

26、所述燕尾槽的深度不超过所述斜面底部所在的水平面。

27、本发明中，所述燕尾槽顶部为圆角r8设置；所述燕尾槽的长度为45mm；所述燕尾槽最窄处为21mm，最宽处为36mm；所述燕尾槽底部为26mm；所述燕尾槽中心线之间间隔60mm设置。

28、本发明中，所述提升条本体背面与垂直面夹角为0-30°，优选为5°。所述提升条本体顶部为圆角r30设置。所述提升条本体背面底边与其最近的燕尾槽中心线之间的距离为56mm。

29、本发明中，所述斜面与垂直面夹角为15-35°，优选为26°。

30、基于以上胎模锻-全金属提升条，本发明还提出了一种全金属提升条的胎模锻造成型方法，包括以下步骤：

31、步骤1、首先电渣锭通过加热至锻造温度1200-1250℃，进行锻造开坯至需要的尺寸方形截面钢坯；

32、步骤2、方坯通过二次加热至锻造温度1200-1250℃，进行锻造压斜面预成型；

33、步骤3、斜坯料通过三次加热至锻造温度1200-1250℃，进行胎模锻造终成型；

34、步骤4、终成型锻造提升条经过球化退火防止锻件开裂；

35、步骤5、锻件通过后序机加工的方式得到衬板成品；

36、步骤6、机加工后的衬板成品通过热处理之后得到最终的产品，以达到产品要求的性能指标。

37、本发明采用3次加热成型，超过4次以上加热锻造将导致钢合金锻件材料性能降低，见下表：

38、

39、本发明中，每次锻造加热温度采用递减的方式，以10~20℃/火次递减，以确保钢合金材料锻后组织晶粒的均匀性。

40、本发明还提出了一种胎模锻-全金属提升条的先锻造后锯切成型方法，包括以下步骤：

41、步骤1、首先电渣锭通过加热至锻造温度1200-1250℃，进行开坯至需要的尺寸方形截面钢坯，2件合并如图4所示，蓝线为锯切线；

42、步骤2、方坯锻造提升条经过球化退火防止锻件开裂；

43、步骤3、方坯通过带锯床进行锯切成耐磨衬板；

44、步骤4、锯切后再通过机加工的方式得到衬板成品；

45、步骤5、机加工后的衬板成品通过热处理之后得到最终的产品，以达到产品要求的性能指标。

46、本发明中，采用1~2次加热成型，每次锻造加热温度应采用递减的方式，以10~20℃/火次递减，以确保钢合金锻造合金材料锻后组织晶粒的均匀性，并提高锻造效率；

47、本发明中，通过锯切得到截面尺寸，以提高材料利用率。

48、本发明还提出了一种板状结构复合提升条，包括：板状提升条本体，所述板状提升条本体为锻造一体成型；

49、所述板状提升条本体背面两侧边均设置有燕尾槽；所述燕尾槽不贯穿所述板状提升条本体；

50、所述板状提升条本体正面及顶面作为工作面。

51、本发明中，所述燕尾槽顶部为圆角r8设置；所述燕尾槽的长度为40mm；所述燕尾槽最窄处为21mm，最宽处为36mm；所述燕尾槽底部为26mm；所述燕尾槽中心线之间间隔60mm设置。

52、本发明中，所述板状提升条本体正面与顶面、底面之间均设置r20圆角；和/或，所述板状提升条本体背面与顶面、底面之间均设置r5圆角；所述板状提升条本体底边面与其最近的燕尾槽中心线之间的距离为48mm。

53、基于以上板状结构复合提升条，本发明还提出了一种板状结构复合提升条锻造成型方法，包括以下步骤：

54、步骤1、首先钢合金耐磨衬板设计成板状结构；

55、步骤2、电渣锭通过加热至锻造温度1200-1250℃，进行锻造开坯至需要的尺寸耐磨衬板锻件提升条；

56、步骤3、衬板锻造提升条经过球化退火防止锻件开裂；

57、步骤4、退火后通过带锯床进行锯锯断成板状耐磨衬板锻件；

58、步骤5、再通过机加工的方式得到板状结构衬板成品；

59、步骤6、机加工后的衬板成品通过热处理之后得到最终的产品，以达到产品要求的性能指标；

60、步骤7、衬板再和橡胶及其他零件进行复合成衬板组件。

61、本发明中，采用1~2次加热成型，每次锻造加热温度应采用递减的方式，以10~20℃/火次递减，以确保钢合金锻造合金材料锻后组织晶粒的均匀性，并提高锻造效率；

62、本发明通过锯切得到板状结构衬板，以提高材料利用率。

63、本发明提出的三种锻造工艺，前2种不同成型工艺最终获得的最终获得的合金产品尺寸、性能指标一样，区别在于加工方式不同。第3种主要体现在合金结构尺寸的不同，性能指标一致。

64、本发明提出的提升条，解决了锻造材料的缺口敏感性，没有对穿的孔之类的裂纹起源，本发明采用‌新型锻造耐磨衬板的开发解决了这些问题，‌通过锻造工艺制造的衬板，‌不仅提高了耐磨性能，‌还减少了维修和更换的频率，‌降低了生产成本，‌保证了机器长期稳定的工作状态，‌为工业生产带来了显著的效益。