專利名稱：：高耐磨奧錳鋼錘頭的生產方法
技術領域：
：本發明涉及一種錘頭材料的生產方法，具體地說是一種錘頭用高耐磨性能奧錳鋼的生產方法。技術背景.-現有的礦山破碎用錘頭均采用傳統鋼鐵材料的常規工藝進行生產，近年來，隨國家礦冶工程的發展，用于各類礦石、熟料、燃料破碎、粉磨的錘頭等鑄件年耗量已達數十萬噸。由于該類材料耐磨性能差，致使錘頭的使用壽命短，加大了生產成本，這促使人們開始愈發重視在生產優質高耐磨性能錘頭的材料和生產工藝上進行積極有益的探索，以期研發出高耐磨性能錘頭。
發明內容本發明的目的是針對現有錘頭使用壽命短，耐磨性能不好，提供一種用高耐磨性能奧錳鋼的生產方法制造的堅固耐磨、使用壽命長的錘頭。實現上述發明目的，采用以下技術方案一種用于高耐磨奧錳鋼錘頭的生產方法，它包括材料成分選定、冶金處理工藝和熱處理工藝，材料成分的選定條件為以碳為基，碳的重量百分數是1.2—1.5，Mn/C(錳、碳)比為4.5—5.5;Cr/C(比為1.0—1.5;Si》0.5%;P>0.05%;冶金處理工藝a、變質劑用稀土Re—鈦Ti一硼B(釔Y—Ti一B)復合變質劑對材料進行變質處理，所述的Re—Ti一B復合變質劑的成分含量是Re(W%)0.200.25Ti(W%)0.050.10B(W%)0.0020.003b.變質工藝先用0.20%的錳鐵，再用0.20%的Si-Ca進行預脫氧；c.合金成分調整出鋼溫度1500°C1550，用W(A1)0.15%0.20%終脫氧后，出鋼時隨流沖入W(Si-Ca)0.04%0.06%;將鈦鐵放置于包內，待鋼液沖入量達到1/3時將Re(或Y)投入包中處理，隨后進行吹氬處理，澆注溫度144(TC148(TC，鋼液要求57分鐘澆完；d.精煉在鋼包包底向包內鋼液吹氬氣精煉；沖入包內鋼液結束時，立即接上吹氬裝置，氬氣通過包底的透氣磚吹入包內鋼液形成大量氣泡，1分鐘左右停止吹氬，鋼液靜置3—4分鐘后澆注，通過吹氬，使鋼液凈化；熱處理工藝用彌散強化熱處理的方法使晶粒進一步細化，對碳化物進行高度彌散化處理使其呈粒狀均勻分布于奧氏體基體上。采用上述技術方案，本發明將材料成分設計準則、冶金處理技術和熱處理技術三位一體綜合考慮，使它們在研發過程和最終效果上相輔相成，互為作用；在實現明顯改善錘頭組織的同時，使其力學性能和使用性能得到全面提升。本發明的生產方法科學合理，用本發明生產的錘頭耐磨性能高，使用壽命長。圖1是本發明彌散強化熱處理工藝圖。圖2是圖1的a點金相圖。圖3是圖1的b點金相圖。圖4是圖1的c點金相圖。圖5是是圖1的d點金相圖。圖6是是圖1的e點金相圖。圖7是是圖1的f點金相圖。具體實施方式下面結合附圖對本發明做進一步的描述。本發明包括材料成分選定、冶金處理工藝和熱處理工藝三部分。它們的生產方法及原理材料成分選定選用的材料以碳為基，碳的重量百分數是1.2—1.5，Mn/C比為4.5—5.5;Cr/C比為1.0—1.5;Si>0.5%;P>0.05%;確立Mn/C比為4.5—5.5是生產高耐磨性能奧錳鋼錘頭成分設計的必要條件；Cr/C比為1.0—1.5;Si>0.5%;P>0.05%是生產高耐磨性能奧錳鋼錘頭成分設計的充分條件。其原理是碳對奧錳鋼組織有重要影響。在其他元素不變的情況下，不同的含碳量就會形成不同的組織結構。奧錳鋼中碳含量對力學性能和耐磨性能有極為顯著的影響。在對錘頭進行工作條件下的受力分析結合碳元素對其材料力學性能的影響提出含碳量(W%)以1.2—1.5為宜；錳對奧錳鋼的加工硬化能力和加工硬化速率有一定影響。試驗證明對含碳量1.2%—1.5%的材料加入5.5%左右的錳就會獲得單一奧氏體組織，且這種奧氏體相在較小沖擊應力條件下加工硬化速率較大，加工硬化能力較強，常常會產生高硬度的誘發馬氏體。優質強韌高耐磨性能奧錳鋼材料強硬化來自(1)碳對基體的固溶強化；(2)在磨料磨損過程會產生高硬度的誘發馬氏體；(3)碳化物以高度彌散狀分布于基體中；(4)產生高密度孿晶位錯。因此確立Mn/C比為4.5—5.5是生產高耐磨性能奧錳鋼錘頭成分設計的必要條件；鉻是奧錳鋼合金化中較為常用的合金元素。加入少量鉻，不僅可改善鋼的淬透性，而且鉻還可以在回火態下形成一定量的Cr-C原子簇與一定量的Mn-C原子簇一道起到第二相彌散強化作用，可提高奧錳鋼的耐磨性、硬度等。鉻固溶于奧氏體后，可以提髙鋼的屈服強度，但是鉻加入到奧錳鋼的鑄態組織中碳化物增加，導致延伸率有所下降。常溫下奧錳鋼中鉻含量增加，沖擊韌性降低。在奧錳鋼中加人微量鉻后，既提高了加工硬化速度，增加了硬化層深度和表面層硬度，使奧錳鋼的加工硬化性能和耐磨性有所提高，沖擊韌性降低不多。對奧錳鋼錘頭確立Cr/C比為1.O—l.5是生產高耐磨性能奧錳鋼錘頭成分設計的充分條件之一；硅與a-Fe無限溶解并封閉Y相區。降低奧氏體中碳的固溶量，硅在鋼中不形成碳化物，而是以固溶體的形態存在于奧氏體中，它在一定程度上降低鋼的韌性和塑性，這主要是硅會促進磷化物析出。據此Si>0.5%作為生產控制指標；磷在奧錳鋼中是非常有害的元素，其在鋼液中溶解度極低，并常以磷化物薄膜出現在晶界上，使鑄件易于產生裂紋，特別是碳含量高時，更加劇了磷的這一危害性。研究表明對奧錳鋼零件使用壽命影響最大的現象是熱裂；影響最大的因素是化學成分；影響力度最強的是化學元素磷的含量。通過不同磷含量的鋼液凝固后在其試樣表面是否產生裂紋和裂紋形成的強弱，試驗建立了奧錳鋼磷含量對材料正常使用壽命影響的狀態判據(％)安全0.06^P20.04介安全0.08^P$0.06臨界P柳8P柳8危險危險可見，P冷0.05X也是生產高耐磨性能奧錳鋼錘頭成分設計的充分條件之一；綜上所述，Cr/C比為1.0—1.5;Si>0,5%;P>0.05%是生產高耐磨性能奧錳鋼錘頭成分設計的充分條件。冶金處理工藝a、變質劑用稀土Re—鈦Ti—硼B(Y—Ti—B)復合變質劑對材料進行變質處理，所述的Re—Ti一B復合變質劑的成分b、變質工藝先用0.20%的錳鐵，再用0.20%的Si-Ca進行預脫氧，再依以下順序加入錳鐵—(氮化錳鐵)—合金成分調整合金成分調整出鋼溫度1500°C1550°C。用W(A1)0.15%0.20%終脫氧后，出鋼時隨流沖入W(Si-Ca)0.04%0.06%;將鈦鐵放置于包內，待鋼液沖入量達到1/3時將Re(或Y)投入包中處理。隨后進行吹氬處理。澆注溫度1420。C1470°C。鋼液要求57分鐘澆完。其原理是稀土作為表面活性元素可以使表面張力降低，它本身的結合能以及它和其他元素的結合能都小。由金屬學原理可知，降低了形成臨界尺寸的晶核所需要的功，可使結晶核心增加，從而使奧錳鋼組織細化；由于稀土合金中的大量表面活性元素會富集在新生碳化物的表面，使碳化物的擇優長大速度受到阻礙，碳化物難于連接成封閉圈而變成斷網狀。含量是:Re(W%)Ti(W%)B(W%)由于稀土變質劑作為表面活性元素吸附在夾雜物表面，在一定的熱力學、動力學條件下大部分以原夾雜物為基聚集上浮，逐漸形成對鋼水凈化十分有益的脫氧、脫硫、去氣等效應，一部分形成高烙點的稀土復合硫化物、氧化物及硫氧化物在鋼液中存在。由于稀土使夾雜物變得細小圓整、彌散分布，削弱了夾雜物對鋼的有害作用，提高了其力學性能，特別是沖擊韌性。鈦主要是以鈦鐵的形式加入的。Ti在鋼中與O、N、C的親合力遠比Nb、V強，可以形成穩定的碳化物TiC、氮化物TiN、氧化物Ti02。所形成的碳化物質點彌散分布，強烈地阻止鐵離子的擴散，降低氧化速率。碳化物TiC極為穩定(面心立方結構硬度2988)，熔點很高(3140°C)可以作為結晶核心，起到細化晶粒作用，現在研究證實，這種晶粒度可以細化1-2級。在髙沖擊鑿削型磨料磨損條件下較低鈦含量(0.060.15%)是合適的，而在中、低沖擊鑿削型磨料磨損的條件下，高鈦含量(0.4%)的效果比較好。本發明使用條件是在高沖擊鑿削型磨料磨損條件下，因此選用較本發明使用條件是在高沖擊鑿削型磨料磨損條件下，因此選用較低鈦含量(0.060.15%)。硼是化學性質很活潑的元素，能和鋼中的氧、氮結合形成穩定的非金屬夾雜物，由于它是表面活性元素，常富集于奧氏體晶界處，起到細化晶粒作用。這種細化作用與硼的含量有關，當含量小于0.005%時，細化效果比較明顯，含量過多時反而使晶粒粗化。C.精煉采用在鋼包包底向包內鋼液吹氬氣進行精煉，工藝簡單、效果明顯。當結束沖入包內鋼液，即可接上吹氬裝置，氬氣通過包底的透氣磚吹入包內鋼液產生大量氣泡。經lmin左右停止吹氬，鋼液靜置3—4min后澆注。通過吹氬，使鋼液凈化。d.熱處理工藝將工件加熱到90(TC，保溫后實現了碳化物的預球化；從900。C降溫到600。C開始了奧氏體到珠光體的轉變，保溫后碳化物不斷析出且進一步顆?；?；待A—P轉變結束，再從600。C升溫至104(TC開始了組織的重結晶，使晶粒得到進一步細化，使碳化物完全顆?；?。采用新型奧錳鋼碳化物彌散強化熱處理，使其磨后硬度明顯提高，具有很高的耐磨性能。采用彌散強化熱處理使晶粒進一步細化，碳化物呈顆粒狀高度彌散分布在基體上。參見附圖1一7，通過各點的金相圖可以看出，奧錳鋼晶粒明顯細化，顆粒狀碳化物高度彌散，非金屬夾雜量少、且呈細小短桿或顆粒狀分布，雖然磨前硬度提高不多，但由于其加工硬化速率和加工硬化能力的明顯提高，它的磨后硬度大大增加，這樣奧錳鋼錘頭在用于高沖擊、中等硬度各類礦料的破碎時，其使用壽命延長了2倍以上，取得了滿意的研發效果。奧錳鋼綞頭與高錳鋼錘頭力學性能對比如表一所示。表一奧錳鋼與高錳鋼力學性能對比<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權利要求1、一種高耐磨奧錳鋼錘頭的生產方法，該方法包括材料成分選定、冶金處理工藝和熱處理工藝，其特征在于，(1)材料成分的選定條件為以碳為基，碳的重量百分數是1.2—1.5，Mn/C比為4.5—5.5;Cr/C比為1.0—1.5;Si>0.5%;P>>0.05%;(2)冶金處理工藝a、變質劑用稀土、鈦、硼混合制作復合變質劑，所述的復合變質劑的每一成分的重量百分比含量是稀土0.200.25鈦0.050.10硼0.0020.003b、變質工藝先用0.20%的錳鐵，再用0.20%的Si-Ca進行預脫氧;c、合金成分調整出鋼溫度1500155(TC，用重量百分比為W(A1)0.15%0.20%的鋁終脫氧后，出鋼時隨流沖入重量百分比為W(Si-Ca)硅鈣0.04%0.06%;將鈦鐵放置于包內，待鋼液沖入量達到1/3時將稀土投入包中處理，隨后進行吹氬處理，澆注溫度1420°C1470°C，鋼液要求57分鐘澆完；d、精煉在鋼包包底向包內鋼液吹氬氣精煉；結束沖入包內鋼液時，立即接上吹氬裝置，氬氣通過包底的透氣磚吹入包內鋼液，l分鐘左右停止吹氬，鋼液靜置3—4分鐘后澆注，通過吹氬，使鋼液凈化；(3)熱處理工藝用彌散強化熱處理的方法使晶粒進一步細化，對碳化物進行高度彌散化處理使其呈粒狀均勻分布于奧氏體基體上。全文摘要一種高耐磨奧錳鋼錘頭的生產方法，屬于錘頭材料的生產方法。其材料成分的選定條件為以碳為基，碳的重量百分數是1.2-1.5，Mn/C比為4.5-5.5；Cr/C比為1.0-1.5；Si≯0.5％；P≯0.05％；冶金處理工藝用稀土、鈦、硼混合制作復合變質劑，先用0.20％的錳鐵，再用0.20％的Si-Ca進行預脫氧；然后進行合金成分調整；采用在鋼包包底向包內鋼液吹氬氣精煉，用彌散強化熱處理的方法使晶粒進一步細化，對碳化物進行高度彌散化處理使其呈粒狀均勻分布于奧氏體基體上。本發明的生產方法科學合理，用本發明生產的錘頭耐磨性能高，使用壽命長。文檔編號C21C7/06GK101121993SQ20071015233公開日2008年2月13日申請日期2007年9月27日優先權日2007年9月27日發明者付宏江,何義成,劉冠岳,王仲玨申請人:河北海鉞耐磨材料科技有限公司