用于碎煤機錘頭的稀土耐磨高錳鋼和制造方法及錘頭的制作方法
【專利摘要】本發明針對以上問題提供一種用于碎煤機錘頭的稀土耐磨高錳鋼，成份的重量百分比為：碳C:1.2%至1.35%；硅Si：0.30%至1.00%；錳Mn：11%至14%；磷P：小于0.08%；硫S：小于0.05%；鉻Cr：1.5%至2.2%；稀土RE：0.08%至0.1%；余量為鐵Fe。另外，本發明還提供用于制造高錳鋼的制造方法和碎煤機的錘頭。本發明提供的高錳鋼的有益效果：加入稀土RE后，顯著降低了組份內磷、硫的比例，而磷和硫越低越有利于高錳鋼的形狀改良，耐磨、耐腐蝕、耐高溫、下屈服強度Rel、抗拉強度Rm、斷后伸長率A、硬度等性能均有所改善。
【專利說明】用于碎煤機錘頭的稀土耐磨高錳鋼和制造方法及錘頭

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于碎煤機錘頭的高錳鋼以及這種高錳鋼的制造方法，具體地 說，在尚猛鋼的制造方法中加入包含有稀土 RE的復合變質劑，并且控制尚猛鋼組份中的每 一種元素的重量都在預設的比例范圍內。

【背景技術】
[0002] 燃料系統擔負著燃煤的卸儲、輸送與配供等任務，該系統主要由卸煤設備、原煤輸 送系統和煤場設備三大部分組成。輸送系統用來輸送和供應原煤，常規要求供應原煤倉的 煤的粒徑必須小于或者等于30毫米，為了滿足粒度要求，在燃料輸送系統中設置了篩碎設 備。為了提高碎煤機的破碎效率和節省電能，在破碎前對來煤進行分級篩分，小粒徑的煤直 接落到下游皮帶，大塊的煤進入碎煤機進行破碎。
[0003] 目前，我國大多數燃煤發電廠燃料系統配置的碎煤機都為環錘式的錘頭結構，這 是由于它具有較高的破碎效率，較強的煤種適應性，并且還具有運行可靠、維修量和經濟性 適中的特點。例如申請號為CN201220263070的中國實用新型專利申請公開了一種碎煤機 的齒環結構。
[0004] 現在市場上的一款型號為TT6的轉運塔內，一般安裝有四臺環錘式碎煤機，環式 碎煤機主要是由機體和機蓋、轉子（包括主軸、搖臂、環軸、環錘等）、篩板、碎煤板、篩板調 節器、撥煤板、反射板組成。其主要優點是結構簡單、體積小、質量輕、維護簡單，能夠自行排 除雜物及鐵、噪音小，入料口成微負壓，出料口可成微正壓，送風量小，能形成機內循環風， 粉塵小等，適用于表面水分小于15%的煤、煤矸石、焦炭、頁巖等物料的破碎。環錘式碎煤機 的轉子上帶有環形錘頭，轉子旋轉時首先對煤進行沖擊作用使之破碎；被沖擊后的煤從環 形錘頭處獲得動能，使煤在錘頭與碎煤板、篩板之間，煤與煤之間產生沖擊力、剪切力、擠壓 力、碾磨力，這些力大于或超過煤在破裂前所固有的抗沖擊及抗壓、抗拉強度極限，從而使 煤塊得以破碎。
[0005] 碎煤機錘頭在工作狀態下高速旋轉，與物料發生猛烈的撞擊后受到強烈的沖擊形 成磨粒磨損，造成錘頭工作部位疲勞剝落和形成犁溝磨蝕而失效，實際生產中要求錘頭的 打擊部分具有高硬度和一定韌性，安裝部分具有高韌性和一定硬度。
[0006] 易損件主要有錘頭、碎煤板、篩板，其次是搖臂和環軸葉片，如果采購的配件質量 合格，基本上是磨蝕和沖蝕損壞，如果出現錘頭材質不合格，容易出現斷裂，并將碎煤機篩 板、破碎板以及轉子打擊斷裂而致破碎機易損件早期失效。
[0007] 這種碎煤機錘頭可以采購自美國American Pulverizer company公司，其型號為 ACC-75-BG-NF，額定出力1500t//h，入料粒度彡300X38mm，出料粒度彡25mm，轉速740Rpm。
[0008] 型號為ACC-7J-BG-NF的碎煤機易損件錘頭、碎煤板、篩板、柵欄等均為進口件，不 僅費用高，購買周期長，檢修成本高，美國進口的錘頭，材質大多為中碳45#結構鋼鍛材，或 未經變質處理的ZGMnl3普通高錳鋼，因而水韌處理過程中淬透性都不夠理想，工況磨損機 理主要是犁溝磨粒磨損和碎裂。在市場經濟環境下，燃煤發電廠最關心的就是生產的安全 性和經濟性。機械產品的失效主要有三種形式，即斷裂（包括過渡期變形）、腐蝕和磨損。 據統計，能源的三分之一到二分之一是由于磨損和摩擦所損耗的，在機械零件的失效中磨 損占80%以上。美國每年因磨損造成經濟損失約1000多億美元，目前我國每年因磨損消 耗金屬耐磨材料高達500萬噸以上，價值400多億元。其中電力行業因磨損和腐蝕每年消 耗金屬耐磨件約120萬噸左右。因此，研宄發電設備金屬磨損，提高設備金屬材料的抗磨性 能，研制和推廣新型發電設備的耐磨抗腐蝕材料是當今本領域技術人員所述面臨的重要任 務。
[0009] 影響錘頭使用壽命的因素至少包括以下兩種因素：1、錘頭本身的材質、制造工藝、 合金元素比例成分不合理，造成錘頭耐磨性差，另外，在制造時有氣孔、裂紋等，造成錘頭在 使用中過程中斷裂。2、設置在碎煤機前的篩煤機的篩分效率下降，大量的細顆粒煤炭進入 碎煤機后，也會增加錘頭的磨損，降低錘頭的使用壽命。
[0010] 現如今，錘頭普遍采用的材料為高錳鋼，高錳鋼的制造工藝穩定并且高錳鋼應用 到錘頭上之后，在一定程度上能夠滿足實際的工作需求。高錳鋼是歷史最悠久的一種耐磨 鋼，它是由英國的Hadfield于1882年發明的，至今已有一百多年歷史。高錳鋼使用狀態的 組織為奧氏體，它具有良好的韌性和加工硬化能力。即在強烈的沖擊載荷或擠壓載荷下，受 力表面被加工硬化，硬度可從原始的HB200左右提高到HB500以上，而心部仍保持著良好 的韌性。因此，該鋼種至今仍被廣泛制作抗沖擊載荷的耐磨件。目前市場上使用的高錳鋼 的化學成份大致為：碳C :0.9%至1.5 %、錳Mn :10%至15%、硅Si :0.3%至1.0%、硫S : 彡 0· 05%、磷 P :彡 0· 10%。
[0011] 近些年來，諸多研宄致力于對高錳鋼的性質改進，以期能夠獲得優良耐磨性、力學 性能優異以及較長使用壽命的高錳鋼。大量的研宄表明：合金化和彌散處理（例如稀土改 良）是提高高錳鋼耐磨性的兩條有效途徑。例如作者霍文霞的碩士學位論文"稀土對耐磨 鑄鋼組織及性能的影響"中記載了稀土對高錳鋼的性能影響，在該論文的實驗部分，采用 不同的稀土量0. 035 %、0. 0445 %和0. 052 %的比例進行實驗，結果表明0. 052 %的晶粒尺 寸相對均勻，盡管如此，該論文中提供的高錳鋼的硬度值、下屈服強度、斷后伸長率、抗拉強 度等力學指標仍難以達到碎煤機錘頭的應用要求，有待改進。申請號為CN200510020653. 7 的中國發明專利申請公開了一種耐磨錘頭及制造工藝，其中碳C的重量百分比在0.20% 至0.35%之間，錳Mn的重量百分比在1.3%至1.6%之間，然而，這種高錳鋼的含碳量和 含錳量過低。另外，雖然該申請的技術方案中提到使用稀土 RE，但是并沒有具體指出稀土 在高錳鋼的組份內的具體含量，而采用該申請所公開的技術方案得到的高錳鋼仍難以滿 足要求，有待改進。申請號為CN20061005169的中國發明專利申請文件中公開了一種新 型稀土鉻錳氮系列不銹鋼，該申請在高錳鋼的組份內引入多種合金，包括銅、鎳和氮元素， 這樣的技術方案顯然使得制造工藝趨于復雜，并且組份中碳、稀土的含量較低。申請號為 CN200610134360. 6的中國發明專利申請文件中公開了一種超高性能耐磨高錳鋼及生產方 法，該申請的組份比例復雜，需要在生成工藝額外加入多種合金，包括鈦Ti、釩V、鎂Mg、硼 B以及氮N等多種元素，這種加工工藝使得加工難度過于復雜，生成成本升高，另外，該申請 中稀土 RE重量百分比在0. 08 %至0. 4%，稀土的重量百分比的范圍過大，以至于按照這種 工藝得到的成品，其產品性能的穩定性大大降低，因此有必要縮小稀土的重量百分比的范 圍，以期達到最優化的技術方案，提尚尚猛鋼廣品穩定性。
[0012] 綜上所述，合金化成分設計的方案存在多種問題，諸如工藝復雜、產品性質不夠穩 定、生產成本過高以及成品性能改進效果不夠明顯。相比而言，利用稀土參雜對高錳鋼彌散 處理的方法更為直接、簡便、有效。然而，如前所述，根據現有技術的記載，雖然出現了利用 稀土對高錳鋼進行改進的工藝，然而，為了能夠進一步控制高錳鋼的組份比例，以期在更為 優選的組份范圍內，得到更加優良的高錳鋼，以制造高性能的用于碎煤機的錘頭，稀土高錳 鋼的組份制造工藝和組份比例的技術方案仍有待進一步優化。


【發明內容】

[0013] 本發明針對以上問題提供一種用于碎煤機錘頭的稀土耐磨高錳鋼，用于碎煤機錘 頭的稀土耐磨高錳鋼的成份重量百分比為：碳C: 1. 2%至1. 35% ;硅Si :0. 30%至1. 00% ; 錳 Mn :11%至 14% ;磷 P :小于 0.08% ;硫 S :小于 0.05% ;鉻 Cr :1.5%至 2.2% ;稀土 RE: 0.08 %至0· 1% ;余量為鐵Fe。
[0014] 采取上述方案，至少包括以下有益效果：（1)奧氏體層錯能下降，提高奧氏體高錳 鋼的加工硬化能力，使之形成新的碳化物，形成高強韌性耐磨鋼；（2)相對于采購自美國 American Pulverizer company公司的型號為ACC-75-BG-NF的錘頭，本發明提供的組份的 高錳鋼可以將錘頭的使用壽命由原來的8-10月，提高1. 5倍至2倍，大大降低企業運營成 本，能夠取得非常顯著的商業效果；（3)加入稀土 RE后，顯著降低了組份內磷、硫的比例，而 磷和硫在組份內的含量越低，越有利于高錳鋼的性能改良；(4)耐磨、耐腐蝕、耐高溫、下屈 服強度Rel、抗拉強度Rm、斷后伸長率A、硬度等性能均有所改善。
[0015] -個優選的方案是，硅Si的成份重量百分百為：0.30%至0.90% ;磷P的成份重 量百分百為：小于或等于〇. 06% ;硫S的成份重量百分百為：小于或等于0. 04%。采取上 述方案，用于碎煤機錘頭的稀土耐磨高錳鋼具有的力學性能包括下屈服強度Rel、抗拉強度 Rm和斷后伸長率A，下屈服強度Rel大于或等于390MPa，抗拉強度Rm大于或等于735MPa， 斷后伸長率A大于或等于20 %，硬度小于或等于300HBW。
[0016] 我國高錳鋼鑄件的相關標準是GB/T 5680-2010,奧氏體錳鋼鑄件的化學成分見表 L 其力學性能見表2。
[0017] 表1奧氏體錳鋼鑄件的化學成分（GB/T 5680-2010)

【權利要求】
1. 用于碎煤機錘頭的稀土耐磨高錳鋼，其特征在于：所述用于碎煤機錘頭的稀土耐磨 高錳鋼的成份重量百分比為： 碳 C: 1.2% 至 1.35%; 硅 Si :0. 30% 至 1. 00% ; 錳 Mn :11% 至 14% ; 磷P :小于0. 08% ; 硫S :小于0. 05% ; 鉻 Cr : 1. 5% 至 2. 2% ; 稀土 RE :0? 08% 至 0? 1% ; 余量為鐵Fe。
2. 根據權利要求1所述的用于碎煤機錘頭的稀土耐磨高錳鋼，其特征在于： 所述硅Si的成份重量百分百為：0. 30%至0. 90% ; 所述磷P的成份重量百分百為：小于或等于〇. 06% ; 所述硫S的成份重量百分百為：小于或等于0. 04%。
3. 根據權利要求1所述的用于碎煤機錘頭的稀土耐磨高錳鋼，其特征在于： 所述硅Si的成份重量百分百為：1. 00% ; 所述磷P的成份重量百分百為：小于或者等于〇. 07% ; 所述錳Mn的成份重量百分百為：11. 5%至14%。
4. 根據權利要求1所述的用于碎煤機錘頭的稀土耐磨高錳鋼，其特征在于： 所述硅Si的成份重量百分百為：0. 30%至0. 90% ; 所述磷P的成份重量百分百為：小于或等于〇. 06% ; 所述硫S的成份重量百分百為：小于或等于0. 045%。
5. 用于碎煤機錘頭的稀土耐磨高錳鋼的制造方法，其特征在于： 按照以下步驟依次進行：（1)合金熔煉；（2 )爐前變質處理；（3 )鑄造、水韌處理和熱處 理工藝； 所述步驟（1)中依次包括熔化期、氧化期和還原期； 在所述氧化期的過程中，控制脫碳量在〇. 3%以上，鋼水在充分沸騰下，去除固體渣并 控制鋼水中含磷量在0. 015%以下； 在所述還原期的前期，采用白渣操作，在所述還原期的后期，加入相應的合金調節成 份，當鋼水溫度、鋼水成份、爐前含氣和曲彎試驗達到預設的標準后，加入鋁進行最終的脫 氧過程； 所述步驟（2)中，采用復合變質劑進行爐前變質處理，所述復合變質劑的重量百分比如 下：稀土 RE在29%至33%范圍內；娃Si小于或等于40% ;鈣Ca小于或等于5% ;鈦Ti小于或 等于6% ;錳Mn小于或等于5% ;余量為鐵Fe;所述復合變質劑的熔點為1080°C至1250°C ; 經過所述步驟（2)處理后的組份中相應的元素的重量百分比控制在以下范圍內：碳 C: 1. 2% 至 1. 35% ;硅 Si :0? 30% 至 1. 00% ;錳 Mn : 11% 至 14% ;磷 P :小于 0? 08% ;硫 S :小于 0? 05% ;鉻 Cr : 1. 5% 至 2. 2% ;稀土 RE :0? 08% 至 0? 1% ;余量為鐵 Fe。
6. 根據權利要求5所述的用于碎煤機錘頭的稀土耐磨高錳鋼的制造方法，其特征在 于：所述復合變質劑在使用之前需要進行預處理過程，所述預處理過程依次包括：粒度篩 選，粒度控制在10毫米至20毫米；預熱，所述復合變質劑在加入前進行加熱處理，加熱的溫 度控制在200°C至300°C ;采用鋼水包沖入法加入所述復合變質劑，所述復合變質劑的加入 量為鋼水總重量的〇. 2%。
7. 根據權利要求5或6所述的用于碎煤機錘頭的稀土耐磨高錳鋼的制造方法，其特征 在于：在所述水韌處理過程中，溫度加熱至1050°C至1100°C，時間維持在70分鐘至80分鐘 后冷卻；在所述水韌處理后進行所述熱處理工藝，加熱至450°C至480°C，保溫4小時至6小 時，然后再加熱至850°C，保溫3小時至6小時，水冷淬火。
8. -種碎煤機的錘頭，所述碎煤機的錘頭包括錘身座，所述錘身座為圓形，所述錘身 座上沿周向方向設置有刀片， 其特征在于：所述碎煤機的錘頭由稀土耐磨高錳鋼材料制成，所述稀土耐磨高錳鋼材 料的組份的重量百分比如下：碳C: 1. 2%至1. 35% ;硅Si :0. 30%至1. 00% ;錳Mn :11%至 14% ;磷 P :小于 0? 08% ;硫 S :小于 0? 05% ;鉻 Cr :1. 5% 至 2. 2% ;稀土 RE :0? 08% 至 0? 1% ;余量 為鐵Fe。
9. 根據權利要求8所述的碎煤機的錘頭，其特征在于： 所述刀片包括第一部分和第二部分，所述第一部分以可拆卸的方式設置在所述錘身座 上，在沿所述錘身座的徑向方向上所述第二部分位于所述錘身座的外部，所述刀片的數量 大于一個。
10. 根據權利要求9所述的碎煤機的錘頭，其特征在于： 所述錘身座為圓環結構，所述第一部分設置在所述錘身座的圓環結構的面上，所述第 一部分上具有十字型凸起，所述錘身座上具有與所述十字型凸起配合的十字型凹槽。
【文檔編號】C22C38/60GK104498841SQ201410811780
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月22日 優先權日:2014年12月22日
【發明者】孫世虎, 袁洪濤, 馬杰, 謝健育, 金科, 劉新昌, 李志軍, 白劍鋒, 曹建, 黃廣輝 申請人:廣東省粵電集團有限公司珠海發電廠