用于碎煤機(jī)錘頭的稀土耐磨高錳鋼和制造方法及錘頭的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明針對(duì)以上問(wèn)題提供一種用于碎煤機(jī)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(fā)明還提供用于制造高錳鋼的制造方法和碎煤機(jī)的錘頭。本發(fā)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(nèi)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(qiáng)度Rel、抗拉強(qiáng)度Rm、斷后伸長(zhǎng)率A、硬度等性能均有所改善。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于碎煤機(jī)錘頭的稀土耐磨高錳鋼和制造方法及錘頭

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于碎煤機(jī)錘頭的高錳鋼以及這種高錳鋼的制造方法，具體地 說(shuō)，在尚猛鋼的制造方法中加入包含有稀土 RE的復(fù)合變質(zhì)劑，并且控制尚猛鋼組份中的每 一種元素的重量都在預(yù)設(shè)的比例范圍內(nèi)。

【背景技術(shù)】
[0002] 燃料系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著燃煤的卸儲(chǔ)、輸送與配供等任務(wù)，該系統(tǒng)主要由卸煤設(shè)備、原煤輸 送系統(tǒng)和煤場(chǎng)設(shè)備三大部分組成。輸送系統(tǒng)用來(lái)輸送和供應(yīng)原煤，常規(guī)要求供應(yīng)原煤倉(cāng)的 煤的粒徑必須小于或者等于30毫米，為了滿(mǎn)足粒度要求，在燃料輸送系統(tǒng)中設(shè)置了篩碎設(shè) 備。為了提高碎煤機(jī)的破碎效率和節(jié)省電能，在破碎前對(duì)來(lái)煤進(jìn)行分級(jí)篩分，小粒徑的煤直 接落到下游皮帶，大塊的煤進(jìn)入碎煤機(jī)進(jìn)行破碎。
[0003] 目前，我國(guó)大多數(shù)燃煤發(fā)電廠燃料系統(tǒng)配置的碎煤機(jī)都為環(huán)錘式的錘頭結(jié)構(gòu)，這 是由于它具有較高的破碎效率，較強(qiáng)的煤種適應(yīng)性，并且還具有運(yùn)行可靠、維修量和經(jīng)濟(jì)性 適中的特點(diǎn)。例如申請(qǐng)?zhí)枮镃N201220263070的中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一種碎煤機(jī) 的齒環(huán)結(jié)構(gòu)。
[0004] 現(xiàn)在市場(chǎng)上的一款型號(hào)為T(mén)T6的轉(zhuǎn)運(yùn)塔內(nèi)，一般安裝有四臺(tái)環(huán)錘式碎煤機(jī)，環(huán)式 碎煤機(jī)主要是由機(jī)體和機(jī)蓋、轉(zhuǎn)子（包括主軸、搖臂、環(huán)軸、環(huán)錘等）、篩板、碎煤板、篩板調(diào) 節(jié)器、撥煤板、反射板組成。其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕、維護(hù)簡(jiǎn)單，能夠自行排 除雜物及鐵、噪音小，入料口成微負(fù)壓，出料口可成微正壓，送風(fēng)量小，能形成機(jī)內(nèi)循環(huán)風(fēng)， 粉塵小等，適用于表面水分小于15%的煤、煤矸石、焦炭、頁(yè)巖等物料的破碎。環(huán)錘式碎煤機(jī) 的轉(zhuǎn)子上帶有環(huán)形錘頭，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)首先對(duì)煤進(jìn)行沖擊作用使之破碎；被沖擊后的煤從環(huán) 形錘頭處獲得動(dòng)能，使煤在錘頭與碎煤板、篩板之間，煤與煤之間產(chǎn)生沖擊力、剪切力、擠壓 力、碾磨力，這些力大于或超過(guò)煤在破裂前所固有的抗沖擊及抗壓、抗拉強(qiáng)度極限，從而使 煤塊得以破碎。
[0005] 碎煤機(jī)錘頭在工作狀態(tài)下高速旋轉(zhuǎn)，與物料發(fā)生猛烈的撞擊后受到強(qiáng)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(shí)際生產(chǎn)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(huán)軸葉片，如果采購(gòu)的配件質(zhì)量 合格，基本上是磨蝕和沖蝕損壞，如果出現(xiàn)錘頭材質(zhì)不合格，容易出現(xiàn)斷裂，并將碎煤機(jī)篩 板、破碎板以及轉(zhuǎn)子打擊斷裂而致破碎機(jī)易損件早期失效。
[0007] 這種碎煤機(jī)錘頭可以采購(gòu)自美國(guó)American Pulverizer company公司，其型號(hào)為 ACC-75-BG-NF，額定出力1500t//h，入料粒度彡300X38mm，出料粒度彡25mm，轉(zhuǎn)速740Rpm。
[0008] 型號(hào)為ACC-7J-BG-NF的碎煤機(jī)易損件錘頭、碎煤板、篩板、柵欄等均為進(jìn)口件，不 僅費(fèi)用高，購(gòu)買(mǎi)周期長(zhǎng)，檢修成本高，美國(guó)進(jìn)口的錘頭，材質(zhì)大多為中碳45#結(jié)構(gòu)鋼鍛材，或 未經(jīng)變質(zhì)處理的ZGMnl3普通高錳鋼，因而水韌處理過(guò)程中淬透性都不夠理想，工況磨損機(jī) 理主要是犁溝磨粒磨損和碎裂。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，燃煤發(fā)電廠最關(guān)心的就是生產(chǎn)的安全 性和經(jīng)濟(jì)性。機(jī)械產(chǎn)品的失效主要有三種形式，即斷裂（包括過(guò)渡期變形）、腐蝕和磨損。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(jī)械零件的失效中磨 損占80%以上。美國(guó)每年因磨損造成經(jīng)濟(jì)損失約1000多億美元，目前我國(guó)每年因磨損消 耗金屬耐磨材料高達(dá)500萬(wàn)噸以上，價(jià)值400多億元。其中電力行業(yè)因磨損和腐蝕每年消 耗金屬耐磨件約120萬(wàn)噸左右。因此，研宄發(fā)電設(shè)備金屬磨損，提高設(shè)備金屬材料的抗磨性 能，研制和推廣新型發(fā)電設(shè)備的耐磨抗腐蝕材料是當(dāng)今本領(lǐng)域技術(shù)人員所述面臨的重要任 務(wù)。
[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(zhì)、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(shí)有氣孔、裂紋等，造成錘頭在 使用中過(guò)程中斷裂。2、設(shè)置在碎煤機(jī)前的篩煤機(jī)的篩分效率下降，大量的細(xì)顆粒煤炭進(jìn)入 碎煤機(jī)后，也會(huì)增加錘頭的磨損，降低錘頭的使用壽命。
[0010] 現(xiàn)如今，錘頭普遍采用的材料為高錳鋼，高錳鋼的制造工藝穩(wěn)定并且高錳鋼應(yīng)用 到錘頭上之后，在一定程度上能夠滿(mǎn)足實(shí)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(guó)的Hadfield于1882年發(fā)明的，至今已有一百多年歷史。高錳鋼使用狀態(tài)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(qiáng)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(chǎng)上使用的高錳鋼 的化學(xué)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(lái)，諸多研宄致力于對(duì)高錳鋼的性質(zhì)改進(jìn)，以期能夠獲得優(yōu)良耐磨性、力學(xué) 性能優(yōu)異以及較長(zhǎng)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(xué)位論文"稀土對(duì)耐磨 鑄鋼組織及性能的影響"中記載了稀土對(duì)高錳鋼的性能影響，在該論文的實(shí)驗(yàn)部分，采用 不同的稀土量0. 035 %、0. 0445 %和0. 052 %的比例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明0. 052 %的晶粒尺 寸相對(duì)均勻，盡管如此，該論文中提供的高錳鋼的硬度值、下屈服強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、抗拉強(qiáng) 度等力學(xué)指標(biāo)仍難以達(dá)到碎煤機(jī)錘頭的應(yīng)用要求，有待改進(jìn)。申請(qǐng)?zhí)枮镃N200510020653. 7 的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)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(guò)低。另外，雖然該申請(qǐng)的技術(shù)方案中提到使用稀土 RE，但是并沒(méi)有具體指出稀土 在高錳鋼的組份內(nèi)的具體含量，而采用該申請(qǐng)所公開(kāi)的技術(shù)方案得到的高錳鋼仍難以滿(mǎn) 足要求，有待改進(jìn)。申請(qǐng)?zhí)枮镃N20061005169的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)文件中公開(kāi)了一種新 型稀土鉻錳氮系列不銹鋼，該申請(qǐng)?jiān)诟咤i鋼的組份內(nèi)引入多種合金，包括銅、鎳和氮元素， 這樣的技術(shù)方案顯然使得制造工藝趨于復(fù)雜，并且組份中碳、稀土的含量較低。申請(qǐng)?zhí)枮?CN200610134360. 6的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)文件中公開(kāi)了一種超高性能耐磨高錳鋼及生產(chǎn)方 法，該申請(qǐng)的組份比例復(fù)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(guò)于復(fù)雜，生成成本升高，另外，該申請(qǐng) 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(guò)大，以至于按照這種 工藝得到的成品，其產(chǎn)品性能的穩(wěn)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(dá)到最優(yōu)化的技術(shù)方案，提尚尚猛鋼廣品穩(wěn)定性。
[0012] 綜上所述，合金化成分設(shè)計(jì)的方案存在多種問(wèn)題，諸如工藝復(fù)雜、產(chǎn)品性質(zhì)不夠穩(wěn) 定、生產(chǎn)成本過(guò)高以及成品性能改進(jìn)效果不夠明顯。相比而言，利用稀土參雜對(duì)高錳鋼彌散 處理的方法更為直接、簡(jiǎn)便、有效。然而，如前所述，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的記載，雖然出現(xiàn)了利用 稀土對(duì)高錳鋼進(jìn)行改進(jìn)的工藝，然而，為了能夠進(jìn)一步控制高錳鋼的組份比例，以期在更為 優(yōu)選的組份范圍內(nèi)，得到更加優(yōu)良的高錳鋼，以制造高性能的用于碎煤機(jī)的錘頭，稀土高錳 鋼的組份制造工藝和組份比例的技術(shù)方案仍有待進(jìn)一步優(yōu)化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明針對(duì)以上問(wèn)題提供一種用于碎煤機(jī)錘頭的稀土耐磨高錳鋼，用于碎煤機(jī)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(cuò)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(qiáng)韌性耐磨鋼；（2)相對(duì)于采購(gòu)自美國(guó) American Pulverizer company公司的型號(hào)為ACC-75-BG-NF的錘頭，本發(fā)明提供的組份的 高錳鋼可以將錘頭的使用壽命由原來(lái)的8-10月，提高1. 5倍至2倍，大大降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成 本，能夠取得非常顯著的商業(yè)效果；（3)加入稀土 RE后，顯著降低了組份內(nèi)磷、硫的比例，而 磷和硫在組份內(nèi)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(qiáng)度Rel、抗拉強(qiáng)度Rm、斷后伸長(zhǎng)率A、硬度等性能均有所改善。
[0015] -個(gè)優(yōu)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(jī)錘頭的稀土耐磨高錳鋼具有的力學(xué)性能包括下屈服強(qiáng)度Rel、抗拉強(qiáng)度 Rm和斷后伸長(zhǎng)率A，下屈服強(qiáng)度Rel大于或等于390MPa，抗拉強(qiáng)度Rm大于或等于735MPa， 斷后伸長(zhǎng)率A大于或等于20 %，硬度小于或等于300HBW。
[0016] 我國(guó)高錳鋼鑄件的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 5680-2010,奧氏體錳鋼鑄件的化學(xué)成分見(jiàn)表 L 其力學(xué)性能見(jiàn)表2。
[0017] 表1奧氏體錳鋼鑄件的化學(xué)成分（GB/T 5680-2010)

【權(quán)利要求】
1. 用于碎煤機(jī)錘頭的稀土耐磨高錳鋼，其特征在于：所述用于碎煤機(jī)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(jù)權(quán)利要求1所述的用于碎煤機(jī)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(jù)權(quán)利要求1所述的用于碎煤機(jī)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(jù)權(quán)利要求1所述的用于碎煤機(jī)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(jī)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(jìn)行：（1)合金熔煉；（2 )爐前變質(zhì)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(guò)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(yīng)的合金調(diào)節(jié)成 份，當(dāng)鋼水溫度、鋼水成份、爐前含氣和曲彎試驗(yàn)達(dá)到預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)后，加入鋁進(jìn)行最終的脫 氧過(guò)程； 所述步驟（2)中，采用復(fù)合變質(zhì)劑進(jìn)行爐前變質(zhì)處理，所述復(fù)合變質(zhì)劑的重量百分比如 下：稀土 RE在29%至33%范圍內(nèi)；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(fù)合變質(zhì)劑的熔點(diǎn)為1080°C至1250°C ; 經(jīng)過(guò)所述步驟（2)處理后的組份中相應(yīng)的元素的重量百分比控制在以下范圍內(nèi)：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(jù)權(quán)利要求5所述的用于碎煤機(jī)錘頭的稀土耐磨高錳鋼的制造方法，其特征在 于：所述復(fù)合變質(zhì)劑在使用之前需要進(jìn)行預(yù)處理過(guò)程，所述預(yù)處理過(guò)程依次包括：粒度篩 選，粒度控制在10毫米至20毫米；預(yù)熱，所述復(fù)合變質(zhì)劑在加入前進(jìn)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(fù)合變質(zhì)劑，所述復(fù)合變質(zhì)劑的加入 量為鋼水總重量的〇. 2%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的用于碎煤機(jī)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(guò)程中，溫度加熱至1050°C至1100°C，時(shí)間維持在70分鐘至80分鐘 后冷卻；在所述水韌處理后進(jìn)行所述熱處理工藝，加熱至450°C至480°C，保溫4小時(shí)至6小 時(shí)，然后再加熱至850°C，保溫3小時(shí)至6小時(shí)，水冷淬火。
8. -種碎煤機(jī)的錘頭，所述碎煤機(jī)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(shè)置有刀片， 其特征在于：所述碎煤機(jī)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(jù)權(quán)利要求8所述的碎煤機(jī)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(shè)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(shù)量 大于一個(gè)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的碎煤機(jī)的錘頭，其特征在于： 所述錘身座為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，所述第一部分設(shè)置在所述錘身座的圓環(huán)結(jié)構(gòu)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(hào)】C22C38/60GK104498841SQ201410811780
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月22日
【發(fā)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(qǐng)人:廣東省粵電集團(tuán)有限公司珠海發(fā)電廠