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抗磨铸钢衬板的成分设计研究2018/7/20 12:26:37

1概述

  开发高强度抗磨铸钢衬板满足电厂球磨机的安全使用,是一项具有重要意义的工作。最近,我们根据球磨机衬板磨损失效特点,开发成功了一种高强度抗磨高硼铸钢衬板,并成功应用于电厂磨机上,获得了很好的效果。

  2高硼铸钢特点以及高硼铸钢衬板成分设计

  2.1球磨机衬板的工况及磨损机理分析

  当球磨机以一定转速转动时,磨球与煤料紧密混合,在离心力和摩擦力的作用被提升,达到平衡态后,以瀑泻状态落下,对底部料堆层产出冲击。在整个工作过程中,磨球,煤料及衬板之间产生相对滑动,滚动与冲击作用,从而使煤料粉碎。衬板处于三体磨损工况,由于衬板与相接触的磨料产生的相对滑动和滚动,造成衬板表面的切削及犁削磨损,使衬板基体组织及硬质相流失,发生磨料磨损,这是衬板磨损的主要失效形式。其次在工作中,衬板受小能量的连续冲击作用,要求其具有一定的韧性。

  2.2高硼铸钢特点

  高硼铸钢是一种新的抗磨材料,以廉价的硼为主要合金元素,不含价格昂贵的镍,钼,钨,钒等合金元素,其组织特点是在低碳马氏体基体上镶嵌有硬度高,热稳定性好的硼化物,可以确保高硼铸钢在具有优异强韧性的前提下,还具有高的硬度和优良的耐磨性,可以克服目前广泛应用的以碳化物为主要耐磨硬质相的铁基耐磨合金(如高铬铸铁,镍硬铸铁等)脆性大,使用中易断裂和剥落的不足,也可以克服无耐磨硬质相的铁基合金(如高锰钢,低碳合金钢)硬度低,淬透性与耐磨性差的不足,在球磨机衬板上发挥其优异的耐磨性能,延长其使用寿命。

  2.3高硼铸钢衬板成分设计

  高硼抗磨铸钢衬板成分。其中碳含量控制在0.35%以下,主要是为了在淬火处理后获得强度高,韧性好的板条马氏体基体。碳含量过高,淬火组织中易出现脆性大的高碳马氏体,降低高硼铸钢的强韧性。硼是高硼铸钢中的主要合金元素,钢中加入硼主要是为了获得一定数量的高硬度硼化物,改善铸钢耐磨性。部分硼溶于基体,可以改善基体的淬透性和淬硬性。硼加入量过少,形成的高硬度硼化物数量少,铸钢耐磨性差;加入量过多,硼化物数量多,且成粗大的连续网状分布,使铸钢的强度和韧性降低,使用安全性下降。因此将硼含量控制在0.8%~1.2%.另外,在高硼铸钢中加入钛和稀土,有利于细化凝固组织,提高高硼铸钢强度。加入适量铬,铜和锰,有利于改善高硼铸钢衬板的淬透性。

  3高硼铸钢衬板的制造

  3.1高硼铸钢衬板的铸造

  生产高硼铸钢衬板采用500kg中频感应电炉熔炼,炉料为生铁,废钢,硼铁(含22.3%B),硅铁(含75.7%Si),锰铁(含62.6%Mn),铬铁(含60.9%Cr)和钛铁(含29.5%Ti)。待钢液过热至1560~1580℃时,经造渣,扒渣,硅钙合金预脱氧和铝终脱氧后,加入硼铁和钛铁。浇包内加入0.50%稀土硅铁。采用水玻璃砂造型,铸件收缩率1.9%.钢液浇注温度1450~1480℃,浇注时先小流,中间要快,后期慢浇使铸件充分补缩,并点冒口1~2次。

  3.2高硼铸钢衬板的铸态组织和性能

  铸态基体组织主要是珠光体和铁素体组成,在晶界上连续分布有硼化物。由于基体由珠光体和铁素体组成,硬度低,铸态宏观硬度只有32~35HRC,不能直接使用,高硼铸钢衬板使用前必须进行提高其硬度的淬火处理。

  3.3淬火温度对高硼铸钢衬板的显微组织和性能的影响

  随着淬火温度提高,高硼铸钢基体组织中溶解铬,锰,硼,碳等元素增加,淬透性增加,淬火温度低于1000℃,淬火组织中还残存少量珠光体,淬火后衬板硬度较低。淬火温度为1000℃时,淬火基体组织为单一的板条马氏体,见图2.图4的X射线衍射分析结果也证实,基体组织为单一马氏体组织,硼化物以Fe2B为主,衬板硬度较高。

  铁素体珠光体硼化物25μm图2高硼铸钢在1000℃淬火后的显微组织32中国铸造装备与技术2/2010淬火温度的继续升高,高温奥氏体中固溶硼量增加,使淬火基体中出现了少量针状马氏体,形成了混合马氏体组织,导致高硼铸钢衬板硬度进一步提高。

  3.4高硼铸钢衬板的工业应用

  上述铸造高硼铸钢衬板经1000℃淬火后,在230~240℃进行去应力回火处理,在衬板本体上直接测量硬度,其硬度值大于55HRC.另外,从衬板本体上加工尴15mm×130mm和15mm×15mm×90mm试样,分别测量拉伸强度和冲击韧性,三个试样的拉伸强度超过950MPa,平均冲击韧性达到18.2J/cm2。而高铬铸铁衬板的拉伸强度和冲击韧性值分别为750~820MPa和7.3~9.2J/cm2。目前,高硼铸钢衬板已在火电厂球磨机上进行了装机运行试验,结果显示,衬板强度和硬度高,韧性和耐磨性好,使用中不断裂,使用寿命比高锰钢衬板提高180~200%,且不含贵重合金元素,生产工艺简便,生产成本与高锰钢衬板相当,推广使用可产生显着的经济和社会效益。

  4结论

  (1)以硼为主要合金元素,开发了一种含0.8%~ 1.2%B,<0.35%C,<1.2%Cr,<0.3%Ti,<1.2%Mn,< 0.5%Cu,<1.0%Si和<0.10%RE的高硼铸钢衬板,具有良好的强韧性和耐磨性。

  (2)随着淬火温度提高,高硼铸钢衬板硬度增加,淬火温度为1000℃时,淬火基体组织为单一的板条马氏体。

  (3)高硼铸钢衬板硬度大于55HRC,抗拉强度超过900MPa,平均冲击韧性达到18.2J/cm2,在火电厂球磨机上使用安全,可靠,使用中不断裂,不剥落,使用寿命比高锰钢衬板提高180%~200%.(4)高硼铸钢衬板不含贵重合金元素,生产工艺简便,生产成本与高锰钢衬板相当,推广使用可产生显着的经济和社会效益。


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