專利名稱：一種高強(qiáng)度耐熱耐磨無(wú)破裂的立磨磨套及制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度耐熱耐磨無(wú)破裂的立磨磨套，主要用于礦山、建材、冶金、電力、機(jī)械等行業(yè)。它是研磨、細(xì)化各種礦石原料或其半成品的各式立旋磨機(jī)(亦稱立磨)，如原料磨(生料磨)、熟料磨(水泥磨)、礦渣磨等設(shè)備中的關(guān)鍵部件。本發(fā)明還涉及一種高強(qiáng)度耐熱、耐磨、無(wú)破裂立磨磨套的制造工藝。
背景技術(shù)：
在我國(guó)和世界現(xiàn)有金屬材料中，當(dāng)應(yīng)用工況溫度長(zhǎng)期為280℃～300℃之間并帶有強(qiáng)烈磨損和中等沖擊時(shí)，幾乎所有金屬材料都表現(xiàn)出機(jī)械性能的嚴(yán)重不足一部分金屬耐熱而不耐磨；少數(shù)金屬表面因硬度高但由于淬透性差，內(nèi)部硬度不大，所以只能有短期抗磨性；多數(shù)金屬材料既不耐熱又不耐磨。導(dǎo)致長(zhǎng)期以來(lái)，使用在這種工況下的機(jī)械零部件普遍存在著壽命短、更換頻繁、使用成本高的現(xiàn)象。造成這一現(xiàn)象的根本原因是在280℃～300℃這溫度區(qū)間，它高出于許多金屬材料馬氏體之初始轉(zhuǎn)變和中止轉(zhuǎn)變的溫度帶(即Ms和Mf)；無(wú)疑，它必然也高出了馬氏體低溫回火的溫度范圍(150℃～250℃)，使原通過(guò)淬火，低回而獲取的高硬度馬氏體組織不斷分解，其硬度和耐磨性大幅下降，而導(dǎo)致使用壽命短；同樣它也高出了許多金屬材料采用等溫淬火(T＝210℃～300℃)或等溫回火(240℃～300℃)而獲取貝氏體組織的溫度范圍；而造成原所獲貝氏體數(shù)量的減少，或改變所獲針狀下貝氏體為羽毛狀之上貝氏體，導(dǎo)致其強(qiáng)度、硬度降低，耐磨壽命短。
在世界現(xiàn)代化的中、大型水泥廠里和日產(chǎn)2500T、3000T、4000T熟料配套的大型立磨之磨套(每套4件，每件凈重5～8噸，外徑在1.9m～2.4m，內(nèi)外徑均系球面，壁厚180～260mm，上下總高650～900mm不等)；入磨風(fēng)溫為250℃～300℃，磨腔隨立磨旋轉(zhuǎn)，而磨套和磨輥固聯(lián)，在磨腔內(nèi)做差速旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)入磨物料(熟料或礦渣等)的研磨、粉碎、均化的生產(chǎn)工藝過(guò)程。磨套表面對(duì)物料而言，主要承受的是強(qiáng)烈的滾壓性相對(duì)磨損；它和物料、碟形盤及磨腔周壁必然會(huì)產(chǎn)生較大的均化碰撞沖擊和研磨熱，致使磨腔內(nèi)溫度升高，且隨轉(zhuǎn)速增高，而研磨熱加大。對(duì)磨套而言，沿周向又承受著巨大的由滾壓磨擦力而產(chǎn)生的巨大切向拉力，目前國(guó)內(nèi)有不少?gòu)S家和設(shè)計(jì)研究院所研制的磨套，其實(shí)際工作壽命不足4000小時(shí)，每噸價(jià)格為2.8萬(wàn)元～3.2萬(wàn)元，不少磨套在使用中出現(xiàn)破裂，而被迫停產(chǎn)更換；而進(jìn)口磨套產(chǎn)品號(hào)稱使用壽命為10000小時(shí)，每噸價(jià)格為11～13萬(wàn)元(人民幣)；而實(shí)際使用壽命約十個(gè)月，不足7200小時(shí)。嚴(yán)重地影響于相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)綜合效益?，F(xiàn)將當(dāng)代主要相關(guān)的耐熱、耐磨金屬材料之化學(xué)成份，淬、回火溫度及主要機(jī)械性能匯列如下
(一)、耐磨鑄鐵材料

對(duì)上述材料經(jīng)認(rèn)真分析、研究并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐可得出以下結(jié)論①中國(guó)的KmTBCr9Ni5Si2之NiCr合金耐磨鑄鐵之化學(xué)成份組比包容了德國(guó)萊歇公司GCr9Ni5Si2合金耐磨鑄鐵的化學(xué)成份；這種合金材料均含有貴重的鉻(Cr)9％，鎳(Ni)5％；經(jīng)加熱至750℃～825℃，保溫4～10h(依截面尺寸而定)后，出爐空冷實(shí)現(xiàn)淬火，其硬度HRC≥55；其組織共晶碳化物[(Cr·Fe)7C3+(Fe·Cr)3C]+二次碳化物+馬氏體+殘余奧氏體；再經(jīng)加熱至250℃～300℃并保溫4～16h后出爐，空冷實(shí)現(xiàn)回火處理。以消除淬火內(nèi)應(yīng)力，提高其韌性。經(jīng)上述處理后，其表面于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試硬度HRC＝52～54和德國(guó)萊歇公司聲稱的硬度HRC＝55相差不大。
②中國(guó)的KmTBCr15MO2-GT耐磨高鉻合金鑄鐵化學(xué)成份組比同樣包容了萊歇公司的GCr15MO2的元素組比，經(jīng)加熱920℃～1000℃保溫2-6小時(shí)出爐空冷，其表面硬度HRC≥58；金相組織為共晶碳化物(Cr·Fe)7C3+二次碳化物+馬氏體+殘余奧氏體；再加熱200℃～300℃并保溫2-8小時(shí)，出爐空冷，表面硬度HRC≥54～56并能承受中等沖擊磨損，它和萊歇公司產(chǎn)品表面硬度HRC＝55接近。
③中國(guó)的KmTBCr20MO2Cu1之化學(xué)組比依然也包容了德國(guó)伯力鳩斯公司高鉻合金鑄鐵的化學(xué)成份；兩者均含有相當(dāng)量的貴重鉻(Cr)金屬元素20％，昂貴的鉬(Mo)金屬元素2％左右；經(jīng)加熱960℃～1020℃保溫2-6小時(shí)，出爐空冷實(shí)現(xiàn)淬火，其HRC≥58；金相組織為共晶碳化物(Cr·Fe)7C3+二次碳化物+馬氏體+殘余奧氏體；再經(jīng)加熱200℃～300℃保溫2-8小時(shí)，出爐空冷實(shí)現(xiàn)回火處理，其表面硬度HRC＝54～56。并可承受較大沖擊的磨料磨損，所以有關(guān)伯鳩斯公司所生產(chǎn)的立磨磨套表面硬度HRC≈63～65，且使用壽命可達(dá)10000小時(shí)之說(shuō)，缺乏理論依據(jù)和實(shí)踐基礎(chǔ)。
④上述3類6種主含鎳、鉻、鉬耐磨合金鑄鐵，其中除Cr15MO2類之淬透性≤40mm；其它兩類4種之淬透性均≥100mm；其共同不足之處硬度偏低，耐磨性不足，特別是它們?cè)?00℃～300℃回火處理所獲馬氏體組織之硬度，長(zhǎng)期處在280℃～300℃強(qiáng)烈磨損應(yīng)用工況中，其沖擊韌性雖略有增加，但硬度會(huì)下降，連續(xù)使用壽命會(huì)更短。
⑤制造成本高，現(xiàn)以KmTBCr20MO2Cu1為例進(jìn)行實(shí)際成本匯算(全部金屬元素，廢鋼、電費(fèi)、加工費(fèi)按市場(chǎng)價(jià)執(zhí)行，元素取均量，毛壞率15％，澆冒口鋼水量40％)A材料費(fèi) ×10×390(Mo)]×6T/件×(1+15％+40％)×4件/套＝[2400+4000(Cr)+2000(Ni)+13000(Mo)]×1.55×6T/件×4件/套＝33170元/T×24T＝796080元B退火費(fèi)24T×1.15×800/T＝22080元C加工費(fèi)24T×1000元/T＝24000元D淬頭回火費(fèi)24T×2500元/T＝60000元成本合計(jì)296080+22080+24000+60000＝902160元(折合36086.40元/T)E產(chǎn)品銷售價(jià)按上述成本，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品價(jià)為[902160×1.17+153367.2×12.05％]×1.15＝1235109.14元(折合51462.88元/T)(附銷售稅國(guó)稅17％，地稅12.05％，利潤(rùn)15％)F進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)24T/套×(11-13)萬(wàn)元/T＝(264～312)萬(wàn)元/套，(均價(jià)288萬(wàn)元)，它比國(guó)內(nèi)產(chǎn)品貴(140.5～188.5)萬(wàn)元/套。
G使用經(jīng)濟(jì)效果核算①按國(guó)內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)應(yīng)用磨套，其每噸熟料在立磨工序中由磨套損耗形成的生產(chǎn)成本
②國(guó)外磨套產(chǎn)品每噸熟料相應(yīng)生產(chǎn)成本 ③若國(guó)內(nèi)立磨磨套采用KmTBCCr20MO2Cu1制造，則每噸熟料在立磨工序中由磨套損耗構(gòu)成的生產(chǎn)成本為 上述結(jié)果表明對(duì)立磨磨套若采用耐磨鉻鎳合金鑄鐵件，企業(yè)制造和使用成本高；當(dāng)應(yīng)用國(guó)外產(chǎn)品時(shí)，其使用成本更高；所以再加上設(shè)備用電、人工工資，設(shè)備折舊和損耗，則使用成本會(huì)更高；所以尋求新的耐熱、耐磨材料勢(shì)在必行。經(jīng)廣泛收索，現(xiàn)將和使用條件相關(guān)的其它耐熱、耐磨金屬材料列表如下
(二)相關(guān)各類特種鋼

經(jīng)認(rèn)真搜列、分析、比較、研究，在上表中明顯可見(jiàn)鉻、鉬類合金軸承鋼，有較好的淬透性，強(qiáng)度和硬度，但是它們含有大量(15％～18％)之貴重金屬元素鉻(Cr)，從而導(dǎo)致制造和使用成本高，因其在鍛件條件下，硬度稍高于耐磨合金鑄鐵，當(dāng)其采用同等成份之鑄鋼件時(shí)，其硬度會(huì)略有下降，在殘酷的使用工況中會(huì)表現(xiàn)出耐磨壽命及抗沖擊韌性的不足。對(duì)超強(qiáng)鋼而言，雖有良好的淬透性、抗沖擊韌性，但仍然是硬度較低，不能適應(yīng)應(yīng)用工況。
耐熱鑄鋼材料因含有高量之鉻、鎳，其突出表現(xiàn)僅僅只是高溫下的抗氧化性，最高使使用溫度可達(dá)1100℃～1150℃，但其強(qiáng)度卻很低，兩者分別為490N/mm2、450N/mm2；無(wú)疑，其硬度也會(huì)很低。所以它們更不能滿足應(yīng)用工況。同樣，優(yōu)秀的耐熱鑄鐵RTCr16它表現(xiàn)出的抗溫性竟達(dá)900℃，但強(qiáng)度Бb＝340N/mm2而硬度HB＝400-450相當(dāng)HRC＝42～47；RQTAl22耐熱鑄鐵，其最高使用溫度可達(dá)1100℃，可以說(shuō)它是一種耐高溫的廉價(jià)材料，但因其硬度僅僅只有HB＝241-364相當(dāng)于HRC＝25～38，而強(qiáng)度也只有Бb＝300N/mm2，所以它們根本無(wú)法滿足應(yīng)用工況要求。耐磨鑄鋼42SiMn2是我國(guó)坦克履帶制造的常用材料，經(jīng)840℃～880℃淬火，再經(jīng)加熱至200℃～300℃保溫后空冷，其HRC＝49-54，αk＝22J/cm2，因其硬度偏低，若采用保持其相同化學(xué)成份的鑄鋼件，其硬度會(huì)降低，更滿足不了應(yīng)用工況的要求。
關(guān)于耐磨鋼中的ZGMn13系列，因?yàn)閼?yīng)用工況之沖擊和磨損不足以使其表面的奧氏體轉(zhuǎn)化成馬氏體，所以使用工況下所表現(xiàn)的硬度、強(qiáng)度、耐磨性都會(huì)很差；當(dāng)實(shí)際應(yīng)用工況溫度為280℃～300℃時(shí)，就會(huì)使其原固溶處理在常溫或靜態(tài)下為單一奧氏體組織中沿晶界重新有碳化物析出，致使脆性急驟上升，韌性下降。所以在這種特定的應(yīng)用工況下，ZGMn13系列鋼根本無(wú)法使用。
對(duì)工具鋼中的Cr12MoV經(jīng)1020℃～1040℃淬火，再經(jīng)300℃回火，其抗彎強(qiáng)度Бbb高達(dá)3400N/mm2，硬度在熱處理手冊(cè)第四卷熱加工及熱處理工藝參數(shù)(由機(jī)械工程學(xué)會(huì)熱處理專業(yè)分會(huì)編號(hào)1992年10月完成)中標(biāo)注HRC＝59，而在回火工藝曲線中明顯指示HRC≈56；工具鋼Cr4W2MoV經(jīng)960℃淬火，再經(jīng)300℃回火后在熱加工及熱處理工藝參數(shù)表格中標(biāo)注硬度HRC＝61，而在其相應(yīng)的回火工藝曲線中，明確表明同一材料、同一淬火、回火溫度，竟然出現(xiàn)兩組不同數(shù)據(jù)Бbb1＝2900N/mm2，HRC1＝59，ak1＝28J/cm2；Бbb2＝2380N/mm2，HRC＝57～58；ak＝50J/cm2等諸如此類圖文不符之處甚多?？嘧x中國(guó)熱處理學(xué)和金屬材料學(xué)、各類手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)給生產(chǎn)實(shí)踐和科技研究人員這樣一個(gè)感覺(jué)所有手冊(cè)性能數(shù)據(jù)主要由于缺乏實(shí)踐性，所以隨之必然又缺乏嚴(yán)密性、完整性、系統(tǒng)性、條理性、科學(xué)性、可靠性。主要表現(xiàn)在同一事物，各書(shū)觀點(diǎn)不一，同一本手冊(cè)中前后不一；圖文不符，很多性能數(shù)據(jù)沒(méi)有，不少數(shù)據(jù)或圖形有錯(cuò)，標(biāo)準(zhǔn)粗糙，所有手冊(cè)均帶有濃厚的統(tǒng)計(jì)性、研究范圍傳統(tǒng)性、狹隘性；十分缺乏應(yīng)用性、創(chuàng)新性、廣泛性、全面性和指導(dǎo)性。無(wú)疑隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)水平的發(fā)展，它們將會(huì)逐步失去權(quán)威性和指導(dǎo)性，造成這種現(xiàn)象的根本原因就是某些專家、學(xué)者忙于著書(shū)立說(shuō)，四處索列拼湊，而不注重更不愿從事具有實(shí)際意義有底放矢的研究。
無(wú)論怎樣，對(duì)合金工具鋼而言，當(dāng)其采用化學(xué)成份相同的鑄鋼件時(shí)，其硬度和抗沖擊韌性會(huì)明顯下降，即便保持原有鍛件硬度HRC＝56～58也不能從根本解決經(jīng)濟(jì)、耐磨的應(yīng)用工況要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于提供一種高耐熱、耐磨無(wú)破裂的的立磨磨套，它具有無(wú)氣孔、無(wú)裂紋、無(wú)夾砂等鑄造性缺陷，負(fù)重載運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，使用壽命長(zhǎng)，制造和使用成本低的特點(diǎn)，充分地滿足現(xiàn)代立磨磨套使用工況的要求。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種高強(qiáng)度耐熱耐磨無(wú)破裂的立磨磨套的制造工藝。
為達(dá)到以上的目的，本發(fā)明人經(jīng)長(zhǎng)達(dá)3年反復(fù)地調(diào)查、分析、試驗(yàn)、研究，耗資高達(dá)150多萬(wàn)元，終于獲得成功，其技術(shù)措施如下本發(fā)明選用的是以C、Mn、Cr、Ni、Al為主加元素，輔加少量Mo、V 元素；這種鑄鋼的平均碳含量為0.59％，遠(yuǎn)小于1％，而平均合金含量?jī)H為4.775％，小于5％；同時(shí)其平均含碳當(dāng)量(Ceq)僅為0.8504167％，因此它屬中碳低合金鋼，所以它具有良好的鑄造性、補(bǔ)焊性、熱處理和加工性。
這正是避免或減少磨套毛坯鑄造性缺陷，提高毛坯合格率，降低制造成本的技術(shù)關(guān)鍵。立磨磨套毛坯經(jīng)退火粗加工后再經(jīng)淬火油冷并經(jīng)回火處理，因其馬氏體溫度轉(zhuǎn)變點(diǎn)(Ms℃)為320℃＞300℃，所以經(jīng)實(shí)施本發(fā)明所提供的制造工藝后，其顯微組織為均勻細(xì)密的高硬度馬氏體和微量殘余的奧氏體。它表現(xiàn)出極高的強(qiáng)度和硬度并具有良好的沖擊韌性，到目前為止，國(guó)內(nèi)外還尚未發(fā)現(xiàn)有比它更加合適地用來(lái)制造立磨磨套的材料。
本發(fā)明鑄鋼的組配元素質(zhì)量百分比為C 0.50～0.68； Si0.2～0.5；Mn0.4～0.7； Cr1.25～1.75；Ni0.4～0.9； Mo0.18～0.32； V0.08～0.17；Al1.1～1.7；P≤0.03；S≤0.03； Fe93.22～95.89；碳(C)，C是決定金屬材料之強(qiáng)度、硬度、耐磨性的主元素，這是由于鋼中含C量之多少，它不僅決定了鋼經(jīng)淬火后馬氏體的數(shù)量，形態(tài)及硬度，而且還決定了馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變到中止轉(zhuǎn)變的溫度帶(即Ms℃和Mf℃區(qū)域)；它在原則確定冷卻方式的同時(shí)，也就確定了經(jīng)淬火獲取馬氏體后，其殘余奧氏體的百分比含量；無(wú)疑，它也確定了取得回火馬氏體的溫度Mx℃和馬氏體完全分解的最低溫度MT℃。從這個(gè)意義上講，原所有教材、手冊(cè)中確定低溫回火(150℃～250℃)，其所獲組織為回火馬氏體之說(shuō)，已不再具有普遍意義。嚴(yán)格地說(shuō)，將淬火所獲馬氏體之鋼件又加熱到其馬氏體不可分解之溫度的最大值，經(jīng)保溫，再出爐經(jīng)油冷或空冷，這一過(guò)程叫低溫回火處理，所獲組織為回火馬氏體+殘余奧氏體；一般硬度HRC＝55～67。本發(fā)明中的碳(C)一部分在固溶于α-Fe中形成鐵素固溶體并和Fe形成滲碳體(Fe3C)，C還和固溶于鐵素體中的多余合金元素形成合金碳化物VC(V不溶于滲碳體內(nèi)，直接和C結(jié)合形成VC)、Mo2C、Mn7c3、Cr7C3；同時(shí)還和溶于滲碳體(Fe3C)合金元素共同形成晶格復(fù)雜的合金滲碳體(Fe·Cr)3C、(Fe·Mn)3C、(Fe·Mo)3C、(Cr·Fe)23C6、(Mo·Fe)23C6等；從而提高了合金鋼的強(qiáng)度、硬度及耐磨性；從奧氏體中含碳量對(duì)馬氏體的初始形成的轉(zhuǎn)變溫度Ms℃和終止轉(zhuǎn)變溫度Mf℃分析得知，當(dāng)含碳量從0.5％～0.7％時(shí)，其Ms℃為28 0℃～250℃；Mf℃大約在0℃～-55℃淬火后，除均勻馬氏體組織外，殘余奧氏體≤5％。馬氏體硬度HRC＝63～67；為使熱處理后晶粒最細(xì)晶粒度≤20um2，既要有足夠的強(qiáng)度、硬度，又要有良好的抗沖擊韌性，其含碳量在本發(fā)明中控制在0.50％～0.68％之間。
硅(Si)，Si常以脫氧劑配入，當(dāng)含量≤0.85％時(shí)，全部固溶于鐵素體內(nèi)，強(qiáng)烈地提高鐵素體之強(qiáng)度、硬度，其韌性變化甚小；當(dāng)含量＞0.85％時(shí)，其韌性顯著下降；Si除提高回火穩(wěn)定性外，并有增加鋼水流動(dòng)性，改善鑄造性能的作用。故本發(fā)明中Si之含量控制在0.2％～0.5％之間。
錳(Mn)是溶于鐵素體形成合金鐵素體α-Fe(Mn)和形成合金碳化物Mn7C3與合金滲碳體(Fe·Mn)3C提高淬透性，均化組織，提高強(qiáng)度、硬度和韌性的重要元素；此外，Mn能和雜質(zhì)S形成MnS以熔渣形式自除，故Mn有凈化鋼水和自動(dòng)除雜之功能。同時(shí)，Mn也是很好的脫氧劑，降低鋼的脆性，改善鋼的品質(zhì)。因Mn含量在＜0.9％時(shí)，鋼之強(qiáng)度、硬度是隨其含量增加而增大，而抗沖擊韌性在此范圍內(nèi)變化甚微；但當(dāng)Mn含量＞0.9％時(shí)，其抗沖擊韌性急劇下降。為既達(dá)到強(qiáng)化效果，又不使韌性下降，故本發(fā)明中含Mn量控制在0.4％～0.7％之間。
鉻(Cr)、鉬(Mo)它們一部分溶于鐵素體，形成合金鐵素體α-Fe(Cr)、α-Fe(Mo)；另一部分形成細(xì)粒、分散的穩(wěn)定合金碳化物Cr7C3、Mo2C；還有一部分溶于滲碳體(Fe3C)內(nèi)，同樣以細(xì)微、分散、彌漫穩(wěn)定合金滲碳體(Fe·Cr)3C、(Fe·Mo)3C、(Cr·Fe)23C6等狀態(tài)存在于高溫奧氏體的晶界內(nèi)和晶界間，除阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大之外，并為淬火和回火后獲取均勻細(xì)晶粒馬氏體組織奠定了良好的基礎(chǔ)，從而顯著地提高其強(qiáng)度、硬度和耐磨性及高溫抗氧化性；同時(shí)Cr、Mo也有使C曲線右移而顯著提高淬透性的作用。Cr元素含量在≤1％時(shí)，其強(qiáng)度、硬度和沖擊韌性是隨含Cr的增加而增大，但當(dāng)含量1％＜Cr≤2％時(shí)，鋼的沖擊韌性值略有下降，當(dāng)Cr含量＞2％時(shí)，強(qiáng)度和沖擊韌性明顯下降，為既達(dá)到強(qiáng)化效果，而韌性又下降不大的目的，故本發(fā)明中Cr含量控制在1.25％～1.75％之間；而Mo含≤7％時(shí)，鋼的強(qiáng)度和硬度隨含Mo量的增加而增大，但鋼的韌性卻會(huì)隨含Mo量的增加而由245J/cm2急劇下降至68.6J/cm2，特別是當(dāng)鋼中含Mo量＞0.4％時(shí)，其韌性下降特別顯著；另Mo的配入能提高回火穩(wěn)定性，避免高溫回火脆性。所以，Mo之含量應(yīng)控制在0.18％～0.32％之間。
鎳(Ni)是溶于鐵素體形成合金鐵素體α-Fe(Ni)實(shí)現(xiàn)固溶強(qiáng)化的重要元素；當(dāng)含Ni＜3％時(shí)，其鋼之強(qiáng)度、硬度、韌性均隨含Ni量的增加而增大。當(dāng)其含量超過(guò)3％，鋼之韌性有下降趨勢(shì)，既要達(dá)到強(qiáng)化效果，又要統(tǒng)籌各元素的有機(jī)組配，同時(shí)還要考慮到成本，故本發(fā)明中含Ni量控制在0.4％～0.9％范圍內(nèi)。
釩(V)，V和C形成分散、細(xì)小且硬度極高(HRC＝71-75)的碳化釩(VC)和(V2C)，它存在于高溫奧氏體的晶界內(nèi)和晶界間，強(qiáng)烈地阻礙著晶粒的長(zhǎng)大；當(dāng)V含量為0.04％～0.1％時(shí)，且溫度為912℃～960℃，其奧氏體晶粒變化甚微，因此，V的配入能顯著地細(xì)化淬火后馬氏體和300℃回火后的馬氏體晶粒組織。無(wú)疑，它極大地提高了鋼的強(qiáng)度、硬度及耐磨性。本發(fā)明中兼故其它各合金元素的有機(jī)組配，V之含量確定為0.08％～0.17％。
鋁(Al)，Al是強(qiáng)烈的氧化劑，它在鐵素體中的飽和溶解度高達(dá)36％；在鋼水中它有強(qiáng)烈的脫氧作用，并有明顯的高溫抗氧化作用，同時(shí)能顯著提高M(jìn)S℃的效果，自然也就同步地提高M(jìn)f℃點(diǎn)。
從而使用淬火后低溫回火所得馬氏體組織在280℃＜T2≤300℃仍然保持原高硬馬氏體組織及耐磨性能和高溫強(qiáng)度。
依照馬氏體形成溫度之需要，故發(fā)明中Al含量為1.1％～1.7％。
磷(P)，P使鋼在常溫下的塑性和韌性下降，并在鋼的結(jié)晶過(guò)程中有促進(jìn)C、Mn產(chǎn)生偏析的傾向，故本發(fā)明中P含量確定為≤0.03％。
硫(S)，S在鋼中以FeS和MnS的形式存在。MnS進(jìn)入熔渣，但FeS和Fe可生成低熔點(diǎn)的共晶體，分布在晶界上，削弱了晶界結(jié)合力，使鋼在熱態(tài)受力時(shí)，極易破裂，故發(fā)明中S之含量控制在≤0.03％范圍內(nèi)。
本發(fā)明中由于S、P雜質(zhì)量極少，Si、Mn、Mo、V之配選量是在既不使其韌性下降，又能提高其強(qiáng)度、硬度的范圍內(nèi)，而Cr、Ni的配入量不僅提高了其淬透性(單邊淬透層深hx≥60mm)在大大提高強(qiáng)度、硬度的同時(shí)還提高了其抗沖擊韌性；特別是多種合金碳化物和合金滲碳體VC、Mo2C、Mn3C、(Fe·Cr)3C、(Fe·Mn)3C、(Fe·Mo)3等以細(xì)微、均勻、彌漫狀分布于晶界內(nèi)或晶界間，在提高其強(qiáng)度、硬度、耐磨性的同時(shí)顯著地提高了其抗高溫性能，Al的適量加入，有效地提高了MS℃和Mf℃之轉(zhuǎn)變點(diǎn)(MS℃＝320℃，Mf℃≈12℃)，除大幅降低了殘余奧氏體在馬氏體中的含量外，還大大提高了馬氏體的分解所需要的溫度，所以它在280℃～300℃以下仍保持著極高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和抗沖擊韌性。
本發(fā)明所述的一種高強(qiáng)度耐熱、耐磨、耐沖擊、無(wú)破裂的立磨磨套其所用鑄鋼，采用電爐按化學(xué)成份進(jìn)行配爐冶煉，可采用Al為進(jìn)行最終脫氧處理，出鋼溫度為1500℃～1520℃，待光譜分析確認(rèn)其化學(xué)成份符合要求，當(dāng)鋼液溫度為1470℃～1490℃可進(jìn)行澆鑄。其具體生產(chǎn)工藝如下1、毛坯的澆鑄出溫度為1500℃～1520℃，澆鑄溫度為1470℃～1490℃，鑄件應(yīng)在250℃～270℃開(kāi)箱，開(kāi)箱后立即進(jìn)行清砂和切割冒口工作，切割澆冒口鑄件溫度應(yīng)為200℃～250℃。
2、對(duì)鑄件缺陷的處理對(duì)鑄件表面可見(jiàn)性的局部鑄造缺陷經(jīng)帶溫200℃～250℃打磨清除后，采用A302焊條補(bǔ)焊，焊縫應(yīng)連續(xù)、平整，焊渣應(yīng)清除干凈；焊后對(duì)飛邊、毛刺、焊疤及焊濺物一并采用高速砂輪打磨干凈或重新進(jìn)爐整體預(yù)熱至250℃～280℃進(jìn)行上述磨、補(bǔ)工作。
3、退火處理將清整后的毛坯整體進(jìn)爐加熱至840℃～860℃并保溫6～8小時(shí)隨爐冷卻。
4、機(jī)械加工(1)對(duì)精鑄成形的內(nèi)外球面，進(jìn)行去疤瘤性把磨、拋光；(2)劃線將毛坯吊上平臺(tái)按工件中心線垂直于平臺(tái)找正并涂白粉，以外徑為基準(zhǔn)找中，再按止口內(nèi)徑，斜面，兩端面單邊均留2mm～2.5mm進(jìn)行劃線。
(3)粗車將已劃線好的毛坯磨套吊上大立車，按線找正夾緊后粗車上端面、止口內(nèi)徑、配合斜面及球外徑Φ19000-6；翻面，以已車端面為基面校平，以外徑φ19000-6找中，再粗車另一端面、止口內(nèi)徑及內(nèi)斜面。
(4)對(duì)鑄件內(nèi)部鑄造缺陷的處理對(duì)粗車后的半成品進(jìn)行百分之百的超探，對(duì)發(fā)現(xiàn)的內(nèi)在缺陷及可見(jiàn)性缺陷在清挖干凈后，應(yīng)用焊槍火焰局部預(yù)熱至200℃～250℃，采用A302焊條進(jìn)行補(bǔ)焊，焊渣必須清除干凈，焊縫應(yīng)連續(xù)、平整。
(5)淬火回火處理將超探合格的半成品立磨磨套整體進(jìn)爐加熱至850℃～860℃，并保溫5～7小時(shí)油冷，再重新加熱至300℃，保溫3-5小時(shí)后油冷。
(6)精車將熱處理合格的半成品磨套吊上大立車，以外徑找中經(jīng)校平后，加工上端面、止口、內(nèi)斜面；再翻面，以已加工之端面為基面，用同樣方法找中，精車另一端面、止口及內(nèi)斜面成形。
按上述方法所制造的磨套達(dá)到了令人空前滿意的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效果；凡參觀者均認(rèn)為是由鍛件制成，外球面光潔如磨，硬度測(cè)試HRC＝62～67?，F(xiàn)將本發(fā)明所及一種高強(qiáng)度耐熱耐磨無(wú)破裂的立磨磨套和國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有頂級(jí)磨套的具體技術(shù)、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)(含平均值)列表如下

本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)和明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果①無(wú)氣孔、裂紋、夾砂等鑄造性缺陷，晶相組織均勻穩(wěn)定，消除了因鑄造性缺陷補(bǔ)焊及加工所致的殘余應(yīng)力，使高水準(zhǔn)的制造精度得到久性保存，從而避免了在重載旋轉(zhuǎn)沖擊和強(qiáng)烈的熱傳導(dǎo)、熱輻射下，磨套因受內(nèi)外變形應(yīng)力夾擊而磨損破裂的現(xiàn)象；②強(qiáng)度、韌性、耐磨性及制造精度的大幅提高，除顯著地提高了磨套使用壽命和立磨運(yùn)載平穩(wěn)性外，更重要的是為提高轉(zhuǎn)速，從而提高了磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量而大幅提高所及應(yīng)用企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益；③使用壽命長(zhǎng)，為現(xiàn)有國(guó)內(nèi)磨套產(chǎn)品的2倍，而價(jià)格僅為國(guó)內(nèi)同名產(chǎn)品最低價(jià)的84％，為世界發(fā)達(dá)國(guó)家產(chǎn)品價(jià)的21％，從而大大地降低了所及用戶更換、使用磨套的成本及因頻繁更換而造成的停產(chǎn)損失和卸裝的勞務(wù)費(fèi)用；無(wú)疑，它大大地提高社會(huì)綜合經(jīng)濟(jì)效益。
全國(guó)相及行業(yè)至少有2000家以上，但僅500家計(jì)算。按每家平均4臺(tái)立磨，每臺(tái)磨機(jī)4件磨套，每件平均凈重6噸，按現(xiàn)有國(guó)內(nèi)磨套最大使用壽命為166天(約4000小時(shí))，而每噸磨套到廠價(jià)(含吊裝、捆扎、送貨及17％之國(guó)稅、地稅)30000元計(jì)算，那么，每年全國(guó)需要換磨套凈重為96000噸，毛坯重約115200噸，磨套購(gòu)置費(fèi)為28.8億元；磨套訂貨、完工驗(yàn)收兩次往返出差費(fèi)用為200萬(wàn)元(每廠每次單乘為2人，每人每次單乘限1000元包干費(fèi)用)；尚不包括每年二次停產(chǎn)更換立磨磨套的勞務(wù)費(fèi)和相關(guān)停產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失。
如果應(yīng)用本發(fā)明所及一種高強(qiáng)度耐熱耐磨無(wú)破裂的立磨磨套，那么在166天內(nèi)也只需要更換一次，其鑄鋼耗量為現(xiàn)有磨套的一半，而磨套購(gòu)量費(fèi)可為用社會(huì)節(jié)資16.704億元，相應(yīng)差費(fèi)節(jié)資100萬(wàn)元。由于本發(fā)明所及一種高強(qiáng)度耐熱耐磨無(wú)破裂的立磨磨套在內(nèi)含和外觀制造質(zhì)量上優(yōu)于日本、德國(guó)、丹麥產(chǎn)品，如按其進(jìn)口到中國(guó)的人民幣價(jià)格12萬(wàn)元/噸，即使再優(yōu)惠25％，而美元匯率不變(1∶8.11)的條件下，每出口10000噸，則磨套生產(chǎn)制造企業(yè)可創(chuàng)產(chǎn)值9億元，為國(guó)家創(chuàng)匯1.10974106億美元；若國(guó)家給予全退稅優(yōu)惠政策，除去遠(yuǎn)洋海遠(yuǎn)費(fèi)，則企業(yè)每年可獲純利7.5億元人民幣，折合9247.842萬(wàn)美元。
所以本發(fā)明所涉及的一種高強(qiáng)度耐熱耐磨無(wú)破裂的立磨磨套具有質(zhì)量好、成本低、投資少、見(jiàn)效快的特點(diǎn)，它可在短期內(nèi)為企業(yè)和國(guó)家取得十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益。因此，它具有廣泛積極地使用價(jià)值、推廣價(jià)值和卓有成效的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
具體實(shí)施例方式
為進(jìn)一步解釋本發(fā)明，現(xiàn)將本發(fā)明所及一種高強(qiáng)度耐熱耐磨無(wú)破裂的立磨磨套及制造工藝給出三個(gè)實(shí)例，具體實(shí)施工藝如下1、按本發(fā)明所及化學(xué)成份配爐熔煉，待溫度在1510℃時(shí)，檢測(cè)其化學(xué)成份，除熔渣后在1480℃進(jìn)行澆鑄；當(dāng)鑄件冷卻至260℃開(kāi)箱清砂；清砂切割澆冒口溫度為230℃。
2、對(duì)鑄件缺陷的處理經(jīng)仔細(xì)檢查鑄件4件大型立磨磨套于上澆面澆冒口切割處發(fā)現(xiàn)只有3個(gè)小氣孔；另有淺層夾砂2處，在采用高速砂輪打磨干凈后，帶溫(220℃)進(jìn)行補(bǔ)焊，焊條為A302；焊縫連續(xù)、平整。
3、退火處理將清整后的毛坯整體進(jìn)入大型臺(tái)式電爐加熱至860℃并保溫7小時(shí)隨爐冷卻。
4、機(jī)械加工①打磨精鑄成形的內(nèi)外球面，并拋光。
②劃線將毛坯吊上平臺(tái)按工件中心線垂直于平臺(tái)找正并涂白粉，以外徑為找中，再按止口內(nèi)徑，斜面，兩端面均留2mm進(jìn)行劃線。
③粗車將已劃線好的毛坯磨套吊上大立車，按線找正夾緊后粗車上端面、止口內(nèi)徑、配合斜面及球外徑Φ19000-6；翻面，粗車另一端面、止口內(nèi)徑及內(nèi)斜面。
④對(duì)鑄件內(nèi)部鑄造缺陷的處理對(duì)經(jīng)粗車后半成品100％進(jìn)行超探，僅發(fā)現(xiàn)端面區(qū)域有隱形裂紋一條(長(zhǎng)52mm，深3-8mm)，在清挖干凈后，應(yīng)用焊槍火陷局部預(yù)熱至230℃，采用A302焊條進(jìn)行補(bǔ)焊，焊渣已清除干凈，焊縫連續(xù)、平整并打磨。
⑤淬火回火處理將超探合格的半成品磨套整體進(jìn)爐加熱至860℃，并保溫6小時(shí)后油冷。再將它重新加熱至300℃，并保溫4小時(shí)油冷。
⑥精車將熱處理合格的半成品磨套吊上φ2.5m立車，以球外徑(φ19000-6)找中夾緊后精車上端面、止口、內(nèi)斜面；再翻面以外球徑φ19000-6面校圓找正，以加工好的端面為基面，加工另一端面，止口內(nèi)徑及內(nèi)斜面成形。
以上為實(shí)例1的具體步驟，例2、3雷同。三例之具體化學(xué)成份和機(jī)械性能、用途及效果列表如下

權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度耐熱耐磨無(wú)破裂的立磨磨套，其組配元素重量百分比為C0.5～0.68；Si0.2～0.5；Mn0.4～0.7；Cr1.25～1.75；Ni0.4～0.9；Mo0.18～0.32；V0.08～0.17；Al1.1～1.7；P≤0.03；S≤0.03；Fe93.22～95.89。
2.一種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度耐熱耐磨無(wú)破裂的立磨磨套的制造工藝，它包括下列步驟(1)毛坯的澆鑄出鋼溫度為1500℃～1520℃，澆鑄溫度為1470℃～1490℃，鑄件應(yīng)在260℃～280℃開(kāi)箱，開(kāi)箱后進(jìn)行清砂和切割冒口工作，切割澆冒口鑄件溫度應(yīng)為200℃～250℃；(2)對(duì)鑄件缺陷的處理對(duì)鑄件表面可見(jiàn)性的局部鑄造缺陷經(jīng)帶溫200℃～250℃打磨清除后，采用A302焊條補(bǔ)焊，焊縫應(yīng)連續(xù)、平整，焊渣應(yīng)清除干凈；焊后對(duì)飛邊、毛刺、焊疤及焊濺物一并采用高速砂輪打磨干凈或重新進(jìn)爐整體預(yù)熱至250℃～280℃進(jìn)行上述磨、補(bǔ)工作；(3)退火處理將清整后的毛坯整體進(jìn)爐加熱至840℃～860℃并保溫6～8小時(shí)隨爐冷卻；(4)機(jī)械加工①對(duì)精鑄成形的內(nèi)外球面進(jìn)行去疤瘤打磨、執(zhí)光；②劃線將毛坯吊上平臺(tái)按工件中心線垂直于平臺(tái)找正并涂白粉，以外徑為基準(zhǔn)找中，再按止口內(nèi)徑、斜面、兩端面、單邊均留2mm～2.5mm進(jìn)行劃線；③粗車將已劃線好的毛坯磨套吊上大立車，按線找正夾緊后粗車上端面、止口及配合斜面將外徑帶刀車至φ1900°-6；翻面找正，粗車另一端面、止口、內(nèi)斜面；④對(duì)鑄件內(nèi)部鑄造缺陷的處理對(duì)經(jīng)粗車后的半成品進(jìn)行100％超探，對(duì)內(nèi)在缺陷及可見(jiàn)性缺陷在清挖干凈后，應(yīng)用焊槍火陷局部預(yù)熱至200℃～250℃，采用A302焊條進(jìn)行補(bǔ)焊，焊渣必須清除干凈，焊縫應(yīng)連續(xù)、平整；⑤淬火、回火將超探合格的半成品磨套整體進(jìn)爐加熱至850℃～860℃，并保溫5～7小時(shí)后油冷；再將它重新加熱至300℃，并保溫3～5小時(shí)油冷或空冷；⑥精車將熱處理合格的半成品磨套吊上大立車，以外徑找中經(jīng)校平，加工上端面、止口、內(nèi)斜面；再翻面，以加工之端面為基面，用同樣方法找中，精車另一端面、止口、及內(nèi)斜面成形。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高強(qiáng)度耐熱耐磨無(wú)破裂的立磨磨套及制造工藝，涉及礦山、建材、冶金、機(jī)械等行業(yè)。它采用C、Mn、Cr、Ni、Al為主要元素，輔加少量Mo、V元素，其余為Fe的低合金鑄鋼。經(jīng)實(shí)施本發(fā)明提供的制造工藝后，組織為均勻細(xì)晶粒馬氏體，具有強(qiáng)度高、硬度大、耐熱、耐磨、耐沖擊、制造和使用成本的特點(diǎn)。如出口1萬(wàn)元，企業(yè)可創(chuàng)產(chǎn)值9億元，企業(yè)獲純利7.5億元，折合9247.8萬(wàn)元。本發(fā)明具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C22C33/04GK1740367SQ20051001943
公開(kāi)日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2005年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月14日
發(fā)明者劉承剛 申請(qǐng)人:劉承剛