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摘要在50Cr5Mo合金铸钢的基础上加入0.2%的钒,通940℃空淬及300℃回火,测定试验钢的硬度及冲击韧性,研究发现50Cr5MoV的性能适用于高炉料车衬板。试验将其应用在炼铁高炉的料车衬板上,检验其抗冲击性能和耐磨性。结果表明,50Cr5MoV合金铸钢的耐磨性是高锰钢的2倍以上,50Cr5MoV合金铸钢的高韧性也避免了脆性材料的断裂事故。
关键词合金铸钢技术要求实验过程化学成分
中图分类号:TG27文献标识码:A
1 高炉料车衬板的技术要求
磨损是高炉料车衬板失效的主要形式之一。磨料磨损是磨损消耗钢材的重要形式,其造成的经济损失占磨损总数的50%左右,目前,国内广泛使用的耐磨材料是高锰钢,但高锰钢只有在强烈冲击条件下表现出较好的耐磨性,而在较低冲击条件下并不能充分发挥其加工硬化特性,耐磨性较差。合金耐磨铸铁抗磨性能很好, 但脆性大且成本较高制约了其生产及应用。目前各类合金耐磨铸钢的应用日益广泛。作为高炉料车衬板的耐磨钢需要硬度高、韧性好。只有硬度和韧性的良好配合才能使耐磨性有最大程度的提高。
2 主要化学成份设计
碳(C):碳是决定钢淬硬性和耐磨性的主要元素,碳含量较低时,耐磨性较差;含碳量较高时,硬度及耐磨性提高了,但韧性又下降,因而实际碳量可控制在0.5%～0.7%。
铬(Cr):铬作为试验钢的主要合金元素,它能提高钢的淬透性和耐磨性,但当铬量小于3%时,作用不很明显;而当铬量大于6%时,又会使钢的韧性降低,而且成本增加,因此本试验中铬含量控制在4.0%～5.0%。
钼(Mo):钼能明显提高钢的淬透性,提高钢的回火稳定性,但价格较贵,可少量加入,控制在0.3 %～0.5%。
钒(V) : 钒是强碳化物形成元素,能细化晶粒,提高钢的回火稳定性,钒的价格昂贵,宜少量加入,控制在0.18 %～0.22 %。
于是成份设计为(质量百分数): C 0.5～0.8 ; Cr 4.0～5.0;Si0.5～0.8;Mn 0.5～1.2;Mo 0.3～0.5;S,P≤0.04;V0.18～0.22。
3 试验过程
试验钢在中频炉中熔炼,熔炼过程按照通用的中碳中铬铸钢规范进行。熔炼温度为1530℃,浇注温度约为1500℃。浇铸700X700X30高炉料车衬板的同时蜡模浇铸12 mm€?2 mm€?80 mm 试验钢试样,浇柱后加工成10 mm€?0 mm€?5mm 无缺口冲击试样,热处理后在JB- 30A 型冲击试验机上测定冲击韧性ak,硬度值在69- 1型布洛维光学硬度计上测定。进行金相观察组织。普通高锰钢1060℃保温30min,水淬(水韧处理);50Cr5MoV合金铸钢940℃保温20min ,空淬,300℃保温1h,空冷。
对比磨损试验是将700X700X30衬板安装在450立方高炉料车上,用50CrMoV制作的5块衬板安装在左侧料车底部中列受冲击最大的区域,用Mn13制作的5块对比衬板安装在右侧料车底部中列受冲击最大的区域。两组对比样品的过料量、冲击角度、冲击力完全相同。
4 对比试验结果
5 结论
分析试验结果可以看出,50Cr5MoV铸态时便可得到部分或大部分贝氏体甚至是马氏体组织,经过可调控的淬火回火过程,可以得到稳定的马氏体+碳化物+残余奥氏体组织。材料硬度控制在55HRC以上时,抗磨性能得以大幅度提高,冲击韧性大于18J.cm-2能够满足料车衬板的抗冲击要求。50Cr5MoV料车衬板的使用寿命是普通高锰钢衬板的两倍。
关键词合金铸钢技术要求实验过程化学成分
中图分类号:TG27文献标识码:A
1 高炉料车衬板的技术要求
磨损是高炉料车衬板失效的主要形式之一。磨料磨损是磨损消耗钢材的重要形式,其造成的经济损失占磨损总数的50%左右,目前,国内广泛使用的耐磨材料是高锰钢,但高锰钢只有在强烈冲击条件下表现出较好的耐磨性,而在较低冲击条件下并不能充分发挥其加工硬化特性,耐磨性较差。合金耐磨铸铁抗磨性能很好, 但脆性大且成本较高制约了其生产及应用。目前各类合金耐磨铸钢的应用日益广泛。作为高炉料车衬板的耐磨钢需要硬度高、韧性好。只有硬度和韧性的良好配合才能使耐磨性有最大程度的提高。
2 主要化学成份设计
碳(C):碳是决定钢淬硬性和耐磨性的主要元素,碳含量较低时,耐磨性较差;含碳量较高时,硬度及耐磨性提高了,但韧性又下降,因而实际碳量可控制在0.5%～0.7%。
铬(Cr):铬作为试验钢的主要合金元素,它能提高钢的淬透性和耐磨性,但当铬量小于3%时,作用不很明显;而当铬量大于6%时,又会使钢的韧性降低,而且成本增加,因此本试验中铬含量控制在4.0%～5.0%。
钼(Mo):钼能明显提高钢的淬透性,提高钢的回火稳定性,但价格较贵,可少量加入,控制在0.3 %～0.5%。
钒(V) : 钒是强碳化物形成元素,能细化晶粒,提高钢的回火稳定性,钒的价格昂贵,宜少量加入,控制在0.18 %～0.22 %。
于是成份设计为(质量百分数): C 0.5～0.8 ; Cr 4.0～5.0;Si0.5～0.8;Mn 0.5～1.2;Mo 0.3～0.5;S,P≤0.04;V0.18～0.22。
3 试验过程
试验钢在中频炉中熔炼,熔炼过程按照通用的中碳中铬铸钢规范进行。熔炼温度为1530℃,浇注温度约为1500℃。浇铸700X700X30高炉料车衬板的同时蜡模浇铸12 mm€?2 mm€?80 mm 试验钢试样,浇柱后加工成10 mm€?0 mm€?5mm 无缺口冲击试样,热处理后在JB- 30A 型冲击试验机上测定冲击韧性ak,硬度值在69- 1型布洛维光学硬度计上测定。进行金相观察组织。普通高锰钢1060℃保温30min,水淬(水韧处理);50Cr5MoV合金铸钢940℃保温20min ,空淬,300℃保温1h,空冷。
对比磨损试验是将700X700X30衬板安装在450立方高炉料车上,用50CrMoV制作的5块衬板安装在左侧料车底部中列受冲击最大的区域,用Mn13制作的5块对比衬板安装在右侧料车底部中列受冲击最大的区域。两组对比样品的过料量、冲击角度、冲击力完全相同。
4 对比试验结果
5 结论
分析试验结果可以看出,50Cr5MoV铸态时便可得到部分或大部分贝氏体甚至是马氏体组织,经过可调控的淬火回火过程,可以得到稳定的马氏体+碳化物+残余奥氏体组织。材料硬度控制在55HRC以上时,抗磨性能得以大幅度提高,冲击韧性大于18J.cm-2能够满足料车衬板的抗冲击要求。50Cr5MoV料车衬板的使用寿命是普通高锰钢衬板的两倍。