一種新型中溫耐磨合金鋼的研究

劉旭，李亮

中材裝備集團有限公司熱工分公司于2009年成功自主研發(fā)了國內(nèi)首臺中置熟料輥式破碎機，其核心部件中置輥圈采用自主研發(fā)的單一合金鋼材料制造。公司先開發(fā)了中置高溫輥式破碎機產(chǎn)品，后開發(fā)了尾置輥式破碎機產(chǎn)品，因此前期提供的尾置輥圈都采用了中置輥圈的材料，導致產(chǎn)品成本高，不利于市場的開發(fā)。

研發(fā)一種適用于尾置熟料輥式破碎機的輥圈材料勢在必行。

1　設計思路和要求

2010年開始研發(fā)尾置輥圈材料時，要求新材料工況溫度在300℃～400℃，使用壽命≮3年。

研發(fā)設計方案有兩種：

方案一：研發(fā)單一合金材料。

方案二：以普通碳素鋼為基材，在工作部位堆焊耐磨層。

分析認為，尾置輥式破碎機雖位于冷卻機尾端，但塊狀熟料內(nèi)部溫度仍舊較高，在破碎瞬間依舊會傳出一定的熱量，尾置輥圈長期在300℃～400℃的工況下工作，是一個中溫工況。

方案二采用普通碳素鋼+堆焊耐磨層的方式，在300℃～400℃的工況中其氧化會加速，在工作時，堆焊結(jié)合層部位剝落風險加大，一旦堆焊層剝落，基體會迅速磨損，導致使用壽命不能滿足合同要求。因此，在高溫輥圈材料研發(fā)的基礎上，開發(fā)單一新型中溫耐磨合金材料是更為可靠的方案。

對于新材料的要求如下：

（1）多點測試硬度均值在45HRC，單點處最低≮40HRC；

（2）滿足耐磨硬度指標的同時，具有足夠的韌性防止使用過程中開裂，沖擊韌性值≮20J/cm2（U型缺口）；

（3）為保證在300℃～400℃的工況溫度下能穩(wěn)定工作，新材料在600℃的高溫抗拉試驗中，力學性能不可出現(xiàn)急劇衰減現(xiàn)象；

（4）新材料命名為T1006N，使用壽命≮3年。

2　新材料性能[1]

2．1　硬度

采用HR-150A手動洛氏硬度計（天津市永諾儀器有限公司）對輥圈進行硬度測試，取樣、現(xiàn)場測試位置見圖1，測試結(jié)果見表1。

2．2　沖擊實驗

采用20kg擺錘（300J）對試塊進行沖擊，分成無缺口、U型缺口兩種類型測試試塊的沖擊吸收功，測試結(jié)果見表2。

圖1　輥圈取樣或現(xiàn)場測試硬度位置示意圖

沖擊后的試塊形貌照片見圖2。

表2　T1006N試塊的沖擊吸收功*

圖2　沖擊后的試塊形貌

表1　T1006N的硬度（油淬+回火的熱處理方式）

表3　T1006N的常溫抗拉性能

2．3　室溫拉伸性能

按照試驗標準GB/T 228．1-2010《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》，對新材料的力學性能進行測試，結(jié)果見表3。

2．4　高溫拉伸性能

按照試驗標準GB/T 4338-2006《金屬材料高溫拉伸試驗方法》，對新材料的力學性能進行測試，結(jié)果見表4。用于高溫力學性能測試的拉伸儀和保溫箱的形貌見圖3。

表4　T1006N的高溫抗拉性能

圖3　高溫力學性能測試拉伸儀和保溫箱的形貌圖

3　結(jié)語

（1）T1006N的硬度性能達到設計要求的均值45HRC、最低值≮40HRC的指標。

（2）T1006N的U型缺口試樣的沖擊韌性為21．25J/cm2，達到設計要求 25J/cm2，同時無缺口試樣的沖擊韌性為166J/cm2，試樣開裂前發(fā)生明顯彎曲，具有良好韌性。

（3）室溫和高溫力學性能數(shù)據(jù)顯示，該材料性能匹配良好，并且在600℃時抗拉強度沒有出現(xiàn)急劇衰弱的現(xiàn)象，完全能夠滿足300℃～400℃的工況要求。

（4）該材料從2011年投入使用至今，實際使用時間已超過3年，高于設計壽命。

參考文獻：

[1]中國機械工程學會鑄造分會．鑄造手冊第二版第2卷鑄鋼[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2006：543～557．■