[发明专利]一种半自磨机防断裂和疲劳衬板及其制备方法

说明书

本发明公开一种半自磨机防断裂和疲劳衬板及其制备方法，所述衬板由高镍和/或高钼低碳合金耐磨钢制成，所述耐磨钢具有高镍细晶板条与残奥复相组织结构，所述耐磨钢为多相组织，以条状马氏体、贝氏体、贝马复相做基体，板条间含残奥，衬板中稳定残余奥氏体体积分数3～40％，复相组织的晶粒细化＞5级。本发明通过计算研究大于5米磨机的服役环境与衬板的组织与力学性能相结合，来解决目前磨机衬板的断裂和磨损问题，衬板基体强度越高，配合残奥越多，衬板的耐磨性和抗断裂性越好。

技术领域

本发明属于耐磨钢生产技术领域，涉及半自磨机衬板，特别涉及一种半自磨机防断裂、疲劳衬板，以及该衬板的制备方法。

背景技术

在半自磨机、自磨机、5米以上球磨机实际使用过程中，为了提高破碎的生产效率，筒体的直径越来越大，大型半自磨机的直径已经接近14米，球磨机的直径已经接近8米。大型磨机衬板在工作时受到钢球及矿料的强烈反复冲击、磨剥、矿浆腐蚀以及磨损和腐蚀的交互作用，从而造成衬板以裂纹和磨损失效为主，尤其是磨机筒体衬板损坏脆性断裂非常严重。

据目前国内统计，低合金钢衬板的失效主要以脆性断裂为主，高锰钢衬板的失效主要是断裂加磨损。国半自磨机衬板使用寿命多为3~4个月，每个月平均处理矿石量30~80万吨，生产中需要经过几次停车更换断裂衬板，导致降低了磨机的破碎和运行率，还增加了运行成本。

发明人从磨机衬板材料的角度分析，磨机衬板失效的原因主要分为：直径＜5米衬板以磨损失效为主；直径＞5米磨机衬板以断裂失效为主；低合金钢衬板的强度高、韧性和塑性偏弱，以断裂最为主；高锰钢衬板的强度低、塑性和韧性较高，以磨损和断裂为主。

目前不管是高强度的低合金钢衬板，还是高韧性的高锰钢衬板，断裂是在应用过程中的普遍存在的关键问题。

发明人从直径＞5米磨机的应用角度分析，例如8848半自磨机筒体内径φ=8.8m，筒体长度L=4.8m，筒体容积V=297m³，筒体转速9~11r/min，钢球的实际填充率为18.6%，平均密度4.2t/m³，再加上矿石的重量，整个筒体内钢球和矿石质量大约170t。钢球和矿石在半自磨的过程中从上方抛落，落底的速度为11.8m/s，可推导出钢球和矿石下落到衬板时的冲击力F=7.3MN。衬板需要在承载高频、重载、划痕、冲击、腐蚀的工作环境下服役，关键是矿石带有棱角，对衬板有开槽作用，高频、重载的高冲击又对衬板的裂纹起到扩展作用。所以目前高强度的低合金钢衬板，强度高、耐划痕磨损，但是在高频和重载冲击下变形能力不足，导致断裂。而高锰钢衬板，高塑、高韧，具有非常大的优势，但其自身强度低，在以上环境下服役，会因承载载荷重和冲击频率高造成的疲劳断裂。

目前我国通用的耐磨材料有以下几大系列：

高锰钢系列：如高锰钢、高锰合金、超高锰合金等；

抗磨铬铸铁系列：如高、中、低铬合金铸铁；

耐磨合金钢系列：如中、低、高碳多元金合钢；

对于磨损目前尚无统一的定义，磨损可分磨料磨损、粘着磨损、腐蚀磨损、冲蚀磨损、接触疲劳磨损、冲击磨损、微动磨损等，在矿石磨机磨损主要以磨料磨损和冲蚀磨损为主，而冲蚀、腐蚀、疲劳、载荷、速度、运动方式等在工况条件下，往往是几种磨损形式同时或先后出现，磨损失效交互作用呈现较复杂的形式。确定工件磨损失效的类型是合理选用或研制耐磨衬板钢的依据。衬板钢磨损问题是一个系统工程问题，影响磨损的因素很多，它包括工作条件、矿石性质、环境因素(湿度、温度、周围介质等)、材料因素(成分、组织、力学性能)、零件表面质量及物理化学特性等。其中每个因素的改变都可能使衬板磨损量改变，甚至使磨损机制改变。

由此可见，要提高衬板的耐磨性需要从特定条件下的磨损系统整体着手才会取得预期的效果。

发明内容

鉴于此，本发明目的在于提供一种防断裂、疲劳性能优异的半自磨机耐磨衬板。