一种耐磨合金钢棒及其热处理工艺的制作方法

本发明涉及热处理工艺领域，尤其涉及一种用于棒磨机的耐磨合金钢棒，还涉及该耐磨合金钢棒的热处理工艺。

背景技术：

磨棒作为棒磨机的研磨介质，对矿石进行粉碎研磨。在粉碎矿石的同时，磨棒自身也不断被磨损消耗。早期的磨棒采用0.8-1％的高碳钢材料制造，由于淬硬层深度不足，淬硬层磨损后，磨棒因快速磨损而报废。目前的磨棒采用淬硬层深度更大的42crmo钢制造，42crmo钢的淬硬层深度能够达到6-8mm，可延长磨棒的使用寿命。

尽管如此，磨棒的消耗量还是巨大的。磨棒的装入量大约为棒磨机有效容积的35％-45％，棒磨机常年工作，每年要消耗一百六十吨左右的磨棒。频繁更换报废的磨棒也是一项繁重的工作，费时费力。这些都为选矿企业增加了大量的生产成本。此外，磨棒磨损后，磨棒残渣作为杂质进入矿浆中，不但影响矿浆质量，而且加速衬板的磨损。

因此，本领域亟待开发一种更加耐磨、寿命更长的磨棒。

技术实现要素：

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种耐磨合金钢棒的组成成份及组织结构，并公开了该耐磨合金钢棒的热处理工艺，其目的在于：使耐磨合金钢棒获得高硬度和高厚度的板条状马氏体层来增强耐磨性能，延长耐磨合金钢棒的使用寿命，降低生产成本，提高生产效率。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种耐磨合金钢棒，直径100mm，用于研磨矿石；所述耐磨合金钢棒的碳含量：0.41-0.48％，铬含量：1.1-1.4％，钼含量：0.20-0.30％，其余为铁和不可避免的杂质；耐磨合金钢棒的组织结构分为两层：外层为板条状马氏体层，其厚度为耐磨合金钢棒半径的60-80％，内层为针状马氏体加少量上贝氏体层；所述耐磨合金钢棒经热处理工艺制得。

一种耐磨合金钢棒的热处理工艺，包括以下步骤：

step1：将耐磨合金钢棒加热至880-930℃；

step2：水淬，淬火温度830-850℃，在120-140s时间内将耐磨合金钢棒降温至50℃以下；

step3：回火，回火温度100-200℃。

进一步地改进技术方案，在step1中，使用感应加热炉加热耐磨合金钢棒，加热时长5-8min，芯表温差≤20℃。

进一步地改进技术方案，在加热过程中，通过传动器转动耐磨合金钢棒，使耐磨合金钢棒受热均匀。

进一步地改进技术方案，在step2中，在120-130s时间内将耐磨合金钢棒降温至30-40℃。

进一步地改进技术方案，在step2中，采用喷淋淬火。

进一步地改进技术方案，在step2中，采用喷淋-水槽淬火。

进一步地改进技术方案，在step3中，使用感应加热炉回火，保温时间为1-3h。

由于采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明耐磨合金钢棒的组成成份为：碳含量：0.41-0.48％，钼含量：0.2-0.30％，铬含量：1.1-1.4％。国标42crmo钢的组成成份为：碳含量：0.38-0.43％，钼含量：0.15-0.25％，铬含量：0.80-1.10％。可以看出，本耐磨合金钢棒的组成成份相比国标42crmo钢，在碳含量上、钼含量上存在差异，在铬含量上则完全超出了范围，得到了不同于国标42crmo的组织成份。本耐磨合金钢棒的组织成份增强了淬透性，更适于用来制造磨棒。实践证明，在同一热处理工艺条件下，本耐磨合金钢棒材质与国标42crmo材质得到了不同的金相组织，而且本耐磨合金钢棒材质相比国标42crmo材质具有更深的淬硬层深度和更高的淬硬硬度。

本发明的热处理工艺相比现有处理工艺，更能使磨棒获得高硬度和高厚度的板条状马氏体层来增强耐磨性能。实践证明，本耐磨合金钢棒在经本热处理工艺后，得到了与现有42crmo磨棒不同的金相组织，而且本耐磨合金钢棒相比现有42crmo磨棒具有更深的淬硬层深度和更高的淬硬硬度。

本发明使耐磨合金钢棒获得高硬度和高厚度的板条状马氏体层来增强耐磨性能，不仅使耐磨合金钢棒具有更深的淬硬层和更高的硬度，而且使耐磨合金钢棒具有较高的耐疲劳强度和抗冲击能力。耐磨合金钢棒在硬度上、刚性上、强度上的大幅提高，延长了耐磨合金钢棒的使用寿命，大幅降低了选矿企业的生产成本，提高了生产效率。

附图说明

图1为实施例1中本耐磨合金钢棒外层的金相组织照片。

图2为实施例1中本耐磨合金钢棒内层的金相组织照片。

图3为实施例1中国标42crmo圆棒外层的金相组织照片。

图4为实施例1中国标42crmo圆棒过渡层的金相组织照片。

图5为实施例1中国标42crmo圆棒内层的金相组织照片。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

实施例1：

一种耐磨合金钢棒，作为棒磨机的研磨介质，用于研磨矿石。耐磨合金钢棒直径100mm，长度5m。在耐磨合金钢棒的组成成份中，碳含量：0.435％，铬含量：1.393％，钼含量：0.297％，其余为铁和不可避免的杂质。在国家标准中，国标42crmo的组成成份为：碳含量：0.38-0.43％，铬含量：0.80-1.10％，钼含量：0.15-0.25％。可见，本耐磨合金钢棒的组成成份最接近于国标42crmo钢，但比国标42crmo钢有了改进性的调整。其中，碳成份的提高有助于提高本耐磨合金钢棒的强度和硬度，铬与钼成份的提高有助于提高本耐磨合金钢棒的耐腐蚀、耐高温以及淬透性能。

本耐磨合金钢棒经热处理工艺后，自表面到芯部其组织结构分为两层：外层为板条状马氏体层，厚度平均为37mm，内层为针状马氏体加少量上贝氏体层，厚度平均为13mm。

本发明的耐磨合金钢棒，采用的热处理工艺包括以下步骤：

step1：使用感应加热炉加热耐磨合金钢棒，将耐磨合金钢棒加热至900℃；在加热过程中，通过传动器转动耐磨合金钢棒，保证加热均匀；加热时长5min，耐磨合金钢棒芯表温差≤15℃。

step2：采用喷淋水淬，淬火温度840℃，喷淋水流量为每小时50立方米，在120s时间内将耐磨合金钢棒降温至30℃；

step3：回火，回火温度100℃，保温时间为2h。

经过上述热处理工艺后，本发明的耐磨合金钢棒做了以下检测：

表1为本耐磨合金钢棒的硬度梯度检测表：

表2为本耐磨合金钢棒的金相组织检测结果：

图1示出的是本耐磨合金钢棒外层(耐磨合金钢棒表面区)的金相组织照片，可以明显地看出板条状的马氏体。

图2示出的是本耐磨合金钢棒内层(耐磨合金钢棒芯部区)的金相组织照片，可以明显地看出上贝氏体+针状马氏体组织。

作为对比，本发明对100mm直径的现有42crmo磨棒进行了对比检测：

表3为现有42crmo磨棒硬度梯度检测表：

表4为现有42crmo磨棒的金相组织检测结果：

通过以上对比，可以得出，本耐磨合金钢棒比现有42crmo磨棒具有更深的淬硬层深度和更高的淬硬硬度。

磨棒在工作中，不仅要求硬度高、刚性大，还要具有一定的耐冲击强度，防止断裂。经检测，本发明耐磨合金钢棒的抗拉强度σb≥1668mpa，屈服强度σs≥1440mpa，延伸率a＝10.5％，伸长率δ5：≥12％，断面收缩率z＝25％，断面伸缩率ψ≥45％。作为对比，现有42crmo磨棒的抗拉强度σb≥1080mpa，屈服强度σs≥930mpa，其余性能与耐磨合金钢棒相近。

国标42crmo钢属于超高强度钢，具有高强度和韧性，淬透性也较好，无明显的回火脆性，调制处理后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力，低温冲击韧性良好。本发明通过对国标42crmo钢的组成成份做进一步地改进，并经独特的热处理工艺，使本耐磨合金钢棒在硬度上、刚性上、强度上，相比现有42crmo磨棒，都得到了大幅提高，因此能大幅延长耐磨合金钢棒的使用寿命。

为了验证本耐磨合金钢棒与国标42crmo在性能上的差异，将同尺寸的国标42crmo圆棒与本耐磨合金钢棒同批次放到加热炉中，并按本发明的热处理工艺热处理后，国标42crmo圆棒与本耐磨合金钢棒相比，国标42crmo材质圆棒表现出不同于本耐磨合金钢棒的金相组织和硬度特征。

如图3-5所示，国标42crmo圆棒的金相组织，自表面到芯部其组织结构分为三层：外层为马氏体层，厚度平均为22mm；过渡层为马氏体+贝氏体层，厚度平均为11mm；内层为马氏体+托氏体+贝氏体+针状铁素体。

表5为国标42crmo圆棒经本热处理工艺后，其硬度梯度检测表：

表6为国标42crmo圆棒经本热处理工艺后，其金相组织检测结果：

通过以上对比可以得出，本耐磨合金钢棒材质在国标42crmo材质的基础上改进后，在同一热处理工艺条件下，国标42crmo材质与本耐磨合金钢棒材质得到了不同的金相组织，而且本耐磨合金钢棒材质相比国标42crmo材质具有更深的淬硬层深度和更高的淬硬硬度。从而再次证明了本耐磨合金钢棒的材质更适于制造磨棒。

还可以得出，国标42crmo材质圆棒在经本发明的热处理工艺后，国标42crmo材质圆棒与现有42crmo磨棒得到了不同的金相组织，而且国标42crmo材质圆棒相比现有42crmo磨棒具有更深的淬硬层深度和更高的淬硬硬度。从而证明，本热处理工艺相比现有热处理工艺，更能使磨棒获得高硬度和高厚度的马氏体层来增强耐磨性能，延长耐磨合金钢棒的使用寿命，降低生产成本，提高生产效率。

实施例2：

耐磨合金钢棒直径100mm，长度4.25m。在耐磨合金钢棒的组成成份中，碳含量：0.413％，铬含量：1.14％，钼含量：0.212％，其余为铁和不可避免的杂质。本耐磨合金钢棒经热处理工艺后，自表面到芯部其组织结构分为两层：外层为板条状马氏体层，厚度平均为31mm，内层为针状马氏体加少量上贝氏体层，厚度平均为19mm。

本发明的耐磨合金钢棒，采用的热处理工艺包括以下步骤：

step1：使用感应加热炉加热耐磨合金钢棒，将耐磨合金钢棒加热至870℃；在加热过程中，通过传动器转动耐磨合金钢棒，保证加热均匀；加热时长5min，耐磨合金钢棒芯表温差≤20℃。

step2：采用喷淋+水槽水淬，淬火温度830℃，在135s时间内将耐磨合金钢棒降温至38℃；

step3：回火，回火温度150℃，保温时间为1h。

实施例3：

耐磨合金钢棒直径100mm，长度2.85m。在耐磨合金钢棒的组成成份中，碳含量：0.447％，铬含量：1.341％，钼含量：0.266％，其余为铁和不可避免的杂质。本耐磨合金钢棒经热处理工艺后，自表面到芯部其组织结构分为两层：外层为板条状马氏体层，厚度平均为39mm，内层为针状马氏体加少量上贝氏体层，厚度平均为11mm。

本发明的耐磨合金钢棒，采用的热处理工艺包括以下步骤：

step1：使用感应加热炉加热耐磨合金钢棒，将耐磨合金钢棒加热至930℃；在加热过程中，通过传动器转动耐磨合金钢棒，保证加热均匀；加热时长5min，耐磨合金钢棒芯表温差≤15℃。

step2：采用喷淋+水槽水淬，淬火温度850℃，在120s时间内将耐磨合金钢棒降温至30℃；

step3：回火，回火温度200℃，保温时间为3h。

未详述部分为现有技术。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。