CN1038435C

CN1038435C - 高淬透性热轧钢球及其热处理方法

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Publication number: CN1038435C
Application number: CN95104490A
Authority: CN
Inventors: 谷南驹; 彭会芬; 马晓莉
Original assignee: HEBEI POLYTECHNICAL COLLEGE
Current assignee: HEBEI POLYTECHNICAL COLLEGE
Priority date: 1995-05-11
Filing date: 1995-05-11
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2015-05-11
Also published as: CN1116250A

Abstract

一种高淬透性热轧钢球及其热处理方法，其组成中主要含有以下成分(重量%)C0.40～0.85、Si1.51～2.0、Mn1.81～2.9、Cr0.20～0.79、Cu0.001～0.70、Mo0.001～0.15、Ce0.0005～0.05、S≤0.05P≤0.04、余量为Fe。锻(轧)后的钢球进行余热处理。本发明钢球成本低，抗回火能力强，淬透性高，硬度高且表、心硬度差小，耐磨性好，易于轧(锻)和热处理，节能。适用于矿山、建材、电力等行业粉磨各种物料。

Description

高淬透性热轧钢球及其热处理方法

本发明属于一种球磨机研磨各种物料用钢球，特别涉及一种高淬透性热轧钢球及其热处理方法。

在日特开昭60-232259专利文献中公开了一种钢球，其成分中Si、Mn含量低，而Cr含量高，为了提高淬透性加入B，因此成本高，而且Φ80mm以上的钢球中心硬度仅为HRC57.5。清华大学的钢球Φ100mm的中心硬度仅为HRC56.2。秘鲁的钢球虽然Cr、Mo含量也较低，使成本下降，但是Φ50mm以下的钢球可以淬透，而用量较大的Φ65mm和Φ80mm的钢球均不能淬透，其表面硬度为HRC60-61，而中心硬度仅为HRC45。

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处而提供一种成本低、钢球硬度高且中心与表面硬度差小的高淬透性热轧钢球的配方及其热处理方法。

本发明的目的可以通过以下措施实现：

高淬透性热轧(锻)钢球的成分为(重量％)：

C 0.40～0.85％ Cr 0.20～0.79％ Si 1.51～2.0％

Cu 0.001～0.70％ Mn 1.81～2.9％ Mo 0.001～0.15％

Ce 0.0005～0.05％ S≤0.05％ P≤0.04％余量为Fe。

钢球成分中还可加入下列一种或几种元素，可使轧(锻)钢球的淬透性、强韧性和切削加工性进一步提高，V 0.001～0.3％ Ti 0.001～0.10％ Ca 0.001～0.1％Nb 0.001～0.05％ S 0.001～0.30％ Zr 0.001～0.10％Pb 0.001～0.10％。

锻(轧)后的钢球热处理工艺是：轧(锻)后的钢球在800～950℃时，进入水中(或喷水)冷却至250～400℃时出水，空气自然冷却至150～220℃时，保温回火2～6小时。

对于采用水冷质量不易控制、直径小于Φ50mm的热轧小钢球，轧(锻)后也可采取直接空气冷却加保温回火处理的方法。火温度150～220℃，回火时间2～6小时。

对于要求韧性高、直径大于Φ80mm以上的大钢球和要求高硬度的小钢球，轧(锻)后也可采取直接空气冷却，再重新加热淬火—回火处理的方法，其淬火—回火的工艺条件是：

(1)钢球淬火加热温度 850～930℃

(2)钢球淬火进水温度 850～750℃

(3)钢球出水温度 250～400℃

(4)钢球回火温度 150～220℃

(5)钢球回火时间 2～6小时。

本发明钢球成分配比中各元素的作用及其用量限定范围的意义如下：

碳(C)，C是钢中的主要强化元素，可以显著提高钢球的硬度和耐磨性，但含量过高会使韧性下降。本发明对Φ50mm以下的小钢球C的用量取0.55～0.85％。对Φ60mm以上的钢球，C的用量取0.40～0.60％。

硅(Si)，Si的作用是强化基体，提高抗回火软化能力，使钢球在工作环境温度不超过300℃情况下，硬度不易降低，且保持较高的耐磨性。此外，Si和Mn、Cr、Ce及其它元素的配合可提高钢的淬透性，使大直径钢球全面硬化，缩小表面和中心的硬度差。

锰(Mn)，Mn的主要作用是提高钢的淬透性，减小钢球表面和中心的硬度差。

铬(Cr)，Cr可提高钢的淬透性和耐腐蚀性，对于矿山用湿法磨球有重要意义。

钼(Mo)，Mo是推迟珠光体转变最显著的元素，含Mo的钢连续冷却中容易得到贝氏体。钢中加入少量的Mo可提高钢的淬透性和耐热性，使钢球在较高温度工作时不易软化。此外，Mo可降低晶界能，可防止回火脆性的发生。

铜(Cu)，Cu的加入对减小矿山用钢球的腐蚀磨损有重要意义，同时也可提高钢的淬透性。

铈(Ce)，Ce可和钢中的杂质(如S)形成弥散的稳定化合物，克服杂质对钢的危害，细化组织，提高钢的强韧性。Ce还易于向奥氏体晶界偏聚，降低晶界能，阻止珠光体的形成，从而提高钢的淬透性。特别是Ce和Mo联合加入这一作用更为显著。

本发明与现有技术相比有如下优点：

1、成本低。本发明成分中采取了高Si、Mn的最廉价合金元素，低Cr、Mo贵重元素，而且无B，因此成本低。

2、抗回火软化能力强。由于配方中Si的含量较高且含有少量Mo，因此提高了钢球的抗回火软化能力。

3、淬透性极佳。本发明钢球成分中采用Si、Mn、Cr、Ce和其它微量元素配合，通过交互作用提高了钢球的淬透性，可使大直径球全部硬化，减小表面与中心部位硬度差，从而提高了钢球在使用中磨损的抗力。

4、节能，且易于实现轧(锻)后的余热处理，工艺可调范围宽，质量易于控制，可根据用户要求适用的工矿条件，调整热处理工艺，以达到不同的性能，适应不同行业对钢球质量的要求。

5、适用范围广。本发明技术生产的钢球可适用于矿山、水泥、发电等行业粉磨各种物料。

附图的图面说明如下：

图1是Φ80mm钢球(空冷)剖面硬度分布图；

图2是Φ90mm钢球(空冷)剖面硬度分布图；

图3是Φ100mm钢球(空冷)剖面硬度分布图；

图4是Φ120mm钢球(水冷至300℃后空冷)剖面硬度分布图；

图5是本发明钢球用钢的顶端淬火淬透性曲线图；

图6是本发明钢球回火软化曲线(1)与秘鲁钢球回火软化曲线(2)比较图；

图7是本发明钢球表面金相组织图(放大500倍)；

图8是本发明钢球心部金相组织图(放大500倍)；

图9是本发明钢球临界点和C曲线图。

从图中可以看出本发明的技术特点为：

1、本发明钢球表层淬火硬度HRC 59～64，表层与心部硬度差别≤2.5HRC，这就可始终保证钢球的高耐磨性；

2、其冲击值为：(无缺口试验)ak＝5～10J/cm²；

3、本发明钢球比日本钢球淬透性高得多。如图5所示，距水冷端40mm处，本发明钢球为HRC≥60，日本钢球为HRC 58；距水冷端45mm处，本发明钢球为HRC 59.5～60.5，日本钢球仅为HRC 55；

4、从图6可以看出本发明钢球回火稳定性明显优于秘鲁钢球；

5、从图7、图8可以看出钢球表面由于锻造形变组织较细，心部组织较粗大，并存有少量软组织(屈氏体)；

6、从图9可以看出：Acl＝700～733℃；Arl＝596～533℃；Ms＝235℃；临界冷却速度Vc＝7℃/分；缓冷软化冷速应≤180℃/小时。

下面结合实施例对本发明作进一步详述：实施例1：Φ100mm钢球

1、本发明钢球按以下用量配料(重量％)：C 0.58％ Si 1.75％ Mn 2.72％ Mo 0.08％Cr 0.31％ Cu 0.005％ Ce 0.006％ Fe 94.674％

采用500Kg电炉按常规冶炼，冶金质量参照冶金部标准中对重轨钢的有关规定。

2、锻(轧)：将钢坯加热至1200℃，温度在1150℃时开始锻轧，终锻温度为900℃，锻后在空气中冷却，在300℃以下不可与水或含水沙土等物接触。

3、锻(轧)后淬火—回火处理：

a、将钢球淬火加热到900℃，保温2.5小时；

b、将加热的钢球在850℃时，放进水中冷却；

c、当温度在300℃时，出水在空气中冷却；

d、温度在160℃时，保温回火4小时。即得到热轧(锻)Φ100mm钢球。取钢球试样进行测试，其结果如下：

表层硬度HRC 62，中心硬度HRC 60.5 全部淬透硬化，

冲击韧性(u型缺口)ak＝5J/cm²。实施例2：Φ80mm钢球

1、本发明钢球按以下用量配料(重量％)：C 0.45％ Si 1.85％ Mn 2.42％ Mo 0.11％Cr 0.25％ Cu 0.005％ Ce 0.006％ Fe 余量

冶炼方法及质量要求同实施例1。

2、锻(轧)：将钢坯加热至1150℃，温度在1100℃时开始锻轧，终锻温度为900℃。

3、锻(轧)后钢球余热处理：将钢球置入水中冷却40秒钟取出，空气冷却。

4、回火处理：钢球冷却到220℃时，保温回火2小时，自然冷却。即得到热锻(轧)Φ80mm钢球。取钢球试样进行测试，其结果如下：

淬火后表层硬度HRC62，中心硬度HRC60，全部淬透硬化，

回火后表面硬度HRC59，中心硬度HRC58，

冲击韧性(u型缺口)ak＝10J/cm²。

按建材总公司标准(Q/TCJ38-91)进行落球试验，冲击疲劳寿命Np＞20038次，超过优等品的水平(≥12000次)。实施例3：Φ50mm钢球

1、本发明钢球按以下用量配料(重量％)：C 0.81％ Si 1.55％ Mn 2.0％ Mo 0.005％Cr 0.75％ Cu 0.35％ Ce 0.003％ Fe 余量

冶炼方法及质量要求与实施例1同。

2、锻(轧)：将钢坯加热至1150℃，温度在1100℃时开始锻轧，终锻温度为950℃。

3、锻(轧)后钢球余热处理：将钢球在空气中自然冷却。

4、回火处理：钢球冷却到160℃时，保温回火3小时，自然冷却。即得到热轧(锻)Φ50mm钢球。取钢球试样进行测试，其结果如下：

表层硬度HRC 63.5，中心硬度HRC 62，全部淬透硬化，

冲击韧性(u型缺口)ak＝5.1J/cm²。

Claims

1、一种高淬透性热轧(锻)钢球，其特征在于：钢球的成分为(重量％)：^C 0.40～0.85％ Cr 0.20～0.79％ Si 1.51～2.0％^Cu 0.001～0.70％ Mn 1.81～2.9％ Mo 0.001～0.15％^Ce 0.0005～0.05％ S≤0.05％ P≤0.04％余量为Fe。

2、按照权利要求1所说的钢球，其特征在于：钢球成分中还可加入下列一种或几种元素(重量％)：V 0.001～0.3％ Ti 0.001～0.10％ Ca 0.001～0.1％Nb 0.001～0.05％ S 0.001～0.30％ Zr 0.001～0.10％Pb 0.001～0.10％。

3、如权利要求1或2所说的钢球的热处理方法，其特征在于：热处理工艺是：轧(锻)后的钢球在800～950℃时，进入水中(或喷水)冷却至250～400℃时出水，空气自然冷却至150～220℃时，保温回火2～4小时。

4、按照权利要求3所说的钢球的热处理方法，其特征在于：对于采用水冷质量不易控制、直径小于Φ50mm的热轧小钢球，轧(锻)后也可采取直接空气冷却加保温回火处理的方法。

5、按照权利要求3所说的钢球的热处理方法，其特征在于：对于要求韧性高、直径大于Φ80mm以上的大钢球和要求高硬度的小钢球，轧(锻)后也可采取直接空气冷却，再重新加热淬火—回火处理的方法，其淬火—回火的工艺条件如下：

(1)钢球淬火加热温度 850～930℃

(2)钢球淬火进水温度 850～750℃

(3)钢球出水温度 250～400℃

(4)钢球回火温度 150～220℃

(5)钢球回火时间 2～6小时。