CN110551936A - 一种锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球及其制备方法 - Google Patents

一种锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球及其制备方法，锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球包括如下重量百分比的组分：C：2.4～2.8%；Si：2.8～3.0%；Ni：0.1%～0.2%；Mn:2.0%～2.5%；Mo：0.2%～0.3%；S：≤0.03%；P：≤0.07%；Mg：0.03%～0.05%；RE（混合稀土元素）:0.02～0.04%；Fe：91.01～92.35%。本发明锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球的制备方法，包括如下步骤：1）熔炼；2）球化；3）浇注；4）热处理。本发明锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球耐磨性能、韧性、耐腐蚀性能等都较好，使用寿命长，提高使用效率，减少使用成本，且节能环保。本发明锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球的制备方法方便实用。

Description

一种锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球及其制备方法
技术领域
本发明是一种球磨铸铁磨球及其制备方法，特别是一种锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球及其制备方法，属于锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球及其制备方法的创新技术。
背景技术
选矿行业随着规模化的扩大，球磨机直径也越来越大，直径5.5M以上的半自磨机也越来越普遍。这样大直径的磨机、半自磨机采用的大规格磨球开始采用铸球,而现在普遍采用的铬系铸球的大球，因冲击韧性低，使用中容易发生破碎而影响磨矿作业，无法胜任这种矿石硬度大、矿石酸度大、半自磨机大直径等工矿条件,无法满足对稳定性、耐磨性、韧性的要求。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球。本发明耐磨性能、韧性、耐腐蚀性能等都较好，使用寿命长，提高使用效率，减少使用成本，且节能环保。
本发明的另一目的在于提供一种方便实用的锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球的制备方法。
本发明的技术方案是：本发明的锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球，包括如下重量百分比的组分：
C：2.4～2.8%
Si：2.8～3.0%
Ni：0.1% ～0.2%
Mn: 2.0% ～2.5%
Mo：0.2% ～0.3%
S：≤0.03%
P：≤0.07%
Mg：0.03%～0.05%
RE（混合稀土元素）: 0.02～0.04%
Fe：91.01～92.35%。
本发明锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球的制备方法，包括如下步骤：
1）熔炼；
2）球化；
3）浇注；
4）热处理。
本发明的锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球，耐磨性能、韧性、耐腐蚀性能等都较好，使用寿命长，且提高使用效率，减少使用成本。另外，由于本发明的锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球不存在铬元素，不存在铬污染，节能环保。本发明的锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球的初始表面硬度在（HRC）50-52,冲击韧性大于22J/cm²，具有加工硬化特性，使用过程中表面硬度还会不断提高，Ø120mm铸球使用到Ø 30mm时，球面还是保持圆形，表面硬度能达到HRC63-67。适用于矿山湿磨工况条件使用。本发明的锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球的制备方法方便实用。
附图说明
图1为本发明实施例1的金相组织示意图；
图2为本发明实施例2的金相组织示意图；
图3为本发明实施例3的金相组织示意图。
具体实施方式
本发明锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球，包括如下重量百分比的组分：
C：2.4～2.8%
Si：2.8～3.0%
Ni：0.1% ～0.2%
Mn: 2.0% ～2.5%
Mo：0.2% ～0.3%
S：≤0.03%
P：≤0.07%
Mg：0.03%～0.05%
RE（混合稀土元素）: 0.02～0.04%
Fe：91.01～92.35%。
本发明锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球的制备方法，包括如下步骤：
1）熔炼；
2）球化；
3）浇注；
4）热处理。
上述步骤1）中的熔炼过程是：首先加入生铁，进入中频炉进行熔炼，熔化后加入废钢，以及钼铁，待铁水溶化后，中频炉温度达到1300℃～1350℃时，进行第一次扒渣，完成后加入金属镍、硅铁、锰铁、回炉料进行熔炼，待温度达到1550℃～1600℃时，进行二次扒渣，然后出炉，加入炉料混合物总重量百分比为：优质18号生铁 20%-25%；废钢 39%-49.9%；钼铁0.15%～0.21% ；镍：0.075%～0.14% ；锰铁：1.5% ～1.75% ；硅铁：2.1%～2.24% ； 回炉料：25%-30% ；上述生铁是采用优质18号生铁。
回炉料的成分由钼、镍、硅、锰合金组成，其中钼、镍、硅、锰重要合金的成分如下：钼 ：0.05%～0.09%； 镍 ：0.025%～0.06%； 锰：0.5%～0.75%； 硅：0.56%～0.9%。
上述步骤2）中的球化过程是：出炉前，分别加入球化剂和复合孕育剂，控制铁水出炉温度在1550℃～1600℃，铁水倒入后球化形成球化包。
上述球化包是在铸铁件内包裹一层高铬砂。包裹一层高铬砂，其主要目的是为了隔热。该过程称为球化孕育处理。
上述球化剂是钇基重稀土镁，复合孕育剂是铁神一号, 钇基重稀土镁的用量为铁水质量的1.5%～1.7%,铁神一号的用量为铁水质量的1.%～1.7%,粒度为 10～20mm,采用冲入法处理。
上述钇基重稀土镁加入量为铁液的1.5%、铁神一号加入量为铁液质量的1%。
其中复合孕育剂的成分为多种氧化物组成，不含硫、不增硫、不影响原铁液化学成分的非硅铁基矿物类新型复合功能长效孕育剂。不改变球化工艺，出完铁水后，使用“扒渣棍”边搅拌。边反复将全部浮渣压入铁液表层100mm-200mm，至浮渣变软，看不见镁燃烧的火焰，铁水清澈时停止搅拌；搅拌结束后，在不影响浇注温度的前提下，尽可能延长静置时间，以便夹杂物充分上浮，然后扒尽浮渣后进行浇注。
上述步骤3）中的浇注过程是：浇注温度1380～1420℃,浇注时间控制在14～15分钟以内,采用复砂金属覆砂模型铸造及热轧生产线进行铸造。
上述步骤4）中的热处理过程是：
41）浇注步骤后，得到磨球胚放入热处理炉中加热到奥氏体区，温度为900℃-950℃，保温3h～4h；
42）将加热保温后的磨球取出放入无机淬火液中进行速冷，磨球在高温区所得到的奥氏体通过快速降温使奥氏体转化为贝氏体，温度控制在220℃～240℃使金相组织得到下贝氏体及马氏体；
43）从淬火液中取出磨球，其表面温度为220℃～240℃，再次放入280℃～300℃回火炉进行回火处理，即可得到具有残余奥氏体/贝氏体/马氏体复相组织的球磨铸铁磨球。
上述热处理工艺是采用复相奥菲铸球热处理工艺。
本发明热处理工艺采用 900 ～ 950 ℃热开箱快速冷却(淬火液)到Ms点（为马氏体转变起始温度，是奥氏体和马氏体两相自由能之差达到相变所需的最小驱动力时的温度，其温度点为331℃）稍下,避开上贝氏体形成区,然后在 Ms点稍上放入等温炉中进行下贝氏体等温转变。待下贝氏体转变结束后 ,最后出炉空冷。通过热处理工艺处理的复相奥菲铸球，能够得到更好金相组织，通过淬火液快速降温，使奥氏体化的金相组织形成贝氏体和马氏体，组织更加致密。
本发明的具体实施例如下：
实施例1：
本发明锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球，包括如下重量百分比的组分：
C：2.4%
Si：2.8 %
Ni：0.1%
Mn: 2.0%
Mo：0.2%
S：0.03%
P：0.07%
Mg：0.03%
Re: 0.02%
Fe：92.35%。
本发明锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球的制备方法，包括如下步骤：
1）熔炼；
2）球化；
3）浇注；
4）热处理。
上述步骤1）中的熔炼过程是：首先加入生铁，进入中频炉进行熔炼，熔化后加入废钢，以及钼铁，待铁水溶化后，中频炉温度达到1300℃时，进行第一次扒渣，完成后加入金属镍、硅铁、锰铁、回炉料进行熔炼，待温度达到1550℃时，进行二次扒渣，然后出炉；
上述步骤2）中的球化过程是：出炉前，分别加入球化剂和复合孕育剂，控制铁水出炉温度在1550℃，铁水倒入后球化形成球化包。
上述球化剂是钇基重稀土镁，复合孕育剂是铁神一号, 钇基重稀土镁的用量为铁水质量的1.5%,铁神一号的用量为铁水质量的1.%,粒度为 10mm,采用冲入法处理。
上述步骤3）中的浇注过程是：浇注温度1380℃,浇注时间控制在14分钟以内,采用复砂金属覆砂模型铸造及热轧生产线进行铸造。
上述步骤4）中的热处理过程是：
41）浇注步骤后，得到磨球胚放入热处理炉中加热到奥氏体区，温度为900℃，保温3h；
42）将加热保温后的磨球取出放入无机淬火液中进行速冷，磨球在高温区所得到的奥氏体通过快速降温使奥氏体转化为贝氏体，温度控制在220℃℃使金相组织得到下贝氏体及马氏体；
43）从淬火液中取出磨球，其表面温度为220℃，再次放入280℃回火炉进行回火处理，即可得到具有残余奥氏体/贝氏体/马氏体复相组织的球磨铸铁磨球。
本实施例锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球的金相图如图1所示，从金相图中可以看出本实施例中金相组织粗大，马氏体、贝氏体还有残余奥氏体出现融合不均匀，组织间不够致密。残余奥氏体过多，造成贝氏体及马氏体减少，钢球的表面耐磨性可以达到要求，但是随着钢球磨损，内部韧性不够，会造成钢球失圆，影响磨矿效率降低产能。
实施例2：
本发明锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球，包括如下重量百分比的组分：
C： 2.8%
Si： 3.0%
Ni：0.2%
Mn: 2.5%
Mo：0.3%
S：0.02%
P：0.05%
Mg：0.05%
Re: 0.04%
Fe：91.04%
本发明锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球的制备方法，包括如下步骤：
1）熔炼；
2）球化；
3）浇注；
4）热处理。
上述步骤1）中的熔炼过程是：首先加入生铁，进入中频炉进行熔炼，熔化后加入废钢，以及钼铁，待铁水溶化后，中频炉温度达到1330℃时，进行第一次扒渣，完成后加入金属镍、硅铁、锰铁、回炉料进行熔炼，待温度达到1580℃时，进行二次扒渣，然后出炉；
上述步骤2）中的球化过程是：出炉前，分别加入球化剂和复合孕育剂，控制铁水出炉温度在1580℃，铁水倒入后球化形成球化包。
上述球化剂是钇基重稀土镁，复合孕育剂是铁神一号, 钇基重稀土镁的用量为铁水质量的1.6%,铁神一号的用量为铁水质量的1.4%,粒度为 15mm,采用冲入法处理。
上述步骤3）中的浇注过程是：浇注温度1400℃,浇注时间控制在14.5分钟以内,采用复砂金属覆砂模型铸造及热轧生产线进行铸造。
上述步骤4）中的热处理过程是：
41）浇注步骤后，得到磨球胚放入热处理炉中加热到奥氏体区，温度为930℃，保温3.5h；
42）将加热保温后的磨球取出放入无机淬火液中进行速冷，磨球在高温区所得到的奥氏体通过快速降温使奥氏体转化为贝氏体，温度控制在230℃使金相组织得到下贝氏体及马氏体；
43）从淬火液中取出磨球，其表面温度为230℃，再次放入290℃回火炉进行回火处理，即可得到具有残余奥氏体/贝氏体/马氏体复相组织的球磨铸铁磨球。
本实施例锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球的金相图如图2所示，从金相图中可以看出本实施例中可以看出金相组织，呈现针状组织，马氏体呈针状出现，导致结构不稳定，硬度增加，耐磨性能降低，韧性相应降低，当钢球进入球磨机时由于应力作用钢球碰撞，由于硬度增加，相应的脆性增加，会使钢球在球磨机内极易破碎，导致产能下降。
实施例3：
本发明锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球，包括如下重量百分比的组分：
C：2.6%
Si：2.9%
Ni：0.15%
Mn: 2.2%
Mo：0.25%
S：0.02%
P：0.06%
Mg：0.04%
Re: 0.03%
Fe：91.75%。
本发明锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球的制备方法，包括如下步骤：
1）熔炼；
2）球化；
3）浇注；
4）热处理。
上述步骤1）中的熔炼过程是：首先加入生铁，进入中频炉进行熔炼，熔化后加入废钢，以及钼铁，待铁水溶化后，中频炉温度达到1350℃时，进行第一次扒渣，完成后加入金属镍、硅铁、锰铁、回炉料进行熔炼，待温度达到1600℃时，进行二次扒渣，然后出炉；
上述步骤2）中的球化过程是：出炉前，分别加入球化剂和复合孕育剂，控制铁水出炉温度在1600℃，铁水倒入后球化形成球化包。
上述球化剂是钇基重稀土镁，复合孕育剂是铁神一号, 钇基重稀土镁的用量为铁水质量的1.7%,铁神一号的用量为铁水质量的1.7%,粒度为20mm,采用冲入法处理。
上述步骤3）中的浇注过程是：浇注温度1420℃,浇注时间控制在15分钟以内,采用复砂金属覆砂模型铸造及热轧生产线进行铸造。
上述步骤4）中的热处理过程是：
41）浇注步骤后，得到磨球胚放入热处理炉中加热到奥氏体区，温度为950℃，保温4h；
42）将加热保温后的磨球取出放入无机淬火液中进行速冷，磨球在高温区所得到的奥氏体通过快速降温使奥氏体转化为贝氏体，温度控制在240℃使金相组织得到下贝氏体及马氏体；
43）从淬火液中取出磨球，其表面温度为240℃，再次放入300℃回火炉进行回火处理，即可得到具有残余奥氏体/贝氏体/马氏体复相组织的球磨铸铁磨球。
本实施例锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球的金相图如图3所示，从金相图中可以看出本实施例中可以看出金相组织，组织致密，残余奥氏体、马氏体、贝氏体充分的融合，残余奥氏体附着钢球表面，在球磨机运转时钢球发生碰撞奥氏体起到了给钢球表面增加硬度和耐磨性，当钢球表面奥氏体作用完后，球体内的贝氏体及马氏体作用，使钢球有足够的耐磨性、韧性以及硬度，使钢球降低失圆率，减少破碎，增加产能。
本发明复相奥菲铸球外观尺寸标准（单位：毫米）
复相奥菲铸球硬度及各项机械性能

Claims (10)

1.一种锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球，其特征在于包括如下重量百分比的组分：
C：2.4～2.8%
Si：2.8～3.0%
Ni：0.1% ～0.2%
Mn: 2.0% ～2.5%
Mo：0.2% ～0.3%
S：≤0.03%
P：≤0.07%
Mg：0.03%～0.05%
RE（混合稀土元素）: 0.02～0.04%
Fe：91.01～92.35%。
2.一种权利要求1所述的锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1）熔炼；
2）球化；
3）浇注；
4）热处理。
3.根据权利要求2所述的锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球的制备方法，其特征在于上述步骤1）中的熔炼过程是：首先加入生铁，进入中频炉进行熔炼，熔化后加入废钢，以及钼铁，待铁水溶化后，中频炉温度达到1300℃～1350℃时，进行第一次扒渣，完成后加入金属镍、硅铁、锰铁、回炉料进行熔炼，待温度达到1550℃～1600℃时，进行二次扒渣，然后出炉，加入炉料混合物总重量百分比为：生铁 20%-25%；废钢 39%-49.9%；钼铁0.15%～0.21% ；镍：0.075%～0.14% ；锰铁：1.5% ～1.75% ；硅铁：2.1%～2.24% ； 回炉料：25%-30%；
回炉料的成分由钼、镍、硅、锰合金组成，其中钼、镍、硅、锰重要合金的成分如下：钼 ：0.05%～0.09%； 镍 ：0.025%～0.06%； 锰：0.5%～0.75%； 硅：0.56%～0.9%。
4.根据权利要求2所述的锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球的制备方法，其特征在于上述步骤2）中的球化过程是：出炉前，分别加入球化剂和复合孕育剂，控制铁水出炉温度在1550℃～1600℃，铁水倒入后球化形成球化包。
5.根据权利要求4所述的锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球的制备方法，其特征在于上述球化包是在铸铁件内包裹一层高铬砂。
6.根据权利要求4所述的锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球的制备方法，其特征在于上述球化剂是钇基重稀土镁，复合孕育剂是铁神一号, 钇基重稀土镁的用量为铁水质量的1.5%～1.7%,铁神一号的用量为铁水质量的1.%～1.7%,粒度为 10～20mm,采用冲入法处理。
7.根据权利要求6所述的锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球的制备方法，其特征在于上述钇基重稀土镁加入量为铁液质量的1.5%、铁神一号加入量为铁液质量的1%。
8.根据权利要求2所述的锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球的制备方法，其特征在于上述步骤3）中的浇注过程是：浇注温度1380～1420℃,浇注时间控制在14～15分钟以内,采用复砂金属覆砂模型铸造及热轧生产线进行铸造。
9.根据权利要求2至8任一项所述的锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球的制备方法，其特征在于上述步骤4）中的热处理过程是：
41）浇注步骤后，得到磨球胚放入热处理炉中加热到奥氏体区，温度为900℃-950℃，保温3h～4h；
42）将加热保温后的磨球取出放入无机淬火液中进行速冷，磨球在高温区所得到的奥氏体通过快速降温使奥氏体转化为贝氏体，温度控制在220℃～240℃使金相组织得到下贝氏体及马氏体；
43）从淬火液中取出磨球，其表面温度为220℃～240℃，再次放入280℃～300℃回火炉进行回火处理，即得到具有残余奥氏体/贝氏体/马氏体复相组织的球磨铸铁磨球。
10.根据权利要求9所述的锰系低合金复相贝氏体球磨铸铁磨球的制备方法，其特征在于上述热处理工艺是采用复相奥菲铸球热处理工艺。
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