CN110846586B - 一种高强韧高耐磨钢球用钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强韧高耐磨钢球用钢及其制备方法，属于耐磨钢球用钢技术领域，解决了现有耐磨钢球用钢的强度和韧性不能同时满足要求、均匀性较差的问题。耐磨钢球用钢的成分以质量百分比计为：C：0.60％‑0.70％、Si：1.50％‑1.80％、Mn：0.92％‑1.2％、Cr：1.30％‑2.00％、Mo：0.01％‑0.20％、Ni：0.25％‑0.60％、Al：0.01％‑0.05％、Cu：0.05％‑0.10％、V：0.01％‑0.20％、S≤0.03％、P：0.01％～0.02％，其余为Fe和不可避免的微量杂质，其中(Mo+V)≥0.08％。制备方法包括如下步骤：冶炼钢水，然后浇铸得到铸锭；锻造铸锭，得到钢坯；将钢坯进行淬火、回火处理或者将钢坯进行淬火配分处理。本发明的高强韧高耐磨钢球用钢强度和韧性均较好，均匀性好，适用范围广。

Description

一种高强韧高耐磨钢球用钢及其制备方法
技术领域
本发明属于耐磨钢球用钢技术领域，尤其涉及一种高强韧高耐磨钢球用钢及其制备方法。
背景技术
随着世界上富矿资源储量日渐枯竭，而对其需求不断增加的情况下，贫矿经选矿加工成精矿的处理量日趋增多。同时，选矿业的发展，不断地朝着更加优化的加工流程演化，其明显的趋势是采用大型半自磨机流程，取代传统的中破、细破等中间流程，使流程简化，基础建设投资费用降低，生产成本降低，生产效率提高，成为国内外大型矿山的发展趋势。
作为球磨机和半自磨机中的主要研磨介质，耐磨钢球在生产过程中起着对物料破碎研磨的作用。粉末加工涉及到冶金、选矿、建材水泥、化工、耐火材料、电力磨煤等多个工业领域，广泛采用的研磨设备为球磨机，其研磨介质为磨球(也称为钢球)。据相关信息显示，国内市场磨球消耗量很高，达到200万吨以上，在这之中冶金矿山损耗的磨球数量占到总量的百分之七十以上。磨球的巨大损耗引起了人们的重视，其质量好坏直接影响到生产成本和生产效率。特别是大型半自磨机的出现，对磨球的抗破碎性能和耐磨性能提出了更高的要求。对于大规格磨球直径大于100mm的磨球，因矿山湿磨电化腐蚀的影响，以及大直径高铬铸造球有较大的破碎性缺陷，因此研究开发适合矿山使用的大直径锻造磨球成为当务之急。
目前国内外研发了各种材料的磨球，但均未能很好地处理好磨球的两大矛盾，即韧性和硬度的矛盾、合金元素含量和淬透性的矛盾。
发明内容
鉴于以上分析，针对现有技术中的不足，本发明旨在提供一种高强韧高耐磨钢球用钢及其制备方法，通过对C、Si、Cr、Ni、Cu的成分优化设计，并控制加入微量合金元素V、Mo的含量，结合一定的制备工艺，至少能够解决以下技术问题之一：(1)现有耐磨钢球用钢的强度和韧性不能同时满足要求；(2)均匀性较差，表面硬度和心部硬度差距较大。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一方面，本发明提供了一种高强韧高耐磨钢球用钢，耐磨钢球用钢的成分以质量百分比计为：C：0.60％-0.70％、Si：1.50％-1.80％、Mn：0.92％-1.2％、Cr：1.30％-2.00％、Mo：0.01％-0.20％、Ni：0.25％-0.60％、Al：0.01％-0.05％、Cu：0.05％-0.10％、V：0.01％-0.20％、S≤0.03％、P：0.01％～0.02％，其余为Fe和不可避免的微量杂质，其中(Mo+V)≥0.08％。
进一步的，耐磨钢球用钢的成分以质量百分比计为：C：0.62％-0.65％、Si：1.51％-1.66％、Mn：0.94％-0.97％、Cr：1.30％-1.47％、Mo：0.01％-0.14％、Ni：0.25％-0.56％、Al：0.01％-0.02％、Cu：0.09％-0.10％、V：0.01％-0.08％、S≤0.03％、P≤0.03％，其余为Fe和不可避免的微量杂质，其中(Mo+V)≥0.08％。
另一方面，本发明还提供了一种高强韧高耐磨钢球用钢的制备方法，制备方法包括如下步骤：
步骤S1、冶炼钢水，然后浇铸得到铸锭；
步骤S2、锻造铸锭，得到钢坯；
步骤S3、将钢坯进行淬火、回火处理，得到钢球坯。
进一步的，步骤S2包括：将步骤S1得到的铸锭加热到1100-1150℃，保温1-2h进行匀质化，然后进行锻造，始锻温度为1050-1080℃，终锻温度为950-980℃，锻造过程中，将铸锭在锻模之间翻滚，使其各个部位均能被锻模击打，锻后得到钢坯，空冷至室温。
进一步的，步骤S3包括：将S2中得到的钢坯放入到750-800℃的热处理炉中，以10℃/min的速度升温至880-920℃后，保温30-40min，然后水冷至室温；室温时效2-3h后，进行回火。
进一步的，回火包括：再加热到220-260℃，保温2-3h，然后空冷至室温。
另一方面，本发明还提供了另外一种高强韧高耐磨钢球用钢的制备方法，制备方法包括如下步骤：
步骤1、冶炼钢水，然后浇铸得到铸锭；
步骤2、锻造铸锭，得到钢坯；
步骤3、将钢坯进行淬火配分处理，得到钢球坯。
进一步的，步骤3包括：将步骤2中得到的钢坯放入到750-800℃的热处理炉中，以10℃/min的速度升温至880-920℃后，保温30-40min，然后在低于MS点100-150℃下的T1温度进行盐浴等温淬火，然后再在高于MS点40-80℃上的T2温度进行盐浴保温处理，最后取出空冷至室温。
进一步的，T1为180-200℃，T2为300-330℃。
进一步的，盐浴等温淬火的时间为10-60s。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
1)本发明提供的一种高强韧高耐磨钢球用钢，通过对C、Si、Cr、Ni、Cu的优化设计，并加入微量合金元素V、Mo，控制V、Mo的质量百分比满足：V和Mo的质量百分比之和≥0.08％，在V、Mo两者的协同作用下进一步提高材料的淬透性，有效提高耐磨钢球用钢坯的心部硬度，降低表面硬度和心部硬度差(表面硬度和心部硬度差小于3HRC)。
2)本发明提供的其中一种高强韧高耐磨钢球用钢的制备方法，通过精确控制工艺步骤和工艺参数，使得耐磨钢球用钢坯的微观组织为回火马氏体和细小的碳化物，且组织均匀细小，在保证材料硬度的要求的前提下，通过加入V、Mo微量合金元素和高的Si元素，并结合锻造与热处理工艺来控制细小球状的MC类型碳化物的弥散析出，以及抑制M3C类型碳化物的析出，改善和增加材料的冲击韧性，使得耐磨钢球用钢的强度、韧性和硬度均匀性得到大幅度提高，其屈服强度Rp0.2≥1636MPa，抗拉强度Rm≥2208MPa，表面硬度≥61HRC，心部硬度≥57HRC，冲击韧性≥37J/cm2，表面硬度和心部硬度差小于3HRC。
3)本发明提供的另一种高强韧高耐磨钢球用钢的制备方法，通过采用淬火配分的工艺路线，并通过加入特定含量的Si(1.50％-1.80％)，使钢坯淬火配分过程中抑制渗碳体的形成，而通过C元素的配分可以形成一定数量的残余奥氏体，这些残余奥氏体在服役期间受到较强的冲击载荷时，可以发生TRIP效应转变成马氏体，进一步提高强度和硬度(耐磨性)，例如，冲击韧性≥71J/cm2，同时通过添加合理配比的Cr、Ni、Cu、V及Mo进行基体固溶强化，可以提高钢板的强度和淬透性，配分后空冷冷却，钢球坯冷却均匀，均匀性好，其中，屈服强度Rp0.2≥1700MPa，抗拉强度Rm≥2100MPa，表面硬度≥59HRC，心部硬度≥58HRC，表面与心部硬度差小于2HRC。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及说明书附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本发明实施例1中的金相组织图像；
图2为本发明实施例1中的显微组织SEM图像；
图3为本发明实施例2中的金相组织图像；
图4为本发明实施例2中的显微组织SEM图像；
图5为本发明实施例3中的金相组织图像；
图6为本发明实施例3中的显微组织SEM图像。
具体实施方式
以下结合具体实施例和对比例对一种高强韧高耐磨钢球用钢及其制备方法作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本发明不限定于这些实施例中。
本申请提供了一种高强韧高耐磨钢球用钢，其化学成分以质量百分比计为：C：0.60％-0.70％、Si：1.50％-1.80％、Mn：0.92％-1.2％、Cr：1.30％-2.00％、Mo：0.01％-0.20％、Ni：0.25％-0.60％、Al：0.01％-0.05％、Cu：0.05％-0.10％、V：0.01％-0.20％、S≤0.03％、P：0.01％～0.02％，其余为Fe和不可避免的微量杂质，其中(Mo+V)≥0.08％。
优选地，其化学组分的重量百分比为：C：0.62％-0.65％、Si：1.51％-1.66％、Mn：0.94％-0.97％、Cr：1.30％-1.47％、Mo：0.01％-0.14％、Ni：0.25％-0.56％、Al：0.01％-0.02％、Cu：0.09％-0.10％、V：0.01％-0.08％、S≤0.03％、P≤0.03％，其余为Fe和不可避免的微量杂质，其中(Mo+V)≥0.08％。
本发明高强韧高耐磨钢球用钢的成分设计，基于以下原理：
C：C是决定钢中强度和硬度的重要元素，当钢中含C量在0.8wt.％以下时，增加C含量能显著提高钢的强度、淬透性和淬硬性。相比较其它合金元素，C元素成本廉价，如果能够添加C则能够降低钢材的合金成本，与V、Mo等结合形成碳化物，这些碳化物可以起到析出强化和细晶强化作用，一方面有利于强度的增加，另一方面能拖拽基体晶界而阻止再结晶，提高再结晶温度；但含C量过高也会使得钢的塑性降低，显著提高钢的脆性转变温度，因此为保证良好的强塑性匹配，C含量控制为0.60％-0.70％。
Si：Si作为一种非碳化物形成元素，加入Si可以阻碍渗碳体的析出，避免产生对韧性和塑性有害的脆性相，同时能够保证奥氏体中的碳含量，使残余奥氏体在室温下能稳定存在，Si含量过高，特别是与Mn，Cr元素共存时，易引起钢的晶粒粗化和增加钢的回火脆性，同时Si是显著提高钢的脆性转变温度元素，能提高钢的强度和硬度，但含量过高无法保证材料的塑韧性。综合考虑，Si含量控制为1.50％-1.80％。
Mn：Mn是提高非调质钢强度，改善韧性的重要合金元素，Mn既可以通过固溶强化来提高金属的强度，也可以分离上下C曲线，提高强度和硬度，且对材料的塑性影响较小，显著提高淬透性；Mn元素还可以提高VC在奥氏体中的溶解度，有助于其在铁素体中析出；但Mn含量过高会造成严重的碳偏析。所以综合考虑将Mn的含量控制为0.92％-1.2％。
Cr：Cr可以提高钢的淬透性以及降低马氏体开始转变温度，有助于珠光体形成的重要元素，可以提高工件的强度以及韧性。Cr可以形成稳定而硬的碳化物，而且具抗蚀性、高硬度、高强度、高耐磨性，同时对塑性、韧性影响较小，从而将Cr的含量控制为1.30％-2.00％。
Mo：Mo可以细化晶粒，提高淬透性和热强性，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，还能抑制合金钢由于回火而引起的脆性，因此将Mo含量控制为0.01-0.20％。
V：V能细化晶粒，同时提高强度和韧性，V与C形成高熔点碳化物，可作为外来晶核细化晶粒，提高强度和韧性，其硬度大于M3C型碳化物，有利于提高材料的耐磨性。本发明将V的含量控制为0.01％-0.20％。
Ni：Ni可同时提高钢的强度和韧性；有Ni时，可提高塑韧性能，但考虑到镍是稀缺金属且比较贵，故本发明将Ni含量控制为0.25％-0.60％。
Al：Al可细化晶粒，提高冲击韧性，作为强烈脱氧剂加进的Al，可生成高度细碎的、超显微的氧化物，分散于钢基体中；在改善钢的抗氧化性的时候，Al作为终脱氧剂，由于Al与其它合金元素相比，成本廉价，而且还会与Cr反应，所以综合考虑成本和工件的性能，从而将Al的含量控制为0.01％-0.05％。
Cu：Cu能提高钢的强度和韧性，但含量过高在热加工时容易产生热脆，过量的铜造成塑性降低，本发明将Cu含量控制为0.05％-0.10％。
S：S由于会降低工件的韧性，属于钢中杂质元素，应当尽量减少，严格控制在≤0.03％。
P：P与其它合金元素相比，虽然成本廉价，但P在锻造时对变形有明显的抑制作用；但是与Cu联合使用，提高低合金高强度钢的耐大气腐蚀性能；所以综合考虑将P的含量控制为小于或等于0.03。
本申请还提供了一种高强韧高耐磨钢球用钢的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、冶炼钢水，然后浇铸得到铸锭；
具体的，步骤S1包括：将废钢、生铁、铬铁、钼铁、镍块装入感应熔炼炉中，待钢液溶清，通过二次加料装置依次加入硅铁、锰铁、铝块、铜块、钒铁进行真空熔炼，钢液最高温度升至1550-1620℃，待温度降低到1420-1450℃再进行浇铸，空冷至室温；得到铸锭，铸锭的直径为70-90mm。
步骤S2、锻造铸锭，得到钢坯；
具体的，步骤S2包括：将步骤S1得到的铸锭加热到1100-1150℃，保温1-2h进行匀质化，然后进行锻造，始锻温度为1050-1080℃，终锻温度为950-980℃，锻造过程中，将铸锭在锻模之间翻滚，使其各个部位均能被锻模击打，锻后得到直径为90-150mm的钢坯，空冷至室温；
步骤S3、将钢坯进行淬火、回火处理，得到钢球坯。
具体的，步骤S3包括：将S2中得到的钢坯放入到750-800℃的热处理炉中，以10℃/min(速度过大的话，表面和心部受热不均匀；速度过小会导致升温时间过长，浪费能源)的速度升温至880-920℃后，保温30-40min，然后水冷至室温；室温时效2-3h后，进行回火。
具体的，钢的断续时效可使硬度增加，因此步骤S3中，通过添加介于淬火和回火之间的中间阶段，即淬火马氏体在室温时效2-3h，碳形成更细小的析出相微观结构，在室温下更加稳定。
具体的，步骤S3的回火工艺包括：再加热到220-260℃，保温2-3h，然后空冷至室温。
通过上述工艺，本申请的高强韧高耐磨钢球用钢的钢球坯的厚度方向不存在明显差异的组织，组织均匀细小，钢球坯的基体微观组织为回火马氏体(例如，回火马氏体占比为91.3％-95％)、残余奥氏体(例如，残余奥氏体占比为4.5％-7.6％)和细小弥散分布的MC型碳化物(例如，碳化物占比为1％-3％)，晶粒度均为9级；MC型碳化物的尺寸小于200nm；耐磨钢球用钢的钢球坯的强度、韧性和硬度均匀性得到大幅度提高，其屈服强度Rp0.2≥1636MPa，抗拉强度Rm≥2208MPa，表面硬度≥61HRC，心部硬度≥57HRC，冲击韧性≥37J/cm2，表面硬度和心部硬度差小于3HRC。通过上述工艺，产品组织均匀，综合性能良好。
本申请还提供了另一种高强韧高耐磨钢球用钢的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、冶炼钢水，然后浇铸得到铸锭；
具体的，步骤1包括：将废钢、生铁、铬铁、钼铁、镍块装入感应熔炼炉中，待钢液溶清，通过二次加料装置依次加入硅铁、锰铁、铝块、铜块、钒铁进行真空熔炼，钢液最高温度升至1550-1620℃，待温度降低到1420-1450℃再进行浇铸，空冷至室温；得到铸锭，铸锭的直径为70-90mm。
步骤2、锻造铸锭，得到钢坯；
具体的，步骤2包括：将步骤1得到的铸锭加热到1100-1150℃，保温1-2h进行匀质化，然后进行锻造，始锻温度为1050-1080℃，终锻温度为950-980℃，锻造过程中，将铸锭在锻模之间翻滚，使其各个部位均能被锻模击打，锻后得到直径为90-150mm的钢坯，空冷至室温；
步骤3、将钢坯进行淬火配分处理，得到钢球坯。
具体的，步骤3包括：将步骤2中得到的钢坯放入到750-800℃的热处理炉中，以10℃/min的速度升温至880-920℃后，保温30-40min，然后在低于MS点100-150℃下的T1温度进行盐浴等温淬火(10-60s)，然后再在高于MS点40-80℃上的T2温度进行盐浴保温处理(5-120min)，最后取出空冷至室温。
具体的，T1为180-200℃，优选的，T1为180℃。
具体的，T2为300-330℃，优选的，T2为300℃
通过上述工艺，本申请的高强韧高耐磨钢球用钢的钢球坯的厚度方向不存在明显差异的组织，组织均匀细小，钢坯的基体组织为回火马氏体(例如，回火马氏体占比为77.3％-82.4％)、无碳化物贝氏体(例如，贝氏体占比为4％-4.4％)和残余奥氏体(例如，残余奥氏体占比为13.6％-18.5％)，晶粒度均为9级；马氏体和贝氏体都能提高材料的硬度(耐磨性)，残余奥氏体作为软相组织能够提高冲击韧性，因此这样一种复相组织使得材料具有高的强度、硬度和冲击韧性。耐磨钢球用钢的钢球坯的强度、韧性、和硬度均匀性得到大幅度提高，其屈服强度Rp0.2≥1700MPa，抗拉强度Rm≥2100MPa，表面硬度≥59HRC，心部硬度≥58HRC，冲击韧性≥71J/cm2，表面硬度和心部硬度差小于2HRC。通过上述工艺，产品组织均匀，综合性能良好。
本发明实施例1-6与对比例1-2的钢球坯的化学成分见表1，本发明实施例1-6与对比例1-2的钢球坯的力学性能见表2，本发明实施例1-6与对比例1-2的钢球坯的微观组织见表3，对比例1与实施例1的制备方法相同，在此不再赘述；对比例2与实施例4的制备方法相同，在此不再赘述。
实施例1
本实施例的钢的化学成分见表1，制备方法包括如下步骤：
步骤S1、按照合金成分配比将废钢、生铁、铬铁、镍块装入感应熔炼炉中，待钢液溶清，通过二次加料装置依次加入硅铁、锰铁、铝块、铜块、钒铁进行真空熔炼，钢液继续升温升至1550℃，待温度降低到1420℃进行浇铸，得到直径Φ70mm铸锭，空冷；
步骤S2、将上述铸锭加热到1100℃，保温1h进行匀质化，进行锻造，始锻温度为1050℃，终锻温度为950℃，将铸锭在锻模之间翻滚，使其各个部位均能被锻模击打，锻后得到直径Φ100mm钢坯，空冷至室温；
步骤S3、将步骤S2中得到的钢坯放入到780℃的热处理炉中，以10℃/min速度升温至900℃，保温30min，水冷至室温，间隔2h后，再加热到220℃，保温3h，空冷至室温，即得。高强韧高耐磨钢球用钢的力学性能见表3，金相组织图见图1，扫描组织图见图2。
实施例2
本实施例的钢的化学成分见表1，制备方法包括如下步骤：
步骤S1、按照合金成分配比将废钢、生铁、铬铁、钼铁、镍块装入感应熔炼炉中，待钢液溶清，通过二次加料装置依次加入硅铁、锰铁、铝块、铜块进行真空熔炼，钢液继续升温升至1600℃，待温度降低到1440℃进行浇铸，得到直径Φ75mm铸锭，空冷；
步骤S2、将上述铸锭加热到1130℃，保温1.5h进行匀质化，进行锻造，始锻温度为1060℃，终锻温度为970℃，将铸锭在锻模之间翻滚，使其各个部位均能被锻模击打，锻后得到直径Φ120mm钢坯，空冷至室温；
步骤S3、将步骤S2中得到的钢坯放入到770℃的热处理炉中，炉膛以10℃/min速度升温至920℃，保温40min，水冷至室温；间隔3h后，再加热到260℃，保温3h，空冷至室温即得。高强韧高耐磨钢球用钢的力学性能见表3，金相组织图见图5，扫描组织图见图6。
实施例3
本实施例的钢的化学成分见表1，制备方法包括如下步骤：
步骤S1、按照合金成分配比将废钢、生铁、铬铁、钼铁、镍块装入感应熔炼炉中，待钢液溶清，通过二次加料装置依次加入硅铁、锰铁、铝块、铜块、钒铁进行真空熔炼，钢液继续升温升至1620℃，待温度降低到1450℃进行浇铸，得到直径Φ90mm铸锭，空冷；
步骤S2、将上述铸锭加热到1150℃，保温2h进行匀质化，进行锻造，始锻温度为1080℃，终锻温度为980℃，将铸锭在锻模之间翻滚，使其各个部位均能被锻模击打，锻后得到直径Φ150mm钢坯，空冷至室温；
步骤S3、将步骤S2中得到的钢坯放入到800℃的热处理炉中，炉膛以10℃/min速度升温至880℃，保温40min，水冷至室温；间隔2.5h后，再加热到250℃，保温2.5h，空冷至室温即得。高强韧高耐磨钢球用钢的力学性能见表3，金相组织图见图3，扫描组织图见图4。
实施例4
本实施例的钢的化学成分见表1，制备方法包括如下步骤：
步骤S1、按照合金成分配比将废钢、生铁、铬铁、镍块装入感应熔炼炉中，待钢液溶清，通过二次加料装置依次加入硅铁、锰铁、铝块、铜块、钒铁进行真空熔炼，钢液继续升温升至1550℃，待温度降低到1420℃进行浇铸，得到直径Φ70mm铸锭，空冷；
步骤S2、将上述铸锭加热到1100℃，保温1h进行匀质化，进行锻造，始锻温度为1050℃，终锻温度为950℃，将铸锭在锻模之间翻滚，使其各个部位均能被锻模击打，锻后得到直径Φ100mm钢坯，空冷至室温；
步骤S3、将步骤S2中得到的钢坯放入到780℃的热处理炉中，以10℃/min的速度升温至900℃后，保温30min，然后在180℃进行盐浴等温淬火30s，然后再在300℃进行盐浴保温处理90min，最后取出空冷至室温。高强韧高耐磨钢球用钢的力学性能见表3。
实施例5
本实施例的钢的化学成分见表1，制备方法包括如下步骤：
步骤S1、按照合金成分配比将废钢、生铁、铬铁、钼铁、镍块装入感应熔炼炉中，待钢液溶清，通过二次加料装置依次加入硅铁、锰铁、铝块、铜块、钒铁进行真空熔炼，钢液继续升温升至1600℃，待温度降低到1440℃进行浇铸，得到直径Φ75mm铸锭，空冷；
步骤S2、将上述铸锭加热到1130℃，保温1.5h进行匀质化，进行锻造，始锻温度为1060℃，终锻温度为970℃，将铸锭在锻模之间翻滚，使其各个部位均能被锻模击打，锻后得到直径Φ120mm钢坯，空冷至室温；
步骤S3、将步骤S2中得到的钢坯放入到770℃的热处理炉中，以10℃/min的速度升温至900℃后，保温30min，然后在180℃进行盐浴等温淬火30s，然后再在300℃进行盐浴保温处理90min，最后取出空冷至室温。高强韧高耐磨钢球用钢的力学性能见表3。
实施例6
本实施例的钢的化学成分见表1，制备方法包括如下步骤：
步骤S1、按照合金成分配比将废钢、生铁、铬铁、钼铁、镍块装入感应熔炼炉中，待钢液溶清，通过二次加料装置依次加入硅铁、锰铁、铝块、铜块、钒铁进行真空熔炼，钢液继续升温升至1620℃，待温度降低到1450℃进行浇铸，得到直径Φ90mm铸锭，空冷；
步骤S2、将上述铸锭加热到1150℃，保温2h进行匀质化，进行锻造，始锻温度为1080℃，终锻温度为980℃，将铸锭在锻模之间翻滚，使其各个部位均能被锻模击打，锻后得到直径Φ150mm钢坯，空冷至室温；
步骤S3、将步骤S2中得到的钢坯放入到800℃的热处理炉中，以10℃/min的速度升温至900℃后，保温30min，然后在180℃进行盐浴等温淬火30s，然后再在300℃进行盐浴保温处理90min，最后取出空冷至室温。高强韧高耐磨钢球用钢的力学性能见表3。
表1实施例1-6与对比例1-2的钢的化学成分Wt.％
Figure BDA0002320561720000131
Figure BDA0002320561720000141
实施例1-6和对比例1-2的钢球坯的力学性能结果见表2，实施例1-6和对比例1-2的钢的微观组织见表3，由表3和表2可以看出，实施例1-3的基体微观组织为回火马氏体(例如，回火马氏体占比为91.3％-95％)、残余奥氏体(例如，残余奥氏体占比为4.5％-7.6％)和细小弥散分布的MC型碳化物(例如，碳化物占比为1％-3％)，晶粒度均为9级；上述实施例1-3中，室温下，钢的抗拉强度Rm≥2208MPa(例如，2208.8-2389.6MPa)；表面硬度≥61HRC(例如，61.3-62.1HRC)，心部硬度≥58HRC(例如，58.5-61.1HRC)，钢的表面和心部的硬度差小于3HRC(例如，1-2.7HRC)；钢的屈服强度Rp0.2≥1636MPa(例如，1636.4-1787.5MPa)；冲击功≥37J/cm2(例如，37.2-54.3J/cm2)。可见，采用本申请提供的耐磨钢球用钢，通过对C、Si、Cr、Ni、Cu的优化设计，并控制V和Mo的质量百分比之和≥0.08％，在V、Mo两者的协同作用下，并结合变形与热处理工艺保证钢球坯的基体微观组织为回火马氏体、残余奥氏体和细小弥散分布的MC型碳化物，且晶粒细化，使得耐磨钢球用钢的强度、韧性和硬度均匀性得到大幅度提高。
实施例4-6的基体微观组织为回火马氏体(例如，回火马氏体占比为77.3％-82.4％)、无碳化物贝氏体(例如，贝氏体占比为4％-4.4％)和残余奥氏体(例如，残余奥氏体占比为13.6％-18.5％)，晶粒度均为9级；上述实施例4-6中，室温下，钢的抗拉强度Rm≥2100MPa(例如，2123.3-2187.8MPa)；表面硬度≥59HRC(例如，59.6-60.6HRC)，心部硬度≥58HRC(例如，58.1-59.5HRC)，钢的表面和心部的硬度差小于2HRC(例如，1-1.5HRC)；钢的屈服强度Rp0.2≥1700MPa(例如，1768.4-1872.0MPa)；冲击功≥71J/cm2(例如，71.7-82.6J/cm2)。可见，采用本申请提供的耐磨钢球用钢，通过对C、Si、Cr、Ni、Cu的优化设计，并控制V和Mo的质量百分比之和≥0.08％，在V、Mo两者的协同作用下，并结合淬火配分工艺保证钢球坯的基体微观组织为回火马氏体、无碳化物贝氏体和残余奥氏体，并且晶粒细化，使得耐磨钢球用钢的强度、韧性和硬度均匀性得到大幅度提高。
通过对比实施例1和对比例1可知，本申请的耐磨钢球用钢的抗拉强度、屈服强度、冲击功和硬度均匀性均有显著提高，例如抗拉强度提高5％，屈服强度提高11％，冲击功提高11％，硬度均匀性也显著提高；可见，本申请提供的高强韧高耐磨钢球用钢的屈服强度、抗拉强度和冲击韧性均较好，且表面和心部的性能差异较小，均匀性好。
通过对比实施例4和对比例2可知，本申请的耐磨钢球用钢的抗拉强度、屈服强度、冲击功和硬度均匀性均有显著提高，例如抗拉强度提高5.4％，屈服强度提高8.7％，冲击功提高11.2％，硬度均匀性也显著提高；可见，本申请提供的高强韧高耐磨钢球用钢的屈服强度、抗拉强度和冲击韧性均较好，且表面和心部的性能差异较小，均匀性好。
表2实施例1-6与对比例1-2的钢的力学性能
Figure BDA0002320561720000151
Figure BDA0002320561720000161
表3实施例1-6与对比例1-2的钢的微观组织
Figure BDA0002320561720000162
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高强韧高耐磨钢球用钢，其特征在于，所述耐磨钢球用钢的成分以质量百分比计为：C：0.60％-0.70％、Si：1.50％-1.80％、Mn：0.94％-0.97％、Cr：1.30％-1.47％、Mo：0.01％-0.14％、Ni：0.25％-0.56％、Al：0.01％-0.05％、Cu：0.05％-0.10％、V：0.01％-0.20％、S≤0.03％、P：0.01％～0.02％，其余为Fe和不可避免的微量杂质，其中(Mo+V)≥0.08％；
所述耐磨钢球用钢的钢坯的基体组织为回火马氏体、无碳化物贝氏体和残余奥氏体；其中，回火马氏体占比为77.3％-82.4％，贝氏体占比为4％-4.4％，残余奥氏体占比为13.6％-18.5％；冲击韧性≥71J/cm2；
所述耐磨钢球用钢的制备方法包括如下步骤：
步骤1、冶炼钢水，然后浇铸得到铸锭；
步骤2、锻造铸锭，得到钢坯；
步骤3、将钢坯进行淬火配分处理，得到钢球坯；
所述步骤3包括：将步骤2中得到的钢坯放入到750-800℃的热处理炉中，以10℃/min的速度升温至880-920℃后，保温30-40min，然后在低于MS点100-150℃下的T1温度进行盐浴等温淬火，然后再在高于MS点40-80℃上的T2温度进行盐浴保温处理，最后取出空冷至室温；
所述T1为180-200℃，所述T2为300-330℃；
所述盐浴等温淬火的时间为10-60s。
2.根据权利要求1所述的高强韧高耐磨钢球用钢，其特征在于，所述耐磨钢球用钢的成分以质量百分比计为：C：0.62％-0.65％、Si：1.51％-1.66％、Mn：0.94％-0.97％、Cr：1.30％-1.47％、Mo：0.01％-0.14％、Ni：0.25％-0.56％、Al：0.01％-0.02％、Cu：0.09％-0.10％、V：0.01％-0.08％、S≤0.03％、P≤0.03％，其余为Fe和不可避免的微量杂质，其中(Mo+V)≥0.08％。
3.一种高强韧高耐磨钢球用钢的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1或2所述的耐磨钢球用钢，所述制备方法包括如下步骤：
步骤1、冶炼钢水，然后浇铸得到铸锭；
步骤2、锻造铸锭，得到钢坯；
步骤3、将钢坯进行淬火配分处理，得到钢球坯；
所述步骤3包括：将步骤2中得到的钢坯放入到750-800℃的热处理炉中，以10℃/min的速度升温至880-920℃后，保温30-40min，然后在低于MS点100-150℃下的T1温度进行盐浴等温淬火，然后再在高于MS点40-80℃上的T2温度进行盐浴保温处理，最后取出空冷至室温；
所述T1为180-200℃，所述T2为300-330℃；
所述盐浴等温淬火的时间为10-60s。
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