CN103014289A

CN103014289A - 锻钢球的制造方法

Info

Publication number: CN103014289A
Application number: CN2013100081771A
Authority: CN
Inventors: 黄军; 杨文�; 龙昌明; 黄发奎; 董伟臣
Original assignee: MIYI HUAXING VANADIUM AND TITANIUM TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: MIYI HUAXING VANADIUM AND TITANIUM TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-01-09
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2033-01-09
Also published as: CN103014289B

Abstract

本发明属于钢球加工领域，具体涉及一种锻钢球的制造方法。本发明提供一种锻钢球的制造方法，包括钢球坯选择、下料、加热、模锻、预冷、淬火和回火步骤，其中，钢球进行两次淬火，第一次淬火至钢球的表层温度为260-340℃，再将钢球表层温度升至360-420℃后进行第二次淬火，第二次淬火至钢球的表层温度为170-220℃；淬火介质为25-50℃的清水；回火在以空气为介质的回火装置中进行。本发明生产出的钢球表面硬度为55-62，芯部硬度50-55，表面冲击韧性大于16J/cm²，芯部冲击韧性大于18J/cm²，选矿时钢球磨耗可降低35-80%，大大提高使用寿命，尤其适合使用在磨矿用的大型磨机使用。

Description

锻钢球的制造方法

技术领域

本发明属于钢球加工领域，具体涉及一种锻钢球的制造方法。

背景技术

全国电力、冶金、矿山、建材、化工等行业中粉碎固体物料主要采用球磨机，而钢球作为球磨机中的重要研磨部件，其性能优劣直接决定粉料的质量及球磨效率。球磨机钢球在运转过程中，工作条件十分复杂，当运动件高速运转时，钢球与其支撑装置之间主要是以点或线相接触，承受着集中的周期性的交变载荷，其应力变化可由零到最大，再由最大到零；同时钢球还要承受由于离心力引起的负荷与其支撑装置之间产生的弹性变形；因此，需要钢球具有足够的硬度和耐磨度；此外，在研磨过程中，钢球与磨料、钢球与衬板以及钢球与钢球之间发生的冲撞不可避免，因此，还要求钢球有一定的韧性，避免破球。

目前国内常用的钢球有两大类，一类是铸铁球如：中锰铸铁球、高铬铸铁球、低铬铸铁球及其他的合金铸铁球；另一类是锻钢球如：普通钢球、低合金锻钢球如：40Mn、50Mn、60Mn和45Mn以及B氏体钢球锻球。

专利号为ZL2008/0301478.2的专利，其生产锻钢球的加工工艺包括：选择钢坯、切割下料、空气锤断料，中频炉加热、预冷、淬火、液体、回火、空冷、洗球和入库；钢坯含碳0.7-0.95%，硅0.11-1.25%，锰0.75-0.95%，硫、磷≤0.035%，钒0.07-0.12%及其它合金。该工艺方法具有以下缺点：1、淬火温度过高容易出现破球，对钢坯的有效利用率不高；2、回火时采用液体介质如：熔化的沥青50-100号机油，H₂回火油、销酸钾、硝酸钠等，在回熔器中加热时有大量的有害气体释放，对环境和工人都是有害的，处理起来非常麻烦；而且从回火容器中出来的钢球必须对钢球表面用沙进行对残余介质的清洗，沙中会渗入机油、回火油等有害物质，也很难处理，对环境危害大；3、回火时回火介质暴露在空气中，能量损耗很大。

发明内容

针对上述不足，本发明提供了一种锻钢球的制造方法，利用该方法所得的锻钢球具有良好的强度和韧性，同时耐磨损性能优异，且生产成本低廉。

本发明的技术方案为：

本发明提供一种锻钢球的制造方法，包括钢球坯选择、下料、加热、模锻、预冷、淬火和回火步骤，其中：

钢球进行两次淬火，第一次淬火至钢球的表层温度为260-340℃，之后将钢球表层温度升至360-420℃之后进行第二次淬火，第二次淬火至钢球的表层温度为170-220℃；其中，淬火介质为25-50℃的清水；

回火处理是在以空气为介质的回火装置中进行。

优选的，所述钢球坯选择步骤中，选择的钢球坯的成分按重量百分比计为：C0.6-0.95%，Si0.1-1.3%，Mn0.7-1%，V0.05-0.15%，S、P＜0.4%，余量为Fe和不可避免的杂质。

优选的，本发明采用等离子切割机切割钢坯后下料。

优选的，本发明采用中频炉于1000-1150℃下加热钢坯。

优选的，加热步骤中：直径80mm以下的钢球6-7秒投2个，直径100mm以上的钢球9-15秒投1个。

优选的，本发明采用空气锤进行模锻，直径60-100mm的钢球用150kg空气锤，直径110-125mm的钢球用250kg空气锤，直径130mm以上的钢球用400kg空气锤。

优选的，钢球预冷至650-700℃再进行淬火。

更优选的，本发明的预冷过程在等温螺旋机上进行。

更优选的，淬火处理在旋转速度为0.02-0.1m/s的螺旋淬火装置中进行。

优选的，上述回火处理是在密闭的以空气为介质的回火装置内于200-240℃下回火至少8-10小时。

优选的，本发明回火处理中采用内置导热风扇的以空气为介质的回火炉。

本发明的有益效果：

本发明是一种锻钢球加工艺方法，锻钢球广泛地应用于冶金、有色、化工、建材、热电厂等行业。用本发明工艺生产的锻钢球在球磨机中使用时有耐磨、球的圆度稳定性好、耐冲击，不易破碎等特点，适合在加工粉矿行业中推广使用。

a、质量更好：本发明生产出的钢球表面洛氏硬度HRC为55-62，芯部硬度为HRC50-55，表面的冲击韧性大于16J/cm²，芯部的冲击韧性大于18J/cm²，选矿时钢球磨耗可降低35-80%，大大提高使用寿命，尤其适合使用在磨矿用的大型磨机使用。

b、提高产品合格率：由于采用两次淬火降低了钢球淬火时的入水温度，及时的消除了内应力，可使破球率大大降低，提高了钢坯的有效利用率，增加经济效益。

c、降低劳动力：本发明生产过程中淬火、回火可达到全机械化自动生产，节省了人力成本，降低了生产成本，增加了经济效益。

d、环保：本发明生产过程不使用油性介质回火，同时免去了油质清洗流程，在生产过程中对生产环境、生活环境没有污染，降低了生产成本，增加了经济效益。

e、节能降耗：本发明生产过程中采用高温终锻、中温淬火、低温回火。采用节能密闭回火炉回火。本生产流程不用传统油质回火，且能实现机械化自动生产，因此使用本发明生产钢球相对传统的生产模式更节能降耗，符合国家“十二五”规划。

具体实施方式

钢球进行两次淬火，第一次淬火至钢球的表层温度为260-340℃，之后将钢球表层温度升至360-420℃之后进行第二次淬火，第二次淬火至钢球的表层温度为170-220℃；其中，淬火介质为25-50℃的清水；回火处理是在以空气为介质的回火装置中进行。

本发明采用两次淬火的目的是为了使钢球在各项物理性能能达到要求的情况下，减少钢球的破球率，让钢坯的有效利用率更高，第一次淬火的目的是让钢球有一定的表面硬度，但不能让钢球淬透，同时释放钢球一部份内应力，第二次淬火至170-220℃(时间较短)，让钢球内部的温度向外释放后淬火，使钢球的表面硬度达到标准，又能让芯部的应力最小，第一次淬火后升温的目的是为了让钢球淬火后，钢球内部的热量快速的渗透到表面。

本发明第一次淬火至260-340℃，主要是因为如果温度过低，将使钢球内部应力增加，钢球易破碎，若温度过高钢球表面碍度不能达标；限定将钢球表层温度升至360-420℃之后再进行第二次淬火，主要在于若温度过高会导致钢球完全退火，而达不到洛氏硬度要求，如果温度过低也达不到第二次淬火洛氏硬度的要求。

优选的，本发明采用等离子切割机切割钢坯后下料。

优选的，本发明采用中频炉于1000-1150℃下加热钢坯。优选的，加热步骤中：直径80mm以下的钢球6-7秒投2个，直径100mm以上的钢球9-15秒投1个。

优选的，钢球预冷至650-700℃再进行淬火。更优选的，本发明的预冷过程在等温螺旋机上进行；现有技术中有报道预冷是钢球直接置于底部带有通孔的台架上进行预冷，带孔的台架上预冷需人工操作，且降温速度慢，降温不均匀，而本发明采用等温螺旋机有利于工业化生产，节省劳动力成本，预冷钢球在不停旋转，降温非常均匀。

优选的，上述淬火处理时需连续不停地滚动钢球。更优选的，淬火处理在低速(旋转速度为0.02-0.1m/s)旋转的螺旋淬火装置中进行；现有技术中淬火采用淬火槽，不能控制钢球的淬火时间和出水温度，且完全由人工操作，劳动强度大，而本发明采用的螺旋淬火装置能很好的控制淬火时间和减少工人劳动强度。

优选的，上述回火处理是在密闭的以空气为介质的回火装置内于200-240℃下回火至少8-10小时。优选的，本发明回火处理中采用内置导热风扇的以空气为介质的回火炉；本发明中以空气为介质的回火炉是回火专用炉用于消除钢球淬火过程中，钢球的内部应力，回火过程中需在回火炉中加导热风扇，用于搅拌回火炉中的空气，使回火炉中的温度更均匀。

本发明的锻钢球加工工艺，包括以下步骤：

1、选择钢球坯：选择含碳量为0.6-0.95%，硅0.1-1.3%，锰0.7-1%，钒0.05-0.15%，硫、磷＜0.4%，余量为Fe和不可避免的杂质的钢坯作为生产钢球的钢球坯，若有裂纹，成份超标，且钢坯中氢含量大于百万分之五应除去，避免造成破球，而含钒可增加钢球的淬透性，利于细化晶体组织。

2、切割下料：采用等离子切割机，可避免对钢坯的损坏，减少生产环境污染。

3、空气锤断料：可让坯料更规则。

4、中频炉加热：将钢坯加热到1000-1150℃，加热使钢坯由内到外传热，防止过烧，降低破球率，加热时直径80mm以下的钢球6-7秒投2个，直径100mm以上的钢球9-15秒投1个，这样加热时间缩短，生产量可达13吨/班8小时。

5、空气锤模锻：在模锻时直径60-100mm的钢球用150kg空气锤，110-125mm的钢球用250kg空气锤，130mm以上用400kg空气锤；从而使钢球有很高的致密度、圆度，提高了钢球形变量。

6、预冷已成型的钢球，钢球终锻温度在850℃以上，需将钢球从850℃预冷至650-700℃再入水淬火，预冷过程在等温螺旋机上进行，以便于让钢球在上面滚动降温，让钢球温度更均匀。

7、第一次淬火：本工艺采用温水对钢球进行第一次淬火，淬火池应有足够的容量，水为常流，为节约用水，本工艺采用循环水，淬火池的长度要求5米左右，由于钢球若硬度不均匀，磨矿中会变成凹球，对磨矿产生影响，所以选用可低速滚动钢球的螺旋淬火装置让淬火更均匀，提高钢球整体硬度，水温控制在25-50℃，若淬火温度低于25℃，钢球容易炸裂，破球率高，高于50℃钢球的硬度就可能达不到要求，淬火介质为清水，淬火时间为10-60秒（不同规格的钢球淬火时间不同）。

8、升温：第一次淬火后需将钢球表层温度升至360-420℃之后再进行第二次淬火，一般的钢球需升温10-60秒（不同规格的钢球升温时间不同），待钢球表面温度升高，消除一部分内应力，防止钢球内应力过高而破裂。

9、第二次淬火：待钢球经过第一次淬火升温后需经过第二次淬火，同样为25-50℃水温的清水，选用低速旋转的螺旋淬火装置，淬火10-60秒（不同规格的钢球淬火时间不同），可让钢球的整体硬度更均匀，可使钢球表面HRC55-62芯部硬度HRC48-55，降低钢球的破球率，提高钢坯有效利用率。

10、采用回火炉回火：回火时间8-10小时，温度200-240℃（不同规格的钢球回火时间及回火温度不同），钢球在锻打成型淬火后产生内应力，通过回火消除；回火炉采用空气为介质的回火方式，采用仪表控制时间和温度，具有可控温度精度高，由于采用密闭回火炉节能降耗，操作方便等优点，同时由于采用回火炉回火不会产生有害气体对环境和生产工人都不会造成污染，同时回火炉的密闭保温性非常好，也能很好的解决能耗问题，采用该回火工艺后，能很好消除钢球内应力，减少破球率。

利用本发明所得钢的晶相组织为回火马氏体和贝氏体的复相组织，质量稳定，冲击韧性好，抗酸、耐腐蚀，耐热、耐磨。

11、入库：将回火完成后的钢球去除破球(正圆率不规则的球)后装袋入库。

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步说明本发明。

实施例1

选取碳含量为0.6%、硅0.1%、锰0.7%、钒0.05%，S、P＜0.4%的钢坯，用等离子切割机冷切下料，采用中频感应炉将钢坯加热到1000℃再用锤模锻；然后将锻打成型的钢球预冷至650℃再用25℃的水对预冷后的钢球进行淬火，时间为20秒(淬火至温度为260-340℃)，然后出水升温35秒(升温至温度为360-420℃)，再进行第二次淬火，时间15秒(淬火至温度为170-220℃)，利用钢球的余温进入密闭回火炉进行回火，回火温度为200℃，时间8小时，之后空冷至室温，进行精整处理后(即剔除破球)包装入库。经检验，成品钢球表面洛氏硬度HRC为55-56、球芯部洛氏硬度HRC为48-51，表面冲击韧性大于16J/cm²，芯部韧性大于18J/cm²，在选矿球磨机中使用时钢球磨耗可降低35-80%，破球率小于1%，质量合格。

实施例2

选取碳含量为0.8%、硅0.7%、锰0.85%、钒0.1%，S、P＜0.4%，余量为Fe和不可避免杂质的钢坯，用等离子切割机冷切下料，采用中频感应电炉将钢坯加热至1050℃后再用空气锤模锻，将锻打成型后的钢球预冷至680，采用35℃的温水对预冷后的钢球进行第一次淬火，时间为45秒(淬火至温度为260-340℃)，然后出水升温45秒(升温至温度为360-420℃)，再进行第二次淬火，时间为20秒(淬火至温度为170-220℃)，水温为35℃，利用钢球的余温进入密闭后回火炉进行回火，回火温度为220℃时间为9小时，空冷至室温，选出破球进行包装入库，经过该工艺后，钢球表面硬度HRC57-59，芯部硬度HRC50-54，表面冲击韧性大于16J/cm²，芯部韧性大于18J/cm²，在选矿中使用时，钢球磨耗可降低35-80%，破球率小于1%，质量合格。

实施例3

选取碳含量为0.95%、硅1.3%、锰1%、钒0.15%，S、P＜0.4%，余量为Fe和不可避免的杂质的钢坯，用等离子切割机冷切下料，采用中频感应炉将钢坯加热至1150℃再用空气锤模锻，将锻打成型的钢球预冷700℃，采用50℃的水温对预冷后的钢球进行第一次淬火，时间为60秒(淬火至温度为260-340℃)，然后出水升温55秒(升温至温度为360-420℃)，再进行第二次淬火，时间为45秒(淬火至温度为170-220℃)，淬火水温50℃，利用钢球的余温，进入密闭的回火炉进行回火，回火温度为240℃，时间10小时，空冷至室温，选出破球进行包装入库，经过该工艺后，钢球表面硬度HRC60-62，芯部HRC52-55，表面冲击韧性达到大于16J/cm²，芯部韧性大于18J/cm²，在选矿中使用时，钢球磨耗可降低35-80%，破球率小于1%，质量合格。

Claims

1.锻钢球的制造方法，包括钢球坯选择、下料、加热、模锻、预冷、淬火和回火步骤，其特征在于，

钢球进行两次淬火，第一次淬火至钢球的表层温度为260-340℃，之后将钢球表层温度升至360-420℃后进行第二次淬火，第二次淬火至钢球的表层温度为170-220℃；其中，淬火介质为25-50℃的清水；

回火处理是在以空气为介质的回火装置中进行。

2.根据权利要求1所述的锻钢球的制造方法，其特征在于，所述钢球坯选择步骤中，选择的钢球坯的成分按重量百分比计为：C0.6-0.95%，Si0.1-1.3%，Mn0.7-1%，V0.05-0.15%，S、P＜0.4%，余量为Fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1或2所述的锻钢球的制造方法，其特征在于，所述下料步骤前采用等离子切割机切割钢坯。

4.根据权利要求1或2所述的锻钢球的制造方法，其特征在于，所述加热处理采用中频炉于1000-1150℃下加热钢坯。

5.根据权利要求1或2所述的锻钢球的制造方法，其特征在于，所述加热处理中，直径80mm以下的钢球6-7秒投2个，直径100mm以上的钢球9-15秒投1个。

6.根据权利要求1或2所述的锻钢球的制造方法，其特征在于，钢球预冷至650-700℃再进行淬火。

7.根据权利要求1或2所述的锻钢球的制造方法，其特征在于，所述预冷处理采用等温螺旋机。

8.根据权利要求1或2所述的锻钢球的制造方法，其特征在于，所述淬火处理采用旋转速度为0.02-0.1m/s的螺旋淬火装置。

9.根据权利要求1或2所述的锻钢球的制造方法，其特征在于，所述回火处理是在密闭的以空气为介质的回火装置内于200-240℃下回火至少8-10小时。

10.根据权利要求9所述的锻钢球的制造方法，其特征在于，所述回火处理采用内置导热风扇的回火炉。