CN103060662B - 一种合金铸铁磨球的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种合金铸铁磨球的制备工艺，该磨球以(重量)百分比计由下列组分组成：C：2.30～2.50，Si：0.90～1.20，Mn：1.30～1.50，Cr：2.0～3.0，V：0.15～0.25，B：0.02～0.06，Ce：0.07～0.09，P＜0.03，S＜0.03，余量为Fe及不可避免的杂质，所述制备工艺包括如下步骤：1)配料；2)熔炼；3)浇注；4)等温淬火热处理。本发明的合金铸铁的各种合金元素协同作用提高耐磨性，采用等温淬火热处理工艺，进一步改善磨球的微观组织，改善碳化物的形态和分布，进一步提高磨球的韧性，使用寿命比现有技术中的含铬铸铁长2-3倍以上，并且使用中不碎裂。

Description

一种合金铸铁磨球的制备工艺
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种合金铸铁磨球的制备工艺。
背景技术
铬系合金铸造磨球是广泛应用于冶金选矿、水泥建材、火力发电等行业的主要消耗材料。目前，磨球均为碳含量较高的铸铁磨球，以重量百分比计的化学成分为C：2～3.6，Si：0.30～1.50，Mn：0.40～1.50，Cr：1.00～28，P＜0.10，S＜0.06，余量为Fe。其铸造工艺大多为手工金属模造型，热处理工艺多为风冷淬火，部分为油冷淬火。
目前国内磨球市场除锻打球以外基本上全是铸铁磨球，按铬合金含量区分主要有低铬(ZQCr2)、中铬(ZQCr5)、高铬(ZQCr12)、超高铬(ZQCr15、ZQCr20、ZQCr26)等六种产品，前两种均为非淬火磨球，硬度低、耐磨性差、资源浪费严重；后四种虽然耐磨性较好但成本较高，尤其是随着近几年铬铁价格的飞涨，生产成本愈来愈高，其性价比的优势正在逐渐丧失。
基于上述原因，现有产品均为普通含铬铸铁材质，致密度低，韧性差，耐磨性有待进一步提高。此外，铬合金含量低的产品不耐磨，铬合金含量高的虽然耐磨性有所提高，但韧性较差，通常在磨球使用过程中易造成碎裂，碎裂不仅影响磨球自身的使用寿命，同时又可能为研磨物料带来污染，导致研磨物料的报废。随着技术的发展和要求的提高，传统的以铬为主要硬化合金元素的含铬铸铁磨球越来越不能满足生产实际的需要。因此，加快磨球产品技术更新、换代步伐，开发性价比更高的替代产品，已经成为耐磨材料企业的重要责任和当务之急。
发明内容
本发明的目的在于提出一种合金铸铁磨球的制备工艺，该磨球通过铸铁合金成分和工艺的调整，使得铸铁的硬度提高，耐磨性提高；并且改善铸铁的韧性，使得其使用过程中不碎裂，从而延长使用寿命，以克服现有技术的缺陷。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种合金铸铁磨球的制备工艺，该磨球以(重量)百分比计由下列组分组成：C：2.30～2.50，Si：0.90～1.20，Mn：1.30～1.50，Cr：2.0～3.0，V：0.15～0.25，B：0.02～0.06，Ce：0.07～0.09，P＜0.03，S＜0.03，余量为Fe及不可避免的杂质，所述制备工艺包括如下步骤：
1)配料：将废铁、硅铁、锰铁、铬铁、钒铁、硼铁和铈基稀土按上述配比进行配料；
2)熔炼：将废铁、硅铁、锰铁和生铁等放入炉中熔化，炉前调整成分，将温度升至1560～1600℃左右，加入硅钙合金预脱氧，预脱氧3～4分钟后，加入铝终脱氧，终脱氧3～4分钟后，加入铬铁、钒铁，加入5～7分钟后，加入硼铁，硼铁加入3～5分钟后出炉；将铈基稀土破碎至粒度为2～4mm左右的小块，经150～180℃左右烘干后，置于浇包底部，将铁水冲入浇包；
3)浇注：将熔炼好的铁水浇注成铸件，铁水浇注温度为1450～1480℃；
4)热处理：将浇注好的磨球加热至930～950℃左右，保温20～30分钟，然后淬入225～245℃左右的盐浴炉中进行等温淬火，并在盐浴炉中保持10～14分钟。
本发明中的合金元素的作用为：
碳为生成共晶碳化物的主要元素，共晶碳化物在耐磨性方面起着重要作用。碳含量决定碳化物的数量。但碳量过高，则韧性降低。综合考虑确定碳含量为上述范围。
添加适量的钒和硼：钒是碳化物形成元素，与碳形成适量的碳化物可提高磨球的硬度，添加少量的硼即可提高磨球的硬度和耐磨性，因此二者可明显提高磨球的综合机械性能，特别是硬度、耐磨性和冲击韧性。
铬是碳化物形成元素，Cr熔于奥氏体中强化基体且不降低韧性，推迟过冷奥氏体转变，增加磨球的淬透性，Cr使磨球的强度和硬度明显提高，此外Cr还能细化晶粒，提高回火稳定性。随着Cr含量的增高会牺牲冲击韧性，冲击韧性会大大降低而且势必增加磨球的成本，本发明由于添加钒和硼来提高磨球的硬度和耐磨性，因而，可以大幅替代现有技术中的高铬含量，从而，本发明采用较低的铬含量，用以保证磨球具有足够的韧性。
锰是提高淬透性、扩大奥氏体区的一种有效元素。其作用一是脱氧，二是强化基体和碳化物。含锰量过高，增加了奥氏体的稳定性，降低了Ms点，不利于铸态奥氏体转变；少量的锰对于屈氏体有细化作用。
添加适量的稀土元素，改善碳化物以及夹杂物的形态，从而辅助改善磨球的韧性。
本发明具有如下有益效果：
1)本发明在大量实验的基础上，通过调整合金铸铁的化学成分，通过添加适量的硼和钒，配合低含量的铬，三者的含量达到协同作用，可大幅提高磨球的硬度和耐磨性，并且保持磨球具有适当的韧性，此外通过添加适量的稀土元素铈，使得磨球的韧性得到进一步的改善。本发明的合金铸铁的各种合金元素协同作用使得铸铁的耐磨性提高，使用寿命比现有技术中的含铬铸铁长2-3倍以上，并且使用中磨损低，为物料带来的污染少；特别是，由于改善了磨球的韧性，本发明磨球使用过程中不碎裂。
2)本发明采用等温淬火的热处理工艺，进一步改善磨球的微观组织，改善碳化物的形态和分布，从而进一步提高磨球的韧性。
具体实施方式
实施例一
一种合金铸铁磨球的制备工艺，该磨球以(重量)百分比计由下列组分组成：C：2.30，Si：1.20，Mn：1.30，Cr：3.0，V：0.15，B：0.06，Ce：0.07，P＜0.03，S＜0.03，余量为Fe及不可避免的杂质，所述制备工艺包括如下步骤：
1)配料：将废铁、硅铁、锰铁、铬铁、钒铁、硼铁和铈基稀土按上述配比进行配料；
2)熔炼：将废铁、硅铁、锰铁和生铁放入炉中熔化，炉前调整成分，将温度升至1560℃，加入硅钙合金预脱氧，预脱氧4分钟后，加入铝终脱氧，终脱氧3分钟后，加入铬铁、钒铁，加入7分钟后，加入硼铁，硼铁加入3分钟后出炉；将铈基稀土破碎至粒度为2～4mm的小块，经150℃烘干后，置于浇包底部，将铁水冲入浇包；
3)浇注：将熔炼好的铁水浇注成铸件，铁水浇注温度为1450℃；
4)热处理：将浇注好的磨球加热至930℃，保温30分钟，然后淬入225℃的盐浴炉中进行等温淬火，并在盐浴炉中保持14分钟。
实施例二
一种合金铸铁磨球的制备工艺，该磨球以(重量)百分比计由下列组分组成：C：2.50，Si：0.90，Mn：1.50，Cr：2.0，V：0.25，B：0.02，Ce：0.09，P＜0.03，S＜0.03，余量为Fe及不可避免的杂质，所述制备工艺包括如下步骤：
1)配料：将废铁、硅铁、锰铁、铬铁、钒铁、硼铁和铈基稀土按上述配比进行配料；
2)熔炼：将废铁、硅铁、锰铁和生铁放入炉中熔化，炉前调整成分，将温度升至1600℃，加入硅钙合金预脱氧，预脱氧3分钟后，加入铝终脱氧，终脱氧4分钟后，加入铬铁、钒铁，加入5分钟后，加入硼铁，硼铁加入5分钟后出炉；将铈基稀土破碎至粒度为2～4mm的小块，经180℃烘干后，置于浇包底部，将铁水冲入浇包；
3)浇注：将熔炼好的铁水浇注成铸件，铁水浇注温度为1480℃；
4)热处理：将浇注好的磨球加热至950℃，保温20分钟，然后淬入245℃的盐浴炉中进行等温淬火，并在盐浴炉中保持10分钟。
实施例三
一种合金铸铁磨球的制备工艺，该磨球以(重量)百分比计由下列组分组成：C：2.40，Si：1.05，Mn：1.40，Cr：2.5，V：0.20，B：0.04，Ce：0.08，P＜0.03，S＜0.03，余量为Fe及不可避免的杂质，所述制备工艺包括如下步骤：
1)配料：将废铁、硅铁、锰铁、铬铁、钒铁、硼铁和铈基稀土按上述配比进行配料；
2)熔炼：将废铁、硅铁、锰铁和生铁放入炉中熔化，炉前调整成分，将温度升至1580℃，加入硅钙合金预脱氧，预脱氧3.5分钟后，加入铝终脱氧，终脱氧3.5分钟后，加入铬铁、钒铁，加入6分钟后，加入硼铁，硼铁加入4分钟后出炉；将铈基稀土破碎至粒度为2～4mm的小块，经165℃烘干后，置于浇包底部，将铁水冲入浇包；
3)浇注：将熔炼好的铁水浇注成铸件，铁水浇注温度为1465℃；
4)热处理：将浇注好的磨球加热至940℃，保温25分钟，然后淬入235℃的盐浴炉中进行等温淬火，并在盐浴炉中保持12分钟。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (1)

1.一种合金铸铁磨球的制备工艺，其特征在于，该磨球以重量百分比计由下列组分组成：C：2.30～2.50，Si：0.90～1.20，Mn：1.30～1.50，Cr：2.0～3.0，V：0.15～0.25，B：0.02～0.06，Ce：0.07～0.09，P＜0.03，S＜0.03，余量为Fe及不可避免的杂质，硼、钒和铬三者的含量达到协同作用，大幅提高磨球的硬度和耐磨性，并且保持磨球具有适当的韧性；所述制备工艺包括如下步骤：
1)配料：将废铁、硅铁、锰铁、铬铁、钒铁、硼铁和铈基稀土按上述配比进行配料；
2)熔炼：将废铁、硅铁、锰铁和生铁放入炉中熔化，炉前调整成分，将温度升至1560～1600℃，加入硅钙合金预脱氧，预脱氧3～4分钟后，加入铝终脱氧，终脱氧3～4分钟后，加入铬铁、钒铁，加入5～7分钟后，加入硼铁，硼铁加入3～5分钟后出炉；将铈基稀土破碎至粒度为2～4mm的小块，经150～180℃烘干后，置于浇包底部，将铁水冲入浇包；
3)浇注：将熔炼好的铁水浇注成铸件，铁水浇注温度为1450～1480℃；
4)热处理：将浇注好的磨球加热至930～950℃，保温20～30分钟，然后淬入225～245℃的盐浴炉中进行等温淬火，并在盐浴炉中保持10～14分钟。
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