CN103266264A - 一种多元合金铸球 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多元合金铸球，其各主要化学成分按重量百分比为：碳（C）1.8%-3.2%、硅（Si）0.5%-1.0%、锰（Mn）0.4%-0.8%、铬（Cr）2.0%-3.8%、钼（Mo）≤0.5%、铜（Cu）≤0.5%、镍（Ni）≤0.5%、铌（Nb）≤0.2%、锆（Zr）≤0.5%、钒（V）≤0.5%、硼（B）≤0.01%、磷（P）≤0.15%、硫（S）≤0.15%、稀土钇（Y-Re）0.5-0.6%；余量为铁（Fe）。本发明节约了成本，既能提高多元合金铸球在湿磨环境下的耐腐蚀性和耐高温性，降低破碎率，又能保证多元合金铸球在干磨环境下的硬度和抗冲击性能。

Description

一种多元合金铸球

技术领域

本发明涉及一种多元合金铸球。

背景技术

高铬球具有耐腐蚀和耐磨的特性，但铬的价格较高，且我国铬资源缺乏，因此，在降低铬含量的同时保证钢球的耐腐蚀性和耐磨性是的我国钢球产业的发展方向。随着全球资源的紧缺，铬、镍、铜、钼等合金价格飞速上涨，在磨球生产中加入大量以上元素将会增加磨球的生产成本。近年来，随着铬合金价格的持续上涨，高铬铸铁磨球价格也飞速上涨，这让许多磨球使用者难以承受。同时，生产高铬铸铁磨球需要消耗大量的铬铁，而铬铁紧缺且价格昂贵，因此，研制出铬含量少、制造成本低、抗冲击力强、破碎率低的磨球是非常必要的。

在现有技术中，多元合金铸球通常是根据磨球的机械性能标准和使用要求，选择无镍、铜、钼，少量加入铬，另外加入微量硼、稀土、碱土等元素来改善磨球的组织和性能。如CN102828101A公开的一种耐磨材料技术领域的低铬、低锰、中碳铸造磨球或磨段，加入了Si、Sc等元素，其中Sc（钪）为稀土元素，是从钨矿、锡石及含有其他稀土的矿石中回收制得，主要矿物为钪钇石，极稀少，因而不利于磨球的扩大生产。又如CN103014480A公开的一种多元微合金化低铬白口铸铁磨球，其中加入了Mo、W、V、Ti、B、Y、Ce等元素，其中的W（钨）为稀有高熔点金属，高温下能与碳、硫等化合；Y（钇）和Ce（铈）是稀土金属元素，其使用容易造成磨球生产成本的增加。再如CN1244594A公开的一种低铬耐热磨球，其铬含量较低，但其机械性能不是很理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多元合金铸球，解决了现有技术中高铬球成本高，低铬球机械性能不够理想的问题。

一种多元合金铸球，其各主要化学成分按重量百分比为：

碳（C）1.8%-3.2%、硅（Si）0.5%-1.0%、锰（Mn）0.4%-0.8%、铬（Cr）2.0%-3.8%、钼（Mo）≤0.5%、铜（Cu）≤0.5%、镍（Ni）≤0.5%、铌（Nb）≤0.2%、锆（Zr）≤0.5%、钒（V）≤0.5%、硼（B）≤0.01%、磷（P）≤0.15%、硫（S）≤0.15%、稀土钇（Y-Re）0.5-0.6%；余量为铁（Fe）。

所述各主要化学成分按重量百分比为：

碳（C）2.3%-2.6%、硅（Si）0.7%-0.9%、锰（Mn）0.5%-0.7%、铬（Cr）2.5%-2.9%、钼（Mo）≤0.5%、铜（Cu）≤0.5%、镍（Ni）≤0.5%、铌（Nb）≤0.2%、锆（Zr）≤0.5%、钒（V）≤0.5%、硼（B）≤0.01%、磷（P）≤0.15%、硫（S）≤0.15%、稀土钇（Y-Re）0.5-0.6%；余量为铁（Fe）。

所述各主要化学成分按重量百分比为：

碳（C）2.4%、硅（Si）0.8%、锰（Mn）0.6%、铬（Cr）2.7%、钼（Mo）≤0.5%、铜（Cu）≤0.5%、镍（Ni）≤0.5%、铌（Nb）≤0.2%、锆（Zr）≤0.5%、钒（V）≤0.5%、硼（B）≤0.01%、磷（P）≤0.15%、硫（S）≤0.15%、稀土钇（Y-Re）0.55%；余量为铁（Fe）。

本发明的有益效果：加入了铌、锆、钒等多元合金元素，降低了铬的成分含量，增加了铸球的抗腐蚀性和抗冲击强度，降低了铸球的脆性，同时也降低了铬铁的使用量，节约了成本，既能提高多元合金铸球在湿磨环境下的耐腐蚀性和耐高温性，降低破碎率，又能保证多元合金铸球在干磨环境下的硬度和抗冲击性能。采用稀土钇对铁水进行变质处理、细化晶粒、净化强化晶界、破碎碳化物、减少碳化物对基体的割裂作、减少晶界化学成分的偏聚，进一步提高材质的强度、韧性、硬度。

具体实施方式

下面以具体实施方式进一步解释本发明，但以下所述不构成对本发明权利要求范围的限制。

为了使磨球具有一定的硬度并保证有良好的淬透性，磨球中除了含有一定量的碳以外，通常还加入一定量的提高淬透性的元素，如铬、镍、铜、钼等。在磨球的化学成分中，碳含量越高，对耐磨性的提高越有利，但冲击韧性会下降，为了保证磨球既具有一定的硬度，又具有一定的韧性，磨球中含碳量最好控制在2.5%～2.7%。硅是非碳化物形成元素，含量过高将对淬透性产生不利影响，因此其含量最好控制在1.0%以下。锰是一种弱碳化物形式元素，在磨球中主要祈祷提高淬透性的作用，同时也会大幅度降低马氏体转变温度，使得残余奥氏体量也增加；随着锰含量的增加，碳化物也会增加，使磨球容易碎裂，因此，锰含量宜控制在1.0%～1.5%。铬是强碳化合物形成元素，在磨球中能防止游离石墨产生，能使碳化物从普遍型渗碳体转变为合金渗碳体，显著提高碳化物的显微硬度，改善耐磨性，因此，铬含量宜控制在2.2%～2.5%。硼作为微量元素，在磨球中能显著提高钢的淬透性，但硼加入过多会使材料的脆性变大，因此，硼的含量控制在0.005%～0.03%比较合适。以上含量控制范围是为相关文献中提及的多元合金铸球的化学成分含量范围，本发明在其基础上做出了创新的改动。

在本发明的化学成分中：镍（Ni）具有铁磁性的金属元素，能够高度磨光和抗腐蚀，主要用于合金(如镍钢和镍银)及用作催化剂，可用来制造货币等，镀在其他金属上可以防止生锈。钼（Mo）能改善钢的耐腐蚀性；在铸铁中加入钼，能提高铁的强度和耐磨性能。钼（Mo）与镍（Ni）共同作用在铸球中，可以提高熔点和降低热胀系数等特性，增加铸球的高温强度。铌（Nb）能与钛、锆、铪、钨形成合金，不与无机酸或碱作用，也不溶于王水，铌、钽和钨、钼一样都是稀有高熔点金属，它们的性质和用途也有不少相似之处，最主要的特点是耐热。钒（V）的熔点很高，常与铌、钽、钨、钼并称为难熔金属，其有延展性，质坚硬，无磁性，具有耐盐酸和硫酸的本领，并且在耐气-盐-水腐蚀的性能要比大多数不锈钢好，在空气中不被氧化。

在冶炼时将铁水中化学成分配成如下指标：碳（C）1.8%-3.2%、硅（Si）0.5%-1.0%、锰（Mn）0.4%-0.8%、铬（Cr）2.0%-3.8%、钼（Mo）≤0.5%、铜（Cu）≤0.5%、镍（Ni）≤0.5%、铌（Nb）≤0.2%、锆（Zr）≤0.5%、钒（V）≤0.5%、硼（B）≤0.01%、磷（P）≤0.15%、硫（S）≤0.15%、稀土钇（Y-Re）0.5-0.6%；余量为铁（Fe）。然后按常规方法制造磨球，规格包括Φ30、Φ40、Φ50、Φ60、Φ70、Φ80、Φ90、Φ100、Φ110，得到本发明所述的多元合金铸球成品。随机抽取9个成品作为样品，并作相应编号。检测上述多元合金铸球样品的机械性能，结果见表1，再检测编号1～5的样品的金相组织，结果见表2。

表1磨球的机械性能

注：P表示珠光体；C表示碳化物金相组织（珠光体+15%～30%碳化物）。

由表1可以看出，本发明多元合金铸球的机械性能良好，冲击值＞0.86，硬度HRC为43～51，破碎率＜1，符合磨球的使用标准。

表2磨球的金相组织

由表2可以看出，本发明多元合金铸球的金相组织合格。

在本发明多元合金铸球的化学成分配比中，优选以下两个范围：

（1）碳（C）2.3%-2.6%、硅（Si）0.7%-0.9%、锰（Mn）0.5%-0.7%、铬（Cr）2.5%-2.9%、钼（Mo）≤0.5%、铜（Cu）≤0.5%、镍（Ni）≤0.5%、铌（Nb）≤0.2%、锆（Zr）≤0.5%、钒（V）≤0.5%、硼（B）≤0.01%、磷（P）≤0.15%、硫（S）≤0.15%、稀土钇（Y-Re）0.5-0.6%；余量为铁（Fe）。

（2）碳（C）2.4%、硅（Si）0.8%、锰（Mn）0.6%、铬（Cr）2.7%、钼（Mo）≤0.5%、铜（Cu）≤0.5%、镍（Ni）≤0.5%、铌（Nb）≤0.2%、锆（Zr）≤0.5%、钒（V）≤0.5%、硼（B）≤0.01%、磷（P）≤0.15%、硫（S）≤0.15%、稀土钇（Y-Re）0.55%；余量为铁（Fe）。

经检测，化学成分配比为上述两个范围的多元合金铸球机械性能如表3所示：

表3优选多元合金铸球的机械性能

由表3可知，本发明的化学成份在优选范围的多元合金铸球，其机械性能良好，符合磨球的实际使用需要。

Claims (3)

1.一种多元合金铸球，其特征在于：其各主要化学成分按重量百分比为：

碳（C）1.8%-3.2%、硅（Si）0.5%-1.0%、锰（Mn）0.4%-0.8%、铬（Cr）2.0%-3.8%、钼（Mo）≤0.5%、铜（Cu）≤0.5%、镍（Ni）≤0.5%、铌（Nb）≤0.2%、锆（Zr）≤0.5%、钒（V）≤0.5%、硼（B）≤0.01%、磷（P）≤0.15%、硫（S）≤0.15%、稀土钇（Y-Re）0.5-0.6%；余量为铁（Fe）。

2.根据权利要求1所述的一种多元合金铸球，其特征在于：所述各主要化学成分按重量百分比为：

碳（C）2.3%-2.6%、硅（Si）0.7%-0.9%、锰（Mn）0.5%-0.7%、铬（Cr）2.5%-2.9%、钼（Mo）≤0.5%、铜（Cu）≤0.5%、镍（Ni）≤0.5%、铌（Nb）≤0.2%、锆（Zr）≤0.5%、钒（V）≤0.5%、硼（B）≤0.01%、磷（P）≤0.15%、硫（S）≤0.15%、稀土钇（Y-Re）0.5-0.6%；余量为铁（Fe）。

3.根据权利要求1所述的一种多元合金铸球，其特征在于：所述各主要化学成分按重量百分比为：

碳（C）2.4%、硅（Si）0.8%、锰（Mn）0.6%、铬（Cr）2.7%、钼（Mo）≤0.5%、铜（Cu）≤0.5%、镍（Ni）≤0.5%、铌（Nb）≤0.2%、锆（Zr）≤0.5%、钒（V）≤0.5%、硼（B）≤0.01%、磷（P）≤0.15%、硫（S）≤0.15%、稀土钇（Y-Re）0.55%；余量为铁（Fe）。