CN103469100B - 一种具有高韧性、高耐磨的沉淀硬化型不锈钢珍珠磨工作腔及其制备方法 - Google Patents

Abstract

发明公开了一种具有高韧性、高耐磨的沉淀硬化型不锈钢珍珠磨工作腔，该工作腔材料由主成分和添加剂组成，主成分的组成配方按质量百分含量为84.5-86.5%Fe，8.6~9.6%Cr，2.9~3.1%Ni，0.6~0.65%Mn，0.5~0.6%Si，0.5~0.6%Yi，0.25~0.3%Ti，0.25~0.3%Nb，0.12~0.15%N，0.05~0.07%C，0.005~0.006%P，0.0035~0.0045%S；添加剂的组成配方按质量百分含量为8~22%CaO，10~24%Na₂O，1~9%K₂O，2~11%SiO₂，1~10%Al₂O₃，1.5~9%Fe₂O₃，0.5~3%？TiO₂。本发明还公开了一种具有高韧性、高耐磨的沉淀硬化型不锈钢珍珠磨工作腔的制备方法。该珍珠磨工作腔具有高耐磨性、高韧性，而且该不锈钢还具有一定的硬度，能达到材料的最佳力学性能。

Description

一种具有高韧性、高耐磨的沉淀硬化型不锈钢珍珠磨工作腔及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种沉淀硬化型不锈钢珍珠磨工作腔，尤其涉及一种具有高韧性、高耐磨的沉淀硬化型不锈钢珍珠磨工作腔。

本发明还涉及一种具有高韧性、高耐磨的沉淀硬化型不锈钢珍珠磨工作腔的制备方法。

背景技术

伴随现代高技术和新材料产业，如微电子和信息工程，高技术陶瓷，高技术陶瓷和耐火材料，高聚物基复合材料，生物化工，航天技术，新能源等以及传统产业技术进步和资源综合利用及深加工等行业的蓬勃发展。超细粉碎现已成为最重要的工矿物及其他原材料深加工技术之一，对现代高新技术产业的发展具有重要的意义。虽然超细粉碎可以通过不同的方式得到，但是利用机械设备进行加工粉碎无疑是最简单、最经济的一种，珍珠磨正是其中比较简单实用的一种粉碎设备。

现在，普遍使用的粉碎工艺一般为干法加工和湿法加工，但无论哪种加工，都对粉碎设备有着很高的要求。粉碎设备最核心的技术，就是粉碎工作腔内部的结构和工作腔制造时材料的选择。珍珠磨使用的是湿法加工工艺，在工作时是通过粉碎介质与物料、粉碎腔之间的碰撞、摩擦对物料进行粉碎，珍珠磨工作时会产生很高的热量和摩擦力，工作腔在工作时也在不断地磨损，所以对工作腔的内壁要求很高。现在珍珠磨的工作腔大多使用不锈钢制作，由于工作腔属于易耗品，在使用一段时间后就需更换，造成生产的中断和生产成本的增加。这就要求我们开发一种高耐磨性、高韧性，且成本相对低廉的工作腔，保证生产的连续性和生产成本的降低。

综上所述，随着新型材料产业的不断发展，对粉碎设备的要求也会越来越高，所以在制造时对工作腔材料的选择很重要。所选材料既要有很高的耐磨性、高韧性，又要有一定的经济性，但我国在不锈钢材料领域和世界发达国家还存在着一定的差距，且大多数优质不锈钢需通过进口。因此，如何利用现有的资源开发一种既有很高的耐磨性、高韧性，价格又相对低廉的不锈钢工作腔是亟需本领域科技人员所要解决的一个难题。

发明内容

本发明提供一种具有高韧性、高耐磨的沉淀硬化型不锈钢珍珠磨工作腔。该珍珠磨工作腔既有很高的耐磨性、高韧性，价格又相对低廉。

本发明还提供一种具有高韧性、高耐磨的沉淀硬化型不锈钢珍珠磨工作腔的制备方法。

本发明采用的技术方案是：

一种具有高韧性、高耐磨的沉淀硬化型不锈钢珍珠磨工作腔，该工作腔材料由主成分和添加剂组成，所述主成分的组成配方按质量百分含量为84.5-86.5%Fe，8.6~9.6%Cr，2.9~3.1%Ni，0.6~0.65%Mn，0.5~0.6%Si，0.5~0.6%Y，0.25~0.3%Ti，0.25~0.3%Nb，0.12~0.15%N，0.05~0.07%C，0.005~0.006%P，0.0035~0.0045%S，主成分的总量为100%；所述添加剂的组成配方按质量百分含量为8~22%CaO，10~24%Na₂O，1~9%K₂O，2~11%SiO₂，1~10%Al₂O₃，1.5~9%Fe₂O₃，0.5~3%TiO₂，添加剂配方中的各组成的质量百分比是相对主成份的总质量计算而得；所述主成分中的合金成分为Cr、Mn、Si、Y、Ti、Nb。

一种具有高韧性、高耐磨的沉淀硬化型不锈钢珍珠磨工作腔的制备方法，包括配料、熔炼、浇铸、热处理和冷加工步骤，

a、配料：按权利要求1中的主成分和添加剂的组成配方配料；

b、熔炼：将a步骤中的主成分进行熔炼，熔炼过程中加入添加剂，升高炉温，炉温达到1600-1700℃时，进入熔炼中期后加入添加剂中的稀有金属Ti，稀有金属Ti全部熔化后进入熔炼后期，再加入添加剂中的稀有金属Y，最后主成分和添加剂全部熔炼成液态钢水；

c、浇铸：上述熔炼步骤得到的钢水在熔炼炉中镇静1-2分钟，浇铸温度为1700-1800℃，采用中速浇注，即480kg钢水在1分到1分30秒内浇入模具内，使得珍珠磨工作腔钢水凝固成铸件；

d、热处理：将上述浇注得到的铸件进行热处理，热处理包括以下步骤：

完全退火温度800-850℃，炉温冷却至400℃以下，出炉；

固溶处理温度1100-1150℃，保温1-2小时后，进行固溶操作；

沉淀硬化处理温度500-520℃，保温1-2小时后，出炉；

e、冷加工：热处理后的粗毛坯，其局部硬度达不到洛氏硬度（HRC)43度，冲击韧度（AKU）达不到50J/cm²，材料硬度不均匀，则需要再次进行上述热处理后再进行冷加工。

本发明的有益效果：珍珠磨工作腔具有高耐磨性、高韧性，而且该不锈钢还具有一定的硬度，能达到材料的最佳力学性能，即抗拉强度（σb）：≥1100MPa，屈服极限（σs）：≥1050MPa，洛氏硬度（HRC)≈43度，伸长率（δ）≥11%，冲击韧度（AKU）为50J/cm²。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的保护范围的限定。

实施例1

本发明的一种具有高韧性、高耐磨的沉淀硬化型不锈钢珍珠磨工作腔，该工作腔材料由主成分和添加剂组成，主成分的组成配方按质量百分含量为85.72%Fe，8.6%Cr，2.9%Ni，0.6%Mn，0.5%Si，0.5%Y，0.25%Ti，0.25%Nb，0.12%N，0.05%C，0.005%P，0.0035%S，主成分的总量为100%；添加剂的组成配方按质量百分含量为8%CaO，10%Na₂O，1%K₂O，2%SiO₂，1%Al₂O₃，1.5%Fe₂O₃，0.5%TiO₂；主成分中的合金成分为Cr、Mn、Si、Y、Ti、Nb。

一种具有高韧性、高耐磨的沉淀硬化型不锈钢珍珠磨工作腔的制备方法，包括配料、熔炼、浇铸、热处理和冷加工步骤，

a、配料：按主成分和添加剂的组成配方配料；

b、熔炼：将a步骤中的主成分进行熔炼，熔炼过程中加入添加剂，升高炉温，炉温达到1600℃时，进入熔炼中期后加入添加剂中的稀有金属质量百分含量0.25%的Ti，稀有金属Ti全部熔化后进入熔炼后期，再加入添加剂中的稀有金属质量百分含量0.5%的Y，最后主成分和添加剂全部熔炼成液态钢水；

c、浇铸：上述熔炼步骤得到的钢水在熔炼炉中镇静1分钟，浇铸温度为1700℃，采用中速浇注，即480kg钢水在1分到1分30秒内浇入模具内，使得珍珠磨工作腔钢水凝固成铸件；

d、热处理：将上述浇注得到的铸件进行热处理，热处理包括以下步骤：

完全退火温度800℃，炉温冷却至400℃以下，出炉；

固溶处理温度1100℃，保温1小时后，进行固溶操作；

沉淀硬化处理温度500℃，保温1小时后，出炉。

e、冷加工：热处理后的粗毛坯，其局部硬度达不到洛氏硬度（HRC)43度，冲击韧度（AKU）达不到50J/cm²，材料硬度不均匀，则需要再次进行上述热处理后再进行冷加工。

实施例2

本发明的本发明的一种具有高韧性、高耐磨的沉淀硬化型不锈钢珍珠磨工作腔，该工作腔材料由主成分和添加剂组成，主成分的组成配方按质量百分含量为84.9%Fe，9.6%Cr，3%Ni，0.6%Mn，0.6%Si，0.55%Y，0.28%Ti，0.28%Nb，0.13%N，0.06%C，0.0055%P，0.0040%S，主成分的总量为100%；添加剂的组成配方按质量百分含量为15%CaO，17%Na₂O，5%K₂O，6%SiO₂，6%Al₂O₃，6%Fe₂O₃，2%TiO₂；主成分中的合金成分为Cr、Mn、Si、Y、Ti、Nb。

一种具有高韧性、高耐磨的沉淀硬化型不锈钢珍珠磨工作腔的制备方法，包括配料、熔炼、浇铸、热处理和冷加工步骤，

a、配料：按主成分和添加剂的组成配方配料；

b、熔炼：将a步骤中的主成分进行熔炼，熔炼过程中加入添加剂，升高炉温，炉温达到1650℃时，进入熔炼中期后加入添加剂中的稀有金属质量百分含量0.28%的Ti，稀有金属Ti全部熔化后进入熔炼后期，再加入添加剂中的稀有金属质量百分含量0.55%的Y，最后主成分和添加剂全部熔炼成液态钢水；

c、浇铸：上述熔炼步骤得到的钢水在熔炼炉中镇静1.5分钟，浇铸温度为1750℃，采用中速浇注，即480kg钢水在1分到1分30秒内浇入模具内，使得珍珠磨工作腔钢水凝固成铸件；

d、热处理：将上述浇注得到的铸件进行热处理，热处理包括以下步骤：

完全退火温度825℃，炉温冷却至400℃以下，出炉；

固溶处理温度1130℃，保温1.5小时后，进行固溶操作；

沉淀硬化处理温度510℃，保温1.5小时后，出炉。

e、冷加工：热处理后的粗毛坯，其局部硬度达不到洛氏硬度（HRC)43度，冲击韧度（AKU）达不到50J/cm²，材料硬度不均匀，则需要再次进行上述热处理后再进行冷加工。

以上实施例中的添加剂配方中的各组成的质量百分比是相对主成份的总质量计算而得。

在熔炼时加入了稀有金属Ti、Y，以改善材料的力学性能和工艺性能，添加剂在合金液中呈熔融状态，能迅速吸附合金液中的非金属夹渣物，构成复杂化合物，熔点降低，密度下降，颗粒变大上浮，然后被扒除，从而获得了更优质的产品。

上述熔炼步骤得到的钢水在熔炼炉中镇静1-2分钟，确保钢水组织和合金充分熔化，浇铸温度在1700℃以上，确保合金元素完全熔化，并有效去除大部分杂质，采用中速浇注，使得珍珠磨工作腔钢水顺序凝固成铸件。

冷加工中，要严格按照热处理标准加工，加工到一定程度如发现有局部硬度韧性度不达标，材料硬度不均匀，则不能结束冷加工，需要再次进行热处理后再进行冷加工。因为材料软硬不均匀的话，珍珠磨工作腔在使用过程中会出现磨损不均，从而影响使用寿命，这就是冷加工中特殊的地方。

该珍珠磨工作腔具有高耐磨性、高韧性，而且该不锈钢还具有一定的硬度，能达到材料的最佳力学性能，即抗拉强度（σb）：≥1100MPa，屈服极限（σs）：≥1050MPa，洛氏硬度（HRC)≈43度，伸长率（δ）≥11%，冲击韧度（AKU）为50J/cm²。

Claims (2)

1.一种具有高韧性、高耐磨的沉淀硬化型不锈钢珍珠磨工作腔，其特征在于：该工作腔材料由主成分和添加剂组成，所述主成分的组成配方按质量百分含量为84.5-86.5%Fe，8.6~9.6%Cr，2.9~3.1%Ni，0.6~0.65%Mn，0.5~0.6%Si，0.5~0.6%Y，0.25~0.3%Ti，0.25~0.3%Nb，0.12~0.15%N，0.05~0.07%C，0.005~0.006%P，0.0035~0.0045%S，主成分的总量为100%；所述添加剂的组成配方按质量百分含量为8~22%CaO，10~24%Na₂O，1~9%K₂O，2~11%SiO₂，1~10%Al₂O₃，1.5~9%Fe₂O₃，0.5~3%TiO₂，添加剂配方中的各组成的质量百分比是相对主成份的总质量计算而得；所述主成分中的合金成分为Cr、Mn、Si、Y、Ti、Nb。

2.根据权利要求1所述的一种具有高韧性、高耐磨的沉淀硬化型不锈钢珍珠磨工作腔的制备方法，包括配料、熔炼、浇铸、热处理和冷加工步骤，其特征在于：

a、配料：按权利要求1中的主成分和添加剂的组成配方配料；

b、熔炼：将a步骤中的主成分进行熔炼，熔炼过程中加入添加剂，升高炉温，炉温达到1600-1700℃时，进入熔炼中期后加入添加剂中的稀有金属Ti，稀有金属Ti全部熔化后进入熔炼后期，再加入添加剂中的稀有金属Y，最后主成分和添加剂全部熔炼成液态钢水；

c、浇铸：上述熔炼步骤得到的钢水在熔炼炉中镇静1-2分钟，浇铸温度为1700-1800℃，采用中速浇注，即480kg钢水在1分到1分30秒内浇入模具内，使得珍珠磨工作腔钢水凝固成铸件；

d、热处理：将上述浇注得到的铸件进行热处理，热处理包括以下步骤：

完全退火温度800-850℃，炉温冷却至400℃以下，出炉；

固溶处理温度1100-1150℃，保温1-2小时后，进行固溶操作；

沉淀硬化处理温度500-520℃，保温1-2小时后，出炉；

e、冷加工：热处理后的粗毛坯，其局部硬度达不到洛氏硬度（HRC)43度，冲击韧度（AKU）达不到50J/cm²，材料硬度不均匀，则需要再次进行上述热处理后再进行冷加工。