CN103498103A

CN103498103A - 一种高淬透性大直径65MnCr磨球及其制备方法

Info

Publication number: CN103498103A
Application number: CN201310455888.3A
Authority: CN
Inventors: 耿志达; 赵爱民; 武会宾; 程俊业; 汪小培; 黄耀; 张帆; 唐荻; 米振莉
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2033-09-24
Also published as: CN103498103B

Abstract

本发明提供一种高淬透性的大直径65MnCr磨球及其制备方法，属于耐磨材料领域，该磨球的成分质量百分数为：C：0.55-0.75%，Si：0.1-0.5%，Mn：1.0-3.0%；Cr：0.5-1.5%，Al：0.01-0.1%，P：≤0.1%，S：≤0.01%，N：≤0.01%，其余为不可避免的杂质。制备工艺为：钢坯经1050℃-1100℃加热，保温1小时均热后，在二辊轧机上轧制，轧制后入水温度为900-950℃，在水中淬火2.5-3min，磨球的返红温度为120-150℃，然后在320-400℃炉中保温6h，拿出来堆冷。回火后，消除内应力，提高冲击韧性，常温无缺口冲击功在25J以上。本发明生产工艺简单，操作可行，生产出的大直径65MnCr磨球具有很好的淬透性，且硬度和韧性匹配良好，可实现实际工业应用的生产。

Description

一种高淬透性大直径65MnCr磨球及其制备方法

技术领域

本技术涉及到一种高淬透性大直径65MnCr磨球及其制备方法，其主要涉及到制备一种高淬透性、高硬度和高韧性的大直径磨球。

技术背景

磨球是应用于球磨机中用来破碎矿石、煤矿等的消耗量最大的易磨损件，广泛应用于冶金、矿山、电力、建材等工业领域的制粉设备，我国年消耗量150万吨以上，提高易损件的使用寿命降低生产成本一直为国内外研究和生产部门所重视。近年来，随着能源费用的增长，各类矿石品位的下降，建设的投资和生产的费用是世界各国矿山面临的一个严峻问题，由于采用高效的大型设备是当前选矿厂建设的主要倾向，球磨机的大型化也已成为技术发展的方向，伴随着球磨机的发展方向，磨球也将趋向于高的抗磨性和破碎矿石效率。

过去我国主要是应用低碳钢轧锻球，由于性能比较低，近几年新开发的高性能磨球材料主要有两大类七个品种，分别是中高碳钢锻球，贝氏体钢锻压球，高铬合金铸铁磨球，中铬合金铸铁磨球，低铬合金铸铁磨球，贝氏体球墨铸铁磨球，贝/马复相球墨铸铁磨球。最高硬度都能达到50HRC以上，但是冲击韧性只有贝氏体钢超过了17J/cm^-2，其余的钢种由于冲击韧性不好，在较大冲击载荷的工况下并不能提高其耐磨性，更容易发生表面剥落甚至破球现象。贝氏体组织在钢中比较难得到，主要通过两种工艺：一，等温淬火，在奥氏体区急速冷却到贝氏体转变区，进行等温处理后，空冷至室温；二，通过合金成分设计，奥氏体在适当的冷速下，生成贝氏体和马氏体的复相组织。对于大直径的磨球，其不同位置处的冷却速度存在不可忽视的冷速差，所以，连续冷却到贝氏体区和连续冷却下获得贝氏体和马氏体复相组织的冷速并不能实现准确的控制。造成不同位置硬度和韧性存在一定的差别，磨球性能不稳定，同时工艺复杂化，不容易控制和制备。

在上述耐磨材料和工艺不能满足大直径磨球的性能情况下，需要合理的成分实际和工艺设计，生产高硬度和韧性配合良好的磨球。

发明内容

本发明的目的在于合理的合金成分设计和工艺设计，生产一种高淬透性大直径65MnCr磨球及其制备方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种高淬透性大直径65MnCr磨球，其化学成分质量百分比为：

C 0.55-0.75％；

Si 0.1-0.5％；

Mn 1.0-3.0％；

Cr 0.5-1.5％；

Al 0.01-0.10％；

P ≤0.1％；

S ≤0.01％；

N ≤0.01％。

进一步的，所述高淬透性大直径65MnCr磨球按化学质量百分比由以下成分组成，包括：C：0.60-0.70％；Si：0.2-0.5％；Mn：1.0-2.05％；Cr：0.5-1.2％；Al：0.01-0.05％；P≤0.01％；S≤0.01％；N≤0.01％；其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明采用传统的淬火+回火的制备方法，其包括如下步骤：

1)高淬透性大直径65MnCr磨球，其化学成分质量百分比为：C：0.55-0.75％，Si：0.1-0.5％，Mn：1.0-3.0％；Cr：0.5-1.5％，Al：0.01-0.1％，P：≤0.1％，S：≤0.01％，N：≤0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质；按上述成分冶炼、铸造和热轧成大直径的圆钢坯备用，根据需要圆坯直径可以不同，根据不同的轧辊，轧制成不同直径的磨球。

2)钢坯经1050℃-1100℃加热，保温1小时均热后，在二棍轧机上轧制，轧制后入水温度为900-950℃，在水中淬火2.5-3min，磨球的返红温度为120-150℃，然后在320-400℃炉中保温6h，拿出来堆冷。

进一步的，本发明采用传统的淬火+回火的制备方法，其包括如下步骤：

1)高淬透性大直径65MnCr磨球，其化学成分质量百分比为：C：0.60-0.70％；Si：0.2-0.5％；Mn：1.0-2.05％；Cr：0.5-1.2％；Al：0.01-0.05％；P≤0.01％；S≤0.01％；N≤0.01％；其余为Fe和不可避免的杂质；按上述成分在真空冶炼炉中冶炼、连续浇铸成方形坯料并在轧机上轧成Ф130mm的圆钢坯，根据需要圆坯直径可以不同，根据不同的轧辊，轧制成不同直径的磨球。

进一步的，所述冶炼铸造采用本技术领域常规的方法，例如在真空冶炼炉中冶炼、连续浇铸成方形坯料并在轧机上轧成Ф130mm的圆钢坯备用。

所述选取的各元素的含量要求和作用：

C：硬度增加的主要来源，碳是影响材料硬度、韧性及耐磨性的至关重要的元素，碳含量过高，热处理时容易形成裂纹，材料脆性大；碳含量过低，铸件淬火后硬度低、耐磨性不佳。在保证淬硬性和淬透性的基础上，尽量降低C含量。

Si：有固溶强化的作用，也有强的亲氧性，可以作为脱氧剂，同时在一定程度上阻止了碳化物的形成。Si可以提高钢的回火稳定性和抗氧化性。

Mn：良好的脱氧剂和脱硫剂，能消除或减弱因S所引起的热脆性，从而改善钢的热加工性能，可降低临界冷却速度，促进马氏体形成，提高钢的淬透性。

Cr：加入钢中能显著改善钢的抗氧化作用，增加钢的抗腐蚀能力，它可以取代一部分铁而形成复合渗碳体，对钢的性能有显著的提高，特别是耐磨性，并具有改善钢的高温性能的作用。铬可降低临界冷却速度，促进马氏体形成，显著增加钢的淬透性。

S：在钢中偏析严重，恶化钢的质量。在高温下，降低钢的塑性，是一种有害元素，它以熔点较低的FeS的形式存在，须严格控制硫元素含量。

P：最大的害处是偏析严重，增加回火脆性，显著降低钢的塑性和韧性，致使钢在冷加工时容易脆裂，即“冷脆”现象，磷对焊接性也有不良影响。磷是有害元素，应严加控制在0.02％以下。

本发明的有益效果：

(1)具备优异磨损性能，本发明涉及到的钢种的硬度在49-54HRC之间，硬度分布均匀，常温无缺口冲击功在25J以上，400℃回火时，轴向无缺口冲击功为39.1J，纵向无缺口冲击功为44.9J。

(2)成分均为廉价的合金元素，并且含量低。本发明都采用常规的冶炼和轧钢以及热处理设备，采用水作为淬火介质，节约成本，而且加工工艺和热处理工艺控制简易可行。

(3)应用前景广泛。本发明制备一种高淬透性大直径65MnCr磨球及其制备方法，具有很好的耐磨性能，也可适应于各种要求大截面高硬度钢的地方，提高矿山球磨机的破碎矿石的效率，节约成本，有助于经济效益的提高。

附图说明

图1为实施例1中320℃回火时磨球表面组织的扫描电镜图片，组织为回火马氏体，磨球表面淬火生成马氏体，随着磨球内部热量向外传递，表层马氏体发生低温回火现象；

图2为实施例1中320℃回火时距磨球表面20mm处组织的扫描电镜图片，组织为回火马氏体和马氏体+残余奥氏体。实验钢中，部分为止存在C、Mn等元素的偏析，奥氏体稳定，仅有部分发生马氏体相变，即生成马氏体+残余奥氏体组织；

图3为实施例1中320℃回火时磨球心部的组织扫描电镜图片，组织为回火马氏体、回火贝氏体和马氏体+残余奥氏体。实验钢具有良好淬透性，在心部冷速较慢的情况下，组织仍有大量的马氏体生成。

具体实施方式

实施例1～3

根据表1所给出的化学成分，采用电磁感应炉真空熔炼，对铸造的坯料轧制成Ф130mm的棒坯，以进行后续工艺。

表1化学成分(质量百分数)

热轧工艺为将棒坯加热到1100℃保温1小时，在二辊热轧机上热轧成Ф130mm的球，由于变形量不大，对轧机的要求比较低，降低生产成本，轧制后磨球温度为950℃。

终轧之后磨球在水中淬火2.5min，出水后返红温度为130℃，然后在320℃保温炉中保温6h，出炉堆冷。本发明仅采用了一种Ф130mm的磨球作为实验，成分设计和工艺流程还可以用于其它大直径的磨球。图1为实施例1中320℃回火时磨球表面组织的扫描电镜图片，组织为回火马氏体，磨球表面淬火生成马氏体，随着磨球内部热量向外传递，表层马氏体发生低温回火现象。图2为实施例1中320℃回火时距磨球表面20mm处组织的扫描电镜图片，组织为回火马氏体和马氏体+残余奥氏体。实验钢中，部分为止存在C、Mn等元素的偏析，奥氏体稳定，仅有部分发生马氏体相变，即生成马氏体+残余奥氏体组织。图3为实施例1中320℃回火时磨球心部的组织扫描电镜图片，组织为回火马氏体、回火贝氏体和马氏体+残余奥氏体。实验钢具有良好淬透性，在心部冷速较慢的情况下，组织仍有大量的马氏体生成。

实施例4

采用实施例1成分设计和工艺步骤，唯一区别为终轧之后磨球在水中淬火2.5min，出水后返红温度为150℃，然后在400℃保温炉中保温6h，出炉堆冷。

本发明中实施例1成分磨球在320℃(实施例1)和400℃(实施例4)回火6h的磨球硬度分布见表2，冲击韧性性能见表3。1#代表磨球在320℃回火后的性能，2#代表磨球在400℃回火后的性能。可见本发明大直径磨球硬度分布均匀，强度和韧性匹配良好。

表2320℃和400℃回火磨球的硬度分布

表3320℃和400℃回火磨球的冲击性能

实施例5

选取制备高淬透性大直径65MnCr磨球实施例2的原料按上述成分冶炼、铸造和热轧成大直径的圆钢坯备用；

2)钢坯经1050℃加热，保温1小时均热后，在二辊轧机上轧制，根据不同的轧辊，可以轧制成不同直径的磨球，轧制后入水温度为900℃，在水中淬火3min，磨球的返红温度为120℃，然后在350℃炉中保温6h，拿出来堆冷得到高淬透性大直径65MnCr磨球。

实施例6

选取制备高淬透性大直径65MnCr磨球实施例3的原料，按上述成分冶炼、铸造和热轧成大直径的圆钢坯备用；

2)钢坯经1100℃加热，保温1小时均热后，在二辊轧机上轧制，根据不同的轧辊，可以轧制成不同直径的磨球，轧制后入水温度为900℃，在水中淬火3min，磨球的返红温度为130℃，然后在420℃炉中保温6h，拿出来堆冷得到高淬透性大直径65MnCr磨球。

Claims

1.一种高淬透性大直径65MnCr磨球，其特征在于：所述高淬透性大直径65MnCr磨球按化学质量百分比由以下成分组成，包括：

C 0.55-0.75%；

Si 0.1-0.5%；

Mn 1.0-3.0%；

Cr 0.5-1.5%；

Al 0.01-0.10%；

P ≤0.1%；

S ≤0.01%；

N ≤0.01%；其余为Fe和不可避免的杂质；按上述成分冶炼、铸造和热轧成大直径的圆钢坯，根据不同的轧辊，轧制成不同直径的高淬透性大直径65MnCr磨球。

2.根据权利要求1所述的一种高淬透性大直径65MnCr磨球，其特征在于：所述高淬透性大直径65MnCr磨球按化学质量百分比由以下成分组成，包括： C：0.60-0.70%； Si：0.2-0.5%； Mn：1.0-2.05%； Cr：0.5-1.2%； Al：0.01-0.05%； P≤0.01%； S≤0.01%；N≤0.01%；其余为Fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1或2所述的一种高淬透性大直径65MnCr磨球的制备方法，其包括如下步骤：

1）选取制备高淬透性大直径65MnCr磨球的原料，其化学成分质量比按权1或权2所述成分质量比配比；按上述成分冶炼、铸造和热轧成大直径的圆钢坯备用；

2）钢坯经1050℃-1100℃加热，保温1小时均热后，在二辊轧机上轧制，根据不同的轧辊，可以轧制成不同直径的磨球，轧制后入水温度为900-950℃，在水中淬火2.5-3min，磨球的返红温度为120-150℃，然后在320-400℃炉中保温6h，拿出来堆冷得到高淬透性大直径65MnCr磨球。