CN103667866A

CN103667866A - 一种矿山专用高铬磨球及其二次变质加工工艺

Info

Publication number: CN103667866A
Application number: CN201310577827.4A
Authority: CN
Inventors: 汪德发; 汤新明; 徐超; 翟建
Original assignee: Ningguo Kaiyuan Electric Power Co Ltd & Anti-Friction Material Plant
Current assignee: Ningguo Kaiyuan Electric Power Co Ltd & Anti-Friction Material Plant
Priority date: 2013-11-16
Filing date: 2013-11-16
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明公开了一种矿山湿法磨专用高耐蚀合金铸球，其球径为40～140mm，按重量百分比由1.60%～2.50%的C、0.30%～1.00%的Si、0.20%～1.00%的Mn、12.00%～15.00%的Cr、0～0.05%的S、0～0.06%的P、0.05%～0.2%的Ni、0.2%～0.6%的Cu、0～0.10%的Mo、0～0.005%的B、0～0.020%的Ti、0～0.060%的V以及余量的Fe为原料，其中，Ti和B的重量比大于3，V和Ti的重量比大于2.8，通过特殊的二次变质处理工艺加工而成。用本发明配方及加工工艺制得的高铬磨球，具有良好的耐磨性、高硬度、高韧性及抗高冲击性能的特点。

Description

一种矿山专用高铬磨球及其二次变质加工工艺

技术领域

本发明涉及一种矿山湿法磨专用高耐蚀合金铸球及其加工方法，更具体地，是一种矿山专用高铬磨球及其二次变质加工工艺。

背景技术

磨损是工件失效的主要形式之一，磨损造成了能源和钢铁原材料的大量消耗。磨球是球磨机中最常用的研磨体，在使用中消耗最大，随着工业的发展，磨机逐渐趋于大型化，普通配方以及采用传统加工方法加工的磨球的耐磨性、硬度、韧性以及抗冲击性能已不能满足现有大型化磨机的要求，从而导致磨球的消耗大幅增长。因此，不断研究以提高磨球的性能，降低其单位损耗有着重大的经济意义。

发明内容

本发明目的在于提供一种矿山湿法磨专用高耐蚀合金铸球及其二次变质加工工艺，通过采用独特的配方及二次加工工艺，本发明制造的高铬铸球具有高耐磨、高硬度、高韧性以及抗高冲击性能的特点，主要适合于矿山使用。

本发明是通过如下技术手段实现的：

一种矿山湿法磨专用高耐蚀合金铸球，按重量百分比由以下组分配比而成：1.60%～2.50%的C、0.30%～1.00%的Si、0.20%～1.00%的Mn、12.00%～15.00%的Cr、0～0.05%的S、0～0.06%的P、0.05%～0.2%的Ni、0.2%～0.6%的Cu、0～0.10%的Mo、0～0.005%的B、0～0.020%的Ti、0～0.060%的V以及余量的Fe，其中，Ti和B的重量比大于3，V和Ti的重量比大于2.8。

本发明的矿山湿法磨专用高耐蚀合金铸球的二次变质加工工艺，包括以下步骤：

(1)对钢铁进行成分检测，选取C、P、S含量合格的优质钢铁为主料，再按权利要求1所述的比例加入硅铁、锰铁、铬铁、镍、铜以及钼铁，送入熔炼炉中进行升温熔炼，当铁水温度达到1480～1500℃时，取样进行化学成分分析，并控制各成分的重量百分比，当温度达到1540～1560℃时，依次进行沉淀脱氧和终脱氧；

(2)将步骤(1)中脱氧的钢水冷却至1520℃，向熔炼炉内撒入集渣剂并扒净炉内渣后，按权利要求1所述重量比加入经200℃烘烤过的硼铁、钛铁和钒铁，继续熔炼3～5分钟，完成炉内一次变质处理，经终脱氧后出炉；

(3)按重量百分比取工业硝酸钾20%、经150℃烘烤的稀土硅铁合金75%、经150℃烘烤的稀土镁硅铁合金5%混合均匀配制成二次变质剂，其中所述稀土硅铁合金和稀土镁硅铁合金的粒度为5～10mm，稀土硅铁合金中稀土的重量百分比为20～22%，稀土镁硅铁合金中稀土的重量百分比为6～9%，镁的重量百分比为6～8%；

(4)用步骤(3)中所得的二次变质剂对步骤(2)中经一次变质处理后的铁水用包内冲入法进行二次变质处理，其中，所述二次变质剂与铁水的重量比为0.3～0.5:100；

(5)向经二次变质处理的铁水中加入集渣剂并扒净包内渣子，随后再撒入一层集渣剂，降温至1480～1500℃后进行浇注，得到铸件；

(6)将铸件升温至960～980℃，进行高温油淬，在420～480℃下回火，其中，所述高温淬火的保温时间为每25mm壁厚保温1小时，所述回火的保温时间为每25mm壁厚保温1.5～2小时，得到成品。

所述高温淬火选自油淬。

本发明采用特定的成分配方，严格控制钛、硼、钒之间的重量比，通过二次用不同变质剂进行变质处理，一次在炉内，一次在包内，实现了所得高铬磨球的高耐磨、高硬度、高韧性以及抗高冲击性能的目的，从而延长了磨球的使用寿命，节约了能耗以及原材料的消耗，降低了运营成本。

具体实施方式

以下通过具体实施方式进一步描述本发明，由技术常识可知，本发明也可通过其它的不脱离本发明技术特征的方案来描述，因此所有在本发明范围内或等同本发明范围内的改变均被本发明包含。

实施例1：

按照如下方法制备矿山湿法磨专用高耐蚀合金铸球：

(1)对100公斤优质钢铁进行成分检测，根据检测结果，其C、S、P的含量均在要求的范围之内，含有的其他元素的种类符合要求，且含量均未超标，在合格的优质钢铁中加入0.7公斤硅含量为70%的硅铁、0.8公斤锰含量为60%的锰铁、23.5公斤铬含量为58%的铬铁、0.2公斤镍含量为80%的镍矿、0.4公斤的纯铜以及0.021公斤钼含量为55%的钼铁，送入熔炼炉中进行升温熔炼，当铁水温度达到1480℃时，取样进行化学成分分析，C：2.13%、Si：0.47%、Mn：0.48%、Cr：12.86%、P：0.029%、S：0.023%、Ni：0.14%、Cu：0.36%、Mo:0.048、B：0.0019%、Ti：0.010%、V：0.027%，并控制各成分的重量百分比，当温度达到1550℃时，依次进行沉淀脱氧和终脱氧；

(2)将步骤(1)中脱氧的钢水冷却至1520℃，向熔炼炉内撒入500克集渣剂并扒净炉内渣后，加入0.021公斤经200℃烘烤过的硼含量为18%的硼铁、0.065公斤经200℃烘烤过的钛含量为30%的钛铁和0.017公斤经200℃烘烤过的钒含量为50%的钒铁，继续熔炼3分钟，完成炉内一次变质处理，经终脱氧后出炉；

(3)取130克工业硝酸钾、487.5克经150℃烘烤的稀土硅铁合金、32.5克经150℃烘烤的稀土镁硅铁合金混合均匀配制成二次变质剂，其中所述稀土硅铁合金和稀土镁硅铁合金的粒度为8mm，稀土硅铁合金中稀土的重量百分比为21%，稀土镁硅铁合金中稀土的重量百分比为8%，镁的重量百分比为7%；

(4)用步骤(3)中所得的二次变质剂对步骤(2)中经一次变质处理后的铁水用包内冲入法进行二次变质处理，其中，所述二次变质剂与铁水的重量比为1:200；

(5)向经二次变质处理的铁水中加入100克集渣剂并扒净包内渣子，随后再撒入50克集渣剂，降温至1500℃后分别在规格为Φ40-Φ150的模具内进行浇注，得到相应规格的铸件；

(6)将铸件升温至980℃，进行高温油淬，在460℃下回火，其中，所述高温淬火的保温时间为每25mm壁厚保温1小时，所述回火的保温时间为每25mm壁厚保温2，得到相应规格的成品。

性能测试

1、硬度测试

硬度测试方法：

(1)将丝杠顶面及工作台上下端面擦净，将工作台置于丝杠台上；

(2)将试件支撑面擦净置于工作台上，旋转手轮使工作台缓慢上升并顶起压头，至小指针指向红点，大指针旋转3圈垂直向上为止；

(3)旋转指示器外壳，使C、B之间长刻线与大指针对正；

(4)拉动加荷手柄，施加主试验力，指示器的大指针按逆时针方向转动；

(5)当指示针转动停止下来后，即可将卸荷手柄推回，卸除主试验力；

(6)从指示器上相应的标尺读数；

(7)转动手轮使试件下降，再移动试件。按以上(2)-(6)步骤进行新的试验；

(8)试验结束后用防尘罩将机器盖好。

测试结果如表一所示。

表一：

规格	表面硬度	芯部硬度
			Φ40	61	60
Φ50	61	60
			Φ60	60	59
Φ70	60	59
			Φ80	60	59
Φ90	59.5	58.5
			Φ100	59.5	58.5
Φ110	59	58
			Φ120	59	58
Φ130	59	58
			Φ140	58	57

2、抗冲击性能测试

抗冲击性能测试方法：

放置试样时，将其平放在两个钳口支架上，并挨紧支架用找正块进行找正，使试样的中心处正好对准找正块上的柱销，找正后即可进行试验。首先应将操纵手柄搬至“预备”位置，然后再扬起摆锤，挂与插销上，而使摆锤处于冲击前的预备位置。再用手将指针拨至刻度的最大读数处去，如果试样已经装好，并且确信试验机没有什么不正常的情况时即可释放摆锤冲击试样。此时，只需将操纵手柄搬至“冲击”位置即可。在摆锤冲断试样并指示处冲击值后，便可对摆轴进行制动，此时继续转动手柄至“制动位置”即可阻止摆锤摆动。当摆锤停止摆动后，拨针所指向的数值即为该试样的冲击值。

测试结果如表二所示。

表二：

规格

冲击值/J

Φ40	6.2
		Φ50	6.2
Φ60	6.1
		Φ70	6.1
Φ80	6.0
		Φ90	6.0
Φ100	5.9
		Φ110	5.7
Φ120	5.7
		Φ130	5.3
Φ140	5.1

3、磨损失效试验等其他性能测试

磨损失效实验方法:

1）将实验球和替换球的棱边打磨或在清理滚筒中作表面清理，检查试验机工作状态。

2）先将12个实验球放入弯管内，启动试验机，有下滑道逐步将余下的4个实验球放入循环输运系统。

3）打开计数器，将计数器清零、清警，数字拨盘拨至预定数（8000）。

4)实验人员在现场应认真观察，当发现有1个实验球失效情况符合铸造磨球表面上剥落层平局直径大于20mm，同时中部厚度大于5mm,或铸造磨球沿中部断裂的规定时，去处失效球，并放入一个替换球，直到出现第3个失效球为止，分别记录3个实验球失效时在落球机系统中受到冲击的累计数。如果在实验失效球数未达到失效球数指标时，加入的替换球已发生破坏，应不计入失效球数。

磨球冲击疲劳实验寿命计算式为：

N_{f} = \frac{{2 B}_{t}}{B_{s}} \frac{N_{1} + N_{2} + N_{3}}{3}

式中：N_f——该批磨球落球冲击疲劳试验寿命(次数);

N₁——第一个试验球失效时,计数器记录的次数;

N₂——第二个试验球失效时,计数器记录的次数:

N₃——第三个试验球失效时，计数器记录的次数;

B_t——弯管中的铸造磨球数;

B_s——试验系统内的铸造磨球总数

普通高铬磨球落球冲击疲劳寿命为≥15000次，本发明的经二次变质处理后的矿山湿法磨专用高耐蚀合金铸球其实验结果为落球冲击疲劳寿命≥16000次。

测试结果如表三所示。

表三：

规格	耐冲击次数
		Φ40	18745
Φ50	18526
		Φ60	18394
Φ70	18123
		Φ80	17965
Φ90	17826
		Φ100	17512
Φ110	17325
		Φ120	16986
Φ130	16573
		Φ140	16360

综上所述，利用本发明制成的矿山湿法磨专用高耐蚀合金铸球具有高硬度、高韧性、优异的耐磨性以及抗冲击性能，是理想的矿山磨机用球。

Claims

1.一种矿山湿法磨专用高耐蚀合金铸球，球径为40～150mm，其特征在于，按重量百分比由以下组分配比而成：1.60%～2.50%的C、0.30%～1.00%的Si、0.20%～1.00%的Mn、12.00%～15.00%的Cr、0～0.05%的S、0～0.06%的P、0.05%～0.2%的Ni、0.2%～0.6%的Cu、0～0.10%的Mo、0～0.005%的B、0～0.020%的Ti、0～0.060%的V以及余量的Fe，其中，Ti和B的重量比大于3，V和Ti的重量比大于2.8。

2.一种加工权利要求1所述的矿山专用超大高铬磨球的二次变质加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(2)将步骤(1)中脱氧的钢水冷却至1510～1520℃，向熔炼炉内撒入集渣剂并扒净炉内渣后，按权利要求1所述重量比加入经200℃烘烤过的硼铁、钛铁和钒铁，继续熔炼3～5分钟，完成炉内一次变质处理，经终脱氧后出炉；

(6)将铸件升温至960～980℃，进行高温淬火，在420～480℃下回火，其中，所述高温淬火的保温时间为每25mm壁厚保温1小时，所述回火的保温时间为每25mm壁厚保温1.5～2小时，得到成品。

3.根据权利要求2所述的二次变质加工工艺，其特征在于，所述高温淬火选自油淬。