CN104087813A - 一种矿山特种专用研磨球 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种矿山特种专用研磨球,将稀土元素Sc和Ce加入到铸铁中，造成成分过冷，使初生奥氏体细化，同时Sc和Ce再生长共晶碳化物上活化吸附，促使共晶过冷度加大和共晶凝固范围增大，从而显著改善了铸铁共晶组织，使其机械性能HRC达到61以上，冲击韧性达到3.9J/cm2以上，所制得的矿山特种专用研磨球具有良好的耐磨性能、很好的抗冲击能力、强抗腐蚀性、使用寿命长、生产成本低等优点。

Description

一种矿山特种专用研磨球
技术领域
本发明涉及耐磨材料技术领域，尤其涉及一种矿山特种专用研磨球。
背景技术
矿山行业是耐磨球的最大消耗行业，矿山行业用耐磨球占耐磨球消耗总量的一半以上，其规模直接决定了耐磨球的市场容量。在国民经济持续稳定发展的背景下，我国矿石开采量逐年增长，矿山行业需求的耐磨球消耗量保持了良好的增长态势。但是，目前国内市场上出售的矿山用耐磨球存在着冲击韧性较低、耐磨抗腐蚀性能差等缺点。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明提供一种耐磨性能优良、抗冲击韧性高、抗腐蚀性和抗氧化性强的矿山特种专用研磨球。
本发明所解决的技术问题可以采用以下的技术方案来实现：
一种矿山特种专用研磨球，其特征在于，包括以下质量百分比的化学成分：C2.12～2.82％、Si0.38～0.57％、Mn0.32～0.44％、Cr10.54～12.76％、Sc0.05～0.85％、Ce0.08～0.29％、Cu0.05～0.20％、V0.202～0.610％、P≤0.03％、S≤0.08％，余量为Fe。
优选的，所述矿山特种专用研磨球包括以下各质量百分比的化学成分：C2.42％、Si0.47％、Mn0.36％、Cr11.24％、Sc0.67％、Ce0.15％、Cu0.08％、V0.202％、P＝0.013％、S＝0.064％，余量为Fe。
优选的，所述矿山特种专用研磨球的制作方法包括用以下步骤：(1)采用高碳铬铁、废钢、合金为原料按照所生产矿山特种专用研磨球的配比进行配料；(2)将配好的原料置入中频电炉进行熔炼，熔炼温度为1530-1590℃；对熔炼得到的铁水进行检验分析，根据检验结果对铁水进行元素二次配比；将元素合格的铁水在温度1340-1390℃下进行细流浇铸；冷却3-6小时后开模，将冷却后的钢球进行分离、精磨；将精磨后的铸铁球投入加热炉，升温至520-650℃，保温3～4小时；在温度为940～980℃的油池中淬火，45min后空冷至室温，投入回火炉；回火炉温度控制在360～410℃，回火4～10小时，冷却至室温即得成品。
优选的，所述浇注的速度初期和后期均为40～80kg/min，中期为100kg/min。
本发明与现有技术相比，所取得的有益效果为：将稀土元素Sc和Ce加入到铸铁中，由于Sc和Ce在凝固过程中会通过溶质再分配而富集在初生奥氏体前沿熔体中，造成成分过冷，使初生奥氏体细化。同时Sc和Ce再生长共晶碳化物上活化吸附，促使共晶过冷度加大和共晶凝固范围增大，从而显著改善了铸铁共晶组织，使其机械性能HRC达到61以上，冲击韧性达到3.9J/cm2以上，所制得的矿山特种专用研磨球具有良好的耐磨性能、很好的抗冲击能力、强抗腐蚀性、使用寿命长、生产成本低等优点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步具体说明：
实施例1
一种矿山特种专用研磨球，其特征在于，包括以下质量百分比的化学成分：C2.82％、Si0.57％、Mn0.44％、Cr12.76％、Sc0.85％、Ce0.29％、Cu0.20％、V0.210％、P≤0.03％、S≤0.08％，余量为Fe。
以上各化学成分的作用如下：
碳：决定共晶碳化物的数量，碳含量增大，合金铸铁的屈服点和抗拉强度升高。但含量过高将导致铸铁球在冷却结晶过程中生成粗大的块状晶碳化合物，使磨球的冲击性、塑性和抗腐蚀性都降低。但碳含量少会使铸铁球耐磨性降低，因此碳含量必须适中，控制在2.12～2.82％。
硅(Si)：硅是显著促进铸铁石墨化的元素，含量过高时，将降低铸铁球的耐磨性，并使材料脆性增加，硅含量控制在0.38～0.57％之间。
锰(Mn)：锰能增加碳和铁的结合力，同时与硫生成MnS消弱S的有害作用，而且Mn还能增加铁水的流动性，但过多的锰含量将导致铸铁的抗腐蚀能力减弱。
磷(P)：在铸造或者热处理过程中，硫磷是裂纹源，硫会降低铁水流动性，并使铸铁缺陷，磷含量过高，将降低材料的强度，增加冷脆性。
硫(S)：硫通常是有害元素，使铸铁产生热脆性，降低铸铁的韧性、延展性和耐腐蚀性，所以通常要求硫含量小。
铬(Cr)：铬是强化碳化物的形成元素，能有效防止游离态的石墨产生，使普通渗碳体转变为合金渗碳体，以提高铸铁的强度和硬度，具有良好的耐腐蚀性和抗氧化性能、阻止石墨化、提高淬透性，但同时降低塑性和韧性。
钒(V)：钒是铸铁的优良脱氧剂。钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。
铜(Cu)：铜能提铸铁的高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5％塑性显著降低。
钪(Sc)和铈(Ce)：钪和铈在Fe-Cr-C合金中是强成分过冷元素，可以改变铸铁中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而显著改善了铸铁的韧性和耐磨性。
按照以上各化学成分质量百分比的矿山特种专用研磨球的制作方法包括以下步骤：(1)采用高碳铬铁、废铁、合金为原料，按照所生产矿山特种专用研磨球的配比进行配料；(2)将配好的原料置入中频电炉进行熔炼，熔炼温度为1530℃；(3)对熔炼得到的铁水进行检验分析，根据检验结果对铁水进行元素二次配比；(4)将元素合格的铁水在温度1340℃下进行细流浇铸，所述浇注的速度初期和后期均为80kg/min，中期为100kg/min；(5)冷却6小时后开模，将冷却后的铸铁球进行分离、精磨；(6)将精磨后的铸铁球投入加热炉，升温至520℃，保温3小时；(7)在温度为870℃的油池中淬火，45min后，投入回火炉；(8)回火炉温度控制在175℃，回火4小时，冷却至室温即得成品。用此方法可以生产尺寸为Φ40，Φ60的矿山特种专用研磨球。
实例2
一种矿山特种专用研磨球，其特征在于，包括以下质量百分比的化学成分：C2.12％、Si0.38％、Mn0.32％、Cr10.54％、Sc0.05％、Ce0.08％、Cu0.05％、V0.002％、P≤0.03％、S≤0.08％，余量为Fe。
按照以上各化学成分重量百分比的矿山特种专用研磨球的制作方法包括以下步骤：(1)采用高碳铬铁、废铁、合金为原料，按照所生产矿山特种专用研磨球的配比进行配料；(2)将配好的原料置入中频电炉进行熔炼，熔炼温度为1590℃；(3)对熔炼得到的铁水进行检验分析，根据检验结果对铁水进行元素二次配比；(4)将元素合格的铁水在温度1390℃下进行细流浇铸，所述浇注的速度初期和后期均为为40kg/min，中期为100kg/min；(5)冷却3小时后开模，将冷却后的铸铁球进行分离、精磨；(6)将精磨后的铸铁球投入加热炉，升温至650℃，保温4小时；(7)在温度为980℃的油池中淬火，45min后，投入回火炉；(8)回火炉温度控制在195℃，回火10小时，冷却至室温即得成品。用此方法可以生产尺寸为Φ80，Φ100的矿山特种专用研磨球。
实施例3
一种矿山特种专用研磨球，其特征在于，包括以下质量百分比的化学成分：C2.27％、Si0.475％、Mn0.38％、Cr11.65％、Sc0.45％、Ce0.185％、Cu0.125％、V0.002～0.210％、P≤0.03％、S≤0.08％，余量为Fe。
按照以上各化学成分质量百分比的矿山特种专用研磨球的制作方法包括以下步骤：(1)采用高碳铬铁、废铁、合金为原料，按照所生产矿山特种专用研磨球的配比进行配料；(2)将配好的原料置入中频电炉进行熔炼，熔炼温度为1560℃；(3)对熔炼得到的铁水进行检验分析，根据检验结果对铁水进行元素二次配比；(4)将元素合格的铁水在温度1365℃下进行细流浇铸，所述浇注的速度初期和后期均为60kg/min，中期为100kg/min；(5)冷却4.5小时后开模，将冷却后的铸铁球进行分离、精磨；(6)将精磨后的铸铁球投入加热炉，升温至585℃，保温3.5小时；(7)在温度为925℃的油池中淬火，45min后，投入回火炉；(8)回火炉温度控制在185℃，回火7小时，冷却至室温即得成品。
实施例4
一种矿山特种专用研磨球，其特征在于，包括以下质量百分比的化学成分：C2.42％、Si0.47％、Mn0.36％、Cr11.24％、Sc0.67％、Ce0.15％、Cu0.08％、V0.052％、P＝0.013％、S＝0.064％，余量为Fe。
按照以上各化学成分质量百分比的矿山特种专用研磨球的制作方法包括以下步骤：(1)采用高碳铬铁、废铁、合金为原料，按照所生产矿山特种专用研磨球的配比进行配料；(2)将配好的原料置入中频电炉进行熔炼，熔炼温度为1560℃；(3)对熔炼得到的铁水进行检验分析，根据检验结果对铁水进行元素二次配比；(4)将元素合格的铁水在温度1365℃下进行细流浇铸，所述浇注的速度初期和后期均为60kg/min，中期为100kg/min；(5)冷却4.5小时后开模，将冷却后的铸铁球进行分离、精磨；(6)将精磨后的铸铁球投入加热炉，升温至585℃，保温3.5小时；(7)在温度为925℃的油池中淬火，45min后，投入回火炉；(8)回火炉温度控制在185℃，回火7小时，冷却至室温即得成品。
上述各实施例制成的矿山特种专用研磨球具有耐磨性能优良、抗冲击韧性高、抗腐蚀性和抗氧化性强等优点，大大延长了矿山特种专用研磨球的使用寿命，提高了矿山特种专用研磨球质量。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种矿山特种专用研磨球，其特征在于，包括以下质量百分比的化学成分：C2.12～2.82％、Si0.38～0.57％、Mn0.32～0.44％、Cr10.54～12.76％、Sc0.05～0.85％、Ce0.08～0.29％、Cu0.05～0.20％、V0.202～0.610％、P≤0.03％、S≤0.08％，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的矿山特种专用研磨球，其特征在于，包括以下质量百分比的化学成分：C2.42％、Si0.47％、Mn0.36％、Cr11.24％、Sc0.67％、Ce0.15％、Cu0.08％、V0.202％、P＝0.013％、S＝0.064％，余量为Fe。
3.根据权利要求1或2所述的矿山特种专用研磨球的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)采用高碳铬铁、废铁、合金为原料按照所生产矿山特种专用研磨球的配比进行配料；
(2)将配好的原料置入中频电炉进行熔炼，熔炼温度为1530-1590℃；
(3)对熔炼得到的铁水进行检验分析，根据检验结果对铁水进行元素二次配比；
(4)将元素合格的铁水在温度1340-1390℃下进行细流浇铸；
(5)冷却3-6小时后开模，将冷却后的铸铁球进行分离、精磨；
(6)将精磨后的铸铁球投入加热炉，升温至520-650℃，保温3～4小时；
(7)在温度为870～980℃的油池中淬火，45min后空冷至室温，投入回火炉；
(8)回火炉温度控制在175～195℃，回火4～10小时，冷却至室温即得成品。
4.根据权利要求3所述的矿山特种专用研磨球的制作方法，其特征在于：所述浇注的速度初期和后期均为40～80kg/min，中期为100kg/min。
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