CN104152787B - 一种球墨铸球及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及耐磨铸球技术领域，它公开了一种球墨铸球及其制作方法，所述球墨铸球包括以下重量百分比的化学成分：C3.6％～3.9％，Si2.4％～4.0％，Mn0.5％～0.8％，Mo0.1％～0.2％，Cu0.1％～0.2％，S≤0.05％，P≤0.05％，Cr≤0.3％，余量为铁。本发明热处理淬火介质采用高分子淬火液，避免油淬污染，节能环保，孕育分三次完成，确保球化效果达到2‑3级，产品HRC达到60以上，达到高铬球的硬度冲击韧性达到12J/cm2以上，回火后的落球次数达到30000次以上，并且经过长时间冲击碰撞后的硬度达到65以上，生产成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及耐磨铸球技术领域，尤其涉及到一种球墨铸球及其制作方法。
背景技术
球墨铸球在湿磨工况条件显示出优越的性能，基体于淬火获得以奥氏体和贝氏体为主的基体，这种基体具有较强的韧性，同时又具有加工硬化的功能，而且不需要添加大量的合金元素，成本仅为高铬铸球的60％。但由于球墨铸球在大量生产过程中工艺控制还存在一些难题，主要是球化好的铁水清洗时间要求很短。对淬火用的冷却介质技术要求极高，这也是球墨铸球研制出来后直到现在没有大量推广应用的原因。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提高一种球墨铸球及其制作方法，其硬度、冲击韧性、落球疲劳次数超过高铬球。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种球墨铸球，其特征在于，包括以下重量百分比的化学成分：C3.6％～3.9％，Si2.4％～4.0％，Mn0.5％～0.8％，Mo0.1％～0.2％，Cu0.1％～0.2％，S≤0.05％，P≤0.05％，Cr≤0.3％。
优选的，所述球墨铸球包括以下重量百分比的化学成分：C3.7％～3.80％，Si3.0％～3.5％，Mn0.6％～0.7％，Mo0.12％～0.15％，Cu0.12％～0.15％，S0.01％～0.03％，P0.01％～0.03％，Cr0.1％～0.2％，余量为铁。
优选的，所述球墨铸球包括以下重量百分比的化学成分：C3.85％，Si3.25％，Mn0.75％，Mo0.18％，Cu0.18％，S0.005％，P0.005％，Cr0.15％，余量为铁。
一种球墨铸球的制作方法，其特征在于，包括以下顺序步骤：
(1)炼熔：采用中频电炉单炼，采用生铁、废钢、增碳剂为原料按照所生产矿山特种专用球的配比进行配料，启动电炉后，先将的废钢和增碳剂加入电炉中，再加生铁，熔炼温度为1530～1590℃，使铁水各化学成分百分含量满足：C3.8％～4.0％，Si0.9％～1.1％，Mn0.5％～0.8％，Mo0.1％～0.2％，Cu0.1％～0.2％，S≤0.05％，P≤0.05％，Cr≤0.3％；
(2)球化处理：采用冲入法将球化剂放在铁水包底部，每100kg的铁水加入1.00～1.30kg的球化剂，铁水包底部做坝，使铁水可以对流，球化处理温度为：1500℃～1530℃，球化处理反应时间为：45～85s，将处理好的铁水扒渣干净后加覆盖剂，每100kg的铁水加0.8～1.2kg的覆盖剂；
(3)孕育处理：每炉铁液分三次孕育，每100kg的铁水加0.8～1.2kg的孕育剂，第一次孕育：将孕育剂覆盖在球化剂上，加入量为孕育剂总量的20～30％；第二次孕育：出铁液时随铁液流孕育，当铁水出列60％时随铁水流入到铁水包中，加入量为孕育剂总量的50～60％；第三次孕育：吊包浇注时随铁水流孕育，加入量为孕育剂余下的10～30％；
(4)浇注：铁水浇注温度为1360℃～1480℃，在球化反应结束后的6～10分钟内完成浇注；浇注完成后的产品化学成分百分含量满足：C3.6％～3.9％，Si2.4％～4.0％，Mn0.5％～0.8％，Mo0.1％～0.2％，Cu0.1％～0.2％，S≤0.05％，P≤0.05％，Cr≤0.3％，余量为铁；
(5)热处理：冷却3-6小时后开模，将冷却后的产品进行分离、精磨，将精磨后的产品放入热处理炉里，保温温度在700～890℃，保温2～2.5小时后，放入50～80℃高分子淬火液中淬火，然后在220～280℃回火6小时，取出自然冷却即可。
优选的，所述步骤(2)所述的球化剂为75钡硅铁，韧度为3～8mm。
优选的，所述步骤(3)所述的孕育剂为稀土硅铁镁合金，韧度为5～25mm。
优选的，所述步骤(5)所述高分子淬火液浓度为1.2～1.5％。
更优选的，所述步骤(1)所述废钢包括以下重量百分比的原料：C0.3-1.0％，Si≤0.4％，Mn≤0.3％，Cr≤0.3％，余量为铁；所述生铁包括以下重量百分比的原料：C≥4.0％，Si≤2.0％，S≤0.1％，P≤0.1％，余量为铁。
本发明的有益效果：
(1)本发明热处理淬火介质采用高分子淬火液，避免油淬污染，节能环保；
(2)淬火设备采用淬火+回火生产线，实现全程自动控制；
(3)孕育分三次完成，确保球化效果达到2-3级；
(4)添加微量Mo、Cu元素，通过反复试验，这二种元素含量达到0.1-0.2％就能提高淬火透性，确保心部硬度；
(5)本发明产品HRC达到60以上，达到高铬球的硬度冲击韧性达到12J/cm2以上，回火后的落球次数达到30000次以上，并且经过长时间冲击碰撞后的硬度达到65 以上，生产成本较低。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。
实施例一：
(1)炼熔：采用中频电炉单炼，采用生铁、废钢、增碳剂为原料按照所生产矿山特种专用球的配比进行配料，废钢选用各化学成分如下的废钢：C0.3～1.0％，Si≤0.4％，Mn≤0.3％，Cr≤0.3％，余量为铁；所述生铁选用各化学成分如下的生铁：C≥4.0％，Si≤2.0％，S≤0.1％，P≤0.1％，余量为铁；启动电炉后，先将的废钢和增碳剂加入电炉中，再加生铁，熔炼温度为1530℃，使铁水各化学成分百分含量满足：C3.8％～4.0％，Si0.9％～1.1％，Mn0.5％～0.8％，Mo0.1％～0.2％，Cu0.1％～0.2％，S≤0.05％，P≤0.05％，Cr≤0.3％；
(2)球化处理：采用冲入法将球化剂放在铁水包底部，球化剂采用韧度为3mm的75钡硅铁，每100kg的铁水加入1.25kg的球化剂，铁水包底部做坝，使铁水可以对流，球化处理温度为：1500℃，球化处理反应时间为：45s，将处理好的铁水扒渣干净后加覆盖剂，每100kg的铁水加1kg的覆盖剂；
(3)孕育处理：每炉铁液分三次孕育，孕育剂采用韧度为5mm的稀土硅铁镁合金，每100kg的铁水加1kg的孕育剂，第一次孕育：将孕育剂覆盖在球化剂上，加入量为孕育剂总量的20％；第二次孕育：出铁液时随铁液流孕育，当铁水出列60％时随铁水流入到铁水包中，加入量为孕育剂总量的50％；第三次孕育：吊包浇注时随铁水流孕育，加入量为孕育剂余下的30％；
(4)浇注：铁水浇注温度为1360℃，在球化反应结束后的8分钟内完成浇注；浇注完成后的产品化学成分百分含量满足：C3.85％，Si3.25％，Mn0.75％，Mo0.18％，Cu0.18％，S0.005％，P0.005％，Cr0.15％，余量为铁；
(5)热处理：冷却3小时后开模，将冷却后的产品进行分离、精磨，将精磨后的产品放入热处理炉里，保温温度在700℃，保温2小时后，放入50℃的浓度为1.2％高分子淬火液中淬火，然后在220℃回火6小时，取出自然冷却即可。
本发明产品HRC达到60以上，达到高铬球的硬度冲击韧性达到12J/cm2以上，回火后的落球次数达到30000次以上，并且经过长时间冲击碰撞后的硬度达到65以上，生产成本较低。
实施例二：
(1)炼熔：采用中频电炉单炼，采用生铁、废钢、增碳剂为原料按照所生产矿山特种专用球的配比进行配料，废钢选用各化学成分如下的废钢：C0.3～1.0％，Si≤0.4％，Mn≤0.3％，Cr≤0.3％，余量为铁；所述生铁选用各化学成分如下的生铁：C≥4.0％，Si≤2.0％，S≤0.1％，P≤0.1％，余量为铁；启动电炉后，先将的废钢和增碳剂加入电炉中，再加生铁，熔炼温度为1550℃，使铁水各化学成分百分含量满足：C3.8％～4.0％，Si0.9％～1.1％，Mn0.5％～0.8％，Mo0.1％～0.2％，Cu0.1％～0.2％，S≤0.05％，P≤0.05％，Cr≤0.3％；
(2)球化处理：采用冲入法将球化剂放在铁水包底部，球化剂采用韧度为4mm的75钡硅铁，每100kg的铁水加入1.00kg的球化剂，铁水包底部做坝，使铁水可以对流，球化处理温度为：1520℃，球化处理反应时间为：50s，将处理好的铁水扒渣干净后加覆盖剂，每100kg的铁水加0.8kg的覆盖剂；
(3)孕育处理：每炉铁液分三次孕育，孕育剂采用韧度为10mm的稀土硅铁镁合金，每100kg的铁水加0.8kg的孕育剂，第一次孕育：将孕育剂覆盖在球化剂上，加入量为孕育剂总量的30％；第二次孕育：出铁液时随铁液流孕育，当铁水出列60％时随铁水流入到铁水包中，加入量为孕育剂总量的55％；第三次孕育：吊包浇注时随铁水流孕育，加入量为孕育剂余下的15％；
(4)浇注：铁水浇注温度为1480℃，在球化反应结束后的6分钟内完成浇注；浇注完成后的产品化学成分百分含量满足：C3.6％，Si2.4％，Mn0.5％，Mo0.1％，Cu0.1％，余量为铁；
(5)热处理：冷却6小时后开模，将冷却后的产品进行分离、精磨，将精磨后的产品放入热处理炉里，保温温度在890℃，保温2.5小时后，放入80℃的浓度为1.4％高分子淬火液中淬火，然后在280℃回火6小时，取出自然冷却即可。
本发明产品HRC达到60以上，达到高铬球的硬度冲击韧性达到12J/cm2以上，回火后的落球次数达到30000次以上，并且经过长时间冲击碰撞后的硬度达到65以上，生产成本较低。
实施例三：
(1)炼熔：采用中频电炉单炼，采用生铁、废钢、增碳剂为原料按照所生产矿山特种专用球的配比进行配料，废钢选用各化学成分如下的废钢：C0.3～1.0％，Si≤0.4％，Mn≤0.3％，Cr≤0.3％，余量为铁；所述生铁选用各化学成分如下的生铁：C ≥4.0％，Si≤2.0％，S≤0.1％，P≤0.1％，余量为铁；启动电炉后，先将的废钢和增碳剂加入电炉中，再加生铁，熔炼温度为1580℃，使铁水各化学成分百分含量满足：C3.8％～4.0％，Si0.9％～1.1％，Mn0.5％～0.8％，Mo0.1％～0.2％，Cu0.1％～0.2％，S≤0.05％，P≤0.05％，Cr≤0.3％；
(2)球化处理：采用冲入法将球化剂放在铁水包底部，球化剂采用韧度为5mm的75钡硅铁，每100kg的铁水加入1.10kg的球化剂，铁水包底部做坝，使铁水可以对流，球化处理温度为：1520℃，球化处理反应时间为：55s，将处理好的铁水扒渣干净后加覆盖剂，每100kg的铁水加1.2kg的覆盖剂；
(3)孕育处理：每炉铁液分三次孕育，孕育剂采用韧度为15mm的稀土硅铁镁合金，每100kg的铁水加1.2kg的孕育剂，第一次孕育：将孕育剂覆盖在球化剂上，加入量为孕育剂总量的25％；第二次孕育：出铁液时随铁液流孕育，当铁水出列60％时随铁水流入到铁水包中，加入量为孕育剂总量的52％；第三次孕育：吊包浇注时随铁水流孕育，加入量为孕育剂余下的23％；
(4)浇注：铁水浇注温度为1400℃，在球化反应结束后的10分钟内完成浇注；浇注完成后的产品化学成分百分含量满足：C3.9％，Si4.0％，Mn0.8％，Mo0.2％，Cu0.2％，S0.05％，P0.05％，Cr0.3％，余量为铁；
(5)热处理：冷却5小时后开模，将冷却后的产品进行分离、精磨，将精磨后的产品放入热处理炉里，保温温度在750℃，保温2.2小时后，放入60℃的浓度为1.3％高分子淬火液中淬火，然在后250℃回火6小时，取出自然冷却即可。
本发明产品HRC达到60以上，达到高铬球的硬度冲击韧性达到12J/cm2以上，回火后的落球次数达到30000次以上，并且经过长时间冲击碰撞后的硬度达到65以上，生产成本较低。
实施例四：
(1)炼熔：采用中频电炉单炼，采用生铁、废钢、增碳剂为原料按照所生产矿山特种专用球的配比进行配料，废钢选用各化学成分如下的废钢：C0.3～1.0％，Si≤0.4％，Mn≤0.3％，Cr≤0.3％，余量为铁；所述生铁选用各化学成分如下的生铁：C≥4.0％，Si≤2.0％，S≤0.1％，P≤0.1％，余量为铁；启动电炉后，先将的废钢和增碳剂加入电炉中，再加生铁，熔炼温度为1590℃，使铁水各化学成分百分含量满足：C3.8％～4.0％，Si0.9％～1.1％，Mn0.5％～0.8％，Mo0.1％～0.2％，Cu0.1％～0.2％，S≤0.05％，P≤0.05％，Cr≤0.3％；
(2)球化处理：采用冲入法将球化剂放在铁水包底部，球化剂采用韧度为6mm的75钡硅铁，每100kg的铁水加入1.30kg的球化剂，铁水包底部做坝，使铁水可以对流，球化处理温度为：1510℃，球化处理反应时间为：60s，将处理好的铁水扒渣干净后加覆盖剂，每100kg的铁水加1.1kg的覆盖剂；
(3)孕育处理：每炉铁液分三次孕育，孕育剂采用韧度为20mm的稀土硅铁镁合金，每100kg的铁水加1.1kg的孕育剂，第一次孕育：将孕育剂覆盖在球化剂上，加入量为孕育剂总量的28％；第二次孕育：出铁液时随铁液流孕育，当铁水出列60％时随铁水流入到铁水包中，加入量为孕育剂总量的56％；第三次孕育：吊包浇注时随铁水流孕育，加入量为孕育剂余下的16％；
(4)浇注：铁水浇注温度为1450℃，在球化反应结束后的7分钟内完成浇注；浇注完成后的产品化学成分百分含量满足：C3.7％，Si3.0％，Mn0.6％，Mo0.12％，Cu0.12％，S0.01％，P0.01％，Cr0.1％，余量为铁；
(5)热处理：冷却4小时后开模，将冷却后的产品进行分离、精磨，将精磨后的产品放入热处理炉里，保温温度在820℃，保温2.3小时后，放入70℃的浓度为1.2％高分子淬火液中淬火，然在后260℃回火6小时，取出自然冷却即可。
本发明产品HRC达到60以上，达到高铬球的硬度冲击韧性达到12J/cm2以上，回火后的落球次数达到30000次以上，并且经过长时间冲击碰撞后的硬度达到65以上，生产成本较低。
实施例五：
(1)炼熔：采用中频电炉单炼，采用生铁、废钢、增碳剂为原料按照所生产矿山特种专用球的配比进行配料，废钢选用各化学成分如下的废钢：C0.3～1.0％，Si≤0.4％，Mn≤0.3％，Cr≤0.3％，余量为铁；所述生铁选用各化学成分如下的生铁：C≥4.0％，Si≤2.0％，S≤0.1％，P≤0.1％，余量为铁；启动电炉后，先将的废钢和增碳剂加入电炉中，再加生铁，熔炼温度为1570℃，使铁水各化学成分百分含量满足：C3.8％～4.0％，Si0.9％～1.1％，Mn0.5％～0.8％，Mo0.1％～0.2％，Cu0.1％～0.2％，S≤0.05％，P≤0.05％，Cr≤0.3％；
(2)球化处理：采用冲入法将球化剂放在铁水包底部，球化剂采用韧度为6mm的75钡硅铁，每100kg的铁水加入1.20kg的球化剂，铁水包底部做坝，使铁水可以对流，球化处理温度为：1530℃，球化处理反应时间为：65s，将处理好的铁水扒渣干净后加覆盖剂，每100kg的铁水加0.9kg的覆盖剂；
(3)孕育处理：每炉铁液分三次孕育，孕育剂采用韧度为20mm的稀土硅铁镁合金，每100kg的铁水加0.9kg的孕育剂，第一次孕育：将孕育剂覆盖在球化剂上，加入量为孕育剂总量的39％；第二次孕育：出铁液时随铁液流孕育，当铁水出列60％时随铁水流入到铁水包中，加入量为孕育剂总量的60％；第三次孕育：吊包浇注时随铁水流孕育，加入量为孕育剂余下的10％；
(4)浇注：铁水浇注温度为1450℃，在球化反应结束后的9分钟内完成浇注；浇注完成后的产品化学成分百分含量满足：C3.80％，Si3.5％，Mn0.7％，Mo0.15％，Cu0.15％，S0.03％，P0.03％，Cr0.2％，余量为铁；
(5)热处理：冷却4小时后开模，将冷却后的产品进行分离、精磨，将精磨后的产品放入热处理炉里，保温温度在780℃，保温2.1小时后，放入75℃的浓度为1.2％高分子淬火液中淬火，然在后230℃回火6小时，取出自然冷却即可。
本发明产品HRC达到60以上，达到高铬球的硬度冲击韧性达到12J/cm2以上，回火后的落球次数达到30000次以上，并且经过长时间冲击碰撞后的硬度达到65以上，生产成本较低。
下面对本发明球墨铸球基本性能作进一步说明。
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 (5)
1.一种球墨铸球，其特征在于，包括以下重量百分比的化学成分：C 3.6％～3.9％，Si 2.4％～4.0％，Mn 0.5％～0.8％，Mo 0.1％～0.2％，Cu 0.1％～0.2％，S≤0.05％，P≤0.05％，Cr≤0.3％，余量为铁，所述的球墨铸球的制作方法，包括以下顺序步骤：
(1)炼熔：采用中频电炉单炼，采用生铁、废钢、增碳剂为原料按照所生产矿山特种专用球的配比进行配料，启动电炉后，先将的废钢和增碳剂加入电炉中，再加生铁，熔炼温度为1530～1590℃，使铁水各化学成分百分含量满足：C 3.8％～4.0％，Si0.9％～1.1％，Mn 0.5％～0.8％，Mo 0.1％～0.2％，Cu 0.1％～0.2％，S≤0.05％，P≤0.05％，Cr≤0.3％；
(2)球化处理：采用冲入法将球化剂放在铁水包底部，每100kg的铁水加入1.00～1.30kg的球化剂，铁水包底部做坝，使铁水可以对流，球化处理温度为：1500℃～1530℃，球化处理反应时间为：45～85s，将处理好的铁水扒渣干净后加覆盖剂，每100kg的铁水加0.8～1.2kg的覆盖剂；
(3)孕育处理：每炉铁液分三次孕育，每100kg的铁水加0.8～1.2kg的孕育剂，第一次孕育：将孕育剂覆盖在球化剂上，加入量为孕育剂总量的20～30％；第二次孕育：出铁液时随铁液流孕育，当铁水出列60％时随铁水流入到铁水包中，加入量为孕育剂总量的50～60％；第三次孕育：吊包浇注时随铁水流孕育，加入量为孕育剂余下的10～30％；
(4)浇注：铁水浇注温度为1360℃～1480℃，在球化反应结束后的6～10分钟内完成浇注；浇注完成后的产品化学成分百分含量满足：C 3.6％～3.9％，Si 2.4％～4.0％，Mn 0.5％～0.8％，Mo 0.1％～0.2％，Cu 0.1％～0.2％，S≤0.05％，P≤0.05％，Cr≤0.3％，余量为铁；
(5)热处理：冷却3-6小时后开模，将冷却后的产品进行分离、精磨，将精磨后的产品放入热处理炉里，保温温度在700～890℃，保温2～2.5小时后，放入50～80℃高分子淬火液中淬火，然后在220～280℃回火6小时，取出自然冷却即可。
2.根据权利要求1所述的球墨铸球，其特征在于，包括以下重量百分比的化学成分：C 3.7％～3.80％，Si 3.0％～3.5％，Mn 0.6％～0.7％，Mo 0.12％～0.15％，Cu 0.12％～0.15％，S 0.01％～0.03％，P 0.01％～0.03％，Cr 0.1％～0.2％，余量为铁。
3.根据权利要求1所述的球墨铸球，其特征在于，包括以下重量百分比的化学成分：C 3.85％，Si 3.25％，Mn 0.75％，Mo 0.18％，Cu 0.18％，S 0.005％，P 0.005％，Cr 0.15％，余量为铁。
4.根据权利要求1所述的球墨铸球的制作方法，其特征在于，所述步骤(5)所述高分子淬火液浓度为1.2～1.5％。
5.根据权利要求1所述的球墨铸球的制作方法，其特征在于，所述步骤(1)所述废钢选用各化学成分如下的废钢：C 0.3～1.0％，Si≤0.4％，Mn≤0.3％，Cr≤0.3％，余量为铁；所述生铁选用各化学成分如下的生铁：C≥4.0％，Si≤2.0％，S≤0.1％，P≤0.1％，余量为铁。
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