CN105316566A - 一种矿山专用耐磨球及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种矿山专用耐磨球及其制造方法，涉及耐磨材料技术领域，该磨球中各化学组分的重量百分比为：C：2.21～2.81％，Si：0.42～0.71％，Mn：0.56～0.80％，Cr：12.51～14.03％，Mo：0.86～1.01％，Cu：0.81～1.22％，Ni：0.08～0.19％，Sc：0.11～0.23％，Ce：0.07～0.31％，S≤0.03％，P≤0.03％，余量为Fe。本发明采用中频感应电炉熔炼结合金属型铸造的工艺方法，严格控制化学成分、熔炼工艺和热处理工艺等参数，直接优化了磨球硬度与韧性、淬透性与合金元素含量之间的关系，保证了磨球的耐磨性、高硬度和高韧性。

Description

一种矿山专用耐磨球及其制造方法

技术领域

本发明涉及耐磨材料技术领域，具体涉及一种矿山专用耐磨球及其制造方法。

背景技术

磨损是工业生产中设备零部件消耗的主要形式。磨损的存在，使得耐磨材料的研究与生产成为了当今世界的一个相对活跃的行业。耐磨材料在冶金行业金属领域的狭义范围内主要包括磨球和衬板两大类，广义上客观扩大为各种磨球、耐磨钢、耐磨复合材料及耐磨表面工程等。耐磨材料中，磨球和衬板占其总量的80％以上，而磨球又在其中占到80％以上。磨球广泛应用于矿山冶金、水泥、电力及化工等行业，国内磨球产品年消耗量保守估计在100～120万吨/年，全世界耗用磨球400～500万吨/年。

随着国民经济持续、稳定的发展，磨球的消耗量还将会逐年有所增加。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、耐磨抗腐蚀性差等缺点。因此，研制出一种综合性能稳定、磨耗低的耐磨球，具有重要的经济意义。

发明内容

(一)解决的技术问题

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供一种矿山专用耐磨球及其制造方法，该磨球采用中频感应电炉熔炼结合金属型铸造的工艺方法，优化了磨球硬度与韧性、淬透性与合金元素含量之间的关系，保证了磨球的耐磨性、高硬度和高韧性。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种矿山专用耐磨球，该磨球中各化学组分的重量百分比为：C：2.21～2.81％，Si：0.42～0.71％，Mn：0.56～0.80％，Cr：12.51～14.03％，Mo：0.86～1.01％，Cu：0.81～1.22％，Ni：0.08～0.19％，Sc：0.11～0.23％，Ce：0.07～0.31％，S≤0.03％，P≤0.03％，余量为Fe。

优选的，所述矿山专用耐磨球中各化学组分的重量百分比为：C：2.51％，Si：0.57％，Mn：0.70％，Cr：13.23％，Mo：0.95％，Cu：1.10％，Ni：0.12％，Sc：0.18％，Ce：0.15％，S：0.016％，P：0.016％，余量为Fe。

优选的，所述矿山专用耐磨球各化学组分的重量百分比为：C：2.66％，Si：0.49％，Mn：0.76％，Cr：14.01％，Mo：0.89％，Cu：1.21％，Ni：0.18％，Sc：0.15％，Ce：0.27％，S：0.02％，P：0.02％，余量为Fe。

优选的，所述矿山专用耐磨球的制造方法，包括以下步骤：

(1)铸型准备：采用冷却速度快的金属型模具浇注磨球，铸型选择中间冒口充型，保证顺序凝固，提高补缩效果，有效地控制磨球夹渣、气孔、缩孔和缩松等缺陷。砂套采用透气性好的硅砂，在打制好砂套后，合箱前用带烟乙炔火焰烘烤上下型腔内表面，从而使金属型保持一定的温度，提高磨球的表面质量；

(2)熔炼：使用中频感应电炉进行熔炼，按照上述各化学成分重量配比加入生铁、高碳铬铁、电解铜等炉料，熔炼温度为1440～1460℃，当温度达到1480～1500℃时，取样进行化学分析，控制各化学成分在规定范围内，在铁水出炉前3～5min，按每吨铁水0.2～0.3公斤加入锰铁和硅铁进行预脱氧，最后按每吨铁水加入0.6～0.8公斤纯铝进行终脱氧；

(3)浇注：经铝终脱氧后即可出铁水，出铁液后迅速覆盖珍珠岩，铁液在包内应停留一段时间进行镇静，当温度为1400～1420℃时浇注，浇注时应控制一定速度以利于废气逸出，并应连续浇满，待金属型冒口凝固后开箱落球，置于干燥地表自然冷却；

(4)热处理：将磨球升温至650～680℃，保温1～2h，再升温至950～980℃，保温2～4小时后，然后在20号机油中淬火，机油温度为180～250℃，淬火时间为40～50分钟，再立即加热至360～400℃下进行回火处理，保温3～5小时后，再升温至550～600℃，保温3～4小时后，放入0℃冰水中冷却至室温；

(5)将磨球浇口部分敲击去除，在砂轮上对磨球断口修磨圆滑，即得成品。

优选的，步骤(3)所述浇注速度初期和后期均为40～80kg/min，中期为100kg/min。

(三)有益效果

本发明提供了一种矿山专用耐磨球及其制造方法，将Mo、Cu、Ni元素加入到铸铁中，能显著提高磨球的淬透性，从而改善其耐磨性；此外，Sc和Ce稀土元素的加入可有效降低铁液中气体和有害杂志的含量，起到脱硫、除气、净化铁液的作用，并可改善流动性提高磨球的韧性。该发明采用中频感应电炉熔炼结合金属型铸造的工艺方法，严格控制化学成分、熔炼工艺和热处理工艺等参数，直接优化了磨球硬度与韧性、淬透性与合金元素含量之间的关系，保证了磨球的耐磨性、高硬度和高韧性。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本实施例矿山专用耐磨球，该磨球中各化学组分的重量百分比为：C：2.21％，Si：0.42％，Mn：0.56％，Cr：12.51％，Mo：0.86％，Cu：0.81％，Ni：0.08％，Sc：0.11％，Ce：0.07％，S：0.01％，P：0.01％，余量为Fe。

按照本实施例中各化学组分的重量百分比，制备方法包括以下步骤:

(1)铸型准备：采用冷却速度快的金属型模具浇注磨球，铸型选择中间冒口充型，保证顺序凝固，提高补缩效果，有效地控制磨球夹渣、气孔、缩孔和缩松等缺陷。砂套采用透气性好的硅砂，在打制好砂套后，合箱前用带烟乙炔火焰烘烤上下型腔内表面，从而使金属型保持一定的温度，提高磨球的表面质量；

(2)熔炼：使用中频感应电炉进行熔炼，按照上述各化学成分重量配比加入生铁、高碳铬铁、电解铜等炉料，熔炼温度为1440～1460℃，当温度达到1480～1500℃时，取样进行化学分析，控制各化学成分在规定范围内，在铁水出炉前3～5min，按每吨铁水0.2～0.3公斤加入锰铁和硅铁进行预脱氧，最后按每吨铁水加入0.6～0.8公斤纯铝进行终脱氧；

(3)浇注：经铝终脱氧后即可出铁水，出铁液后迅速覆盖珍珠岩，铁液在包内应停留一段时间进行镇静，当温度为1400～1420℃时浇注，浇注时应控制一定速度以利于废气逸出，并应连续浇满，待金属型冒口凝固后开箱落球，置于干燥地表自然冷却；

(4)热处理：将磨球升温至650～680℃，保温1～2h，再升温至950～980℃，保温2～4小时后，然后在20号机油中淬火，机油温度为180～250℃，淬火时间为40～50分钟，再立即加热至360～400℃下进行回火处理，保温3～5小时后，再升温至550～600℃，保温3～4小时后，放入0℃冰水中冷却至室温；

(5)将磨球浇口部分敲击去除，在砂轮上对磨球断口修磨圆滑，即得成品。

优选的，步骤(3)所述浇注速度初期和后期均为40～80kg/min，中期为100kg/min。

实施例2：

本实施例矿山专用耐磨球，该磨球中各化学组分的重量百分比为：C：2.51％，Si：0.57％，Mn：0.70％，Cr：13.23％，Mo：0.95％，Cu：1.10％，Ni：0.12％，Sc：0.18％，Ce：0.15％，S：0.016％，P：0.016％，余量为Fe。

按照本实施例中各化学组分的重量百分比，制备方法同实施例1。

实施例3：

本实施例矿山专用耐磨球，该磨球中各化学组分的重量百分比为：C：2.81％，Si：0.71％，Mn：0.80％，Cr：14.03％，Mo：1.01％，Cu：1.22％，Ni：0.19％，Sc：0.23％，Ce：0.31％，S：0.03％，P：0.03％

按照本实施例中各化学组分的重量百分比，制备方法同实施例1。

实施例4：

本实施例矿山专用耐磨球，该磨球中各化学组分的重量百分比为：C：2.66％，Si：0.49％，Mn：0.76％，Cr：14.01％，Mo：0.89％，Cu：1.21％，Ni：0.18％，Sc：0.15％，Ce：0.27％，S：0.02％，P：0.02％，余量为Fe。

按照本实施例中各化学组分的重量百分比，制备方法同实施例1。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种矿山专用耐磨球，其特征在于，该磨球中各化学组分的重量百分比为：C：2.21～2.81％，Si：0.42～0.71％，Mn：0.56～0.80％，Cr：12.51～14.03％，Mo：0.86～1.01％，Cu：0.81～1.22％，Ni：0.08～0.19％，Sc：0.11～0.23％，Ce：0.07～0.31％，S≤0.03％，P≤0.03％，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的矿山专用耐磨球，其特征在于，该磨球中各化学组分的重量百分比为：C：2.51％，Si：0.57％，Mn：0.70％，Cr：13.23％，Mo：0.95％，Cu：1.10％，Ni：0.12％，Sc：0.18％，Ce：0.15％，S：0.016％，P：0.016％，余量为Fe。

3.根据权利要求1所述的矿山专用耐磨球，其特征在于，该磨球中各化学组分的重量百分比为：C：2.66％，Si：0.49％，Mn：0.76％，Cr：14.01％，Mo：0.89％，Cu：1.21％，Ni：0.18％，Sc：0.15％，Ce：0.27％，S：0.02％，P：0.02％，余量为Fe。

4.一种如权利要求1～3任一所述的矿山专用耐磨球的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)铸型准备：采用冷却速度快的金属型模具浇注磨球，铸型选择中间冒口充型，保证顺序凝固，提高补缩效果，有效地控制磨球夹渣、气孔、缩孔和缩松等缺陷。砂套采用透气性好的硅砂，在打制好砂套后，合箱前用带烟乙炔火焰烘烤上下型腔内表面，从而使金属型保持一定的温度，提高磨球的表面质量；

(2)熔炼：使用中频感应电炉进行熔炼，按照上述各化学成分重量配比加入生铁、高碳铬铁、电解铜等炉料，熔炼温度为1440～1460℃，当温度达到1480～1500℃时，取样进行化学分析，控制各化学成分在规定范围内，在铁水出炉前3～5min，按每吨铁水0.2～0.3公斤加入锰铁和硅铁进行预脱氧，最后按每吨铁水加入0.6～0.8公斤纯铝进行终脱氧；

(3)浇注：经铝终脱氧后即可出铁水，出铁液后迅速覆盖珍珠岩，铁液在包内应停留一段时间进行镇静，当温度为1400～1420℃时浇注，浇注时应控制一定速度以利于废气逸出，并应连续浇满，待金属型冒口凝固后开箱落球，置于干燥地表自然冷却；

(4)热处理：将磨球升温至650～680℃，保温1～2h，再升温至950～980℃，保温2～4小时后，然后在20号机油中淬火，机油温度为180～250℃，淬火时间为40～50分钟，再立即加热至360～400℃下进行回火处理，保温3～5小时后，再升温至550～600℃，保温3～4小时后，放入0℃冰水中冷却至室温；

(5)将磨球浇口部分敲击去除，在砂轮上对磨球断口修磨圆滑，即得成品。

5.根据权利要求3所述的矿山专用耐磨球的制造方法，其特征在于，所述浇注速度初期和后期均为40～80kg/min，中期为100kg/min。