CN106086672A - 一种耐磨多元素合金铸造钢球及其制造方法 - Google Patents

一种耐磨多元素合金铸造钢球及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了耐磨多元素合金铸造钢球及其制造方法，本发明耐磨多元素合金铸造钢球，其组成以质量百分比计如下：C:1.6～2.8％，Cr:0.8～2.8％，Si：0.7～1.0％，Mn：0.4～0.8％，P≤0.05％，S:≤0.03％，B:0.01～0.18％，Al0.4～1％，Ti：0.04～0.06％，Mo：0.08～0.2％，Re：0.05～0.09％，余量为铁。通过熔炼、浇注、热处理得到具有良好的抗冲击能力、抗腐蚀能力和耐磨性，使得其在使用过程中不易碎裂，从而延长使用寿命，进而降低生产成本、提高生产效率的耐磨多元素合金铸造钢球的制造方法。

Description

一种耐磨多元素合金铸造钢球及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种耐磨多元素合金铸造钢球及其制造方法，属金属加工领域。
背景技术
钢球又名磨球作为一种研磨介质，广泛应用于建材水泥、能源火电、非金属加工、矿山冶金、水煤浆及磁性材料等行业的粉体工程。由于工况不同，要求不同，钢球材质也多种多样，如锻造钢球、稀土镁球墨铸铁钢球，高、中、低铬合金铸球等。按加工方式分有：金属模铸球、覆膜砂铸球、砂型铸球、消失模铸球等种类。矿山冶金专用钢球主要应用于选矿、矿的粉磨，其在磨机中受到的冲击力大，钢球的磨损大，目前常用的是铬合金铸球，但在使用过程中表现的不足为：铬含量低的产品硬度低、不耐磨、不耐腐，铬含量高的虽耐磨性有所提高，但是韧性较差，通常在使用过程中易造成破裂。随着技术的发展和要求的提高，传统的以铬为主要硬化合金元素的含铬铸铁钢球越来越不能满足生产实际的需要。因此，开发性价比更高的钢球产品，已经成为耐磨材料企业的重要责任。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种具有良好的抗冲击能力、抗腐蚀能力和耐磨性，使得其在使用过程中不易碎裂，从而延长使用寿命，进而降低使用者的生产成本、提高其生产效率的耐磨多元素合金铸造钢球及其制造方法。
本发明一种耐磨多元素合金铸造钢球，其组成以质量百分比计如下：C:1.6～2.8％，Cr:0.8～2.8％，Si：0.7～1.0％，Mn：0.4～0.8％，P≤0.05％,S:≤0.03％,B:0.01～0.18％,Al：0.4～1％，Ti：0.04～0.06％，Mo：0.08～0.2％，Re：0.05～0.09％，余量为铁。
上述耐磨多元素合金铸造钢球的制造按照以下步骤进行：
步骤(1).将精确配料的各合金材料用中频电炉熔炼为铁水，将炉内混合物取出约120克进行化验，以确保各组成满足耐磨多元素合金铸造钢球重量配比需求；
若耐磨多元素合金铸造钢球各组分的重量配比不满足以上比例，则通过添加原料进行调节，直至满足此比例；
步骤(2).当炉内混合物满足上述比例时，将炉内铁水温度升至1160～1300℃左右出炉，出炉的铁水倒入钢水包中，同时在铁水表面添加孕育剂480～500克，在钢水包中静置3～5分钟后，用聚渣剂将铁水表面的杂质聚拢，然后用钢钩拂掉杂质置于钢水包外，再将铁水浇注到耐钢球模具内，冷却10分钟后开模，得到毛坯球，将毛坯球抛光分选得到铸态合金球；
步骤(3).将上述铸态合金球在淬火炉内加热到900℃，保温2h，经风冷得淬火后铸球；
步骤(4).将上述淬火后铸球回火，回火温度为350～430℃，保温时间为6～6.5h，出炉后缓冷至200℃，再空冷至室温，得到成品耐磨多元素合金铸造钢球。
本发明中的合金元素的作用为：C含量的多少直接决定共晶碳化物和基体的相对量，共晶碳化物在耐磨性方面起着中要作用，但碳含量过高则韧性降低，故本发明控制C的含量为1.6～2.8％；Cr是碳化物形成元素，可以固溶强化基体且不降低韧性，提高钢的淬透性、耐磨性和耐腐蚀性，具有较高的回火抵抗能力，但Cr含量增高虽碳化物亦增多，但成本增加，本发明添加了Mo、B、Al和Ti来替代高铬含量提高钢球的硬度和耐磨性，其中适量的Mo和B可以提高基体的淬透性，Al和Ti有利于细化晶粒，提高基体强度、冲击韧性和耐腐蚀性，综合考虑本发明控制Cr的含量为0.8～2.8％，Mo的含量为0.08～0.2％，B的含量为0.01～0.18％，Al的含量为0.4～1％，Ti的含量为0.04～0.06％；Mn是提高淬透性、扩大奥氏体区的一种有效元素，本发明控制Mn的含量为0.4～0.8％；Si主要用于脱氧，因为过高的硅将导致韧性下降，会使钢球使用过程有剥落现象，本发明控制Si的含量为0.7～1.0％；Re对铁水有净化、变质和促进合金化作用，能脱氧、除气、净化铁水，所生成氧化物可作为异质形核核心，细化基体晶粒组织，改善碳化物的形态与分布，本发明控制Re的含量为0.05～0.09％；因炉料中会带入S和P，且S和P的存在会降低钢球的力学性能，故应严格控制炉料质量，本发明使S的含量控制在0～0.03％，P的含量控制在0～0.05％。
综上所述，本发明的有益效果是：通过合理选取铸造钢球中各元素及其含量的控制，以降低生产成本、提高生产效率为宗旨，最大限度地提高铸造钢球的抗冲击能力、抗腐蚀能力和耐磨性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明：
实施例一：
一种耐磨多元素合金铸造钢球,其组成以质量百分比计如下：C:1.6％，Cr:0.8％，Si：0.7％，Mn：0.4％，P:0.01％,S:0.01％,B:0.01％,Al：0.4％，Ti：0.04％，Mo：0.08％，Re：0.05％，余量为铁。
耐磨多元素合金铸造钢球的制造方法，按照以下步骤进行：
步骤(1).将精确配料的各合金材料用中频电炉熔炼为铁水，将炉内混合物取出约120克进行化验，以确保各组成满足耐磨多元素合金铸造钢球重量配比需求；
若耐磨多元素合金铸造钢球各组分的重量配比不满足以上比例，则通过添加原料进行调节，直至满足此比例；
步骤(2).当炉内混合物满足上述比例时，将炉内铁水温度调至1200℃出炉，出炉的铁水倒入钢水包中，同时在铁水表面添加孕育剂480克，在钢水包中静置5分钟，用聚渣剂将铁水表面的杂质聚拢，然后用钢钩拂掉杂质置于钢水包外，再将铁水浇注到耐钢球模具内，冷却10分钟后开模，得到毛坯球，将毛坯球抛光分选得到铸态合金球；
步骤(3).将上述铸态合金球在淬火炉内加热到900℃，保温2h，经风冷得淬火后铸球；
步骤(4).将上述淬火后铸球回火，回火温度为420℃，保温时间为6h，出炉后缓冷至200℃，再空冷至室温，得到成品耐磨多元素合金铸造钢球。
经检测得出该铸造钢球表面洛氏硬度为56，铸球心部洛氏硬度为54。
实施例二：
一种耐磨多元素合金铸造钢球,其组成以质量百分比计如下：C:1.8％，Cr:1.2％，Si：0.9％，Mn：0.5％，P:0.02％,S:0.03％,B:0.05％,Al：0.5％，Ti：0.05％，Mo：0.10％，Re：0.06％，余量为铁。
耐磨多元素合金铸造钢球的制造方法，按照以下步骤进行：
步骤(1).将精确配料的各合金材料用中频电炉熔炼为铁水，将炉内混合物取出约120克进行化验，以确保各组成满足耐磨多元素合金铸造钢球重量配比需求；
若耐磨多元素合金铸造钢球各组分的重量配比不满足以上比例，则通过添加原料进行调节，直至满足此比例；
步骤(2).当炉内混合物满足上述比例时，将炉内铁水温度调至1200℃出炉，出炉的铁水倒入钢水包中，同时在铁水表面添加孕育剂490克，在钢水包中静置4分钟后，用聚渣剂将铁水表面的杂质聚拢，然后用钢钩拂掉杂质置于钢水包外，再将铁水浇注到耐钢球模具内，冷却10分钟后开模，得到毛坯球，将毛坯球抛光分选得到铸态合金球；
步骤(3).将上述铸态合金球在淬火炉内加热到900℃，保温2h，经风冷得淬火后铸球；
步骤(4).将上述淬火后铸球回火，回火温度为390℃，保温时间为6h，出炉后缓冷至200℃，再空冷至室温，得到成品耐磨多元素合金铸造钢球。
经检测得出该铸造钢球表面洛氏硬度为58，铸球心部洛氏硬度为55。
实施例三：
一种耐磨多元素合金铸造钢球,其组成以质量百分比计如下：C:2.2％，Cr:2％，Si：0.9％，Mn：0.6％，P:0.03％,S:0.03％,B:0.08％,Al：0.7％，Ti：0.05％，Mo：0.12％，Re：0.07％，余量为铁。
耐磨多元素合金铸造钢球的制造方法，按照以下步骤进行：
步骤(1).将精确配料的各合金材料用中频电炉熔炼为铁水，将炉内混合物取出约120克进行化验，以确保各组成满足耐磨多元素合金铸造钢球重量配比需求；
若耐磨多元素合金铸造钢球各组分的重量配比不满足以上比例，则通过添加原料进行调节，直至满足此比例。
步骤(2).当炉内混合物满足上述比例时，将炉内铁水温度调至1200℃出炉，出炉的铁水倒入钢水包中，同时在铁水表面添加孕育剂500克，在钢水包中静置5分钟后，用聚渣剂将铁水表面的杂质聚拢，然后用钢钩拂掉杂质置于钢水包外，再将铁水浇注到耐钢球模具内，冷却10分钟后开模，得到毛坯球，将毛坯球抛光分选得到铸态合金球；
步骤(3).将上述铸态合金球在淬火炉内加热到900℃，保温2h，经风冷得淬火后铸球；
步骤(4).将上述淬火后铸球回火，回火温度为350℃，保温时间为6.5h，出炉后缓冷至200℃，再空冷至室温，得到成品耐磨多元素合金铸造钢球。
经检测得出该铸造钢球表面洛氏硬度为57，铸球心部洛氏硬度为54。
实施例四：
一种耐磨多元素合金铸造钢球,其组成以质量百分比计如下：C:2.6％，Cr:2.8％，Si：1.0％，Mn：0.8％，P:0.01％,S:0.01％,B:0.16％,Al：0.8％，Ti：0.05％，Mo：0.18％，Re：0.08％，余量为铁。
耐磨多元素合金铸造钢球的制造方法，按照以下步骤进行：
步骤(1).将精确配料的各合金材料用中频电炉熔炼为铁水，将炉内混合物取出约120克进行化验，以确保各组成满足耐磨多元素合金铸造钢球重量配比需求；
若耐磨多元素合金铸造钢球各组分的重量配比不满足以上比例，则通过添加原料进行调节，直至满足此比例；
步骤(2).当炉内混合物满足上述比例时，将炉内铁水温度调至1180℃出炉，出炉的铁水倒入钢水包中，同时在铁水表面添加孕育剂495克，在钢水包中静置5分钟后，用聚渣剂将铁水表面的杂质聚拢，然后用钢钩拂掉杂质置于钢水包外，再将铁水浇注到耐钢球模具内，冷却10分钟后开模，得到毛坯球，将毛坯球抛光分选得到铸态合金球；
步骤(3).将上述铸态合金球在淬火炉内加热到900℃，保温2h，经风冷得淬火后铸球；
步骤(4).将上述淬火后铸球回火，回火温度为360℃，保温时间为6.5h，出炉后缓冷至200℃，再空冷至室温，得到成品耐磨多元素合金铸造钢球。
经检测得出该铸造钢球表面洛氏硬度为58，铸球心部洛氏硬度为54。
实施例五：
一种耐磨多元素合金铸造钢球,其组成以质量百分比计如下：C:2.8％，Cr:2.8％，Si：0.9％，Mn：0.8％，P:0.01％,S:0.01％,B:0.18％,Al：1％，Ti：0.06％，Mo：0.2％，Re：0.09％，余量为铁。
耐磨多元素合金铸造钢球的制造方法，按照以下步骤进行：
步骤(1).将精确配料的各合金材料用中频电炉熔炼为铁水，将炉内混合物取出约120克进行化验，以确保各组成满足耐磨多元素合金铸造钢球重量配比需求；
若耐磨多元素合金铸造钢球各组分的重量配比不满足以上比例，则通过添加原料进行调节，直至满足此比例；
步骤(2).当炉内混合物满足上述比例时，将炉内铁水温度调至1190℃出炉，出炉的铁水倒入钢水包中，同时在铁水表面添加孕育剂485克，在钢水包中静置3分钟后，用聚渣剂将铁水表面的杂质聚拢，然后用钢钩拂掉杂质置于钢水包外，再将铁水浇注到耐钢球模具内，冷却10分钟后开模，得到毛坯球，将毛坯球抛光分选得到铸态合金球；
步骤(3).将上述铸态合金球在淬火炉内加热到900℃，保温2h，经风冷得淬火后铸球；
步骤(4).将上述淬火后铸球回火，回火温度为360℃，保温时间为6.5h，出炉后缓冷至200℃，再空冷至室温，得到成品耐磨多元素合金铸造钢球。
经检测得出该铸造钢球表面洛氏硬度为56，铸球心部洛氏硬度为53。

Claims (2)

1.一种耐磨多元素合金铸造钢球,其组成以质量百分比计如下：
C:1.6～2.8％，Cr:0.8～2.8％，Si：0.7～1.0％，Mn：0.4～0.8％，
P≤0.05％,S:≤0.03％,B:0.01～0.18％,Al：0.4～1％，
Ti：0.04～0.06％，Mo：0.08～0.2％，Re：0.05～0.09％，余量为铁。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨多元素合金铸造钢球的制造方法，其特征在于按照以下步骤进行：
步骤(1).将精确配料的各合金材料用中频电炉熔炼为铁水，将炉内混合物取出约120克进行化验，以确保各组成满足耐磨多元素合金铸造钢球重量配比需求；
若耐磨多元素合金铸造钢球各组分的重量配比不满足以上比例，则通过添加原料进行调节，直至满足此比例；
步骤(2).当炉内混合物满足上述比例时，将炉内铁水温度升至1160～1300℃左右出炉，出炉的铁水倒入钢水包中，同时在铁水表面添加孕育剂480～500克，在钢水包中静置3～5分钟后，用聚渣剂将铁水表面的杂质聚拢，然后用钢钩拂掉杂质置于钢水包外，再将铁水浇注到耐钢球模具内，冷却10分钟后开模，得到毛坯球，将毛坯球抛光分选得到铸态合金球；
步骤(3).将上述铸态合金球在淬火炉内加热到900℃，保温2h，经风冷得淬火后铸球；
步骤(4).将上述淬火后铸球回火，回火温度为350～430℃，保温时间为6～6.5h，出炉后缓冷至200℃，再空冷至室温，得到成品耐磨多元素合金铸造钢球。
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