CN106566977B - 一种多元合金铸铁磨球及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多元合金铸铁磨球的制备方法，按照质量分数将87.3～88.7％的40Cr钢屑、3.0～3.5％的硅铁、3.0～3.5％的含氮锰铁、4.5～4.8％增碳剂、0.18～0.20％的金属铝和0.5～0.8％的硅钙钡合金采用电炉熔炼冶炼而成。本发明还公开了采用上述方法制备得到的多元合金铸铁磨球。本发明磨球以40Cr钢屑为主要原料，不含价格昂贵的镍、钼、钒等合金元素，生产成本低廉，具有强度和硬度高，韧性和耐磨性好等特点，磨球使用后表面硬度提高3‑5HRC。推广应用本发明磨球，具有显著的经济和社会效益。

Description

一种多元合金铸铁磨球及其制备方法

技术领域

本发明属于耐磨材料技术领域，涉及一种多元合金铸铁磨球，本发明还涉及上述多元合金铸铁磨球的制备方法。

背景技术

球磨机是广泛用于建材、矿山、冶金、电力等行业破碎物料的关键设备。由于磨球既承受被研磨物料的磨损，又承受相互撞击过程中的冲击疲劳，要求磨球既要有较高的硬度以减轻冲击磨损和磨料切削磨损，又要有较好的韧性，以抵抗较大的冲击力，保证磨球在使用中不破碎。因此磨球是磨粉行业中各种易磨损件中消耗量最大的零件，磨球的巨额消耗引起了人们的重视。故提高磨球的耐磨性，延长使用寿命具有重要的经济意义和社会意义。

为了提高磨球性能，中国发明专利《一种强韧抗磨多元素合金节能耐磨球及其制备方法》(申请日2016.07.01，公开号CN105970079A，公开日2016.09.28)公开了一种强韧抗磨多元素合金节能耐磨球，原料的重量百分比为：C：2.0-2.8％、Cr：4.0-6.0％、Mn：0.8-1.2％、Si：0.6-1.0％、Mo：0.2-0.4％、Cu：0.4-0.8％、V：0.3-0.6％、Ti：0.4-0.8％、S≤0.05％、P≤0.05％、RE：0.4-0.6％其余为Fe和不可规避的微量元素。在通过该发明提供的制备方法，使得铸铁耐磨球具有较强的耐磨性和硬度，进一步降低铸铁耐磨球内外层的硬度差，提升使用寿命，便于在工业中大规模使用。中国发明专利《一种防锈磁选材料耐磨球制备方法》(申请日2016.06.20，公开号CN105925877A，公开日2016.09.07)还公开了一种防锈磁选材料耐磨球制备方法，包括有以下工艺步骤：浇注耐磨球毛坯，该耐磨球毛坯各合金成分及重量百分比为：C2.5～3.1％，Si1.1～1.3％，Mn1.4～1.8％，P0.002％～0.01％，S0.004％～0.012％，Cr1.2～1.4％，RE0.04～0.12％，V0.2～0.5％，Ni0.25～0.55％，Ti0.3～0.6％，Mg0.04～0.08％，余量为铁；该发明材料的内部缺陷得到了有效消除，提高了耐磨球的耐磨性和疲劳强度，同时具有无氧化、无脱碳、无元素贫化等特点，可以减少耐磨球的热处理变形。中国发明专利《一种耐磨球磨机钢球制备方法》(申请日2016.05.18，公开号CN105925875A，公开日2016.09.07)还公开了一种耐磨球磨机钢球制备方法，具有如下操作步骤：制备铸造钢球用钢水中各化学成分质量百分比：2.12％≤C≤2.44％，1.15％≤Si≤1.25％，1.32％≤Mn≤1.68％，0.018≤P≤0.028％，痕量≤S≤0.035％，1.35％≤Cr≤1.65％，0.45％≤Mo≤0.55％，0.15≤V≤0.18％，余量为Fe和不可避免的杂质。中国发明专利《一种带有耐磨涂层的耐磨球制备方法》(申请日2016.06.20，公开号CN105908078A，公开日2016.08.31)还公开了一种带有耐磨涂层的耐磨球制备方法，其特征在于，包括有以下工艺步骤：1)、制备耐磨球铸件，该耐磨球铸件合金成分及重量百分比为：C1.1～1.2％，Si1.6～1.7％，Cr0.65～0.95％，Mn1.45～1.85％，P0.003～0.06％，S0.002～0.008％，Ni1.05～1.35％，V0.12～0.34％，Te0.05～0.15％，W0.05～0.1％，Cu0.04～0.06％，Pb0.05～0.11％，余量为Fe；2)、然后将耐磨球铸件进行盐浴淬火，盐浴处理温度为150-200℃，盐浴处理保温时间为0.8-1.2h，熔盐各成分重量比为：纯碱23-25份、氯化钠10-12份、碳酸铜5-7份、磷酸镁6-8份；3)、将步骤2)得到的耐磨球铸件表面喷涂一层厚度为2-4mm的耐磨涂料，该耐磨涂料由以下重量份的原料组成：水合碱式碳酸镁3-5份，聚甲基丙烯酸甲脂35-40份、水溶性氟化物树脂10-15份、石蜡2.5-4.5份、磷灰石4-6份、直径为10-20nm的二氧化硅4-6份、消泡剂2-4份、颜料0.4-0.6份。中国发明专利《球墨铸铁耐磨球制备方法》(申请日2016.06.20，公开号CN105886890A，公开日2016.08.24)还公开了一种球墨铸铁耐磨球制备方法，包括有以下工艺步骤：该耐磨球铸件中各合金成分及重量百分比为：C2.05～2.15％，Si1.3～1.5％，Cr2.5～2.6％，Mo0.45～0.75％，P0.006～0.012％，S0.002～0.008％，Ni0.45～0.65％，W0.12～0.22％，Cu0.25～0.55％，Ti0.15～0.25％，Ca0.4～0.6％，Nb0.04～0.15％，余量为铁；该发明材料的内部缺陷得到了有效消除，完全能够达到相关的超声波探伤要求及晶粒度要求，产品各方面性能相对提高，进一步节约生产成本。中国发明专利《一种纳米稀土铬合金铸造磨球及其生产办法》(申请日2016.06.06，公开号CN105886884A，公开日2016.08.24)还公开了一种纳米稀土铬合金铸造磨球，所述纳米稀土铬合金铸造磨球生产操作步骤包括：废钢预处理、洁净熔炼、恒温自动浇铸、水溶性介质淬火和低温回火、掼制时效处理及力学性能检测；所述纳米稀土铬合金铸造磨球的晶粒细化，组织致密均匀，硬度达到HRC63～65，冲击能量吸收值大于4J/cm²，破损率小于0.2％。该发明采用复合稀土纳米微粉作为改性变质剂，显著增加铁水冷凝时晶核形成的数量与速度，实现磨球铸态晶粒细化、组织致密，提高铸球的淬透性与强韧性；采用聚氧化乙烯和聚氧化丙烯的共聚物(PAG)淬火液，降低热处理成本，同时从根本上解决了热处理生产现场的环境污染及安全隐患问题。中国发明专利《一种水泥球磨机用陶瓷研磨球及其制备方法》(申请日2016.04.02，公开号CN105859259A，公开日2016.08.17)还公开了一种水泥球磨机用陶瓷研磨球及其制备方法，所述水泥球磨机用陶瓷研磨球按重量百分比计含有氧化铝92-95％、三氧化二铁0.5-2％、高岭土0.8-3％、碳化硅0.2-2％、二氧化钛1.5-2％、碳化钛0.8-1％、二硫化钼0.3-2％，采用压制成型后高温烧结的方法制备，包括配料、球磨、喷雾造粒、料仓陈腐、压型加工、高温烧结、清粉抛光、成品干燥等工序。该发明的水泥球磨机用陶瓷研磨球具有高硬度、耐高温、耐腐蚀、运转能耗低、物耗低、结合力好、撞击能力强、抗冲击抗爆震、生产的水泥细度均匀、颗粒形貌合理和后期强度高等优点。中国发明专利《一种纳米变质耐磨球墨铸铁的制备方法》(申请日2016.03.28，公开号CN105821284A，公开日2016.08.03)还公开了一种纳米变质耐磨球墨铸铁的制备方法，该方法由下列步骤组成：以生铁为主要原料、以焦炭、锰铁、膨润土、孕育剂为辅料，添加少量的含铬化合物，加入到电炉中进行高温熔化，当铁水温度达到1500-1530℃时，利用氩气喷吹罐均匀的吹入纯净氩气10-15分钟，然后利用氩气均匀的吹入纳米变质剂粉体，静置5-10分钟后出炉，进行浇铸，浇铸时，加入球化剂，再经过热处理，即制得纳米变质铸件。该发明制备的纳米变质耐磨球墨铸铁具有良好的抗疲劳耐磨性能。中国发明专利《一种高硬度的耐磨球》(申请日2015.12.30，公开号CN105779900A，公开日2016.07.20)还公布了一种高硬度的耐磨球，所述的耐磨球中各化学成分及其重量百分比为：C2.0-3.0％、Si0.5-1.2％、Cu1.0-2.0％、Mn1.0-1.8％、S0.03-0.05％、P0.05-0.10％、Cr12-20％、W0.5-1.2％、稀土0.05-0.10％余量为Fe。该发明克服了现有技术的不足，提高了球磨机用高铬钢球的综合性能，并使得钢球具有高耐磨、高使用寿命的优点。中国发明专利《一种适于半自磨机使用的奥铁体球铁磨球及加工工艺》(申请日2016.04.06，公开号CN105734399A，公开日2016.07.06)还公开了一种适于半自磨机使用的奥铁体球铁磨球及其加工工艺。奥铁体球铁磨球，包括以下质量百分比的组份：碳3.2％-3.9％，硅2.30％-2.93％，锰0.96％-2.80％，铬0.21％-0.90％，铜0.11％-0.60％，钼0.10％-0.80％，钒0.10％-0.68％，钛0.10％-0.78％，铌0.01％-0.09％，0≤磷＜0.05％，0≤硫＜0.03％、镁0.03％-0.05％、稀土元素0.02％-0.03％，余量为铁。加工时，首先铸造成型，制成铸态磨球，其次将铸态磨球经热处理工艺制成奥铁体球铁磨球。

但是，目前国内外开发的各种磨球普遍存在以下问题，性能好的磨球，其制造成本高，推广应用较困难；制造成本低的磨球，其性能差，特别是磨球的质量稳定性低，球耗高，用户不满意。

发明内容

本发明的目的是提供一种多元合金铸铁磨球的制备方法，解决了现有磨球成本高、性能差、稳定性低、球耗高的问题。

本发明的另一目的是提供上述多元合金铸铁磨球。

本发明所采用的技术方案是，一种多元合金铸铁磨球的制备方法，按照质量分数将87.3～88.7％的40Cr钢屑、3.0～3.5％的硅铁、3.0～3.5％的含氮锰铁、4.5～4.8％增碳剂、0.18～0.20％的金属铝和0.5～0.8％的硅钙钡合金采用电炉熔炼冶炼而成。

本发明的特点还在于，

具体按以下步骤实施：

步骤1，按照质量分数称取：87.3～88.7％的40Cr钢屑、3.0～3.5％的硅铁、3.0～3.5％的含氮锰铁、4.5～4.8％增碳剂、0.18～0.20％的金属铝和0.5～0.8％的硅钙钡合金，以上组分质量分数之和为100％；

步骤2，将40Cr钢屑、硅铁、含氮锰铁、增碳剂在电炉内混合加热熔化，当铁水温度升至1560～1585℃时，依次加入0.5～0.8％的硅钙钡合金和0.18～0.20％的金属铝，保温3.0～4.5分钟后出炉到浇包，并在铁水出炉过程中，随铁水流加入多元合金孕育剂，多元合金孕育剂加入量占进入浇包内铁水质量分数的0.80～0.95％，浇包底部预先放置了颗粒尺寸为14～18mm的多元铜合金颗粒，多元铜合金颗粒加入量占进入浇包内铁水质量分数的0.98～1.15％；

步骤3，当铁水温度降至1395～1425℃时浇入铸型，铁水浇注1～3小时后开箱空冷，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺，得到铸态磨球；

步骤4，将铸态磨球重新随炉加热至920～950℃，保温2～3h后，喷水冷却，当磨球表面温度降至390～450℃时，停止喷水，并将磨球放入已经加热至温度为290～350℃炉中保温6～8h后，出炉空冷至室温，即可获得多元合金铸铁磨球。

步骤1中40Cr钢屑的化学成分质量分数为：0.37～0.45％C，0.17～0.37％Si，0.5～0.8％Mn，0.8～1.1％Cr，＜0.035％S，＜0.035％P，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％。

步骤1中硅铁的化学成分质量分数为：74.0～80.0％Si，＜0.5％Al，＜1.0％Ca，＜0.4％Mn，＜0.3％Cr，＜0.035％P，＜0.020％S，＜0.10％C，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％。

步骤1中含氮锰铁的化学成分质量分数为：80～84％Mn，0.1～0.5％C，＜2.0％Si，＜0.15％P，＜0.030％S，1.9～2.4％N，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％。

步骤1中增碳剂的化学组成质量分数为：固定碳≥98.5％，灰分≤0.8％，挥发分≤0.5％，水分≤0.5％，S≤0.02％。

步骤1中硅钙钡合金的化学成分质量分数为：40～45％Si，10～12％Ca，10～12％Ba，≤0.8％C，≤0.04％P，≤0.06％S，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％。

步骤2中多元合金孕育剂的化学成分质量分数为：68～72％Si，2.0～2.4％Sr，1.6～1.9％Ce，1.4～1.8％Ca，2.6～3.1％Ba，＜0.6％Mn，＜0.02％S，＜0.03％P，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％。

步骤2中多元铜合金颗粒的化学成分质量分数为：25～28％Mg，3.5～4.8％Ce，10.0～11.5％Ti，余量为Cu和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％。

本发明的另一技术方案是，采用上述方法制备得到的多元合金铸铁磨球。

本发明的有益效果是，本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本发明磨球以40Cr钢屑为原料为主要原料，不含价格昂贵的镍、钼、钒等合金元素，生产成本低廉；

(2)本发明磨球经合金钢钢屑和硅铁、含氮锰铁进行合金化处理，具有硬度高，硬度差小等特点，生产直径130mm磨球，磨球表面硬度达到58HRC以上，磨球冲击韧性达到12J/cm²以上。

(3)本发明磨球具有加工硬化效果，磨球使用后表面硬度提高3-5HRC，具有优异的耐磨性，本发明磨球用于研磨铁矿石、煤粉和水泥熟料，球耗比低铬铸铁磨球降低1.5倍以上。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种多元合金铸铁磨球的制备方法，按照质量分数将87.3～88.7％的40Cr钢屑、3.0～3.5％的硅铁、3.0～3.5％的含氮锰铁、4.5～4.8％增碳剂、0.18～0.20％的金属铝和0.5～0.8％的硅钙钡合金采用电炉熔炼冶炼而成，具体按以下步骤实施：

步骤1，按照质量分数称取：87.3～88.7％的40Cr钢屑、3.0～3.5％的硅铁、3.0～3.5％的含氮锰铁、4.5～4.8％增碳剂、0.18～0.20％的金属铝和0.5～0.8％的硅钙钡合金，以上组分质量分数之和为100％；

步骤2，将40Cr钢屑、硅铁、含氮锰铁、增碳剂在电炉内混合加热熔化，当铁水温度升至1560～1585℃时，依次加入硅钙钡合金和金属铝，保温3.0～4.5分钟后出炉到浇包，并在铁水出炉过程中，随铁水流加入多元合金孕育剂，多元合金孕育剂加入量占进入浇包内铁水质量分数的0.80～0.95％，浇包底部预先放置了颗粒尺寸为14～18mm的多元铜合金颗粒，多元铜合金颗粒加入量占进入浇包内铁水质量分数的0.98～1.15％；

步骤3，当铁水温度降至1395～1425℃时浇入铸型，铁水浇注1～3小时后开箱空冷，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺，得到铸态磨球；

步骤4，将铸态磨球重新随炉加热至920～950℃，保温2～3h后，喷水冷却，当磨球表面温度降至390～450℃时，停止喷水，并将磨球放入已经加热至温度为290～350℃炉中保温6～8h后，出炉空冷至室温，即可获得多元合金铸铁磨球。

步骤1中40Cr钢屑的化学成分质量分数为：0.37～0.45％C，0.17～0.37％Si，0.5～0.8％Mn，0.8～1.1％Cr，＜0.035％S，＜0.035％P，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％。

步骤1中硅铁的化学成分质量分数为：74.0～80.0％Si，＜0.5％Al，＜1.0％Ca，＜0.4％Mn，＜0.3％Cr，＜0.035％P，＜0.020％S，＜0.10％C，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％。

步骤1中含氮锰铁的化学成分质量分数为：80～84％Mn，0.1～0.5％C，＜2.0％Si，＜0.15％P，＜0.030％S，1.9～2.4％N，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％。

步骤1中增碳剂的化学组成质量分数为：固定碳≥98.5％，灰分≤0.8％，挥发分≤0.5％，水分≤0.5％，S≤0.02％。

步骤1中硅钙钡合金的化学成分质量分数为：40～45％Si，10～12％Ca，10～12％Ba，≤0.8％C，≤0.04％P，≤0.06％S，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％。

步骤2中多元合金孕育剂的化学成分质量分数为：68～72％Si，2.0～2.4％Sr，1.6～1.9％Ce，1.4～1.8％Ca，2.6～3.1％Ba，＜0.6％Mn，＜0.02％S，＜0.03％P，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％。

步骤2中多元铜合金颗粒的化学成分质量分数为：25～28％Mg，3.5～4.8％Ce，10.0～11.5％Ti，余量为Cu和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％。

本发明多元合金铸铁磨球，为了降低生产成本，主要以40Cr钢屑为原料，40Cr钢屑中油污多，污染严重，因此本发明材料中，加入3.0～3.5％的硅铁和3.0～3.5％的含氮锰铁，进行预脱氧和合金化。先将质量分数87.3～88.7％的40Cr钢屑、3.0～3.5％的硅铁、3.0～3.5％的含氮锰铁、4.5～4.8％增碳剂在电炉内混合加热熔化，当铁水温度升至1560～1585℃时，依次加入0.5～0.8％的硅钙钡合金和0.18～0.20％的金属铝，进行进一步的脱氧、脱硫，保温3.0～4.5分钟后出炉到浇包。本发明在铁水出炉过程中，随铁水流加入多元合金孕育剂，多元合金孕育剂的化学成分质量分数为：68～72％Si，2.0～2.4％Sr，1.6～1.9％Ce，1.4～1.8％Ca，2.6～3.1％Ba，＜0.6％Mn，＜0.02％S，＜0.03％P，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％，多元合金孕育剂加入量占进入浇包内铁水质量分数的0.80～0.95％。可以确保随后获得的磨球组织中石墨球细小，分布均匀。本发明还在浇包底部预先放置了颗粒尺寸为14～18mm的多元铜合金颗粒，多元铜合金颗粒的化学成分质量分数为：25～28％Mg，3.5～4.8％Ce，10.0～11.5％Ti，余量为Cu和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％多元铜合金颗粒加入量占进入浇包内铁水质量分数的0.98～1.15％，加入多元铜合金颗粒可以确保石墨的球化，铜还有提高磨球淬透性的作用，而多元铜合金颗粒中的钛和含氮锰铁中的氮，在高温下易生成高熔点的TiN颗粒，起凝固结晶核心的作用，有利于磨球组织的细化和碳化物的断网和孤立分布，大幅度提高磨球强韧性。本发明当铁水温度降至1395～1425℃时浇入铸型，铁水浇注1～3小时后开箱空冷，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺，得到铸态磨球。铸态磨球重新随炉加热至920～950℃，保温2～3h后，实现奥氏体化，随后喷水快速冷却，防止磨球心部珠光体的产生，当磨球表面温度降至390～450℃时，停止喷水，防止磨球淬火开裂和马氏体的形成。同时将磨球放入已经加热至温度为290～350℃炉中保温6～8h后，出炉空冷至室温，即可获得基体以贝氏体为主，含有少量残留奥氏体的多元合金铸铁磨球。

以下结合实施例对本发明做进一步详述，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

一种多元合金铸铁磨球，由质量分数88.3％的40Cr钢屑(40Cr钢屑的化学成分质量分数为：0.37％C，0.37％Si，0.51％Mn，1.08％Cr，0.033％S，0.032％P，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％)、3.0％的硅铁(硅铁的化学成分质量分数为：74.06％Si，0.37％Al，0.66％Ca，0.27％Mn，0.19％Cr，0.028％P，0.015％S，0.06％C，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％)、3.5％的含氮锰铁(含氮锰铁的化学成分质量分数为：80.66％Mn，0.33％C，1.42％Si，0.09％P，0.028％S，1.97％N，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％)、4.5％增碳剂(增碳剂的化学组成质量分数为：固定碳≥98.5％，灰分≤0.8％，挥发分≤0.5％，水分≤0.5％，S≤0.02％)、0.20％的金属铝和0.5％的硅钙钡合金(硅钙钡合金的化学成分质量分数为：40.87％Si，10.29％Ca，11.84％Ba，0.69％C，0.035％P，0.048％S，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％)冶炼而成，多元合金铸铁磨球用500公斤中频电炉熔炼，其制造工艺步骤包括如下：

①采质量分数88.3％的40Cr钢屑、3.0％的硅铁、3.5％的含氮锰铁、4.5％增碳剂、0.20％的金属铝和0.5％的硅钙钡合金配料；

②将质量分数88.3％的40Cr钢屑、3.0％的硅铁、3.5％的含氮锰铁、4.5％增碳剂在电炉内混合加热熔化，当铁水温度升至1562℃时，依次加入0.5％的硅钙钡合金和0.20％的金属铝，保温4.5分钟后出炉到浇包，并在铁水出炉过程中，随铁水流加入多元合金孕育剂(多元合金孕育剂的化学成分质量分数为：69.63％Si，2.17％Sr，1.81％Ce，1.62％Ca，2.87％Ba，0.36％Mn，0.017％S，0.022％P，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％)，多元合金孕育剂加入量占进入浇包内铁水质量分数的0.80％，浇包底部预先放置了颗粒尺寸为14～18mm的多元铜合金颗粒(多元铜合金颗粒的化学成分质量分数为：26.74％Mg，3.98％Ce，10.81％Ti，余量为Cu和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％)，多元铜合金颗粒加入量占进入浇包内铁水质量分数的1.15％；

③当铁水温度降至1396℃时浇入铸型，铁水浇注1小时后开箱空冷，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺，得到铸态磨球；

④铸态磨球重新随炉加热至920℃，保温3h后，喷水冷却，当磨球表面温度降至390～420℃时，停止喷水，并将磨球放入已经加热至温度为290℃炉中保温8h后，出炉空冷至室温，即可获得多元合金铸铁磨球，磨球力学性能见表1。

实施例2

一种多元合金铸铁磨球，由质量分数87.72％的40Cr钢屑(40Cr钢屑的化学成分质量分数为：0.45％C，0.17％Si，0.77％Mn，0.83％Cr，0.028％S，0.031％P，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％)、3.5％的硅铁(硅铁的化学成分质量分数为：79.64％Si，0.49％Al，0.85％Ca，0.16％Mn，0.27％Cr，0.034％P，0.017％S，0.08％C，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％)、3.0％的含氮锰铁(含氮锰铁的化学成分质量分数为：83.75％Mn，0.13％C，1.70％Si，0.13％P，0.027％S，2.39％N，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％)、4.8％增碳剂(增碳剂的化学组成质量分数为：固定碳≥98.5％，灰分≤0.8％，挥发分≤0.5％，水分≤0.5％，S≤0.02％)、0.18％的金属铝和0.8％的硅钙钡合金(硅钙钡合金的化学成分质量分数为：44.85％Si，11.92％Ca，10.07％Ba，0.62％C，0.037％P，0.051％S，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％)冶炼而成，多元合金铸铁磨球用1000公斤中频电炉熔炼，其制造工艺步骤包括如下：

①采质量分数87.72％的40Cr钢屑、3.5％的硅铁、3.0％的含氮锰铁、4.8％增碳剂、0.18％的金属铝和0.8％的硅钙钡合金配料；

②将质量分数87.72％的40Cr钢屑、3.5％的硅铁、3.0％的含氮锰铁、4.8％增碳剂在电炉内混合加热熔化，当铁水温度升至1585℃时，依次加入0.8％的硅钙钡合金和0.18％的金属铝，保温3.0分钟后出炉到浇包，并在铁水出炉过程中，随铁水流加入多元合金孕育剂(多元合金孕育剂的化学成分质量分数为：71.86％Si，2.39％Sr，1.61％Ce，1.80％Ca，2.62％Ba，0.57％Mn，0.017％S，0.020％P，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％)，多元合金孕育剂加入量占进入浇包内铁水质量分数的0.95％，浇包底部预先放置了颗粒尺寸为14～18mm的多元铜合金颗粒(多元铜合金颗粒的化学成分质量分数为：27.79％Mg，4.73％Ce，10.02％Ti，余量为Cu和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％)，多元铜合金颗粒加入量占进入浇包内铁水质量分数的0.98％；

③当铁水温度降至1425℃时浇入铸型，铁水浇注3小时后开箱空冷，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺，得到铸态磨球；

④铸态磨球重新随炉加热至950℃，保温2h后，喷水冷却，当磨球表面温度降至420～450℃时，停止喷水，并将磨球放入已经加热至温度为350℃炉中保温6h后，出炉空冷至室温，即可获得多元合金铸铁磨球，磨球力学性能见表1。

实施例3

一种多元合金铸铁磨球，由质量分数87.4％的40Cr钢屑(40Cr钢屑的化学成分质量分数为：0.41％C，0.24％Si，0.68％Mn，0.96％Cr，0.030％S，0.027％P，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％)、3.5％的硅铁(硅铁的化学成分质量分数为：76.81％Si，0.28％Al，0.83％Ca，0.29％Mn，0.25％Cr，0.034％P，0.010％S，0.07％C，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％)、3.5％的含氮锰铁(含氮锰铁的化学成分质量分数为：82.67％Mn，0.47％C，0.92％Si，0.11％P，0.019％S，2.25％N，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％)、4.7％增碳剂(增碳剂的化学组成质量分数为：固定碳≥98.5％，灰分≤0.8％，挥发分≤0.5％，水分≤0.5％，S≤0.02％)、0.20％的金属铝和0.7％的硅钙钡合金(硅钙钡合金的化学成分质量分数为：42.74％Si，10.97％Ca，10.88％Ba，0.71％C，0.028％P，0.045％S，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％)冶炼而成，多元合金铸铁磨球用1500公斤中频电炉熔炼，其制造工艺步骤包括如下：

①采质量分数87.4％的40Cr钢屑、3.5％的硅铁、3.5％的含氮锰铁、4.7％增碳剂、0.20％的金属铝和0.7％的硅钙钡合金配料；

②将质量分数87.4％的40Cr钢屑、3.5％的硅铁、3.5％的含氮锰铁、4.7％增碳剂在电炉内混合加热熔化，当铁水温度升至1572℃时，依次加入0.7％的硅钙钡合金和0.20％的金属铝，保温4.0分钟后出炉到浇包，并在铁水出炉过程中，随铁水流加入多元合金孕育剂(多元合金孕育剂的化学成分质量分数为：68.15％Si，2.06％Sr，1.89％Ce，1.40％Ca，3.10％Ba，0.38％Mn，0.017％S，0.026％P，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％)，多元合金孕育剂加入量占进入浇包内铁水质量分数的0.90％，浇包底部预先放置了颗粒尺寸为14～18mm的多元铜合金颗粒(多元铜合金颗粒的化学成分质量分数为：25.15％Mg，3.50％Ce，11.43％Ti，余量为Cu和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％)，多元铜合金颗粒加入量占进入浇包内铁水质量分数的1.00％；

③当铁水温度降至1416℃时浇入铸型，铁水浇注2小时后开箱空冷，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺，得到铸态磨球；

④铸态磨球重新随炉加热至940℃，保温2.5h后，喷水冷却，当磨球表面温度降至400～430℃时，停止喷水，并将磨球放入已经加热至温度为320℃炉中保温7h后，出炉空冷至室温，即可获得多元合金铸铁磨球，磨球力学性能见表1。

表1Φ130mm磨球力学性能

从上表中可以看出，本发明多元合金铸铁磨球具有较高的硬度和较好的强韧性，直径130mm磨球，磨球表面硬度达到58HRC以上，心部硬度达到56HRC以上，磨球冲击韧性达到12J/cm²，抗弯强度达到950MPa以上。

本发明磨球以40Cr钢屑为原料为主要原料，不含价格昂贵的镍、钼、钒等合金元素，生产成本低廉。本发明磨球已在冶金矿山、火力发电和水泥行业进行工业应用，用于研磨铁矿石、金矿石、铜矿石、煤粉和水泥熟料，本发明磨球强度高，韧性好，硬度高，且表面和心部硬度落差小，本发明磨球具有加工硬化效果，磨球使用后表面硬度提高3-5HRC，具有优异的耐磨性。本发明磨球使用过程中无碎球现象出现，在相同使用条件下，其球耗比低铬铸铁磨球降低1.5倍以上。本发明利用中频电炉熔炼多元合金铸铁，大量利用40Cr钢屑再生资源，不仅使得多元合金铸铁磨球质量提高，性能更加稳定，而且减少了对环境的污染。推广应用本发明磨球，具有显著的经济和社会效益。

Claims (2)

1.一种多元合金铸铁磨球的制备方法，其特征在于，按照质量分数将87.3～88.7％的40Cr钢屑、3.0～3.5％的硅铁、3.0～3.5％的含氮锰铁、4.5～4.8％增碳剂、0.18～0.20％的金属铝和0.5～0.8％的硅钙钡合金采用电炉熔炼冶炼而成；

具体按以下步骤实施：

步骤1，按照质量分数称取：87.3～88.7％的40Cr钢屑、3.0～3.5％的硅铁、3.0～3.5％的含氮锰铁、4.5～4.8％增碳剂、0.18～0.20％的金属铝和0.5～0.8％的硅钙钡合金，以上组分质量分数之和为100％；

所述40Cr钢屑的化学成分质量分数为：0.37～0.45％C，0.17～0.37％Si，0.5～0.8％Mn，0.8～1.1％Cr，＜0.035％S，＜0.035％P，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％；

所述硅铁的化学成分质量分数为：74.0～80.0％Si，＜0.5％Al，＜1.0％Ca，＜0.4％Mn，＜0.3％Cr，＜0.035％P，＜0.020％S，＜0.10％C，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％；

所述含氮锰铁的化学成分质量分数为：80～84％Mn，0.1～0.5％C，＜2.0％Si，＜0.15％P，＜0.030％S，1.9～2.4％N，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％；

所述增碳剂的化学组成质量分数为：固定碳≥98.5％，灰分≤0.8％，挥发分≤0.5％，水分≤0.5％，S≤0.02％；

所述硅钙钡合金的化学成分质量分数为：40～45％Si，10～12％Ca，10～12％Ba，≤0.8％C，≤0.04％P，≤0.06％S，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％；

步骤2，将40Cr钢屑、硅铁、含氮锰铁、增碳剂在电炉内混合加热熔化，当铁水温度升至1560～1585℃时，依次加入0.5～0.8％的硅钙钡合金和0.18～0.20％的金属铝，保温3.0～4.5分钟后出炉到浇包，并在铁水出炉过程中，随铁水流加入多元合金孕育剂，多元合金孕育剂加入量占进入浇包内铁水质量分数的0.80～0.95％，浇包底部预先放置了颗粒尺寸为14～18mm的多元铜合金颗粒，多元铜合金颗粒加入量占进入浇包内铁水质量分数的0.98～1.15％；

所述多元合金孕育剂的化学成分质量分数为：68～72％Si，2.0～2.4％Sr，1.6～1.9％Ce，1.4～1.8％Ca，2.6～3.1％Ba，＜0.6％Mn，＜0.02％S，＜0.03％P，余量为Fe和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％；

所述多元铜合金颗粒的化学成分质量分数为：25～28％Mg，3.5～4.8％Ce，10.0～11.5％Ti，余量为Cu和其它不可避免杂质，各元素的总和为100％；

步骤3，当铁水温度降至1395～1425℃时浇入铸型，铁水浇注1～3小时后开箱空冷，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺，得到铸态磨球；

步骤4，将铸态磨球重新随炉加热至920～950℃，保温2～3h后，喷水冷却，当磨球表面温度降至390～450℃时，停止喷水，并将磨球放入已经加热至温度为290～350℃炉中保温6～8h后，出炉空冷至室温，即可获得多元合金铸铁磨球。

2.根据权利要求1所述方法得到的多元合金铸铁磨球。