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