CN106811688A - 一种中碳高铬抗裂耐磨钢球及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中碳高铬抗裂耐磨钢球，其各组分的重量百分比如下：C：0.25‑0.35％，Si：0.5‑0.7％，Mn：1.2‑1.3％，Ni：0.02‑0.04％，Cr：13‑15％，Mo：0.2‑0.3％，Al：0.1‑0.2％，B：0.02‑0.04％，Ti：0.02‑0.04％，V：0.04‑0.06％，W：0.01‑0.03％，La：0.01‑0.02％，余料为Fe及不可避免杂质；其中，满足“4.2％＜0.5Cr‑11.4Ni‑8.5W‑1.3Mn＜5.5％”的表达式。本发明还公开了上述中碳高铬抗裂耐磨钢球的制备方法。本发明耐磨性高，抗裂性好。

Description

一种中碳高铬抗裂耐磨钢球及其制备方法
技术领域
本发明涉及研磨机械技术领域，尤其涉及一种中碳高铬抗裂耐磨钢球及其制备方法。
背景技术
耐磨钢球已被广泛的应用于冶金、选矿、建材、化工、电力等工业生产中。耐磨钢球在研磨一些硬质物质时，特别容易被磨损，从而缩短耐磨钢球的使用寿命。目前，通常会增加铬、碳的含量来增加钢球的耐磨性能，但是，铬碳含量增高，会降低钢球的塑性、使其易裂、易碎，从而限制了耐磨钢球的应用。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种中碳高铬抗裂耐磨钢球及其制备方法，本发明通过各元素相互配合，并限定出炉浇铸后的降温温度、降温速度、升温温度和升温速度，达到细化残余奥氏体的目的，使得钢球内部和表面奥氏体晶粒细小、尺寸一致，再结合合适的热处理工艺，使得本发明在保持良好耐磨性的同时，具有良好的抗裂性能。
本发明提出的一种中碳高铬抗裂耐磨钢球，其各组分的重量百分比如下：C：0.25-0.35％，Si：0.5-0.7％，Mn：1.2-1.3％，Ni：0.02-0.04％，Cr：13-15％，Mo：0.2-0.3％，Al：0.1-0.2％，B：0.02-0.04％，Ti：0.02-0.04％，V：0.04-0.06％，W：0.01-0.03％，La：0.01-0.02％，余料为Fe及不可避免杂质；
其中，满足“4.2％＜0.5Cr-11.4Ni-8.5W-1.3Mn＜5.5％”的表达式。
优选地，其各组分的重量百分比如下：C：0.28-0.32％，Si：0.55-0.65％，Mn：1.22-1.28％，Ni：0.025-0.035％，Cr：13.5-14.5％，Mo：0.23-0.27％，Al：0.12-0.18％，B：0.025-0.035％，Ti：0.025-0.035％，V：0.045-0.055％，W：0.015-0.025％，La：0.013-0.017％，余料为Fe及不可避免杂质。
优选地，其各组分的重量百分比如下：C：0.3％，Si：0.6％，Mn：1.25％，Ni：0.03％，Cr：14％，Mo：0.25％，Al：0.15％，B：0.03％，Ti：0.03％，V：0.05％，W：0.02％，La：0.015％，余料为Fe及不可避免杂质。
本发明还提出了上述中碳高铬抗裂耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：
S1、将废钢熔炼，加入碳、硅、锰、镍、铬、钼、铝、硼、钛、钒、钨、镧精炼后，调节出炉浇铸温度为1430-1500℃，进行出炉浇铸，然后降温至1300-1330℃，保温30-60s，接着降温至T1℃得到满足上述范围的球形铸件，其中，T1＝491+100×(476Mo+267V+345La)，其中Mo、V、La依次为钼、钒、镧在中碳高铬抗裂耐磨钢球中的重量百分比；
S2、取S1中得到的球形铸件，升温至T2℃，保温3-5h，用水淬火，冷却至室温，升温至650-700℃，保温1-2h，降温至300-400℃，保温2-4h，空冷得到中碳高铬抗裂耐磨钢球，其中T2＝990+100×(880Ti+730V+476Al)，其中Ti、V、Al依次为钛、钒、铝在中碳高铬抗裂耐磨钢球中的重量百分比。
优选地，在S1中，以2.6-3℃/s的速度降温至1300-1330℃，保温30-60s，接着以5.3-5.7℃/s的速度降温至T1℃得到球形铸件。
优选地，在S2中，以3.2-3.6℃/s的速度升温至T2℃。
优选地，在S2中，淬火用水温度为40-60℃，淬火40-60s。
优选地，在S2中，淬火后以5-7℃/min的速度冷却至室温。
本发明通过限定高的碳、铬含量，来增加本发明硬度和耐磨性，；并通过限定4.2％＜0.5Cr-11.4Ni-8.5W-1.3Mn＜5.5％的关系式，使得C、Cr与Ni、Mn、W按合适含量相互配合，在保持钢球耐磨性的同时，增加钢球的塑性和韧性，从而增加本发明的抗裂性能；并且Cr、Ni、Ti、V、W元素相互配合，增加本发明的耐腐蚀性能，Mo、Ti、V、Al、La元素相互配合，细化奥氏体晶粒进一步增加本发明的强度和韧性，增加本发明的耐磨、抗裂性能；出炉浇铸后，选用合适的速度降温至1300-1330℃，使得钢球内部和钢球表面的奥氏体晶粒尺寸均一并保持较小晶粒；通过限定T1＝491+100×(476Mo+267V+345La)的关系式，并配以合适的降温速度，使得在钢球内部沿着奥氏体晶界形成先共析铁素体并均匀分布在奥氏体中，并通过Mo、V、La元素进一步细化奥氏体、铁素体，最后得到先共析铁素体和残余奥氏体均匀分布并配比合适的球形铸件；然后通过限定T2＝990+100×(880Ti+730V+476Al)的关系式，并配以合适的升温速度，使得先共析铁素体形成新的奥氏体，并与残余奥氏体均匀间隔分布，达到分割残余奥氏体晶粒，进一步细化残余奥氏体的效果，从而达到从钢球内部到表面细化残余奥氏体的目的，并能保持钢球表面和内部的奥氏体晶粒大小均一，从而大大增加了本发明的防裂和耐磨性能；并配合淬火和回火处理，进一步增加本发明的强度和韧性，增加本发明的抗裂性能；本发明通过各元素相互配合，并限定出炉浇铸后的降温温度、降温速度、升温温度和升温速度，达到细化残余奥氏体的目的，使得钢球内部和表面奥氏体晶粒细小、尺寸一致，再结合合适的热处理工艺，使得本发明在保持良好耐磨性的同时，具有良好的抗裂性能。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种中碳高铬抗裂耐磨钢球，C：0.3％，Si：0.6％，Mn：1.25％，Ni：0.03％，Cr：14％，Mo：0.25％，Al：0.15％，B：0.03％，Ti：0.03％，V：0.05％，W：0.02％，La：0.015％，余料为Fe及不可避免杂质。
上述中碳高铬抗裂耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：
S1、将废钢熔炼，加入碳、硅、锰、镍、铬、钼、铝、硼、钛、钒、钨、镧精炼后，调节出炉浇铸温度为1465℃，进行出炉浇铸，然后降温至1325℃，保温45s，接着降温至629℃得到满足上述范围的球形铸件；
S2、取S1中得到的球形铸件，升温至1124℃，保温4h，用水淬火，冷却至室温，升温至675℃，保温1.5h，降温至350℃，保温3h，空冷得到中碳高铬抗裂耐磨钢球。
实施例2
一种中碳高铬抗裂耐磨钢球，其各组分的重量百分比如下：C：0.25％，Si：0.7％，Mn：1.2％，Ni：0.04％，Cr：13％，Mo：0.3％，Al：0.1％，B：0.04％，Ti：0.02％，V：0.06％，W：0.01％，La：0.02％，余料为Fe及不可避免杂质。
上述中碳高铬抗裂耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：
S1、将废钢熔炼，加入碳、硅、锰、镍、铬、钼、铝、硼、钛、钒、钨、镧精炼后，调节出炉浇铸温度为1430℃，进行出炉浇铸，然后以3℃/s的速度降温至1300℃，保温60s，接着以5.3℃/s的速度降温至657℃得到满足上述范围的球形铸件；
S2、取S1中得到的球形铸件，以3.6℃/s的速度升温至1099℃，保温3h，用温度为60℃的水淬火40s，以7℃/min的速度冷却至室温，升温至650℃，保温2h，降温至300℃，保温4h，空冷得到中碳高铬抗裂耐磨钢球。
实施例3
一种中碳高铬抗裂耐磨钢球，其各组分的重量百分比如下：C：0.35％，Si：0.5％，Mn：1.3％，Ni：0.02％，Cr：15％，Mo：0.2％，Al：0.2％，B：0.02％，Ti：0.04％，V：0.04％，W：0.03％，La：0.01％，余料为Fe及不可避免杂质。
上述中碳高铬抗裂耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：
S1、将废钢熔炼，加入碳、硅、锰、镍、铬、钼、铝、硼、钛、钒、钨、镧精炼后，调节出炉浇铸温度为1500℃，进行出炉浇铸，然后以2.6℃/s的速度降温至1330℃，保温30s，接着以5.7℃/s的速度降温至600℃得到满足上述范围的球形铸件；
S2、取S1中得到的球形铸件，以3.2℃/s的速度升温至1150℃，保温5h，用温度为40℃的水淬火60s，以5℃/min的速度冷却至室温，升温至700℃，保温1h，降温至400℃，保温2h，空冷得到中碳高铬抗裂耐磨钢球。
实施例4
一种中碳高铬抗裂耐磨钢球，其各组分的重量百分比如下：C：0.28％，Si：0.65％，Mn：1.22％，Ni：0.035％，Cr：13.5％，Mo：0.27％，Al：0.12％，B：0.035％，Ti：0.025％，V：0.055％，W：0.015％，La：0.017％，余料为Fe及不可避免杂质。
上述中碳高铬抗裂耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：
S1、将废钢熔炼，加入碳、硅、锰、镍、铬、钼、铝、硼、钛、钒、钨、镧精炼后，调节出炉浇铸温度为1450℃，进行出炉浇铸，然后以2.9℃/s的速度降温至1310℃，保温50s，接着以5.4℃/s的速度降温至640℃得到满足上述范围的球形铸件；
S2、取S1中得到的球形铸件，以3.5℃/s的速度升温至1109℃，保温3.5h，用温度为55℃的水淬火45s，以6.5℃/min的速度冷却至室温，升温至670℃，保温1.8h，降温至330℃，保温3.5h，空冷得到中碳高铬抗裂耐磨钢球。
实施例5
一种中碳高铬抗裂耐磨钢球，其各组分的重量百分比如下：C：0.32％，Si：0.55％，Mn：1.28％，Ni：0.025％，Cr：14.5％，Mo：0.23％，Al：0.18％，B：0.025％，Ti：0.035％，V：0.045％，W：0.025％，La：0.013％，余料为Fe及不可避免杂质。
上述中碳高铬抗裂耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：
S1、将废钢熔炼，加入碳、硅、锰、镍、铬、钼、铝、硼、钛、钒、钨、镧精炼后，调节出炉浇铸温度为1480℃，进行出炉浇铸，然后以2.7℃/s的速度降温至1320℃，保温40s，接着以5.6℃/s的速度降温至617℃得到满足上述范围的球形铸件；
S2、取S1中得到的球形铸件，以3.3℃/s的速度升温至1139℃，保温4.5h，用温度为45℃的水淬火55s，以5.5℃/min的速度冷却至室温，升温至680℃，保温1.2h，降温至370℃，保温2.5h，空冷得到中碳高铬抗裂耐磨钢球。
对实施例1-5进行性能检测，结果如下：
项目 表面硬度HRC 磨球碎球率％
实施例1 62 15 0.3
实施例2 63 13 0.6
实施例3 64 14 0.4
实施例4 66 13 0.5
实施例5 67 15 0.3
由上表可以看出，本发明硬度高，耐磨性好，韧性好，抗裂性好。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种中碳高铬抗裂耐磨钢球，其特征在于，其各组分的重量百分比如下：C：0.25-0.35％，Si：0.5-0.7％，Mn：1.2-1.3％，Ni：0.02-0.04％，Cr：13-15％，Mo：0.2-0.3％，Al：0.1-0.2％，B：0.02-0.04％，Ti：0.02-0.04％，V：0.04-0.06％，W：0.01-0.03％，La：0.01-0.02％，余料为Fe及不可避免杂质；
其中，满足“4.2％＜0.5Cr-11.4Ni-8.5W-1.3Mn＜5.5％”的表达式。
2.根据权利要求1所述中碳高铬抗裂耐磨钢球，其特征在于，其各组分的重量百分比如下：C：0.28-0.32％，Si：0.55-0.65％，Mn：1.22-1.28％，Ni：0.025-0.035％，Cr：13.5-14.5％，Mo：0.23-0.27％，Al：0.12-0.18％，B：0.025-0.035％，Ti：0.025-0.035％，V：0.045-0.055％，W：0.015-0.025％，La：0.013-0.017％，余料为Fe及不可避免杂质。
3.根据权利要求1或2所述中碳高铬抗裂耐磨钢球，其特征在于，其各组分的重量百分比如下：C：0.3％，Si：0.6％，Mn：1.25％，Ni：0.03％，Cr：14％，Mo：0.25％，Al：0.15％，B：0.03％，Ti：0.03％，V：0.05％，W：0.02％，La：0.015％，余料为Fe及不可避免杂质。
4.一种如权利要求1-3任一项所述中碳高铬抗裂耐磨钢球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将废钢熔炼，加入碳、硅、锰、镍、铬、钼、铝、硼、钛、钒、钨、镧精炼后，调节出炉浇铸温度为1430-1500℃，进行出炉浇铸，然后降温至1300-1330℃，保温30-60s，接着降温至T1℃得到满足上述范围的球形铸件，其中，T1＝491+100×(476Mo+267V+345La)，其中Mo、V、La依次为钼、钒、镧在中碳高铬抗裂耐磨钢球中的重量百分比；
S2、取S1中得到的球形铸件，升温至T2℃，保温3-5h，用水淬火，冷却至室温，升温至650-700℃，保温1-2h，降温至300-400℃，保温2-4h，空冷得到中碳高铬抗裂耐磨钢球，其中T2＝990+100×(880Ti+730V+476Al)，其中Ti、V、Al依次为钛、钒、铝在中碳高铬抗裂耐磨钢球中的重量百分比。
5.根据权利要求4所述中碳高铬抗裂耐磨钢球的制备方法，其特征在于，在S1中，以2.6-3℃/s的速度降温至1300-1330℃，保温30-60s，接着以5.3-5.7℃/s的速度降温至T1℃得到球形铸件。
6.根据权利要求4或5所述中碳高铬抗裂耐磨钢球的制备方法，其特征在于，在S2中，以3.2-3.6℃/s的速度升温至T2℃。
7.根据权利要求4-6任一项所述中碳高铬抗裂耐磨钢球的制备方法，其特征在于，在S2中，淬火用水温度为40-60℃，淬火40-60s。
8.根据权利要求4-7任一项所述中碳高铬抗裂耐磨钢球的制备方法，其特征在于，在S2中，淬火后以5-7℃/min的速度冷却至室温。
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