CN106868421A - 一种高铬抗裂耐磨钢球及其制备方法 - Google Patents

一种高铬抗裂耐磨钢球及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高铬抗裂耐磨钢球，其各组分的重量百分比如下：C：0.15‑0.25％，Si：1.5‑2％，Mn：1‑1.4％，Ni：0.05‑0.1％，Cr：13‑15％，Mo：0.15‑0.2％，Al：0.1‑0.2％，Cu：0.1‑0.3％，B：0.01‑0.02％，Ti：0.05‑0.07％，Nb：0.3‑0.5％，余料为Fe；其中，满足“2％＜Mn+9.7Ni+13.4Ti＜3.2％”的表达式。本发明还公开了上述高铬抗裂耐磨钢球的制备方法。本发明通过各元素相互作用，并配合限定合适的退火温度和时间，使得钢球在保持高硬度、高强度、耐腐蚀性能的同时，具有良好的韧性和抗冲击性，防止钢球破裂。

Description

一种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。耐磨钢球在使用过程中，通常会选用增加铬含量，来增加钢球的耐磨性、耐腐蚀性、硬度等性能，但是铬含量过高，会降低钢球的韧性，钢球易碎裂，降低钢球的使用寿命，因此提供需要一种高韧性、抗裂的耐磨钢球。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高铬抗裂耐磨钢球及其制备方法，本发明通过各元素相互作用，并配合限定合适的退火温度和时间，使得钢球中形成含量配比合适的奥氏体、马氏体、贝氏体、铁素体并均匀弥散，同时能细化晶粒，从而在保持高硬度、高强度、耐腐蚀性能的同时，具有良好的韧性和抗冲击性，防止钢球破裂。
本发明提出的一种高铬抗裂耐磨钢球，其各组分的重量百分比如下：C：0.15-0.25％，Si：1.5-2％，Mn：1-1.4％，Ni：0.05-0.1％，Cr：13-15％，Mo：0.15-0.2％，Al：0.1-0.2％，Cu：0.1-0.3％，B：0.01-0.02％，Ti：0.05-0.07％，Nb：0.3-0.5％，余料为Fe；
其中，满足“2％＜Mn+9.7Ni+13.4Ti＜3.2％”的表达式。
优选地，Mn、Cr、Cu、Nb的重量比为1.1-1.3：13.5-14.5：0.15-0.25：0.35-0.45。
优选地，其各组分的重量百分比如下：C：0.17-0.23％，Si：1.7-1.9％，Mn：1.1-1.3％，Ni：0.07-0.09％，Cr：13.5-14.5％，Mo：0.16-0.18％，Al：0.12-0.18％，Cu：0.15-0.25％，B：0.012-0.018％，Ti：0.055-0.065％，Nb：0.35-0.45％，余料为Fe。
优选地，其各组分的重量百分比如下：C：0.2％，Si：1.8％，Mn：1.2％，Ni：0.08％，Cr：14％，Mo：0.17％，Al：0.15％，Cu：0.2％，B：0.015％，Ti：0.06％，Nb：0.4％，余料为Fe。
本发明还提出了上述高铬抗裂耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：
S1、铸造：将废钢熔炼，加入碳、硅、锰、镍、铬、钼、铝、铜、硼、钛、铌精炼，出炉浇铸，空冷得到满足上述范围的球形铸件；
S2、热处理：取S1中得到的球形铸件，升温至1100-1300℃，保温3-4h，用水淬火后，冷却至室温，升温至T℃，一次退火60-90min，冷却至室温，再升温至580-620℃，二次退火60-90min，冷却至室温，然后升温至480-520℃，三次退火60-90min，冷却至室温得到高铬抗裂耐磨钢球，其中，T＝550+100×(450C+411Nb-2.9Cr)其中，C、Nb、Cr依次为碳、铌、铬在高铬抗裂耐磨钢球中的重量百分比。
优选地，在S2中，用水淬火后，以3-5℃/s的速度冷却至室温。
优选地，在S2中，在三次退火过程中，升温至480-520℃，盐浴退火60-90min。
上述盐浴退火是用熔融的无机盐作为保温介质的一种方法，是本领域常用技术手段。
本发明通过限定铬在较高含量，来增加本发明耐腐蚀性、硬度、强度；并通过限定2％＜Mn+9.7Ni+13.4Ti＜3.2％的关系式，使得Mn、Ni、Ti按合适含量相互配合，增加奥氏体的热变形激活能，增加奥氏体的稳定性，阻止奥氏体再结晶，并能细化晶粒，使钢球内部组织致密均一，从而大大增加本发明的韧性；Mn、Ni、Ti与C、Si、Cr、Al、Nb以合适比例配合，防止晶间腐蚀、抗氧化、耐腐蚀，Mn、Ni、Ti与Cu、B以合适比例配合，能进一步增加本发明的强度和韧性；淬火后，以适宜速度降温，可以得到合适配比的马氏体和贝氏体；通过限定T＝550+100×(450C+411Nb-2.9Cr)的关系式，升温至T进行一次退火，使得钢球中含有合适比例的马氏体、贝氏体和铁素体，并在Ti、Nb的作用下，促进铁素体的相变和纳米析出、缩小贝氏体尺寸，从而细化铁素体晶粒并形成大量纳米析出相，从而保持铁素体良好韧性的同时，大大增加了铁素体的硬度，并使贝氏体、铁素体、马氏体均匀弥散，从而大大增加本发明的冲击韧性、强度和硬度；同时在T温度下，促进C、Mn、Ni、Nb、Ti等元素固溶在奥氏体中，随着冷却至室温奥氏体转变成高合金含量的马氏体和贝氏体；接着二次退火，使得马氏体、贝氏体部分逆转化成奥氏体，并通过Nb、Ti，细化奥氏体晶粒，使得奥氏体均匀弥散在马氏体、贝氏体和铁素体中，增加钢球的冲击韧性；最后三次退火，在Mn、Ni、Ti的相互配合下，增加奥氏体的热变形激活能，增加奥氏体的稳定性，阻止奥氏体再结晶，进一步细化晶粒，阻止奥氏体向铁素体转变，从而达到高硬度、高强度和高韧性的平衡；在盐浴中进行三次退火，可以进一步细化晶粒，并能防止钢球表面被氧化和脱碳，增加钢球的耐腐蚀性能、硬度和强度。各元素相互作用，并配合限定合适的退火温度和时间，使得钢球中形成含量配比合适的奥氏体、马氏体、贝氏体、铁素体并均匀弥散，同时能细化晶粒，从而在保持高硬度、高强度、耐腐蚀性能的同时，具有良好的韧性和抗冲击性，防止钢球破裂。
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
一种高铬抗裂耐磨钢球，其各组分的重量百分比如下：C：0.2％，Si：1.8％，Mn：1.2％，Ni：0.08％，Cr：14％，Mo：0.17％，Al：0.15％，Cu：0.2％，B：0.015％，Ti：0.06％，Nb：0.4％，余料为Fe。
上述高铬抗裂耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：
S1、铸造：将废钢熔炼，加入碳、硅、锰、镍、铬、钼、铝、铜、硼、钛、铌精炼，出炉浇铸，空冷得到满足上述范围的球形铸件；
S2、热处理：取S1中得到的球形铸件，升温至1200℃，保温3.5h，用水淬火后，冷却至室温，升温至764℃，一次退火75min，冷却至室温，再升温至600℃，二次退火75min，冷却至室温，然后升温至500℃，三次退火75min，冷却至室温得到高铬抗裂耐磨钢球。
实施例2
一种高铬抗裂耐磨钢球，其各组分的重量百分比如下：C：0.15％，Si：2％，Mn：1％，Ni：0.1％，Cr：13％，Mo：0.2％，Al：0.1％，Cu：0.3％，B：0.01％，Ti：0.07％，Nb：0.3％，余料为Fe。
上述高铬抗裂耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：
S1、铸造：将废钢熔炼，加入碳、硅、锰、镍、铬、钼、铝、铜、硼、钛、铌精炼，出炉浇铸，空冷得到满足上述范围的球形铸件；
S2、热处理：取S1中得到的球形铸件，升温至1300℃，保温3h，用水淬火后，以5℃/s的速度冷却至室温，升温至703℃，一次退火60min，冷却至室温，再升温至620℃，二次退火60min，冷却至室温，然后升温至520℃，在盐浴中三次退火60min，冷却至室温得到高铬抗裂耐磨钢球。
实施例3
一种高铬抗裂耐磨钢球，其各组分的重量百分比如下：C：0.25％，Si：1.5％，Mn：1.4％，Ni：0.05％，Cr：15％，Mo：0.15％，Al：0.2％，Cu：0.1％，B：0.02％，Ti：0.05％，Nb：0.5％，余料为Fe。
上述高铬抗裂耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：
S1、铸造：将废钢熔炼，加入碳、硅、锰、镍、铬、钼、铝、铜、硼、钛、铌精炼，出炉浇铸，空冷得到满足上述范围的球形铸件；
S2、热处理：取S1中得到的球形铸件，升温至1100℃，保温4h，用水淬火后，以3℃/s的速度冷却至室温，升温至825℃，一次退火90min，冷却至室温，再升温至580℃，二次退火90min，冷却至室温，然后升温至480℃，在盐浴中三次退火90min，冷却至室温得到高铬抗裂耐磨钢球。
实施例4
一种高铬抗裂耐磨钢球，其各组分的重量百分比如下：C：0.17％，Si：1.9％，Mn：1.1％，Ni：0.09％，Cr：13.5％，Mo：0.18％，Al：0.12％，Cu：0.25％，B：0.012％，Ti：0.065％，Nb：0.35％，余料为Fe。
上述高铬抗裂耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：
S1、铸造：将废钢熔炼，加入碳、硅、锰、镍、铬、钼、铝、铜、硼、钛、铌精炼，出炉浇铸，空冷得到满足上述范围的球形铸件；
S2、热处理：取S1中得到的球形铸件，升温至1250℃，保温3.2h，用水淬火后，以4.5℃/s的速度冷却至室温，升温至731℃，一次退火70min，冷却至室温，再升温至610℃，二次退火70min，冷却至室温，然后升温至510℃，在盐浴中三次退火70min，冷却至室温得到高铬抗裂耐磨钢球。
实施例5
一种高铬抗裂耐磨钢球，其各组分的重量百分比如下：C：0.23％，Si：1.7％，Mn：1.3％，Ni：0.07％，Cr：14.5％，Mo：0.16％，Al：0.18％，Cu：0.15％，B：0.018％，Ti：0.055％，Nb：0.45％，余料为Fe。
上述高铬抗裂耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：
S1、铸造：将废钢熔炼，加入碳、硅、锰、镍、铬、钼、铝、铜、硼、钛、铌精炼，出炉浇铸，空冷得到满足上述范围的球形铸件；
S2、热处理：取S1中得到的球形铸件，升温至1150℃，保温3.8h，用水淬火后，以3.5℃/s的速度冷却至室温，升温至796℃，一次退火80min，冷却至室温，再升温至590℃，二次退火80min，冷却至室温，然后升温至490℃，在盐浴中三次退火80min，冷却至室温得到高铬抗裂耐磨钢球。
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 64 13 0.4
实施例2 63 13 0.5
实施例3 66 14 0.3
实施例4 65 13 0.4
实施例5 67 15 0.3
由上表可以看出，本发明硬度高，抗冲击性好，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 (7)

1.一种高铬抗裂耐磨钢球，其特征在于，其各组分的重量百分比如下：C：0.15-0.25％，Si：1.5-2％，Mn：1-1.4％，Ni：0.05-0.1％，Cr：13-15％，Mo：0.15-0.2％，Al：0.1-0.2％，Cu：0.1-0.3％，B：0.01-0.02％，Ti：0.05-0.07％，Nb：0.3-0.5％，余料为Fe；
其中，满足“2％＜Mn+9.7Ni+13.4Ti＜3.2％”的表达式。
2.根据权利要求1所述高铬抗裂耐磨钢球，其特征在于，Mn、Cr、Cu、Nb的重量比为1.1-1.3：13.5-14.5：0.15-0.25：0.35-0.45。
3.根据权利要求1或2所述高铬抗裂耐磨钢球，其特征在于，其各组分的重量百分比如下：C：0.17-0.23％，Si：1.7-1.9％，Mn：1.1-1.3％，Ni：0.07-0.09％，Cr：13.5-14.5％，Mo：0.16-0.18％，Al：0.12-0.18％，Cu：0.15-0.25％，B：0.012-0.018％，Ti：0.055-0.065％，Nb：0.35-0.45％，余料为Fe。
4.根据权利要求1-3任一项所述高铬抗裂耐磨钢球，其特征在于，其各组分的重量百分比如下：C：0.2％，Si：1.8％，Mn：1.2％，Ni：0.08％，Cr：14％，Mo：0.17％，Al：0.15％，Cu：0.2％，B：0.015％，Ti：0.06％，Nb：0.4％，余料为Fe。
5.一种如权利要求1-4任一项所述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、铸造：将废钢熔炼，加入碳、硅、锰、镍、铬、钼、铝、铜、硼、钛、铌精炼，出炉浇铸，空冷得到满足上述范围的球形铸件；
S2、热处理：取S1中得到的球形铸件，升温至1100-1300℃，保温3-4h，用水淬火后，冷却至室温，升温至T℃，一次退火60-90min，冷却至室温，再升温至580-620℃，二次退火60-90min，冷却至室温，然后升温至480-520℃，三次退火60-90min，冷却至室温得到高铬抗裂耐磨钢球，其中，T＝550+100×(450C+411Nb-2.9Cr)其中，C、Nb、Cr依次为碳、铌、铬在高铬抗裂耐磨钢球中的重量百分比。
6.根据权利要求5所述高铬抗裂耐磨钢球的制备方法，其特征在于，在S2中，用水淬火后，以3-5℃/s的速度冷却至室温。
7.根据权利要求5或6所述高铬抗裂耐磨钢球的制备方法，其特征在于，在S2中，在三次退火过程中，升温至480-520℃，盐浴退火60-90min。
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