CN107739972A - 一种高铬中锰高韧性耐磨球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高铬中锰高韧性耐磨球的制备方法，涉及耐磨技术领域，包括以下步骤：在电炉内将原料加热熔化成铁水，调整铁水的化学组成及各元素的质量分数为：C 0.75‑1.25％、Si 2.35‑3.20％、Cr 10.60‑13.84％、Mn 4.36‑6.17％、Nb 0.23‑0.45％、V 0.04‑0.08％、Mo 0.06‑0.11％、Sc 0.02‑0.05％、P≤0.015％、S≤0.015％，经过球化和孕育处理后的铁水扒渣，经过变质处理后，将铁水浇注成铸件，铸件毛坯经过清砂、去浇冒口和飞边、毛刺处理后再经过热处理即可得到所述高铬中锰高韧性耐磨球，本发明具有工艺简单，制造成本低，易于实现工业化生产，制备的耐磨球力学性能优异，耐磨、耐热、耐腐蚀性好。

Description

一种高铬中锰高韧性耐磨球的制备方法
技术领域
本发明涉及耐磨技术领域，具体涉及一种高铬中锰高韧性耐磨球的制备方法。
背景技术
球磨机是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备。这种类型的磨矿机是在其筒体内装入一定数量的钢球作为研磨介质。它广泛应用于水泥，硅酸盐制品，新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑与有色金属选矿以及玻璃陶瓷等生产行业，对各种矿石和其它可磨性物料进行干式或湿式粉磨。球磨机适用于粉磨各种矿石及其它物料，被广泛用于选矿，建材及化工等行业。
磨损材料一般在相对应的工况条件下使用，由于使用环境的不同对其性能要求也不同。在干磨的条件下，耐磨材料的失效形式主要是磨料磨损引起的材料磨损、宏观断裂和磨损面变形，由此提出对耐磨材料的基本性能要求：(1)高的硬度，高硬度的基体可以抵抗磨粒对基体的微观切削作用，在一定程度上体现了材料的耐磨性；(2)较高的塑韧性、应变疲劳抗力、脆断抗力和剥层疲劳抗力，高的塑韧性可以减少或者抑制裂纹的萌生和扩展，特别是在高冲击作用的工况下具有优异的抗断裂破坏能力；(3)高的淬透性材料的淬透性高才能保证在大尺寸条件下材料整体组织均匀、性能稳定，耐磨性得予保证。
耐磨球作为球磨机中的磨砂介质，既要有高的耐磨性、硬度又要有好的韧性。但是，现存的耐磨球在耐热性、耐磨性、硬度和韧性方面性能欠佳，不能满足现在社会的要求。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高铬中锰高韧性耐磨球的制备方法，具有工艺简单，制造成本低，易于实现工业化生产，制备的耐磨球力学性能优异，耐磨、耐热、耐腐蚀性好。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种高铬中锰高韧性耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
(1)在电炉内将原料加热熔化成铁水，调整铁水的化学组成及各元素的质量分数为：C 0.75-1.25％、Si 2.35-3.20％、Cr 10.60-13.84％、Mn 4.36-6.17％、Nb 0.23-0.45％、V 0.04-0.08％、Mo 0.06-0.11％、Sc 0.02-0.05％、P≤0.015％、S≤0.015％，其余为铁和其他不可避免的杂质，当铁水温度升至1550-1570℃时，将铁水出炉至球化包，将球化剂分成两份，一份为A，另一份为B，A占所述球化剂总质量的30％，B占所述球化剂总质量的70％，将孕育剂分成两份，一份为C，另一份为D，C占所述孕育剂总质量的45％，D占所述孕育剂总质量的55％，将A与C预混合后放入球化包内的凹槽内并在上面加盖低碳薄钢板，铁水出炉时D以随流方式加入，对铁水进行随流孕育处理，铁水加入完全后再将B加入到球化包内；
(2)对经过球化和孕育处理后的铁水扒渣，将铁水温度降至1410-1425℃倒入浇注包内，预先在浇注包底部加入变质剂，所述变质剂占所述铁水总质量的0.08-0.25％，所述变质剂为钇基重稀土硅铁合金、镁铝合金和钒钛合金的混合物，将铁水温度降至1360-1390℃时，将铁水浇注成铸件，铸件毛坯经过清砂、去浇冒口和飞边、毛刺处理后再经过热处理即可得到所述高铬中锰高韧性耐磨球。
优选地，所述球化剂为稀土硅镁球化剂和镍镁球化剂的混合物，稀土硅镁球化剂和镍镁球化剂的质量比为1:3。
优选地，所述球化剂的用量占所述铁水总重量的0.4-0.8％。
优选地，所述孕育剂为稀土硅铁孕育剂和含钡硅铁孕育剂的混合物，所述稀土硅铁孕育剂和所述含钡硅铁孕育剂的比例为1:5。
优选地，所述孕育剂的用量占所述铁水总重量的0.33-0.46％。
优选地，所述含钡硅铁中钡含量为3-7％。
优选地，所述钇基重稀土硅铁合金、镁铝合金和钒钛合金的重量比为2:3:5。
优选地，先升温至780-850℃，保温1h后，再升温至940-1030℃，保温1.5h后，空冷至室温，再升温至550-650℃，保温0.5h后空冷出炉。
(三)有益效果
本发明提供了一种高铬中锰高韧性耐磨球的制备方法，具有以下
有益效果：
(1)工艺简单，不需要高压和额外的惰性气体保护，易于实现工业化生产。
(2)采用本发明的球化剂和孕育剂以及加入方式，可以减少球化剂和孕育剂的用量，减少生产成本，而且得到的耐磨球的机械性能、耐磨性也有所提高。
(3)本发明耐磨球硬度高、力学性能优异，耐磨、耐热、耐腐蚀性好，使用寿命长。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种高铬中锰高韧性耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
(1)在电炉内将原料加热熔化成铁水，调整铁水的化学组成及各元素的质量分数为：C 1.15％、Si 2.83％、Cr 12.54％、Mn 5.68％、Nb 0.32％、V0.05％、Mo 0.08％、Sc0.03％、P≤0.015％、S≤0.015％，其余为铁和其他不可避免的杂质，当铁水温度升至1550-1570℃时，将铁水出炉至球化包，将球化剂分成两份，一份为A，另一份为B，A占球化剂总质量的30％，B占球化剂总质量的70％，将孕育剂分成两份，一份为C，另一份为D，C占孕育剂总质量的45％，D占孕育剂总质量的55％，将A与C预混合后放入球化包内的凹槽内并在上面加盖低碳薄钢板，铁水出炉时D以随流方式加入，对铁水进行随流孕育处理，铁水加入完全后再将B加入到球化包内；
(2)对经过球化和孕育处理后的铁水扒渣，将铁水温度降至1415℃倒入浇注包内，预先在浇注包底部加入变质剂，变质剂占铁水总质量的0.17％，变质剂为钇基重稀土硅铁合金、镁铝合金和钒钛合金的混合物，钇基重稀土硅铁合金、镁铝合金和钒钛合金的重量比为2:3:5，将铁水温度降至1380℃时，将铁水浇注成铸件，铸件毛坯经过清砂、去浇冒口和飞边、毛刺处理后再经过热处理即可得到高铬中锰高韧性耐磨球。
其中，球化剂为稀土硅镁球化剂和镍镁球化剂的混合物，稀土硅镁球化剂和镍镁球化剂的质量比为1:3，球化剂的用量占铁水总重量的0.52％。
其中，孕育剂为稀土硅铁孕育剂和含钡硅铁孕育剂的混合物，稀土硅铁孕育剂和含钡硅铁孕育剂的比例为1:5，孕育剂的用量占铁水总重量的0.38％，含钡硅铁中钡含量为3％。
其中，热处理工艺为：先升温至820℃，保温1h后，再升温至990℃，保温1.5h后，保温1.5h后，空冷至室温，再升温至600℃，保温0.5h后空冷出炉。
实施例2：
一种高铬中锰高韧性耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
(1)在电炉内将原料加热熔化成铁水，调整铁水的化学组成及各元素的质量分数为：C 0.88％、Si 3.00％、Cr 11.15％、Mn 4.86％、Nb 0.32％、V 0.06％、Mo 0.10％、Sc0.04％、P≤0.015％、S≤0.015％，其余为铁和其他不可避免的杂质，当铁水温度升至1550-1570℃时，将铁水出炉至球化包，将球化剂分成两份，一份为A，另一份为B，A占球化剂总质量的30％，B占球化剂总质量的70％，将孕育剂分成两份，一份为C，另一份为D，C占孕育剂总质量的45％，D占孕育剂总质量的55％，将A与C预混合后放入球化包内的凹槽内并在上面加盖低碳薄钢板，铁水出炉时D以随流方式加入，对铁水进行随流孕育处理，铁水加入完全后再将B加入到球化包内；
(2)对经过球化和孕育处理后的铁水扒渣，将铁水温度降至1415℃倒入浇注包内，预先在浇注包底部加入变质剂，变质剂占铁水总质量的0.20％，变质剂为钇基重稀土硅铁合金、镁铝合金和钒钛合金的混合物，钇基重稀土硅铁合金、镁铝合金和钒钛合金的重量比为2:3:5，将铁水温度降至1390℃时，将铁水浇注成铸件，铸件毛坯经过清砂、去浇冒口和飞边、毛刺处理后再经过热处理即可得到高铬中锰高韧性耐磨球。
其中，球化剂为稀土硅镁球化剂和镍镁球化剂的混合物，稀土硅镁球化剂和镍镁球化剂的质量比为1:3，球化剂的用量占铁水总重量的0.8％。
其中，孕育剂为稀土硅铁孕育剂和含钡硅铁孕育剂的混合物，稀土硅铁孕育剂和含钡硅铁孕育剂的比例为1:5，孕育剂的用量占铁水总重量的0.35％，含钡硅铁中钡含量为5％。
其中，热处理工艺为：先升温至800℃，保温1h后，再升温至980℃，保温1.5h后，空冷至室温，再升温至620℃，保温0.5h后空冷出炉。
实施例3：
一种高铬中锰高韧性耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
(1)在电炉内将原料加热熔化成铁水，调整铁水的化学组成及各元素的质量分数为：C 0.75％、Si 2.35％、Cr 10.60％、Mn 4.36％、Nb 0.23％、V 0.04％、Mo 0.06％、Sc0.02％、P≤0.015％、S≤0.015％，其余为铁和其他不可避免的杂质，当铁水温度升至1550-1570℃时，将铁水出炉至球化包，将球化剂分成两份，一份为A，另一份为B，A占球化剂总质量的30％，B占球化剂总质量的70％，将孕育剂分成两份，一份为C，另一份为D，C占孕育剂总质量的45％，D占孕育剂总质量的55％，将A与C预混合后放入球化包内的凹槽内并在上面加盖低碳薄钢板，铁水出炉时D以随流方式加入，对铁水进行随流孕育处理，铁水加入完全后再将B加入到球化包内；
(2)对经过球化和孕育处理后的铁水扒渣，将铁水温度降至1410℃倒入浇注包内，预先在浇注包底部加入变质剂，变质剂占铁水总质量的0.08％，变质剂为钇基重稀土硅铁合金、镁铝合金和钒钛合金的混合物，钇基重稀土硅铁合金、镁铝合金和钒钛合金的重量比为2:3:5，将铁水温度降至1360℃时，将铁水浇注成铸件，铸件毛坯经过清砂、去浇冒口和飞边、毛刺处理后再经过热处理即可得到高铬中锰高韧性耐磨球。
其中，球化剂为稀土硅镁球化剂和镍镁球化剂的混合物，稀土硅镁球化剂和镍镁球化剂的质量比为1:3，球化剂的用量占铁水总重量的0.4％。
其中，孕育剂为稀土硅铁孕育剂和含钡硅铁孕育剂的混合物，稀土硅铁孕育剂和含钡硅铁孕育剂的比例为1:5，孕育剂的用量占铁水总重量的0.33％，含钡硅铁中钡含量为3％。
其中，热处理工艺为：先升温至780℃，保温1h后，再升温至940℃，保温1.5h后，空冷至室温，再升温至550℃，保温0.5h后空冷出炉。
实施例4：
一种高铬中锰高韧性耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
(1)在电炉内将原料加热熔化成铁水，调整铁水的化学组成及各元素的质量分数为：C 1.25％、Si 3.20％、Cr 13.84％、Mn 6.17％、Nb 0.45％、V 0.08％、Mo 0.11％、Sc0.05％、P≤0.015％、S≤0.015％，其余为铁和其他不可避免的杂质，当铁水温度升至1550-1570℃时，将铁水出炉至球化包，将球化剂分成两份，一份为A，另一份为B，A占球化剂总质量的30％，B占球化剂总质量的70％，将孕育剂分成两份，一份为C，另一份为D，C占孕育剂总质量的45％，D占孕育剂总质量的55％，将A与C预混合后放入球化包内的凹槽内并在上面加盖低碳薄钢板，铁水出炉时D以随流方式加入，对铁水进行随流孕育处理，铁水加入完全后再将B加入到球化包内；
(2)对经过球化和孕育处理后的铁水扒渣，将铁水温度降至1425℃倒入浇注包内，预先在浇注包底部加入变质剂，变质剂占铁水总质量的0.25％，变质剂为钇基重稀土硅铁合金、镁铝合金和钒钛合金的混合物，钇基重稀土硅铁合金、镁铝合金和钒钛合金的重量比为2:3:5，将铁水温度降至1390℃时，将铁水浇注成铸件，铸件毛坯经过清砂、去浇冒口和飞边、毛刺处理后再经过热处理即可得到高铬中锰高韧性耐磨球。
其中，球化剂为稀土硅镁球化剂和镍镁球化剂的混合物，稀土硅镁球化剂和镍镁球化剂的质量比为1:3，球化剂的用量占铁水总重量的0.8％。
其中，孕育剂为稀土硅铁孕育剂和含钡硅铁孕育剂的混合物，稀土硅铁孕育剂和含钡硅铁孕育剂的比例为1:5，孕育剂的用量占铁水总重量的0.46％，含钡硅铁中钡含量为7％。
其中，热处理工艺为：先升温至850℃，保温1h后，再升温至1030℃，保温1.5h后，空冷至室温，再升温至650℃，保温0.5h后空冷出炉。
实施例5：
一种高铬中锰高韧性耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
(1)在电炉内将原料加热熔化成铁水，调整铁水的化学组成及各元素的质量分数为：C 1.25％、Si 2.35％、Cr 13.84％、Mn 5.50％、Nb 0.23％、V 0.08％、Mo 0.07％、Sc0.02％、P≤0.015％、S≤0.015％，其余为铁和其他不可避免的杂质，当铁水温度升至1550-1570℃时，将铁水出炉至球化包，将球化剂分成两份，一份为A，另一份为B，A占球化剂总质量的30％，B占球化剂总质量的70％，将孕育剂分成两份，一份为C，另一份为D，C占孕育剂总质量的45％，D占孕育剂总质量的55％，将A与C预混合后放入球化包内的凹槽内并在上面加盖低碳薄钢板，铁水出炉时D以随流方式加入，对铁水进行随流孕育处理，铁水加入完全后再将B加入到球化包内；
(2)对经过球化和孕育处理后的铁水扒渣，将铁水温度降至1425℃倒入浇注包内，预先在浇注包底部加入变质剂，变质剂占铁水总质量的0.18％，变质剂为钇基重稀土硅铁合金、镁铝合金和钒钛合金的混合物，钇基重稀土硅铁合金、镁铝合金和钒钛合金的重量比为2:3:5，将铁水温度降至1360℃时，将铁水浇注成铸件，铸件毛坯经过清砂、去浇冒口和飞边、毛刺处理后再经过热处理即可得到高铬中锰高韧性耐磨球。
其中，球化剂为稀土硅镁球化剂和镍镁球化剂的混合物，稀土硅镁球化剂和镍镁球化剂的质量比为1:3，球化剂的用量占铁水总重量的0.4％。
其中，孕育剂为稀土硅铁孕育剂和含钡硅铁孕育剂的混合物，稀土硅铁孕育剂和含钡硅铁孕育剂的比例为1:5，孕育剂的用量占铁水总重量的0.46％，含钡硅铁中钡含量为3％。
其中，热处理工艺为：先升温至850℃，保温1h后，再升温至940℃，保温1.5h后，空冷至室温，再升温至650℃，保温0.5h后空冷出炉。
表1为本发明实施例1-4耐磨球的力学性能对比表：
表1
综上，本发明实施例具有如下有益效果：硬度高、韧性高、力学性能优异，使用寿命长。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种高铬中锰高韧性耐磨球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在电炉内将原料加热熔化成铁水，调整铁水的化学组成及各元素的质量分数为：C0.75-1.25％、Si 2.35-3.20％、Cr 10.60-13.84％、Mn 4.36-6.17％、Nb 0.23-0.45％、V0.04-0.08％、Mo 0.06-0.11％、Sc 0.02-0.05％、P≤0.015％、S≤0.015％，其余为铁和其他不可避免的杂质，当铁水温度升至1550-1570℃时，将铁水出炉至球化包，将球化剂分成两份，一份为A，另一份为B，A占所述球化剂总质量的30％，B占所述球化剂总质量的70％，将孕育剂分成两份，一份为C，另一份为D，C占所述孕育剂总质量的45％，D占所述孕育剂总质量的55％，将A与C预混合后放入球化包内的凹槽内并在上面加盖低碳薄钢板，铁水出炉时D以随流方式加入，对铁水进行随流孕育处理，铁水加入完全后再将B加入到球化包内；
(2)对经过球化和孕育处理后的铁水扒渣，将铁水温度降至1410-1425℃倒入浇注包内，预先在浇注包底部加入变质剂，所述变质剂占所述铁水总质量的0.08-0.25％，所述变质剂为钇基重稀土硅铁合金、镁铝合金和钒钛合金的混合物，将铁水温度降至1360-1390℃时，将铁水浇注成铸件，铸件毛坯经过清砂、去浇冒口和飞边、毛刺处理后再经过热处理即可得到所述高铬中锰高韧性耐磨球。
2.如权利要求1所述的高铬中锰高韧性耐磨球的制备方法，其特征在于，所述球化剂为稀土硅镁球化剂和镍镁球化剂的混合物，稀土硅镁球化剂和镍镁球化剂的质量比为1:3。
3.如权利要求1或2所述的高铬中锰高韧性耐磨球的制备方法，其特征在于，所述球化剂的用量占所述铁水总重量的0.4-0.8％。
4.如权利要求1所述的高铬中锰高韧性耐磨球的制备方法，其特征在于，所述孕育剂为稀土硅铁孕育剂和含钡硅铁孕育剂的混合物，所述稀土硅铁孕育剂和所述含钡硅铁孕育剂的比例为1:5。
5.如权利要求1或4所述的高铬中锰高韧性耐磨球的制备方法，其特征在于，所述孕育剂的用量占所述铁水总重量的0.33-0.46％。
6.如权利要求4所述的高铬中锰高韧性耐磨球的制备方法，其特征在于，所述含钡硅铁中钡含量为3-7％。
7.如权利要求1所述的高铬中锰高韧性耐磨球的制备方法，其特征在于，所述钇基重稀土硅铁合金、镁铝合金和钒钛合金的重量比为2:3:5。
8.如权利要求1所述的高铬中锰高韧性耐磨球的制备方法，其特征在于，所述热处理工艺为：先升温至780-850℃，保温1h后，再升温至940-1030℃，保温1.5h后，空冷至室温，再升温至550-650℃，保温0.5h后空冷出炉。
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