CN107739973A - 一种高韧性耐腐蚀耐磨球及其生产工艺 - Google Patents

一种高韧性耐腐蚀耐磨球及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高韧性耐腐蚀耐磨球及其生产工艺，所述高韧性耐腐蚀耐磨球中各元素成分的质量百分比为：C：2.3‑2.9％，Si：1.1‑1.7％，Mn：1.2‑1.9％，Ni：2.5‑3.8％，Cr：4.5‑8％，Mo：0.4‑1.1％，V：0.2‑0.7％，Cu：0.1‑0.3％，Y：0.05‑0.2％，P：0.02‑0.04％，S：0.01‑0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质；其生产工艺主要包括原料熔炼、球化处理及孕育处理、热处理三大步骤；本发明通过合理配置各元素成分，配合优化的生产工艺，使所制得的耐磨球在具有高强度、高硬度的同时，具有优异的韧性以及耐腐蚀性。

Description

一种高韧性耐腐蚀耐磨球及其生产工艺
技术领域
本发明涉及耐磨球领域，具体涉及一种高韧性耐腐蚀耐磨球及其生产工艺。
背景技术
球磨机是工业生产中广泛使用的高细磨机械之一。球磨机钢球是球磨机设备研磨物料介质，通过球磨机钢球之间、钢球与物料之间的碰撞摩擦产生磨削作用，从而将物料的粒径进一步减小。
耐磨球作为一种磨损材料应该具有下列性质：(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。
但是现有的耐磨球在耐腐蚀性以及韧性上欠佳，不能满足现代社会对耐磨球的要求，因此对在钢球的成分以及生产工艺提出更高的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高韧性耐腐蚀耐磨球及其生产工艺，通过合理配置各元素成分，配合优化的生产工艺，使所制得的耐磨球在具有高强度、高硬度的同时，具有优异的韧性以及耐腐蚀性。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种高韧性耐腐蚀耐磨球，其各元素成分的质量百分比为：C：2.3-2.9％，Si：1.1-1.7％，Mn：1.2-1.9％，Ni：2.5-3.8％，Cr：4.5-8％，Mo：0.4-1.1％，V：0.2-0.7％，Cu：0.1-0.3％，Y：0.05-0.2％，P：0.02-0.04％，S：0.01-0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。
优选地，所述高韧性耐腐蚀耐磨球中各元素成分的质量百分比为：C：2.5％，Si：1.2％，Mn：1.7％，Ni：3.1％，Cr：6.5％，Mo：0.5％，V：0.5％，Cu：0.25％，Y：0.1％，P：0.03％，S：0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明上述高韧性耐腐蚀耐磨球的生产工艺，包括以下步骤：
(1)原料熔炼：将各原料加入中频感应电炉中进行熔炼，熔炼过程中使钢水温度为1580-1620℃，制得化学成分合格的钢液，然后进行静置扒渣处理；
(2)球化处理及孕育处理：将球化剂加入到球化包内，使用盖包法对钢液进行球化处理，完成球化处理后，再加入孕育剂进行型内孕育，钢液温度为1480-1500℃，孕育完成后进行浇注，得铸件；
(3)热处理：将浇注成型后的铸件在700-730℃下出壳后进行放入200-240℃的盐浴中，保温2-3h，然后水冷至室温；再将所得铸件先升温至910-930℃，保温3-4h，然后以11-16℃/min的速度降温至680-700℃，保温2-3h，然后放入200-240℃的盐浴中，保温1-2h，水冷至室温；将空冷后的铸件进行低温回火，即得所述高韧性耐腐蚀耐磨球。
优选地，所述球化剂为稀土镁合金球化剂。
优选地，所述孕育剂中各元素成分的质量百分比为：Si：30-45％，Ca：1.8-3％，Zr：2-3％，Mn：6-8％，Re：0.5-1％，余量为Fe。
优选地，所述球化剂的加入量为钢液总重量的1.3-1.5％；所述孕育剂的加入量为钢液总量的0.6-1.1％。
优选地，所述低温回火的温度为180-240℃。
本发明的有益效果是：
本发明在耐磨球中共同加入的Ni，可使耐磨球的强度以及塑性有效增强，并是耐磨球的韧性保持在较佳的水平，同时提高了耐磨球的耐腐蚀性。且加入的Ni同Cr、Mo协同作用，可使淬透性显著增强，并可使耐磨球具有很高的疲劳极限，并可进一步使耐腐蚀性更好。同时，加入的Cr可有效提高耐磨球的强度、耐磨性、耐疲劳性、抗氧化性以及淬透性。加入的V与C形成的弥散度高且十分稳定的VC，适量的V即利于脱氧、脱气，可得到致密细晶体组织，又可有效提高耐磨球的韧性以及强度。加入适量的Cu可提高耐磨球的可萃性以及淬透性，使耐磨球的耐腐蚀能力显著增强，而Cu与Ni形成熔点较高的Cu-Ni固溶体，可有效降低“铜脆”。
本发明在生产耐磨球时，合理设置加热温度、保温时间、冷却速率及方式，可有效提高耐磨球的韧性以及强度，同时硬度高，耐腐蚀性好。其中孕育剂中的Si、Zr、Re在1480-1500℃同时使用效果倍增，可延缓衰退时间，有效细化晶粒，孕育效果好，是产品的强度、耐冲击性能得到有效提高。本发明制得的耐磨球在具有高强度、高硬度的同时，具有优异的韧性以及耐腐蚀性。
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：
一种高韧性耐腐蚀耐磨球，其各元素成分的质量百分比为：C：2.5％，Si：1.2％，Mn：1.7％，Ni：3.1％，Cr：6.5％，Mo：0.5％，V：0.5％，Cu：0.25％，Y：0.1％，P：0.03％，S：0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。
上述高韧性耐腐蚀耐磨球的生产工艺：包括以下步骤：
(1)原料熔炼：将各原料加入中频感应电炉中进行熔炼，熔炼过程中使钢水温度为1600℃，制得化学成分合格的钢液，然后进行静置扒渣处理；
(2)球化处理及孕育处理：将钢液总重量1.5％的稀土镁合金球化剂加入到球化包内，使用盖包法对钢液进行球化处理，完成球化处理后，再加入钢液总量1％的孕育剂进行型内孕育，钢液温度为1500℃，孕育完成后进行浇注，得铸件；
所述孕育剂中各元素成分的质量百分比为：Si：40％，Ca：2％，Zr：2.5％，Mn：8％，Re：1％，余量为Fe。
(3)热处理：将浇注成型后的铸件在730℃下出壳后进行放入200℃的盐浴中，保温3h，然后水冷至室温；再将所得铸件先升温至920℃，保温4h，然后以15℃/min的速度降温至700℃，保温2-3h，然后放入240℃的盐浴中，保温2h，水冷至室温；将空冷后的铸件在200℃下进行低温回火，即得所述高韧性耐腐蚀耐磨球。
实施例2：
一种高韧性耐腐蚀耐磨球，其各元素成分的质量百分比为：C：2.9％，Si：1.1％，Mn：1.9％，Ni：3％，Cr：6％，Mo：1.1％，V：0.7％，Cu：0.1％，Y：0.2％，P：0.04％，S：0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。
上述高韧性耐腐蚀耐磨球的生产工艺：包括以下步骤：
(1)原料熔炼：将各原料加入中频感应电炉中进行熔炼，熔炼过程中使钢水温度为1580-1620℃，制得化学成分合格的钢液，然后进行静置扒渣处理；
(2)球化处理及孕育处理：将钢液总重量1.5％的稀土镁合金球化剂加入到球化包内，使用盖包法对钢液进行球化处理，完成球化处理后，再加入钢液总量0.8％的孕育剂进行型内孕育，钢液温度为1500℃，孕育完成后进行浇注，得铸件；
所述孕育剂中各元素成分的质量百分比为：Si：45％，Ca：3％，Zr：2％，Mn：8％，Re：0.8％，余量为Fe；
(3)热处理：将浇注成型后的铸件在730℃下出壳后进行放入240℃的盐浴中，保温3h，然后水冷至室温；再将所得铸件先升温至930℃，保温4h，然后以15℃/min的速度降温至700℃，保温3h，然后放入240℃的盐浴中，保温2h，水冷至室温；将空冷后的铸件在180℃下进行低温回火，即得所述高韧性耐腐蚀耐磨球。
实施例3：
一种高韧性耐腐蚀耐磨球，其各元素成分的质量百分比为：C：2.3％，Si：1.7％，Mn：1.5％，Ni：3.8％，Cr：4.5％，Mo：0.8％，V：0.2％，Cu：0.3％，Y：0.05％，P：0.02％，S：0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。
上述高韧性耐腐蚀耐磨球的生产工艺：包括以下步骤：
(1)原料熔炼：将各原料加入中频感应电炉中进行熔炼，熔炼过程中使钢水温度为1580-1620℃，制得化学成分合格的钢液，然后进行静置扒渣处理；
(2)球化处理及孕育处理：将钢液总重量1.45％的稀土镁合金球化剂加入到球化包内，使用盖包法对钢液进行球化处理，完成球化处理后，再加入钢液总量1.1％的孕育剂进行型内孕育，钢液温度为1500℃，孕育完成后进行浇注，得铸件；
所述孕育剂中各元素成分的质量百分比为：Si：30％，Ca：1.8％，Zr：3％，Mn：6％，Re：1％，余量为Fe。
(3)热处理：将浇注成型后的铸件在700℃下出壳后进行放入200℃的盐浴中，保温2h，然后水冷至室温；再将所得铸件先升温至910℃，保温3-4h，然后以11℃/min的速度降温至680℃，保温2h，然后放入200℃的盐浴中，保温1h，水冷至室温；将空冷后的铸件在200℃下进行低温回火，即得所述高韧性耐腐蚀耐磨球。
实施例4：
一种高韧性耐腐蚀耐磨球，其各元素成分的质量百分比为：C：2.5％，Si：1.5％，Mn：1.2％，Ni：2.5％，Cr：8％，Mo：0.4％，V：0.5％，Cu：0.2％，Y：0.05-0.2％，P：0.3％，S：0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。
上述高韧性耐腐蚀耐磨球的生产工艺：包括以下步骤：
(1)原料熔炼：将各原料加入中频感应电炉中进行熔炼，熔炼过程中使钢水温度为1580-1620℃，制得化学成分合格的钢液，然后进行静置扒渣处理；
(2)球化处理及孕育处理：将钢液总重量1.3％的稀土镁合金球化剂加入到球化包内，使用盖包法对钢液进行球化处理，完成球化处理后，再加入钢液总量0.6％的孕育剂进行型内孕育，钢液温度为1480℃，孕育完成后进行浇注，得铸件；
所述孕育剂中各元素成分的质量百分比为：Si：45％，Ca：2％，Zr：2.5％，Mn8％，Re：0.5％，余量为Fe。
(3)热处理：将浇注成型后的铸件在720℃下出壳后进行放入220℃的盐浴中，保温3h，然后水冷至室温；再将所得铸件先升温至930℃，保温4h，然后以16℃/min的速度降温至680℃，保温2h，然后放入200℃的盐浴中，保温2h，水冷至室温；将空冷后的铸件在240℃下进行低温回火，即得所述高韧性耐腐蚀耐磨球。
实施例5：
一种高韧性耐腐蚀耐磨球，其各元素成分的质量百分比为：C：2.9％，Si：1.1％，Mn：1.9％，Ni：3.8％，Cr：8％，Mo：1.1％，V：0.7％，Cu：0.3％，Y 0.2％，P：0.04％，S：0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。
上述高韧性耐腐蚀耐磨球的生产工艺同实施例1。
性能测试：对由实施例1-5所制得的高韧性耐腐蚀耐磨球进行性能测试，经检测，本发明高韧性耐腐蚀耐磨球的抗拉强度为880-920MPa，屈服强度为630-650MPa，硬度为55-57HRC，冲击韧性为39-43J/cm2，综合性能优异，本发明磨球使用过程中碎球率小于0.1％，在ML100型磨损试验机上进行对比磨损试验，与普通中铬耐磨球相比，磨损量减少40％以上，同时耐蚀性优异，具有良好的推广应用前景。
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 (7)

1.一种高韧性耐腐蚀耐磨球，其特征在于：其各元素成分的质量百分比为：C：2.3-2.9％，Si：1.1-1.7％，Mn：1.2-1.9％，Ni：2.5-3.8％，Cr：4.5-8％，Mo：0.4-1.1％，V：0.2-0.7％，Cu：0.1-0.3％，Y：0.05-0.2％，P：0.02-0.04％，S：0.01-0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高韧性耐腐蚀耐磨球，其特征在于：其各元素成分的质量百分比为：C：2.5％，Si：1.2％，Mn：1.7％，Ni：3.1％，Cr：6.5％，Mo：0.5％，V：0.5％，Cu：0.25％，Y：0.1％，P：0.03％，S：0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的高韧性耐腐蚀耐磨球的生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)原料熔炼：将各原料加入中频感应电炉中进行熔炼，熔炼过程中使钢水温度为1580-1620℃，制得化学成分合格的钢液，然后进行静置扒渣处理；
(2)球化处理及孕育处理：将球化剂加入到球化包内，使用盖包法对钢液进行球化处理，完成球化处理后，再加入孕育剂进行型内孕育，钢液温度为1480-1500℃，孕育完成后进行浇注，得铸件；
(3)热处理：将浇注成型后的铸件在700-730℃下出壳后进行放入200-240℃的盐浴中，保温2-3h，然后水冷至室温；再将所得铸件先升温至910-930℃，保温3-4h，然后以11-16℃/min的速度降温至680-700℃，保温2-3h，然后放入200-240℃的盐浴中，保温1-2h，水冷至室温；将空冷后的铸件进行低温回火，即得所述高韧性耐腐蚀耐磨球。
4.根据权利要求3所述的高韧性耐腐蚀耐磨球的生产工艺，其特征在于：所述球化剂为稀土镁合金球化剂。
5.根据权利要求3所述的高韧性耐腐蚀耐磨球的生产工艺，其特征在于：所述孕育剂中各元素成分的质量百分比为：Si：30-45％，Ca：1.8-3％，Zr：2-3％，Mn：6-8％，Re：0.5-1％，余量为Fe。
6.根据权利要求3所述的高韧性耐腐蚀耐磨球的生产工艺，其特征在于：所述球化剂的加入量为钢液总重量的1.3-1.5％；所述孕育剂的加入量为钢液总量的0.6-1.1％。
7.根据权利要求3所述的高韧性耐腐蚀耐磨球的生产工艺，其特征在于：所述低温回火的温度为180-240℃。
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