CN107739984A - 一种抗冲击的低碳合金耐磨钢球及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗冲击的低碳合金耐磨钢球及其制备方法，涉及耐磨材料技术领域，其化学成分按重量百分比包括：C 0.10‑0.30％、Si 0.30‑0.60％、Mn 0.70‑1.00％、Cr 2.50‑4.00％、Mo 0.20‑0.40％、Ti 0.20‑0.40％、Ni 0.50‑0.70％、Cu 0.20‑0.40％、Zr 0.25‑0.45％、Nb 0.15‑0.40％、B 0.05‑0.10％、Sc 0.06‑0.08％、P≤0.035％、S≤0.035％、其余为Fe和不可避免的杂质。本发明优化了合金中各元素的配比，配方合理，各元素之间相互协同作用，基体组织均匀，得到的耐磨钢球综合力学性能稳定，在具有较高硬度的同时具有高冲击韧性，耐磨性好，其硬度HRC≥52，冲击韧性aK≥32J/cm2。

Description

一种抗冲击的低碳合金耐磨钢球及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐磨材料技术领域，尤其涉及一种抗冲击的低碳合金耐磨钢球及其制备方法。
背景技术
耐磨钢球，是一种用于球磨机中的粉碎介质，用于粉碎磨机中的物料，是一种消耗品。目前，耐磨钢球被广泛应用于冶金、选矿、建材、化工、电力等工业生产中。全世界每年钢球的消耗量在3000-5000万吨，其中中国钢球消耗量在300-500万吨，是钢球消耗大国。耐磨钢球的使用寿命直接影响劳动生产率，所以对耐磨球的要求是既要具有足够的强度和硬度，又要有较好的抗冲击韧性。现有技术中耐磨钢球主要分为三种：锻造钢球、铸造钢球和热轧钢球。其中，铸造钢球主要是铬系合金和锰系合金，如高铬钢球、低铬钢球、多元合金钢球和钒钛铬合金钢球等，在使用的过程中，存在冲击韧性不是很好、耐磨性能欠佳的缺陷。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种抗冲击的低碳合金耐磨钢球及其制备方法，制得的耐磨钢球综合力学性能稳定，在具有较高硬度的同时具有高冲击韧性。
本发明提出的一种抗冲击的低碳合金耐磨钢球，其化学成分按重量百分比包括：C0.10-0.30％、Si 0.30-0.60％、Mn 0.70-1.00％、Cr 2.50-4.00％、Mo 0.20-0.40％、Ti0.20-0.40％、Ni 0.50-0.70％、Cu 0.20-0.40％、Zr 0.25-0.45％、Nb 0.15-0.40％、B0.05-0.10％、Sc 0.06-0.08％、P≤0.035％、S≤0.035％、其余为Fe 和不可避免的杂质。
优选地，其化学成分按重量百分比包括：C 0.20-0.27％、Si 0.48-0.56％、Mn0.80-0.88％、Cr 3.20-3.50％、Mo 0.28-0.35％、Ti 0.22-0.28％、Ni 0.60-0.70％、Cu0.24-0.30％、Zr 0.30-0.38％、Nb 0.23-0.32％、B 0.07-0.10％、Sc 0.06-0.07％、P≤0.025％、S≤0.03％、其余为Fe和不可避免的杂质。
优选地，所述化学成分中，Si、Mo、Ni的重量百分比满足以下关系式：Si×Mo/Ni≥0.2％。
本发明还提出了上述抗冲击的低碳合金耐磨钢球的制备方法，包括以下步骤：
S1、熔炼：将铬钢、废钢、生铁加入到熔炼炉中，升温至1460-1480℃，待钢液熔清后按照顺序依次加入硅铁、锰铁、镍板、铜、钛铁、铌铁，待原料熔化后加入钼铁、钪铁，待原料熔化后加入锆铁和硼铁，升温至1520-1540℃，调整钢中各元素成分，扒渣；
S2、浇注：将降温至1380-1400℃的钢水浇注到模具中成型，待合金熔体凝固后开模，取出空冷至室温，得耐磨钢球胚体；
S3、热处理：将耐磨钢球胚体放入电炉内，升温至930-950℃，保温3-4h，油淬，冷却至室温，再加热至360-380℃进行一次回火处理，保温1.5-2h，冷却至室温，再加热至360-380℃进行二次回火，保温1-1.5h，空冷至室温，即得。
有益效果：本发明中考虑C含量对冲击韧性的影响，采用0.10-0.30％的低碳含量，并添加Si、Mn、Cr、Mo、Ni等多种增加淬透性的合金元素，使基材铸材本身就具有较好的硬度和冲击韧性；Si、Mn、Zr在脱氧的同时强化了材料基体，配合B、Mo、Nb、Sc，细化晶粒，改善钢的热脆性，提高回火稳定性，且Mo和Cu协同作用进一步提高材料的淬透性；选择2.50-4.00％含量范围的Cr经回火处理后冲击韧性有大幅度增加，Si、Mo、Ni的重量百分比满足Si×Mo/Ni≥0.2％的关系式，能够细化铸态组织，避免奥氏体晶粒的长大；采用冷却效果温和的油淬在930-950℃下进行淬火，奥氏体转化成马氏体的程度高，且经二次回火后消除回火脆性，提高组织稳定性，消除内应力，不易变形开裂，得到的耐磨钢球综合力学性能稳定，在具有较高硬度的同时具有高冲击韧性，耐磨性好。
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
本发明提出的一种抗冲击的低碳合金耐磨钢球，其化学成分按重量百分比包括：C0.10％、Si 0.60％、Mn 0.70％、Cr 4.00％、Mo 0.20％、Ti 0.40％、Ni 0.50％、Cu 0.40％、Zr 0.25％、Nb 0.40％、B 0.05％、Sc 0.08％、P 0.035％、S 0.035％、其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出了上述抗冲击的低碳合金耐磨钢球的制备方法，包括以下步骤：
S1、熔炼：将铬钢、废钢、生铁加入到熔炼炉中，升温至1460℃，待钢液熔清后按照顺序依次加入硅铁、锰铁、镍板、铜、钛铁、铌铁，待原料熔化后加入钼铁、钪铁，待原料熔化后加入锆铁和硼铁，升温至1520℃，调整钢中各元素成分，扒渣；
S2、浇注：将降温至1380℃的钢水浇注到模具中成型，待合金熔体凝固后开模，取出空冷至室温，得耐磨钢球胚体；
S3、热处理：将耐磨钢球胚体放入电炉内，升温至930℃，保温3h，油淬，冷却至室温，再加热至360℃进行一次回火处理，保温1.5h，冷却至室温，再加热至360℃进行二次回火，保温1h，空冷至室温，即得。
实施例2
本发明提出的一种抗冲击的低碳合金耐磨钢球，其化学成分按重量百分比包括：C0.20％、Si 0.56％、Mn 0.80％、Cr 3.50％、Mo 0.28％、Ti 0.28％、Ni 0.60％、Cu 0.30％、Zr 0.30％、Nb 0.32％、B 0.07％、Sc 0.07％、P 0.025％、S 0.03％、其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出了上述抗冲击的低碳合金耐磨钢球的制备方法，同实施例1。
实施例3
本发明提出的一种抗冲击的低碳合金耐磨钢球，其化学成分按重量百分比包括：C0.24％、Si 0.55％、Mn 0.82％、Cr 3.30％、Mo 0.32％、Ti 0.24％、Ni 0.66％、Cu 0.25％、Zr 0.35％、Nb 0.28％、B 0.08％、Sc 0.065％、P 0.025％、S 0.03％、其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出了上述抗冲击的低碳合金耐磨钢球的制备方法，包括以下步骤：
S1、熔炼：将铬钢、废钢、生铁加入到熔炼炉中，升温至1470℃，待钢液熔清后按照顺序依次加入硅铁、锰铁、镍板、铜、钛铁、铌铁，待原料熔化后加入钼铁、钪铁，待原料熔化后加入锆铁和硼铁，升温至1530℃，调整钢中各元素成分，扒渣；
S2、浇注：将降温至1390℃的钢水浇注到模具中成型，待合金熔体凝固后开模，取出空冷至室温，得耐磨钢球胚体；
S3、热处理：将耐磨钢球胚体放入电炉内，升温至940℃，保温3.5h，油淬，冷却至室温，再加热至370℃进行一次回火处理，保温2h，冷却至室温，再加热至370℃进行二次回火，保温1.5h，空冷至室温，即得。
实施例4
本发明提出的一种抗冲击的低碳合金耐磨钢球，其化学成分按重量百分比包括：C0.22％、Si 0.30％、Mn 0.93％、Cr 3.75％、Mo 0.37％、Ti 0.26％、Ni 0.55％、Cu 0.28％、Zr 0.38％、Nb 0.32％、B 0.07％、Sc 0.07％、P 0.01％、S 0.01％、其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出了上述抗冲击的低碳合金耐磨钢球的制备方法，包括以下步骤：
S1、熔炼：将铬钢、废钢、生铁加入到熔炼炉中，升温至1470℃，待钢液熔清后按照顺序依次加入硅铁、锰铁、镍板、铜、钛铁、铌铁，待原料熔化后加入钼铁、钪铁，待原料熔化后加入锆铁和硼铁，升温至1530℃，调整钢中各元素成分，扒渣；
S2、浇注：将降温至1390℃的钢水浇注到模具中成型，待合金熔体凝固后开模，取出空冷至室温，得耐磨钢球胚体；
S3、热处理：将耐磨钢球胚体放入电炉内，升温至940℃，保温4h，油淬，冷却至室温，再加热至365℃进行一次回火处理，保温1.5h，冷却至室温，再加热至375℃进行二次回火，保温1.5h，空冷至室温，即得。
实施例5
本发明提出的一种抗冲击的低碳合金耐磨钢球，其化学成分按重量百分比包括：C0.27％、Si 0.48％、Mn 0.88％、Cr 3.20％、Mo 0.35％、Ti 0.22％、Ni 0.70％、Cu 0.24％、Zr 0.38％、Nb 0.23％、B 0.10％、Sc 0.06％、P 0.02％、S 0.02％、其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出了上述抗冲击的低碳合金耐磨钢球的制备方法，包括以下步骤：
S1、熔炼：将铬钢、废钢、生铁加入到熔炼炉中，升温至1480℃，待钢液熔清后按照顺序依次加入硅铁、锰铁、镍板、铜、钛铁、铌铁，待原料熔化后加入钼铁、钪铁，待原料熔化后加入锆铁和硼铁，升温至1530℃，调整钢中各元素成分，扒渣；
S2、浇注：将降温至1400℃的钢水浇注到模具中成型，待合金熔体凝固后开模，取出空冷至室温，得耐磨钢球胚体；
S3、热处理：将耐磨钢球胚体放入电炉内，升温至940℃，保温4h，油淬，冷却至室温，再加热至360℃进行一次回火处理，保温2h，冷却至室温，再加热至380℃进行二次回火，保温1h，空冷至室温，即得。
实施例6
本发明提出的一种抗冲击的低碳合金耐磨钢球，其化学成分按重量百分比包括：C0.30％、Si 0.35％、Mn 1.00％、Cr 2.50％、Mo 0.40％、Ti 0.20％、Ni 0.70％、Cu 0.20％、Zr 0.45％、Nb 0.15％、B 0.10％、Sc 0.06％、P 0.03％、S 0.03％、其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出了上述抗冲击的低碳合金耐磨钢球的制备方法，包括以下步骤：
S1、熔炼：将铬钢、废钢、生铁加入到熔炼炉中，升温至1480℃，待钢液熔清后按照顺序依次加入硅铁、锰铁、镍板、铜、钛铁、铌铁，待原料熔化后加入钼铁、钪铁，待原料熔化后加入锆铁和硼铁，升温至1540℃，调整钢中各元素成分，扒渣；
S2、浇注：将降温至1410℃的钢水浇注到模具中成型，待合金熔体凝固后开模，取出空冷至室温，得耐磨钢球胚体；
S3、热处理：将耐磨钢球胚体放入电炉内，升温至950℃，保温4h，油淬，冷却至室温，再加热至380℃进行一次回火处理，保温2h，冷却至室温，再加热至380℃进行二次回火，保温1.5h，空冷至室温，即得。
对本发明实施例1-6制备的抗冲击的低碳合金耐磨钢球进行性能检测试验，硬度测量在洛氏硬度计上按GB/T230.1-2004《金属洛氏硬度试验方法》完成，冲击韧性在摆锤式冲击试验机上参照GB229-63《金属常温冲击韧性试验方法》进行，每次测三个数据，取平均值，试验性能数据见下表：
表1抗冲击的低碳合金耐磨钢球性能指标
从表中可以看出，实施例1-6制备的抗冲击的低碳合金耐磨钢球的硬度、冲击韧性性能优异，耐磨性好。
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 (4)

1.一种抗冲击的低碳合金耐磨钢球，其特征在于，其化学成分按重量百分比包括：C0.10-0.30％、Si 0.30-0.60％、Mn 0.70-1.00％、Cr 2.50-4.00％、Mo 0.20-0.40％、Ti0.20-0.40％、Ni 0.50-0.70％、Cu 0.20-0.40％、Zr 0.25-0.45％、Nb 0.15-0.40％、B0.05-0.10％、Sc 0.06-0.08％、P≤0.035％、S≤0.035％、其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的抗冲击的低碳合金耐磨钢球，其特征在于，其化学成分按重量百分比包括：C 0.20-0.27％、Si 0.48-0.56％、Mn 0.80-0.88％、Cr 3.20-3.50％、Mo0.28-0.35％、Ti 0.22-0.28％、Ni 0.60-0.70％、Cu 0.24-0.30％、Zr 0.30-0.38％、Nb0.23-0.32％、B 0.07-0.10％、Sc 0.06-0.07％、P≤0.025％、S≤0.03％、其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的抗冲击的低碳合金耐磨钢球，其特征在于，所述化学成分中，Si、Mo、Ni的重量百分比满足以下关系式：Si×Mo/Ni≥0.2％。
4.一种基于权利要求1-3任一所述的抗冲击的低碳合金耐磨钢球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、熔炼：将铬钢、废钢、生铁加入到熔炼炉中，升温至1460-1480℃，待钢液熔清后按照顺序依次加入硅铁、锰铁、镍板、铜、钛铁、铌铁，待原料熔化后加入钼铁、钪铁，待原料熔化后加入锆铁和硼铁，升温至1520-1540℃，调整钢中各元素成分，扒渣；
S2、浇注：将降温至1380-1400℃的钢水浇注到模具中成型，待合金熔体凝固后开模，取出空冷至室温，得耐磨钢球胚体；
S3、热处理：将耐磨钢球胚体放入电炉内，升温至930-950℃，保温3-4h，油淬，冷却至室温，再加热至360-380℃进行一次回火处理，保温1.5-2h，冷却至室温，再加热至360-380℃进行二次回火，保温1-1.5h，空冷至室温，即得。
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