CN107760980A - 一种特髙铬合金铸铁磨球及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特髙铬合金铸铁磨球及其生产方法，按重量百分比含有以下化学成分：C 2.0‑3.2％，Si 0.2‑1.0％，Mn 1.0‑2.0％，Cr 28.0‑30.0％，S 0‑0.06％，P 0‑0.08％，Mo 0.02‑1.0％，余量为Fe，其中，Cr和C的重量比大于8。本发明的特髙铬合金铸铁磨球，通过优化成分设计及控制、孕育变质剂的配制及综合变质处理、先进浇注成型及热处理，生产的特高铬合金铸铁磨球产品内外硬度均衡，表面无缩孔、缩松现象，具有硬度高、磨耗低、抗磨性能好等优点，适用于各类球磨机，同时提高球磨机生产效率。

Description

一种特髙铬合金铸铁磨球及其生产方法

技术领域

本发明涉及铸球技术领域，尤其涉及一种特髙铬合金铸铁磨球及其生产方法。

背景技术

磨损是工件失效的主要形式之一，磨损造成了能源和钢铁原材料的大量消耗。磨球是水泥、矿山、火电、建材等行业球磨机球最常用的碾磨材料，在使用中消耗最大。各工业领域中矿山行业的磨球消耗量最大，约占整个消耗量的56％，随着工业的发展和节能环保要求的提高，矿山行业的工艺改进和设备更新，对磨球的各项性能指标的要求也随之提高，所采用的磨球从低、中铬球逐步向髙铬球、特高铬球转变，普通配方以及采用传统加工方法加工的磨球的耐磨性、硬度、韧性以及抗冲击性能已不能满足矿山大型化磨机的要求，从而导致磨球的消耗增长，这不仅消耗大量的钢铁资源，增加电力能源消耗，而且降低球磨机的生产效率。因此，不断研究以提高磨球的性能，降低其单位损耗有着重大的经济意义。据不完全的统计，我国有色矿山每年磨球的需求量约25万吨，另外，国外有色矿山需求量巨大，仅南美和非洲年需求量超过60万吨,如：加拿大MPI公司矿厂年需消耗铬合金磨球3万吨，智利CODELCO公司铜矿厂年需消耗高铬类磨球5万吨。市场十分广，特高铬合金铸铁磨球研究项目，将具有十分强劲的应用或产业化前景。

耐磨材料行业是直接为建材水泥、冶金矿山和火力发电工业服务的一个不可替代的行业，耐磨材料新技术新工艺的发展，对基础工业的发展起着重要的推动作用。“有工业就有磨损”，随着中国基础工业的快速发展，推动了耐磨材料行业的迅猛发展。

目前，国内矿山行业磨机使用的各种耐磨材料，如高铬铸铁、低铬铸铁、低硅中铬铸铁所生产的各类磨球和磨段，其耐磨性欠佳、磨耗偏高，难以满足矿山领域用户要求,湿磨工况条件下更为突出。如低铬白口铸铁磨球在矿山磨机使用过程中，其破碎率普遍高于3％,同时磨耗也高〔1.2—2.0kg/t矿石〕，碾磨效率低，严重影响球磨机的正常生产和经济效益。高铬白口铸铁磨球应用于矿山磨机，其使用性能较低铬白口铸铁磨球有所提高，但其湿态抗腐蚀能力较差，生产厂和用户所追求的性价比甚差，难以推广应用。正规的中碳低合钢锻造球虽然破碎率低，但其磨耗仍然较高，特别是我国废钢供应较杂且供应较紧张的实际情况下，生产正规的中碳低钢锻造球仍存在性价较差的现实问题，在我国仍难以批量生产。Cr28-30型高铬铸铁是国内外公认的典型的高铬铸铁牌号，其耐磨性和耐蚀性优良，目前国内很少耐磨铸件企业具备生产该类磨球的技术条件。

国外多数选矿厂采用既具有良好抗磨料磨损性能，又具有良好抗腐蚀性能但脆性较大的抗磨白口铸铁，如铬系白口铸铁〔高铬〕、硬镍白口铸铁〔Nhad1、Nhad12、Nhad14〕、高钒白口铸铁等，有的采用中碳低合金钢锻造磨球。由于耐磨铸件属劳动密集型行业，一些发达国家逐步减少耐磨产品的生产量，造成国际市场货源的缺乏，这为新型高效耐磨产品市场需求提供了极大的潜力。

随着国家产业政策的调整，矿山行业对于与之配套的耐磨配件产品的综合性能提出了更高的要求，势必要求耐磨材料新技术新工艺不断发展,以满足相关领域需求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种特髙铬合金铸铁磨球及其生产方法，通过优化成分设计及控制、孕育变质剂的配制及综合变质处理、先进浇注成型及热处理，生产的特高铬合金铸铁磨球产品内外硬度均衡，表面无缩孔、缩松现象，具有硬度高、磨耗低、抗磨性能好等优点，适用于各类球磨机，同时提高球磨机生产效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种特髙铬合金铸铁磨球，按重量百分比含有以下化学成分：C 2.0-3.2％，Si0.2-1.0％，Mn 1.0-2.0％，Cr 28.0-30.0％，S 0-0.06％，P 0-0.08％，Mo 0.02-1.0％，余量为Fe，其中，Cr和C的重量比大于8。

所述的特髙铬合金铸铁磨球的生产方法，包括以下步骤：

(1)熔炼：对钢铁进行成分检测，选取C、P、S含量合格的钢铁为主料，再按要求比例加入硅铁、锰铁、铬铁以及钼铁，送入中频感应熔炼炉中进行升温熔炼，当铁水温度达到1450-1480℃时，取样进行化学成分分析，并通过喂线微调以控制各成分的重量百分比，当温度达到1520-1540℃时，进行沉淀脱氧处理；

(2)综合变质处理：包括一次变质处理和二次变质处理；

一次变质处理：将脱氧的钢水冷却至1480-1500℃，向熔炼炉内撒入集渣剂并扒净炉内渣后，按要求加入微量的硼铁、钛铁，继续熔炼3-5分钟，完成炉内一次孕育变质处理，经脱氧后出炉；

二次变质处理；按重量百分比将工业硝酸钾20％、经150℃烘烤的稀土硅铁合金75％、稀土镁硅铁合金5％混合均匀配制成二次变质剂，其中稀土硅铁合金和稀土镁硅铁合金的粒度为5-10mm；用二次变质剂对经一次变质处理后的铁水用包内冲入法进行二次变质处理，其中，二次变质剂与铁水的重量比为0.3-0.5:100；

(3)恒温浇铸：将二次变质处理的铁水倒入保温炉中，加入集渣剂并扒净包内渣子，随后再撒入一层集渣剂，降温至1460-1480℃后进行恒温浇注，得到铸件；

(4)热处理：采用先进四温区全自动淬火线进行热处理，将铸件分四阶段升温至1040±10℃，进行高温淬火，在360-400℃下回火，得到成品。

本发明的铸铁磨球主要技术指标如下:硬度(HRC)≥58(Φ100以下≥60、Φ110以上≥58)，冲击值≥4.0J/cm2，落球冲击疲劳寿命(次数)≥16000，(金矿)磨耗≤360g/t原矿，远高于普通高铬磨球(Rc12)的技术指标。(镍矿)磨耗≤182g/t原矿,达到国外先进水平。

本发明的特高铬合金铸铁磨球的基体组织，由马氏体为主+极少量残余奥氏体+晶内弥散均匀分布的小颗粒二次碳化物所组成，其组织较细，见说明书附图1。

与已有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明的特髙铬合金铸铁磨球，通过优化成分设计，设计特高铬合金(铬含量28-30)，严格控制Cr/C比(≥8)，并按磨球规格优化调整Si和Mn的含量，提高基体组织硬度和韧性，并有利于提高磨球的淬透性，使热处理后马氏体组织趋向稳定。

(2)本发明的特髙铬合金铸铁磨球的生产方法，通过特定孕育变质剂的配制及综合变质处理，明显提高了铁水的净化程度和纯净化程度〔减少O、N、H、S等〕，含氧量可以控制在50pp以下；显著的改善铸态晶界冶金质量〔减少晶界夹杂物含量(＜0.5％)并改善形态及分布—呈团球状〕；显著的细化铸态晶粒度〔共晶碳化物和初生奥氏体〕。

(3)本发明的特髙铬合金铸铁磨球的生产方法，通过采用恒温浇铸工艺及控制砂型模具温度，有效的防止缩松、缩孔的产生，使得组织结构致密，内外部应力差距小，降低失圆率，产品破碎率低，提高耐磨性能。

(4)本发明的特髙铬合金铸铁磨球的生产方法，运用先进的全自动淬火线，采用分段保温及空淬热处理工艺，等温加热均匀，降低应力，从而提高铸球的硬度和韧性，增加耐磨性能，以获得其含量适宜的共晶碳化物，有效避免裂纹沿共晶碳化物碳化物扩展，减少共晶碳化物折断、剥落几率，从而强化基体、提高耐磨性能。

(5)本发明的特髙铬合金铸铁磨球，采用特高Cr的合金设计、Cr/C比及合金元素综合调控、恒温浇注和铁模覆砂工艺，结合分段保温及空淬热处理工艺，生产的产品内外硬度均衡，表面无缩孔、缩松现象，具有硬度高、磨耗低、抗磨性能好等优点，适用于各类球磨机，同时提高球磨机生产效率，主要技术指标：硬度(HRC)≥58(Φ100以下≥60、Φ110以上≥58)，冲击值≥4.0J/cm2，落球冲击疲劳寿命(次数)≥16000，(金矿)磨耗≤360g/t原矿，远高于普通高铬磨球(Rc12)的技术指标。(镍矿)磨耗≤182g/t原矿,达到国外先进水平。

附图说明

图1为本发明的特高铬合金铸铁磨球金相组织图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的说明，但本发明不仅限于这些实施例，在未脱离本发明宗旨的前提下，所作的任何改进均落在本发明的保护范围之内。

实施例1：

一种特髙铬合金铸铁磨球，按重量百分比含有以下化学成分：C 2.0％，Si 0.2％，Mn 2.0％，Cr 28.0％，S 0-0.06％，P 0-0.08％，Mo 0.02％，余量为Fe。

所述的特髙铬合金铸铁磨球的生产方法，包括以下步骤：

(1)熔炼：对钢铁进行成分检测，选取C、P、S含量合格的钢铁为主料，再按要求比例加入硅铁、锰铁、铬铁以及钼铁，送入中频感应熔炼炉中进行升温熔炼，当铁水温度达到1450℃时，取样进行化学成分分析，并通过喂线微调以控制各成分的重量百分比，当温度达到1520℃时，进行沉淀脱氧处理；

(2)综合变质处理：包括一次变质处理和二次变质处理；

一次变质处理：将脱氧的钢水冷却至1480℃，向熔炼炉内撒入集渣剂并扒净炉内渣后，按要求加入微量的硼铁、钛铁，继续熔炼3分钟，完成炉内一次孕育变质处理，经脱氧后出炉；

二次变质处理；按重量百分比将工业硝酸钾20％、经150℃烘烤的稀土硅铁合金75％、稀土镁硅铁合金5％混合均匀配制成二次变质剂，其中稀土硅铁合金和稀土镁硅铁合金的粒度为5-10mm；用二次变质剂对经一次变质处理后的铁水用包内冲入法进行二次变质处理，其中，二次变质剂与铁水的重量比为0.3:100；

(3)恒温浇铸：将二次变质处理的铁水倒入保温炉中，加入集渣剂并扒净包内渣子，随后再撒入一层集渣剂，降温至1460℃后进行恒温浇注，得到铸件；

(4)热处理：采用先进四温区全自动淬火线进行热处理，将铸件分四阶段升温至1030℃，进行高温淬火，在360℃下回火，得到成品。

实施例2：

一种特髙铬合金铸铁磨球，按重量百分比含有以下化学成分：C 3.0％，Si 0.6％，Mn 1.5％，Cr 29.0％，S 0-0.06％，P 0-0.08％，Mo 0.5％，余量为Fe。

所述的特髙铬合金铸铁磨球的生产方法，包括以下步骤：

(1)熔炼：对钢铁进行成分检测，选取C、P、S含量合格的钢铁为主料，再按要求比例加入硅铁、锰铁、铬铁以及钼铁，送入中频感应熔炼炉中进行升温熔炼，当铁水温度达到1465℃时，取样进行化学成分分析，并通过喂线微调以控制各成分的重量百分比，当温度达到1530℃时，进行沉淀脱氧处理；

(2)综合变质处理：包括一次变质处理和二次变质处理；

一次变质处理：将脱氧的钢水冷却至1490℃，向熔炼炉内撒入集渣剂并扒净炉内渣后，按要求加入微量的硼铁、钛铁，继续熔炼5分钟，完成炉内一次孕育变质处理，经脱氧后出炉；

二次变质处理；按重量百分比将工业硝酸钾20％、经150℃烘烤的稀土硅铁合金75％、稀土镁硅铁合金5％混合均匀配制成二次变质剂，其中稀土硅铁合金和稀土镁硅铁合金的粒度为5-10mm；用二次变质剂对经一次变质处理后的铁水用包内冲入法进行二次变质处理，其中，二次变质剂与铁水的重量比为0.4:100；

(3)恒温浇铸：将二次变质处理的铁水倒入保温炉中，加入集渣剂并扒净包内渣子，随后再撒入一层集渣剂，降温至1470℃后进行恒温浇注，得到铸件；

(4)热处理：采用先进四温区全自动淬火线进行热处理，将铸件分四阶段升温至1040℃，进行高温淬火，在380℃下回火，得到成品。

实施例3

一种特髙铬合金铸铁磨球，按重量百分比含有以下化学成分：C 3.2％，Si 1.0％，Mn 2.0％，Cr 30.0％，S 0-0.06％，P 0-0.08％，Mo 1.0％，余量为Fe 8。

所述的特髙铬合金铸铁磨球的生产方法，包括以下步骤：

(1)熔炼：对钢铁进行成分检测，选取C、P、S含量合格的钢铁为主料，再按要求比例加入硅铁、锰铁、铬铁以及钼铁，送入中频感应熔炼炉中进行升温熔炼，当铁水温度达到1480℃时，取样进行化学成分分析，并通过喂线微调以控制各成分的重量百分比，当温度达到1540℃时，进行沉淀脱氧处理；

(2)综合变质处理：包括一次变质处理和二次变质处理；

一次变质处理：将脱氧的钢水冷却至1500℃，向熔炼炉内撒入集渣剂并扒净炉内渣后，按要求加入微量的硼铁、钛铁，继续熔炼5分钟，完成炉内一次孕育变质处理，经脱氧后出炉；

二次变质处理；按重量百分比将工业硝酸钾20％、经150℃烘烤的稀土硅铁合金75％、稀土镁硅铁合金5％混合均匀配制成二次变质剂，其中稀土硅铁合金和稀土镁硅铁合金的粒度为5-10mm；用二次变质剂对经一次变质处理后的铁水用包内冲入法进行二次变质处理，其中，二次变质剂与铁水的重量比为0.5:100；

(3)恒温浇铸：将二次变质处理的铁水倒入保温炉中，加入集渣剂并扒净包内渣子，随后再撒入一层集渣剂，降温至1480℃后进行恒温浇注，得到铸件；

(4)热处理：采用先进四温区全自动淬火线进行热处理，将铸件分四阶段升温至1050℃，进行高温淬火，在400℃下回火，得到成品。

性能测试：

本发明的特髙铬合金铸铁磨球在Las Cristinas矿山(委内瑞拉)与普通高铬磨球(Cr12)进行对此试验，其结果，本产品磨耗为357.8g/t原矿，而普通高铬球磨耗为689.6g/t原矿,磨耗降低约48％。本发明产品在塔蒂镍矿(博茨瓦纳)与马克托磨球(Cr28)进行对此试验，其结果，本产品磨耗为182g/t原矿，而马克托磨球磨耗为185g/t原矿。通过实验对比，本产品性价比高，产品质量完全能满足客户需求。

Claims (2)

1.一种特髙铬合金铸铁磨球，其特征在于：按重量百分比含有以下化学成分：C 2.0-3.2％，Si 0.2-1.0％，Mn 1.0-2.0％，Cr 28.0-30.0％，S 0-0.06％，P 0-0.08％，Mo 0.02-1.0％，余量为Fe，其中，Cr和C的重量比大于8。

2.一种如权利要求1所述的特髙铬合金铸铁磨球的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)熔炼：对钢铁进行成分检测，选取C、P、S含量合格的钢铁为主料，再按要求比例加入硅铁、锰铁、铬铁以及钼铁，送入中频感应熔炼炉中进行升温熔炼，当铁水温度达到1450-1480℃时，取样进行化学成分分析，并通过喂线微调以控制各成分的重量百分比，当温度达到1520-1540℃时，进行沉淀脱氧处理；

(2)综合变质处理：包括一次变质处理和二次变质处理；

一次变质处理：将脱氧的钢水冷却至1480-1500℃，向熔炼炉内撒入集渣剂并扒净炉内渣后，按要求加入微量的硼铁、钛铁，继续熔炼3-5分钟，完成炉内一次孕育变质处理，经脱氧后出炉；

二次变质处理；按重量百分比将工业硝酸钾20％、经150℃烘烤的稀土硅铁合金75％、稀土镁硅铁合金5％混合均匀配制成二次变质剂，其中稀土硅铁合金和稀土镁硅铁合金的粒度为5-10mm；用二次变质剂对经一次变质处理后的铁水用包内冲入法进行二次变质处理，其中，二次变质剂与铁水的重量比为0.3-0.5:100；

(3)恒温浇铸：将二次变质处理的铁水倒入保温炉中，加入集渣剂并扒净包内渣子，随后再撒入一层集渣剂，降温至1460-1480℃后进行恒温浇注，得到铸件；

(4)热处理：采用先进四温区全自动淬火线进行热处理，将铸件分四阶段升温至1040±10℃，进行高温淬火，在360-400℃下回火，得到成品。