CN107760982A - 一种高硬度耐磨球及其制备工艺 - Google Patents

一种高硬度耐磨球及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及耐磨球技术领域，具体涉及一种高硬度耐磨球及其制备工艺，该高硬度耐磨球由如下百分含量的元素组成：C：1.6％‑2.8％，Si：0.6％‑1.0％，Mn:0.5％‑1.0％，Cr：1.0％‑2.5％，Sb：0.005％‑0.01％，Cu：0.03％‑0.08％，P≤0.05％，S≤0.05％，Sn：0.05％‑0.15％，B：0.01％‑0.05％，Ba：0.03％‑0.07％，Mg：0.01％‑0.05％，余量为Fe；本发明所提供的高硬度耐磨球在一定程度上有效弥补了现有技术存在的硬度低，耐腐蚀性能差的缺陷。

Description

一种高硬度耐磨球及其制备工艺
技术领域
本发明涉及耐磨球技术领域，具体涉及一种高硬度耐磨球及其制备工艺。
背景技术
耐磨球，是一种用于球磨机中的粉碎介质，用于粉碎磨机中的物料，一种是以铬为主要合金元素的白口铸铁简称铬合金铸铁，以铬合金铸铁为材料的铸造磨球称为铬合金铸铁磨球；另一种是，以球墨铸铁为材料的铸造磨球称为球墨铸铁磨球，其中通过热处理获得的基体组织主要是贝氏体的球墨铸铁磨球简称贝氏体球铁磨球；通过热处理获得的基体组织主要是马氏体的球墨铸铁磨球简称马氏体球铁磨球。
在中国公开的专利申请CN103397279B中针对获得一种高性能多元合金高硬度耐磨球及其制备工艺与热处理方法，所述高性能多元合金高硬度耐磨球的组分按质量百分比含有：C：2.0～2.6％；Si:≤1.0％；Mn:1.6～2.0％；Cr:≥27％；Re:0.05～0.15％；P：≤0.05％；S：≤0.05％；Mo:≤0.3％；Ni:0.1～0.3％；Al：0.05～0.08％；余量为Fe。在制备所述高性能多元合金高硬度耐磨球时，采用金属型覆砂工艺成型，覆砂层厚度控制在1.5mm～3.5mm的范围内，所述高硬度耐磨球的直径控制在Ф50mm～Ф130mm的范围内。本发明中，通过调整C、Si、Mn、Cr、Re、P、S、Mo、Ni、Al元素的含量，在制备过程中，通过控制覆砂层的厚度，在热处理过程中，通过调整热处理方法过程，得到的高性能多元合金高硬度耐磨球的机械性能好，冲击韧度强，单位磨耗较小。
目前现有技术所提供的现有高硬度耐磨球虽然机械性能好，冲击韧度强，单位磨耗较小，但还存在硬度低，耐腐蚀性能差的缺陷。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提出了一种高硬度耐磨球及其制备工艺。本发明提供的技术方案能够在一定程度上弥补现有高硬度耐磨球制备工艺所存在的硬度低，耐腐蚀性能差的缺陷。
为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：
一种高硬度耐磨球，由如下百分含量的元素组成：C：1.6％-2.8％，Si：0.6％-1.0％，Mn:0.5％-1.0％，Cr：1.0％-2.5％，Sb：0.005％-0.01％，Cu：0.03％-0.08％，P≤0.05％，S≤0.05％，Sn：0.05％-0.15％，B：0.01％-0.05％，Ba：0.03％-0.07％，Mg：0.01％-0.05％，余量为Fe。
该高硬度耐磨球的制备工艺包括如下几个步骤：
(1)向中频感应炉中依次加入生铁、优质碳素结构废钢、锰铁、锑铁、铬铁、铜铁、锡铁、钡铁、镁铁、增碳剂，加热至1450-1550℃得铁液，然后进行静置扒渣处理；
(2)向铁液中加入复合变质剂，其中，复合变质剂包括稀土合金0.1％-0.15％、钛0.02％-0.03％、硅钙0.1％-0.15％、铝0.2％-0.25％，钛元素以钛铁形式加入；
(3)在熔炼后期，向球化包内加入球化剂，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量0.1％的孕育剂，冲入铁液，孕育处理一段时间后，浇注，得铸件；
(4)将所述铸件升温至一定温度，风冷+水雾淬火2h后，以一定速度降温至400-460℃，回火一段时间，得钢坯；
(5)将钢坯放进中频感应炉中进行加热，然后进行热轧、冷轧，球坯成型，抛光，得高硬度耐磨球。
优选的，该高硬度耐磨球，由如下百分含量的元素组成：C：1.8％-2.5％，Si：0.7％-0.9％，Mn:0.6％-0.8％，Cr：1.5％-2.0％，Sb：0.008％-0.009％，Cu：0.05％-0.07％，P≤0.05％，S≤0.05％，Sn：0.06％-0.10％，B：0.02％-0.04％，Ba：0.04％-0.06％，Mg：0.02％-0.04％，余量为Fe。
优选的，所述步骤(2)中加入时复合变质剂时，先向钢液中添加稀土合金，出炉前加入铝，炉外处理时加入硅钙和钛铁。
优选的，所述步骤(3)中孕育处理时间为1.5h。
优选的，所述步骤(4)中淬火温度为950-1000℃。
优选的，所述步骤(4)中回火时间为2-4h。
采用上述的技术方案，本发明的有益效果如下：高碳含量有助于石墨化，促进镁吸收，从而使碳全部或大部分呈现球状石墨，增强球化作用；锑属于强烈的珠光体形成元素，既可以降低γ→α相转变温度，又可以提高α→γ转变温度，因此能很好的促进并稳定珠光体产生，增加石墨球数、细化石墨球，增强球化作用；钡在耐磨球生产工艺中除了生成氧化钡以外还会生成硫化钡，钡的氧硫化合物在高温铁水中，成为球墨结晶核心，从而起到增加和细化石墨球，改善其形态和分布的作用；锰、铜、铬的共同作用，提高了耐磨球的强度、硬度和耐腐蚀性能；回火温度低于460℃时，随着回火温度的升高，一部分马氏体开始分解，会使得耐磨球硬度降低，但同时马氏体分解会析出一些二次碳化物，二次碳化物的硬度原高于基体的硬度，因此，耐磨球的硬度有所提高，当温度搞过460℃时，由于马氏体的分解开始加快，而在合适的淬火温度淬火后，组织中残余奥氏体的数量不多，发生二次淬火转变的马氏体数量有限，因此耐磨球的硬度呈现下降趋势，本发明将回火温度设为400-460℃。
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。基于本发明的实施例，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：
一种高硬度耐磨球，由如下百分含量的元素组成：C：1.6％-2.8％，Si：0.6％-1.0％，Mn:0.5％-1.0％，Cr：1.0％-2.5％，Sb：0.005％-0.01％，Cu：0.03％-0.08％，P≤0.05％，S≤0.05％，Sn：0.05％-0.15％，B：0.01％-0.05％，Ba：0.03％-0.07％，Mg：0.01％-0.05％，余量为Fe；
该高硬度耐磨球的制备工艺包括如下几个步骤：
(1)向中频感应炉中依次加入生铁、优质碳素结构废钢、锰铁、锑铁、铬铁、铜铁、锡铁、钡铁、镁铁、增碳剂，加热至1450-1550℃得铁液，然后进行静置扒渣处理；
(2)向铁液中加入复合变质剂，其中，复合变质剂包括稀土合金0.1％-0.15％、钛0.02％-0.03％、硅钙0.1％-0.15％、铝0.2％-0.25％，钛元素以钛铁形式加入；
(3)在熔炼后期，向球化包内加入球化剂，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量0.1％的孕育剂，冲入铁液，孕育处理1.5h后，浇注，得铸件；
(4)将所述铸件升温至950-1000℃，风冷+水雾淬火2h后，以一定速度降温至400-460℃，回火2-4h，得钢坯；
(5)将钢坯放进中频感应炉中进行加热，然后进行热轧、冷轧，球坯成型，抛光，得高硬度耐磨球。
实施例2：
一种高硬度耐磨球，由如下百分含量的元素组成：C：1.6％-2.8％，Si：0.6％-1.0％，Mn:0.5％-1.0％，Cr：1.0％-2.5％，Sb：0.005％-0.01％，Cu：0.03％-0.08％，P≤0.05％，S≤0.05％，Sn：0.05％-0.15％，B：0.01％-0.05％，Ba：0.03％-0.07％，Mg：0.01％-0.05％，余量为Fe。
该高硬度耐磨球的制备工艺包括如下几个步骤：
(1)向中频感应炉中依次加入生铁、优质碳素结构废钢、锰铁、锑铁、铬铁、铜铁、锡铁、钡铁、镁铁、增碳剂，加热至1450-1550℃得铁液，然后进行静置扒渣处理；
(2)向铁液中加入复合变质剂，其中，复合变质剂包括稀土合金0.1％-0.15％、钛0.02％-0.03％、硅钙0.1％-0.15％、铝0.2％-0.25％，钛元素以钛铁形式加入；
(3)在熔炼后期，向球化包内加入球化剂，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量0.1％的孕育剂，冲入铁液，孕育处理1.5h后，浇注，得铸件；
(4)将所述铸件升温至950-1000℃，风冷+水雾淬火2h后，以一定速度降温至400-460℃，回火2-4h，得钢坯；
(5)将钢坯放进中频感应炉中进行加热，然后进行热轧、冷轧，球坯成型，抛光，得高硬度耐磨球。
实施例3：
一种高硬度耐磨球，由如下百分含量的元素组成：C：1.8％-2.5％，Si：0.7％-0.9％，Mn:0.6％-0.8％，Cr：1.5％-2.0％，Sb：0.008％-0.009％，Cu：0.05％-0.07％，P≤0.05％，S≤0.05％，Sn：0.06％-0.10％，B：0.02％-0.04％，Ba：0.04％-0.06％，Mg：0.02％-0.04％，余量为Fe。
该高硬度耐磨球的制备工艺包括如下几个步骤：
(1)向中频感应炉中依次加入生铁、优质碳素结构废钢、锰铁、锑铁、铬铁、铜铁、锡铁、钡铁、镁铁、增碳剂，加热至1450-1550℃得铁液，然后进行静置扒渣处理；
(2)向铁液中加入复合变质剂，其中，复合变质剂包括稀土合金0.1％-0.15％、钛0.02％-0.03％、硅钙0.1％-0.15％、铝0.2％-0.25％，钛元素以钛铁形式加入；
(3)在熔炼后期，向球化包内加入球化剂，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量0.1％的孕育剂，冲入铁液，孕育处理1.5h后，浇注，得铸件；
(4)将所述铸件升温至950-1000℃，风冷+水雾淬火2h后，以一定速度降温至400-460℃，回火2-4h，得钢坯；
(5)将钢坯放进中频感应炉中进行加热，然后进行热轧、冷轧，球坯成型，抛光，得高硬度耐磨球。
实施例4：
一种高硬度耐磨球，由如下百分含量的元素组成：C：1.8％-2.5％，Si：0.7％-0.9％，Mn:0.6％-0.8％，Cr：1.5％-2.0％，Sb：0.008％-0.009％，Cu：0.05％-0.07％，P≤0.05％，S≤0.05％，Sn：0.06％-0.10％，B：0.02％-0.04％，Ba：0.04％-0.06％，Mg：0.02％-0.04％，余量为Fe。
该高硬度耐磨球的制备工艺包括如下几个步骤：
(1)向铁液中加入复合变质剂，其中，复合变质剂包括稀土合金0.1％-0.15％、钛0.02％-0.03％、硅钙0.1％-0.15％、铝0.2％-0.25％，钛元素以钛铁形式加入；
(2)将分离得到的合金材料加入中频感应电炉中，加热至1450-1500℃，随后依次加入生铁、优质碳素结构废钢、铌铁、钒铁、锆铁、增碳剂，熔炼得铁液，然后进行静置扒渣处理；
(3)在熔炼后期，向球化包内加入球化剂，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量0.1％的孕育剂，冲入铁液，孕育处理1.5h后，浇注，得铸件；
(4)将所述铸件升温至950-1000℃，风冷+水雾淬火2h后，以一定速度降温至400-460℃，回火2-4h，得钢坯；
(5)将钢坯放进中频感应炉中进行加热，然后进行热轧、冷轧，球坯成型，抛光，得高硬度耐磨球。
实施例5：
一种高硬度耐磨球，由如下百分含量的元素组成：C：1.8％-2.5％，Si：0.7％-0.9％，Mn:0.6％-0.8％，Cr：1.5％-2.0％，Sb：0.008％-0.009％，Cu：0.05％-0.07％，P≤0.05％，S≤0.05％，Sn：0.06％-0.10％，B：0.02％-0.04％，Ba：0.04％-0.06％，Mg：0.02％-0.04％，余量为Fe。
该高硬度耐磨球的制备工艺包括如下几个步骤：
(1)向中频感应炉中依次加入生铁、优质碳素结构废钢、锰铁、锑铁、铬铁、铜铁、锡铁、钡铁、镁铁、增碳剂，加热至1450-1550℃得铁液，然后进行静置扒渣处理；
(2)向铁液中加入复合变质剂，其中，复合变质剂包括稀土合金0.1％-0.15％、钛0.02％-0.03％、硅钙0.1％-0.15％、铝0.2％-0.25％，钛元素以钛铁形式加入；
(3)在熔炼后期，向球化包内加入球化剂，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量0.1％的孕育剂，冲入铁液，孕育处理1.5h后，浇注，得铸件；
(4)将所述铸件升温至950-1000℃，风冷+水雾淬火2h后，以一定速度降温至400-460℃，回火2-4h，得钢坯；
(5)将钢坯放进中频感应炉中进行加热，然后进行热轧、冷轧，球坯成型，抛光，得高硬度耐磨球。
在不同温度条件下进行回火，检测耐磨球硬度，测试结果如下：
将本发明所提供的技术方案和现有的技术方案制备的高硬度耐磨球做对比测试，测试结果如下：
综上，本发明实施例具有如下有益效果：本发明制备的耐磨球具有高强度、高韧性、延伸率好的特点。
以上实施例仅用以说明本发明型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明型进行了详细的说明，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型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种高硬度耐磨球，其特征在于，由如下百分含量的元素组成：C：1.6％-2.8％，Si：0.6％-1.0％，Mn:0.5％-1.0％，Cr：1.0％-2.5％，Sb：0.005％-0.01％，Cu：0.03％-0.08％，P≤0.05％，S≤0.05％，Sn：0.05％-0.15％，B：0.01％-0.05％，Ba：0.03％-0.07％，Mg：0.01％-0.05％，余量为Fe；
该高硬度耐磨球的制备工艺包括如下几个步骤：
(1)向中频感应炉中依次加入生铁、优质碳素结构废钢、锰铁、锑铁、铬铁、铜铁、锡铁、钡铁、镁铁、增碳剂，加热至1450-1550℃得铁液，然后进行静置扒渣处理；
(2)向铁液中加入复合变质剂，其中，复合变质剂包括稀土合金0.1％-0.15％、钛0.02％-0.03％、硅钙0.1％-0.15％、铝0.2％-0.25％，钛元素以钛铁形式加入；
(3)在熔炼后期，向球化包内加入球化剂，在球化剂上覆盖一层铁粉，铁粉上覆盖铁水总重量0.1％的孕育剂，冲入铁液，孕育处理一段时间后，浇注，得铸件；
(4)将所述铸件升温至一定温度，风冷+水雾淬火2h后，以一定速度降温至400-460℃，回火一段时间，得钢坯；
(5)将钢坯放进中频感应炉中进行加热，然后进行热轧、冷轧，球坯成型，抛光，得高硬度耐磨球。
2.根据权利要求1所述的高硬度耐磨球及其制备工艺，其特征在于，由如下百分含量的元素组成：C：1.8％-2.5％，Si：0.7％-0.9％，Mn:0.6％-0.8％，Cr：1.5％-2.0％，Sb：0.008％-0.009％，Cu：0.05％-0.07％，P≤0.05％，S≤0.05％，Sn：0.06％-0.10％，B：0.02％-0.04％，Ba：0.04％-0.06％，Mg：0.02％-0.04％，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的高硬度耐磨球及其制备工艺，其特征在于，所述步骤(2)中加入时复合变质剂时，先向钢液中添加稀土合金，出炉前加入铝，炉外处理时加入硅钙和钛铁。
4.根据权利要求1所述的高硬度耐磨球及其制备工艺，其特征在于，所述步骤(3)中孕育处理时间为1.5h。
5.根据权利要求1所述的高硬度耐磨球及其制备工艺，其特征在于，所述步骤(4)中淬火温度为950-1000℃。
6.根据权利要求1所述的高硬度耐磨球及其制备工艺，其特征在于，所述步骤(4)中回火时间为2-4h。
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