CN107828943A - 一种高铬合金耐磨钢球及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高铬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 1.6‑2.0%、Si 0.6‑0.9%、Mn 1.2‑1.5%、Cr 10.5‑12.5%、Mo 0.15‑0.25%、Ni 0.01‑0.03%、Ti 0.2‑0.4%、Cu 0.06‑0.08%、Nb 0.02‑0.05%、Ta 0.01‑0.03%、B 0.02‑0.05%、P≤0.05%、S≤0.05%,其余为Fe和不可避免的杂质。本发明制备的耐磨钢球综合力学性能优异,在保证耐磨钢球具有高硬度HRC≥63的同时,还具有很好的冲击韧性,改善高铬钢球韧性低、易碎裂的问题。
Description
技术领域
本发明涉及耐磨材料技术领域,尤其涉及一种高铬合金耐磨钢球的制备方法。
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。现有技术中常通过增加钢球中的铬含量来提高钢球的耐磨性,但是较高的铬含量会使钢球的韧性降低,易脆裂,降低钢球的使用寿命,因此研究开发耐磨性和韧性相互平衡的钢球成为当务之急。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种高铬合金耐磨钢球及其制备方法,制得的耐磨钢球在保证高硬度的同时,冲击韧性好,改善其韧性低、易碎裂的问题。
本发明提出的一种高铬合金耐磨钢球,其化学成分按重量百分比包括:C 1.6-2.0%、Si 0.6-0.9%、Mn 1.2-1.5%、Cr 10.5-12.5%、Mo 0.15-0.25%、Ni 0.01-0.03%、Ti 0.2-0.4%、Cu 0.06-0.08%、Nb 0.02-0.05%、Ta 0.01-0.03%、B 0.02-0.05%、P≤0.05%、S≤0.05%,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 1.75-1.85%、Si 0.70-0.80%、Mn1.35-1.45%、Cr 11.2-12.2%、Mo 0.18-0.25%、Ni 0.02-0.03%、Ti 0.25-0.35%、Cu0.065-0.075%、Nb 0.04-0.05%、Ta 0.02-0.03%、B 0.03-0.05%、P≤0.03%、S≤0.03%,其余为Fe和不可避免的杂质。
优选地,所述化学成分中各元素的重量百分比满足以下关系式:47.3[C]+28.5[Mo]+80.2[Nb]+38.6[Ti]≥100%,[]表示该元素的重量百分比浓度。
本发明还提出了上述高铬合金耐磨钢球的制备方法,包括以下步骤:
S1、熔炼:将铬铁、废钢、生铁加入真空感应炉中,升温至1440-1460℃,待钢液熔清后加入钼铁、钛铁、镍板、铜、铌铁、钽铁、硼铁,完全熔化后,将温度升高至1490-1510℃,加入硅铁、锰铁,调整钢中各元素成分,扒渣;
S2、浇注:将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,得钢球胚体;
S3、热处理:将钢球胚体放入电炉内,升温至630-650℃,保温1h,再升温至940-960℃,保温3-4h,水淬淬火,冷却至室温,再加热至230-250℃进行回火处理,保温2-3h,冷却至室温。
优选地,所述S2中,钢水浇注温度为1390-1410℃。
优选地,所述S3中,以3.8-4.2℃/min的升温速率升温至630-650℃。
优选地,所述S3中,以A℃/min的升温速率升温至940-960℃,A=2.2+(80-100)×[Mn],[Mn]表示Mn的重量百分比。
优选地,所述S3中,以3.2-3.6℃/min的升温速率加热至230-250℃进行回火处理。
有益效果:本发明通过调节Cr、Si、Mn在一定范围内,并与元素Cu、Ni相互配合,提高材料的淬透性,使其具有较好的强度、硬度和耐腐蚀性能,并添加元素Mo、Nb,细化晶粒,降低回火脆性,以及Ta提高碳化物的稳定性,且化学成分还满足关系式47.3[C]+28.5[Mo]+80.2[Nb]+38.6[Ti]≥100%,不仅细化晶粒,改善回火稳定性,而且使得珠光体和贝氏体转变曲线发生分离;制备方法中先将铸件以一定速率加热并保温一段时间,使其芯部和表层加热均匀化,再控制升温速率达到临界温度进行淬火处理,且升温速率A满足2.2+(80-100)×[Mn]的关系式,增加奥氏体转变为马氏体的稳定性,避免产生过多的残余奥氏体降低材料的耐磨性能,再配合回火,提高材料的韧性和耐磨性,制备的耐磨钢球综合力学性能优异,在保证耐磨钢球具有高硬度HRC≥63的同时,还具有很好的冲击韧性,改善高铬钢球韧性低、易碎裂的问题。
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
一种高铬合金耐磨钢球,其化学成分按重量百分比包括:C 1.6%、Si 0.9%、Mn1.2%、Cr 12.5%、Mo 0.22%、Ni 0.03%、Ti 0.4%、Cu 0.08%、Nb 0.04%、Ta 0.03%、B0.02%、P 0.05%、S 0.05%,其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出了上述高铬合金耐磨钢球的制备方法,包括以下步骤:
S1、熔炼:将铬铁、废钢、生铁加入真空感应炉中,升温至1440℃,待钢液熔清后加入钼铁、钛铁、镍板、铜、铌铁、钽铁、硼铁,完全熔化后,将温度升高至1490℃,加入硅铁、锰铁,调整钢中各元素成分,扒渣;
S2、浇注:将钢水浇注到模具中成型,浇注温度为1390℃,待合金熔体凝固后开模,取出空冷至室温,得钢球胚体;
S3、热处理:将钢球胚体放入电炉内,以3.8℃/min的升温速率升温至630℃,保温1h,再以3.2℃/min的升温速率升温至940℃,保温3h,水淬淬火,冷却至室温,再以3.2℃/min的升温速率加热至230℃进行回火处理,保温2h,冷却至室温。
实施例2
一种高铬合金耐磨钢球,其化学成分按重量百分比包括:C 1.75%、Si 0.80%、Mn1.35%、Cr 12.2%、Mo 0.18%、Ni 0.03%、Ti 0.25%、Cu 0.075%、Nb 0.04%、Ta0.03%、B 0.03%、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高铬合金耐磨钢球的制备方法,包括以下步骤:
S1、熔炼:将铬铁、废钢、生铁加入真空感应炉中,升温至1440℃,待钢液熔清后加入钼铁、钛铁、镍板、铜、铌铁、钽铁、硼铁,完全熔化后,将温度升高至1490℃,加入硅铁、锰铁,调整钢中各元素成分,扒渣;
S2、浇注:将钢水浇注到模具中成型,浇注温度为1390℃,待合金熔体凝固后开模,取出空冷至室温,得钢球胚体;
S3、热处理:将钢球胚体放入电炉内,以3.8℃/min的升温速率升温至630℃,保温1h,再以3.3℃/min的升温速率升温至940℃,保温3h,水淬淬火,冷却至室温,再以3.2℃/min的升温速率加热至230℃进行回火处理,保温2h,冷却至室温。
实施例3
一种高铬合金耐磨钢球,其化学成分按重量百分比包括:C 1.80%、Si 0.75%、Mn1.42%、Cr 11.8%、Mo 0.21%、Ni 0.025%、Ti 0.28%、Cu 0.072%、Nb 0.045%、Ta0.025%、B 0.04%、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高铬合金耐磨钢球的制备方法,包括以下步骤:
S1、熔炼:将铬铁、废钢、生铁加入真空感应炉中,升温至1450℃,待钢液熔清后加入钼铁、钛铁、镍板、铜、铌铁、钽铁、硼铁,完全熔化后,将温度升高至1500℃,加入硅铁、锰铁,调整钢中各元素成分,扒渣;
S2、浇注:将钢水浇注到模具中成型,浇注温度为1400℃,待合金熔体凝固后开模,取出空冷至室温,得钢球胚体;
S3、热处理:将钢球胚体放入电炉内,以4.0℃/min的升温速率升温至640℃,保温1h,再以3.6℃/min的升温速率升温至950℃,保温3.5h,水淬淬火,冷却至室温,再以3.4℃/min的升温速率加热至240℃进行回火处理,保温2.5h,冷却至室温。
实施例4
一种高铬合金耐磨钢球,其化学成分按重量百分比包括:C 1.85%、Si 0.83%、Mn1.37%、Cr 11.5%、Mo 0.15%、Ni 0.02%、Ti 0.20%、Cu 0.07%、Nb 0.03%、Ta 0.03%、B 0.04%、P 0.01%、S 0.02%,其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出了上述高铬合金耐磨钢球的制备方法,包括以下步骤:
S1、熔炼:将铬铁、废钢、生铁加入真空感应炉中,升温至1450℃,待钢液熔清后加入钼铁、钛铁、镍板、铜、铌铁、钽铁、硼铁,完全熔化后,将温度升高至1500℃,加入硅铁、锰铁,调整钢中各元素成分,扒渣;
S2、浇注:将钢水浇注到模具中成型,浇注温度为1400℃,待合金熔体凝固后开模,取出空冷至室温,得钢球胚体;
S3、热处理:将钢球胚体放入电炉内,以4.0℃/min的升温速率升温至650℃,保温1h,再以3.5℃/min的升温速率升温至950℃,水淬淬火,冷却至室温,再以3.4℃/min的升温速率加热至240℃进行回火处理,保温2.5h,冷却至室温。
实施例5
一种高铬合金耐磨钢球,其化学成分按重量百分比包括:C 1.85%、Si 0.70%、Mn1.45%、Cr 11.2%、Mo 0.25%、Ni 0.02%、Ti 0.35%、Cu 0.065%、Nb 0.05%、Ta0.02%、B 0.05%、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高铬合金耐磨钢球的制备方法,包括以下步骤:
S1、熔炼:将铬铁、废钢、生铁加入真空感应炉中,升温至1460℃,待钢液熔清后加入钼铁、钛铁、镍板、铜、铌铁、钽铁、硼铁,完全熔化后,将温度升高至1510℃,加入硅铁、锰铁,调整钢中各元素成分,扒渣;
S2、浇注:将钢水浇注到模具中成型,浇注温度为1410℃,待合金熔体凝固后开模,取出空冷至室温,得钢球胚体;
S3、热处理:将钢球胚体放入电炉内,以4.2℃/min的升温速率升温至650℃,保温1h,再以3.6℃/min的升温速率升温至960℃,保温4h,水淬淬火,冷却至室温,再以3.6℃/min的升温速率加热至250℃进行回火处理,保温3h,冷却至室温。
实施例6
一种高铬合金耐磨钢球,其化学成分按重量百分比包括:C 2.0%、Si 0.6%、Mn1.5%、Cr 10.5%、Mo 0.25%、Ni 0.01%、Ti 0.3%、Cu 0.06%、Nb 0.03%、Ta 0.01%、B0.05%、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高铬合金耐磨钢球的制备方法,包括以下步骤:
S1、熔炼:将铬铁、废钢、生铁加入真空感应炉中,升温至1460℃,待钢液熔清后加入钼铁、钛铁、镍板、铜、铌铁、钽铁、硼铁,完全熔化后,将温度升高至1500℃,加入硅铁、锰铁,调整钢中各元素成分,扒渣;
S2、浇注:将钢水浇注到模具中成型,浇注温度为1410℃,待合金熔体凝固后开模,取出空冷至室温,得钢球胚体;
S3、热处理:将钢球胚体放入电炉内,以4.2℃/min的升温速率升温至630℃,保温1h,再以3.7℃/min的升温速率升温至940℃,保温3h,水淬淬火,冷却至室温,再以3.3℃/min的升温速率加热至240℃进行回火处理,保温3h,冷却至室温。
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 (8)
1.一种高铬合金耐磨钢球,其特征在于,其化学成分按重量百分比包括:C 1.6-2.0%、Si 0.6-0.9%、Mn 1.2-1.5%、Cr 10.5-12.5%、Mo 0.15-0.25%、Ni 0.01-0.03%、Ti0.2-0.4%、Cu 0.06-0.08%、Nb 0.02-0.05%、Ta 0.01-0.03%、B 0.02-0.05%、P≤0.05%、S≤0.05%,其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高铬合金耐磨钢球,其特征在于,其化学成分按重量百分比包括:C 1.75-1.85%、Si 0.70-0.80%、Mn 1.35-1.45%、Cr 11.2-12.2%、Mo 0.18-0.25%、Ni 0.02-0.03%、Ti 0.25-0.35%、Cu 0.065-0.075%、Nb 0.04-0.05%、Ta 0.02-0.03%、B 0.03-0.05%、P≤0.03%、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所述的高铬合金耐磨钢球,其特征在于,所述化学成分中各元素的重量百分比满足以下关系式:47.3[C]+28.5[Mo]+80.2[Nb]+38.6[Ti]≥100%,[]表示该元素的重量百分比浓度。
4.一种基于权利要求1-3任一所述的高铬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:将铬铁、废钢、生铁加入真空感应炉中,升温至1440-1460℃,待钢液熔清后加入钼铁、钛铁、镍板、铜、铌铁、钽铁、硼铁,完全熔化后,将温度升高至1490-1510℃,加入硅铁、锰铁,调整钢中各元素成分,扒渣;
S2、浇注:将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,得钢球胚体;
S3、热处理:将钢球胚体放入电炉内,升温至630-650℃,保温1h,再升温至940-960℃,保温3-4h,水淬淬火,冷却至室温,再加热至230-250℃进行回火处理,保温2-3h,冷却至室温。
5.根据权利要求4所述的高铬合金耐磨钢球的制备方法,其特征在于,所述S2中,钢水浇注温度为1390-1410℃。
6.根据权利要求4所述的高铬合金耐磨钢球的制备方法,其特征在于,所述S3中,以3.8-4.2℃/min的升温速率升温至630-650℃。
7.根据权利要求4所述的高铬合金耐磨钢球的制备方法,其特征在于,所述S3中,以A℃/min的升温速率升温至940-960℃,A=2.2+(80-100)×[Mn],[Mn]表示Mn的重量百分比。
8.根据权利要求4所述的高铬合金耐磨钢球的制备方法,其特征在于,所述S3中,以3.2-3.6℃/min的升温速率加热至230-250℃进行回火处理。
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