CN107828943A - 一种高铬合金耐磨钢球及其制备方法 - Google Patents

一种高铬合金耐磨钢球及其制备方法 Download PDF

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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

一种高铬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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