CN109023088B - 一种球磨机用耐磨钢锻及其制备方法 - Google Patents

一种球磨机用耐磨钢锻及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种球磨机用耐磨钢锻及其制备方法，球磨机用耐磨钢锻包括以下成分：Cr、Mn、C、Ti、B、Al、Si、Zr、Mo、Ni、V、Nb、Sc、Nd、Y，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明提出的一种球磨机用耐磨钢锻及其制备方法，通过优化配方及制备工艺，得到的制品耐磨性及力学性能好，使用寿命长，研磨效果好。

Description

一种球磨机用耐磨钢锻及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐磨材料技术领域，尤其涉及一种球磨机用耐磨钢锻及其制备方法。
背景技术
球磨机是水泥、电力、选矿、建材等行业中广泛使用的粉磨设备，钢锻作为球磨机中的研磨物料介质，长时间经受钢锻之间、钢锻与物料之间的碰撞摩擦，所以对其耐磨性及力学性能具有一定要求。现有的球磨机用钢锻存在耐磨性及力学性能不足的问题，影响钢锻的使用寿命及研磨效果。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种球磨机用耐磨钢锻及其制备方法，通过优化配方及制备工艺，得到的制品耐磨性及力学性能好，使用寿命长，研磨效果好。
本发明提出的一种球磨机用耐磨钢锻，其按质量分数包括以下成分：Cr：12.5-16.5％、Mn：0.8-0.95％、C：1.5-1.85％、Ti：0.5-0.65％、B：0.12-0.2％、Al：0.15-0.25％、Si：0.8-1.2％、Zr：0.05-0.15％、Mo：0.12-0.2％、Ni：0.1-0.15％、V：0.1-0.2％、Nb：0.1-0.2％、Sc：0.02-0.06％、Nd：0.05-0.12％、Y：0.08-0.15％，其余为Fe和不可避免的杂质。
具体实施方式中，Cr的质量分数还可以为12.8％、13.2％、13.8％、14.2％、14.8％、15.2％、16％，Mn的质量分数还可以为0.82％、0.85％、0.88％、0.9％、0.93％，C的质量分数还可以为1.55％、1.6％、1.65％、1.7％、1.8％，Ti的质量分数还可以为0.52％、0.55％、0.58％、0.6％、0.63％，B的质量分数还可以为0.13％、0.14％、0.16％、0.18％，Al的质量分数还可以为0.16％、0.18％、0.2％、0.22％、0.24％，Si的质量分数还可以为0.85％、0.95％、1％、1.05％、1.1％，Zr的质量分数还可以为0.06％、0.08％、0.1％、0.12％、0.13％，Mo的质量分数还可以为0.13％、0.15％、0.16％、0.18％，Ni的质量分数还可以为0.11％、0.12％、0.13％、0.14％，V的质量分数还可以为0.12％、0.14％、0.15％、0.16％、0.18％，Nb的质量分数还可以为0.12％、0.14％、0.15％、0.16％、0.18％，Sc的质量分数还可以为0.03％、0.04％、0.05％，Nd的质量分数还可以为0.06％、0.07％、0.08％、0.1％，Y的质量分数还可以为0.09％、0.1％、0.11％、0.12％、0.14％，其余为Fe和不可避免的杂质。
优选地，Cr、Mn、Si、Mo、B之间的质量比为13-16:0.85-0.9:0.9-1.1:0.14-0.18:0.14-0.18。
优选地，Ti、V、Zr之间的质量分数满足以下关系式：0.8％≤wTi+wV+wZr≤0.9％，其中，wCu、wMo、wNi分别为Ti、V、Zr的质量分数。
本发明还提出的一种球磨机用耐磨钢锻的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废钢、高碳铬铁、钛铁、镍锭、钒铝合金和稀土铁合金置于中频感应炉中进行熔炼，除杂后进行成分检测，得到合金液；
S2、将合金液浇注成型，得到铸件，然后对铸件进行一次热处理，得到钢锻A；
S3、将初级钢锻清洗后干燥，经激光重熔得到钢锻B，然后对钢锻B进行二次热处理，得到球磨机用耐磨钢锻。
优选地，S1中，熔炼温度为1475-1490℃。
优选地，S2中，浇注温度为1380-1400℃。
优选地，S2中，一次热处理具体步骤如下：将铸件以6-7℃/min的升温速率升温至420-450℃，保温15-25min，以5-6℃/min的升温速率升温至750-780℃，保温20-30min，以3-4℃/min的升温速率升温至920-930℃，保温10-15min，然后油淬至720-750℃，再水淬至室温，保温30-45min，再以3-4℃/min的升温速率升温至250-270℃，保温20-30min，以2-3℃/min的升温速率升温至350-360℃，保温20-30min，然后空冷至室温。
优选地，S3中，激光重熔工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为2.5-3mm，扫描速度为8-10mm/s，功率为1.8-2KW。
优选地，S3中，二次热处理具体步骤如下：将钢锻B以2-3℃/min的升温速率升温至120-150℃，保温20-30min，然后以4-5℃/min的升温速率升温至360-380℃，保温25-40min，再空冷至室温。
本发明中采用废钢作为原料，有效节约成本及提高资源利用率，再通过优化制品中各元素含量及制备工艺，得到的制品耐磨性及力学性能好，使用寿命长，研磨效果好。其中，通过合理控制Cr、Mn、Si、Mo、B的含量，各元素配合，有效改善本发明钢锻淬透性，本发明钢锻组织均匀性提高，同时有效改善本发明钢锻强度、硬度、冲击韧性及耐磨性；再通过合理添加Ti、V、Zr，三者配合具有良好的脱氧、固氮、固溶强化、防止晶间腐蚀、净化及细化晶核等效果，并在体系中生成弥散分布的强碳化物，其作为异质形核基底，有效细化组织，改善本发明制品各向异性，有效提高本发明制品硬度、抗开裂性及耐磨性；制备过程中，合理设置熔炼及浇注温度，合金液具有良好的纯净度、流动性和均匀度，浇注后成型性好，得到的铸件其微观组织形貌良好，随后对铸件进行一次热处理，有效消除铸件中组织应力，制品中网状及枝状结构受到破坏，其组织更加致密和细小，有效提高制品韧性、硬度及耐磨性；再经激光重熔结合二次热处理，本发明钢锻表面结构得到明显细化及强化，同时还有效调节表层中各元素的分布，进一步有效强化本发明制品力学性能及耐磨性，大大延长本发明制品的使用寿命及提高其研磨效果。
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
本发明提出的一种球磨机用耐磨钢锻，其按质量分数包括以下成分：Cr：12.5％、Mn：0.95％、C：1.5％、Ti：0.5％、B：0.12％、Al：0.15％、Si：1.2％、Zr：0.05％、Mo：0.12％、Ni：0.1％、V：0.2％、Nb：0.1％、Sc：0.02％、Nd：0.05％、Y：0.08％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出的一种球磨机用耐磨钢锻的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废钢、高碳铬铁、钛铁、镍锭、钒铝合金和稀土铁合金置于中频感应炉中进行熔炼，除杂后进行成分检测，得到合金液；
S2、将合金液浇注成型，得到铸件，然后对铸件进行一次热处理，得到钢锻A；
S3、将初级钢锻清洗后干燥，经激光重熔得到钢锻B，然后对钢锻B进行二次热处理，得到球磨机用耐磨钢锻。
实施例2
本发明提出的一种球磨机用耐磨钢锻，其按质量分数包括以下成分：Cr：16.5％、Mn：0.8％、C：1.85％、Ti：0.65％、B：0.2％、Al：0.25％、Si：0.8％、Zr：0.15％、Mo：0.2％、Ni：0.15％、V：0.1％、Nb：0.2％、Sc：0.06％、Nd：0.12％、Y：0.15％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出的一种球磨机用耐磨钢锻的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废钢、高碳铬铁、钛铁、镍锭、钒铝合金和稀土铁合金置于中频感应炉中进行熔炼，除杂后进行成分检测，得到合金液；其中，熔炼温度为1475℃；
S2、将合金液浇注成型，得到铸件，然后对铸件进行一次热处理，得到钢锻A；其中，浇注温度为1380℃；一次热处理具体步骤如下：将铸件以6℃/min的升温速率升温至420℃，保温25min，以5℃/min的升温速率升温至750℃，保温30min，以4℃/min的升温速率升温至930℃，保温10min，然后油淬至720℃，再水淬至室温，保温45min，再以3℃/min的升温速率升温至250℃，保温20min，以2℃/min的升温速率升温至360℃，保温20min，然后空冷至室温；
S3、将初级钢锻清洗后干燥，经激光重熔得到钢锻B，然后对钢锻B进行二次热处理，得到球磨机用耐磨钢锻；其中，激光重熔工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为2.5mm，扫描速度为10mm/s，功率为2KW；二次热处理具体步骤如下：将钢锻B以2℃/min的升温速率升温至120℃，保温20min，然后以5℃/min的升温速率升温至360℃，保温25min，再空冷至室温，得到球磨机用耐磨钢锻。
实施例3
本发明提出的一种球磨机用耐磨钢锻，其按质量分数包括以下成分：Cr：14.8％、Mn：0.88％、C：1.65％、Ti：0.58％、B：0.15％、Al：0.18％、Si：1.1％、Zr：0.1％、Mo：0.16％、Ni：0.12％、V：0.15％、Nb：0.15％、Sc：0.04％、Nd：0.1％、Y：0.12％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出的一种球磨机用耐磨钢锻的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废钢、高碳铬铁、钛铁、镍锭、钒铝合金和稀土铁合金置于中频感应炉中进行熔炼，除杂后进行成分检测，得到合金液；其中，熔炼温度为1485℃；
S2、将合金液浇注成型，得到铸件，然后对铸件进行一次热处理，得到钢锻A；其中，浇注温度为1390℃；一次热处理具体步骤如下：将铸件以6.5℃/min的升温速率升温至440℃，保温20min，以5.5℃/min的升温速率升温至765℃，保温25min，以3.5℃/min的升温速率升温至925℃，保温12min，然后油淬至740℃，再水淬至室温，保温35min，再以3.5℃/min的升温速率升温至260℃，保温25min，以2.5℃/min的升温速率升温至355℃，保温25min，然后空冷至室温；
S3、将初级钢锻清洗后干燥，经激光重熔得到钢锻B，然后对钢锻B进行二次热处理，得到球磨机用耐磨钢锻；其中，激光重熔工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为2.8mm，扫描速度为9mm/s，功率为1.9KW；二次热处理具体步骤如下：将钢锻B以2.5℃/min的升温速率升温至140℃，保温25min，然后以4.5℃/min的升温速率升温至370℃，保温32min，再空冷至室温，得到球磨机用耐磨钢锻。
实施例4
本发明提出的一种球磨机用耐磨钢锻，其按质量分数包括以下成分：Cr：13.2％、Mn：0.85％、C：1.65％、Ti：0.62％、B：0.14％、Al：0.18％、Si：0.95％、Zr：0.08％、Mo：0.15％、Ni：0.12％、V：0.12％、Nb：0.12％、Sc：0.05％、Nd：0.06％、Y：0.1％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出的一种球磨机用耐磨钢锻的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废钢、高碳铬铁、钛铁、镍锭、钒铝合金和稀土铁合金置于中频感应炉中进行熔炼，除杂后进行成分检测，得到合金液；其中，熔炼温度为1490℃；
S2、将合金液浇注成型，得到铸件，然后对铸件进行一次热处理，得到钢锻A；其中，浇注温度为1400℃；一次热处理具体步骤如下：将铸件以7℃/min的升温速率升温至450℃，保温15min，以6℃/min的升温速率升温至780℃，保温20min，以3℃/min的升温速率升温至920℃，保温15min，然后油淬至750℃，再水淬至室温，保温30min，再以4℃/min的升温速率升温至270℃，保温30min，以3℃/min的升温速率升温至350℃，保温30min，然后空冷至室温；
S3、将初级钢锻清洗后干燥，经激光重熔得到钢锻B，然后对钢锻B进行二次热处理，得到球磨机用耐磨钢锻；其中，激光重熔工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为3mm，扫描速度为8mm/s，功率为1.8KW；二次热处理具体步骤如下：将钢锻B以3℃/min的升温速率升温至150℃，保温30min，然后以4℃/min的升温速率升温至380℃，保温40min，再空冷至室温，得到球磨机用耐磨钢锻。
实施例5
本发明提出的一种球磨机用耐磨钢锻，其按质量分数包括以下成分：Cr：16.2％、Mn：0.92％、C：1.78％、Ti：0.55％、B：0.18％、Al：0.22％、Si：1.1％、Zr：0.12％、Mo：0.16％、Ni：0.14％、V：0.16％、Nb：0.16％、Sc：0.04％、Nd：0.1％、Y：0.12％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出的一种球磨机用耐磨钢锻的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废钢、高碳铬铁、钛铁、镍锭、钒铝合金和稀土铁合金置于中频感应炉中进行熔炼，除杂后进行成分检测，得到合金液；其中，熔炼温度为1480℃；
S2、将合金液浇注成型，得到铸件，然后对铸件进行一次热处理，得到钢锻A；其中，浇注温度为1385℃；一次热处理具体步骤如下：将铸件以6.2℃/min的升温速率升温至430℃，保温18min，以5.8℃/min的升温速率升温至775℃，保温22min，以3.2℃/min的升温速率升温至922℃，保温14min，然后油淬至740℃，再水淬至室温，保温35min，再以3.4℃/min的升温速率升温至255℃，保温26min，以2.2℃/min的升温速率升温至356℃，保温22min，然后空冷至室温；
S3、将初级钢锻清洗后干燥，经激光重熔得到钢锻B，然后对钢锻B进行二次热处理，得到球磨机用耐磨钢锻；其中，激光重熔工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为2.6mm，扫描速度为9mm/s，功率为1.85KW；二次热处理具体步骤如下：将钢锻B以2.6℃/min的升温速率升温至140℃，保温26min，然后以4.5℃/min的升温速率升温至365℃，保温35min，再空冷至室温，得到球磨机用耐磨钢锻。
对本发明实施例3和4中提出的球磨机用耐磨钢锻的耐磨性能进行测试，具体如下：选用粒度为80目，硬度为1100-1300HV的石英砂作为磨粒对其进行磨损试验，磨损2h后经检测发现本发明制品的磨损率分别为0.11mg/min、0.15mg/min。从上述耐磨性能测试结果可知，本发明制品具有优异的耐磨性能，适于生产应用。
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 (6)

1.一种球磨机用耐磨钢锻，其特征在于，其按质量分数包括以下成分：Cr：12.5-16.5％、Mn：0.8-0.95％、C：1.5-1.85％、Ti：0.5-0.65％、B：0.12-0.2％、Al：0.15-0.25％、Si：0.8-1.2％、Zr：0.05-0.15％、Mo：0.12-0.2％、Ni：0.1-0.15％、V：0.1-0.2％、Nb：0.1-0.2％、Sc：0.02-0.06％、Nd：0.05-0.12％、Y：0.08-0.15％，其余为Fe和不可避免的杂质；
所述球磨机用耐磨钢锻的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将废钢、高碳铬铁、钛铁、镍锭、钒铝合金和稀土铁合金置于中频感应炉中进行熔炼，除杂后进行成分检测，得到合金液；
S2、将合金液浇注成型，得到铸件，然后对铸件进行一次热处理，得到钢锻A；
S3、将初级钢锻清洗后干燥，经激光重熔得到钢锻B，然后对钢锻B进行二次热处理，得到球磨机用耐磨钢锻；
S2中，一次热处理具体步骤如下：将铸件以6-7℃/min的升温速率升温至420-450℃，保温15-25min，以5-6℃/min的升温速率升温至750-780℃，保温20-30min，以3-4℃/min的升温速率升温至920-930℃，保温10-15min，然后油淬至720-750℃，再水淬至室温，保温30-45min，再以3-4℃/min的升温速率升温至250-270℃，保温20-30min，以2-3℃/min的升温速率升温至350-360℃，保温20-30min，然后空冷至室温；
S3中，二次热处理具体步骤如下：将钢锻B以2-3℃/min的升温速率升温至120-150℃，保温20-30min，然后以4-5℃/min的升温速率升温至360-380℃，保温25-40min，再空冷至室温。
2.根据权利要求1所述球磨机用耐磨钢锻，其特征在于，Cr、Mn、Si、Mo、B之间的质量比为13-16:0.85-0.9:0.9-1.1:0.14-0.18:0.14-0.18。
3.根据权利要求1或2所述球磨机用耐磨钢锻，其特征在于，Ti、V、Zr之间的质量分数满足以下关系式：0.8％≤wTi+wV+wZr≤0.9％，其中，wTi、wV、wZr分别为Ti、V、Zr的质量分数。
4.根据权利要求1或2所述球磨机用耐磨钢锻，其特征在于，S1中，熔炼温度为1475-1490℃。
5.根据权利要求1或2所述球磨机用耐磨钢锻，其特征在于，S2中，浇注温度为1380-1400℃。
6.根据权利要求1或2所述球磨机用耐磨钢锻，其特征在于，S3中，激光重熔工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为2.5-3mm，扫描速度为8-10mm/s，功率为1.8-2KW。
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