CN109694994B - 一种耐腐蚀高耐磨钢球及其制造方法 - Google Patents

一种耐腐蚀高耐磨钢球及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种耐腐蚀高耐磨钢球及制造方法，钢球化学成分重量百分比为：C:0.54％～0.69％，Si:1.20％～1.50％，Mn:1.05％～1.45％，Cu:0.25％～0.50％，Cr:0.40％～0.90％，B:0.0022％～0.0035％，P:0.015％～0.030％，S≤0.030％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明采用的制造方法包括：转炉冶炼，方坯连铸，连铸坯加热温度1150～1250℃，保温时间30～120min，开轧温度1000～1100℃，终轧温度810‑940℃，得轧球用圆钢；圆钢缓冷后进行再加热轧制，采用感应加热时圆钢的加热温度为1120～1180℃，室式炉加热时加热温度为1150～1200℃，保温时间30‑90min；钢球的淬火温度为840‑890℃，淬火时间20‑90s；淬火后回火温度150‑200℃，保温时间30～100min。本发明通过减少贵重金属元素的加入量，并简化其生产工艺，降低生产成本、提高生产效率，生产的钢球耐磨性能好、韧性高、耐腐蚀性能良好。

Description

一种耐腐蚀高耐磨钢球及其制造方法
技术领域
本发明属于金属材料生产技术领域，特别涉及一种耐腐蚀高耐磨钢球及其制造方法。
背景技术
耐磨钢球是球磨机中最常用的研磨介质，也是磨粉行业中各种易磨损件中消耗量最大的零件，年需求量巨大。钢球在球磨机内会受到反复的高应力冲击、挤压和研磨等机械磨损，因此要求钢球具有很好的耐磨性以及优良的韧性。在湿式球磨机中，钢球还会受到矿浆的腐蚀作用，以及腐蚀和磨损的协同作用，因此还要求钢球具有一定的耐腐蚀性。为了系统解决这些问题，产生了一些相关的专利。
名为“一种耐腐蚀抗冲击耐磨钢球及其制备方法(申请号：201610676935.0)”的专利，该专利公开了一种钢球及制备方法，钢球成分为：C：0.7～0.75％；Cr：11～13％；Si：1～1.2％；Mn：1.5～1.6％；B：0.05～0.06％；Ni：1～2％；Y：2.1～2.15％；Ti：0.04～0.06％；Cu：0.03～0.05％；Co：0.01～0.03％；Zr：0.3～0.4％；Nb：0.03～0.04％；P≤0.012％；S≤0.002％；余料为Fe。该成分的钢球通过熔炼、铸造等工序得最终钢球，钢球耐磨性、韧性和耐腐蚀性良好。但是其成分中含有较多的贵重金属元素，会增加生产成本，且其制造工艺中包含铸造等工序，会降低其生产效率。
名为“一种低铬耐磨钢球(申请号：201510760367.8)”的专利，该专利公开了一种耐磨钢球，钢球化学成分为：C：0.7～0.9％；Si：0.3～0.5％；Mn：0.8～1.0％；Cr：0.9～1.1％；Ni：0.07～0.09％；Mo：0.07～0.09％；Al：0.03～0.04％；Cu：0.3～0.5％；B：0.0005～0.002％；V：0.19～0.21％；P：0.01～0.014％；S：0.001～0.0012％；余料为Fe。该成分的钢球通过熔炼、锻打、热处理等工序得最终钢球，钢球耐磨性、抗冲击性能、耐腐蚀性能良好，但其工序中包括锻打、离线淬火等工序，会降低其生产效率。
名为“一种超耐磨钢球生产方法(申请号：201610163412.6)”、“一种球磨机用钢球(申请号：201410376928.X)”的专利，以上专利公开的耐磨钢球，只关注其耐磨性能，而对耐腐蚀性能没有提及。
综上所述，现有耐磨钢球的生产还具有许多不足，主要包括以下几个方面。
1)生产成本高，化学成分含有许多贵重金属元素。
2)生产工艺复杂，生产效率低。
3)钢球不具有耐腐蚀性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐腐蚀高耐磨钢球及其制造方法，通过设计耐磨钢球的成分，减少贵重金属元素的加入量，并调整耐磨钢球的生产工艺，从而降低生产成本、提高生产效率、改善耐磨钢球的耐磨性能及韧性、提高钢球的耐腐蚀能。
本发明的主要技术方案为：
一种耐腐蚀高耐磨钢球的化学成分，按照重量百分比为：C:0.54％～0.69％，Si:1.20％～1.50％，Mn:1.05％～1.45％，Cu:0.25％～0.50％，Cr:0.40％～0.90％，B:0.0022％～0.0035％，P:0.015％～0.030％，S≤0.030％，余量为Fe及不可避免的杂质。
下面对本发明各化学成分的作用做详细介绍。
C：在耐磨钢球中，碳是不可缺少的元素，并且含量较高。一方面碳在钢中是有效的固溶强化元素，另一方面可以形成各种碳化物，在耐磨钢球中，要保证充足的碳化物含量用以保证耐磨性。但碳含量过高时会使钢的韧性降低，尤其在形成粗大共晶碳化物时，对韧性的影响更严重。本发明选择加入范围为0.54％～0.69％，优选为0.64％～0.69％。
Si：炼钢过程的脱氧元素，在钢中具有较强的固溶强化效果，能提高钢的强度，对提高钢的耐磨性有促进作用。本发明选择加入范围为1.20％～1.50％，优选为1.40％～1.50％。
Mn：适量的Mn可以延缓钢种铁素体和珠光体转变，增加钢种淬透性，改善韧性。本发明选择加入范围为1.05％～1.45％，优选为1.05％～1.15％。
Cu：能提高钢中奥氏体的稳定性，从而提高钢的淬透性，对提高钢球的耐磨性有利，同时，铜的加入可以增加钢球的耐腐蚀性能。本发明选择加入范围为0.25％～0.50％，优选为0.25％～0.45％。
Cr：铬可以增加钢的淬透性，提高回火稳定性，并产生二次硬化现象；铬是中强碳化物形成元素，在钢中与碳可以形成碳化物，也可溶于固溶体与Fe3C中，增加钢的强度与耐磨性。本发明选择加入范围为0.40％-0.90％，优选为0.40％～0.70％。
B：硼可以提高基体的淬透性；细化马氏体亚结构，提高基体韧性；在退火过程中，固溶B优先引导二次化合物析出，增加二次析出物数量，提高材料均匀性。本发明选择加入范围为0.0022％-0.0035％。
P：磷在钢液凝固时形成微观偏析，随后在奥氏体化温度加热时在晶界处偏聚，使钢的韧性降低，脆性增大。但是适量的磷与铜联合使用时会增加钢的耐腐蚀性能。本发明控制磷的含量0.015％～0.030％。
S：有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造或轧制时造成裂纹。本发明控制硫的含量小于0.030％，并且含量越低越好。
一种耐腐蚀高耐磨钢球的制造方法，其特征在于包括冶炼、方坯连铸、加热炉加热、轧制圆钢、缓冷、加热、轧制成球、在线热处理，具体步骤为：
(1)将上述成分的钢进行冶炼，转炉挡渣出钢，出钢后渣层厚度≤100mm。将冶炼完成的钢水浇铸成连铸坯，控制中间包钢水过热度≤30℃。
(2)将(1)所得的连铸坯放入加热炉中加热，加热温度1150～1250℃，保温时间30～120min。
(3)将加热完成的连铸坯进行轧制，开轧温度1000～1100℃，终轧温度810-940℃。轧制完成后得轧制圆钢。
(4)将轧制完成后的圆钢进行缓冷，缓冷时间≥3h。
(5)将冷却后的圆钢在钢球轧制线轧制成钢球。圆钢加热可以采用感应加热炉加热或室式炉加热。采用感应加热时控制圆钢的加热温度为1120～1180℃；采用室式炉加热时，加热温度1150～1200℃，保温时间30-90min。加热完成后迅速进入轧机将圆钢轧制成钢球。
(6)将红热的钢球沿辊道进入在线淬火槽中进行淬火，淬火温度840-890℃，淬火时间20-90s。
(7)将淬火完成的钢球进行回火，回火温度150-200℃，保温时间30～100min。
本发明通过设计耐磨钢球的成分，减少贵重金属元素的加入量，并调整耐磨钢球的生产工艺，从而降低生产成本、提高生产效率、改善耐磨钢球的耐磨性能及韧性、提高钢球的耐腐蚀能，本发明耐磨钢球的硬度大于60HRC，冲击功大于25J；腐蚀速率与不耐腐蚀钢球相比降低50％；在湿式球磨机中，本发明耐磨钢球与同等硬度、不具有耐腐蚀性的钢球相比，吨矿石磨球消耗量降低10-30％。
具体实施方式
以下实施例仅为本发明的一些最优实施方式，并不对前述发明范围和技术手段有任何限制。
根据本发明设计的化学成分范围进行冶炼，具体化学成分如表1所示。
表1本发明实施例的化学成分(wt％)
序号 C Si Mn Cu Cr B P S
1 0.65 1.44 1.08 0.28 0.68 0.0025 0.019 0.006
2 0.58 1.35 1.25 0.47 0.78 0.0034 0.0025 0.008
3 0.68 1.45 1.13 0.35 0.50 0.0030 0.022 0.007
4 0.66 1.46 1.10 0.42 0.55 0.0029 0.017 0.005
5 0.56 1.23 1.40 0.48 0.80 0.0033 0.0024 0.003
6 0.67 1.48 1.12 0.38 0.46 0.0027 0.023 0.005
7 0.64 1.41 1.07 0.33 0.62 0.0031 0.018 0.004
8 0.60 1.28 1.42 0.45 0.85 0.0030 0.015 0.006
9 0.68 1.49 1.06 0.29 0.44 0.0023 0.016 0.006
将表1中所示化学成分进行冶炼、浇铸成连铸坯，并将连铸坯轧制成圆钢。浇铸及轧制工艺参数如表2所示。
表2连铸及圆钢轧制工艺
Figure GDA0001542243810000041
将缓冷完成的圆钢再进行加热、轧制成球、在线热处理等工序，制成最终的耐磨钢球，采用感应加热炉加热时的工艺如表3所示，采用室式炉加热时的工艺如表4所示。
表3感应加热炉加热时耐磨钢球的轧制及热处理工艺
序号 加热温度/℃ 淬火温度/℃ 淬火时间/s 回火温度/℃ 保温时间/min
1-1 1160 849 25 190 30
2-1 1160 849 25 190 30
3-1 1140 850 75 150 53
4-1 1170 858 88 150 58
5-1 1170 858 88 150 58
6-1 1150 855 65 170 45
7-1 1130 859 80 150 55
8-1 1130 859 80 150 55
9-1 1120 845 85 160 50
表4室式炉加热时耐磨钢球的轧制及热处理工艺
Figure GDA0001542243810000051
对最终耐磨钢球进行性能检验，结果如表5-6所示，同硬度、不耐腐蚀钢球的性能也列于表中。
表5对应表3工艺耐磨钢球的性能
Figure GDA0001542243810000052
Figure GDA0001542243810000061
表6对应表4工艺耐磨钢球的性能
Figure GDA0001542243810000062

Claims (2)

1.一种耐腐蚀高耐磨钢球，其特征在于：钢球化学成分重量百分比为：C:0.54％～0.69％，Si:1.20％～1.50％，Mn:1.05％～1.45％，Cu:0.25％～0.50％，Cr:0.40％～0.90％，B:0.0022％～0.0035％，P:0.015％～0.030％，S≤0.030％，余量为Fe及不可避免的杂质；制造方法包括冶炼、方坯连铸、加热炉加热、轧制圆钢、缓冷、加热、轧制成球、在线热处理，具体步骤为：
(1)将上述成分的钢进行冶炼，转炉挡渣出钢，出钢后渣层厚度≤100mm；将冶炼完成的钢水浇铸成连铸坯，控制中间包钢水过热度≤30℃；
(2)将步骤(1)所得的连铸坯放入加热炉中加热，加热温度1150～1250℃，保温时间30～120min；
(3)将加热完成的连铸坯进行轧制，开轧温度1000～1100℃，终轧温度810-940℃，轧制完成后得轧制圆钢；
(4)将轧制完成后的圆钢进行缓冷，缓冷时间≥3h；
(5)将冷却后的圆钢在钢球轧制线轧制成钢球，圆钢加热采用感应加热炉加热或室式炉加热，采用感应加热时控制圆钢的加热温度为1120～1180℃；采用室式炉加热时，加热温度1150～1200℃，保温时间30-90min，加热完成后迅速进入轧机将圆钢轧制成钢球；
(6)将红热的钢球沿辊道进入在线淬火槽中进行淬火，淬火温度840-890℃，淬火时间20-90s；
(7)将淬火完成的钢球进行回火，回火温度150-200℃，保温时间30～100min。
2.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀高耐磨钢球，其特征在于：所述C:0.64％～0.69％，Si:1.40％～1.50％，Mn:1.05％～1.15％，Cu:0.25％～0.45％，Cr:0.40％～0.70％。
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