CN109695003B - 一种具有优良韧性的高耐磨钢球及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有优良韧性的高耐磨钢球及其制造方法，钢球的化学成分重量百分比为：C:0.55％～0.63％，Si:1.61％～1.85％，Mn:0.65％～1.20％，Cr:0.65％～0.95％，B:0.0021％～0.0029％，P≤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。本发明的制造的钢球，贵重金属元素的加入量少，生产工艺简单，其生产成本低、生产效率高，钢球的耐磨性能好、韧性高。

Description

一种具有优良韧性的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，特别涉及一种具有优良韧性的高耐磨钢球及其制造方法。
背景技术
耐磨钢球又称作研磨机用耐磨介质，是一种消耗品，主要用途是研磨物料，使物料研磨的更细，以达到使用标准，主要在矿山、电厂、水泥厂、钢铁厂、煤化工等领域使用，年需求量很大。耐磨钢球的主要用途决定了它首先要具有高耐磨性，而硬度与材料的耐磨性有很大的相关性，硬度越高耐磨性越好，因此一般要求耐磨钢球的硬度要高；其次，由于耐磨钢球工作时，耐磨钢球之间、耐磨钢球与待磨物料之间会存在较大的冲击作用，这就要求耐磨钢球在具有高硬度的同时还应具有较好的韧性；同时由于年消耗量大，因此耐磨钢球的生产成本也是需要考虑的一个重要因素。
目前，生产耐磨钢球主要存在以下问题，1)生产效率低，耐磨钢球缺陷率高。耐磨钢球的生产工艺大多采用：钢水熔炼-铸造成型-热处理等工序。采用该工艺进行生产会不可避免的造成生产效率低下，铸造缺陷多的缺点。如名为“矿山专用耐磨钢球(申请号：201510843859.3)”、“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)”、“一种高铬耐磨钢球(申请号：201410853592.1)”的专利均采用该类工艺。2)只注重提高钢球硬度，致使钢球韧性不足，钢球韧性不足会造成钢球使用时疲劳剥落和破碎。如名为“一种球磨机用高强耐磨钢球(申请号：201410853625.2)”的专利，其成分中C含量高达2.3％，这势必会降低钢球的韧性。名为“一种抗冲击高耐磨钢球用钢及其制备方法(申请号：201410542763.9)”的专利，该专利公开的耐磨钢球冲击韧性为19-20J/cm2，但是仍然略低。3)生产成本高，添加过多的贵重金属。如前所述名为“一种高铬耐磨钢球(申请号：201410853592.1)”的专利，其成分中含有较高的铬，同时添加了钼元素。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有优良韧性的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。
本发明的主要技术方案为：
一种具有优良韧性的高耐磨钢球的化学成分，按照重量百分比为：C:0.55％～0.63％，Si:1.61％～1.85％，Mn:0.65％～1.20％，Cr:0.65％～0.95％，B:0.0021％～0.0029％，P≤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0.55％-0.63％。
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1.61％～1.85％。
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0.65％～1.20％。
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0.65％-0.95％。
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0.0021％-0.0029％。
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。本发明控制磷的含量小于0.030％，并且含量越低越好。
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。
一种具有优良韧性的高耐磨钢球的制造方法，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(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，耐磨钢球的硬度大于60HRC，冲击功大于25J。
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 Cr B P S
1 0.56 1.63 1.15 0.68 0.0022 0.010 0.006
2 0.62 1.70 0.68 0.93 0.0025 0.012 0.007
3 0.60 1.80 0.79 0.80 0.0029 0.011 0.005
4 0.57 1.74 0.85 0.90 0.0026 0.010 0.005
5 0.59 1.83 0.96 0.76 0.0024 0.012 0.004
6 0.58 1.76 1.06 0.73 0.0027 0.012 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 BDA0001440307530000041
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 1170 850 25 200 30
2-1 1150 843 75 170 38
3-1 1140 855 88 150 50
4-1 1160 845 65 190 45
5-1 1150 858 80 150 59
6-1 1130 850 85 150 55
表4室式炉加热时耐磨钢球的轧制及热处理工艺
Figure BDA0001440307530000042
对最终耐磨钢球进行性能检验，结果如表5-6所示。表5表3工艺耐磨钢球的性能
序号 表面平均硬度/HRC 心部平均硬度/HRC 冲击功/J
1-1 62 61 30
2-1 64 62 28
3-1 63 60 26
4-1 62 61 30
5-1 63 60 27
6-1 62 60 32
表6表4工艺耐磨钢球的性能
序号 表面平均硬度/HRC 心部平均硬度/HRC 冲击功/J
1-2 63 61 29
2-2 62 60 31
3-2 64 62 26
4-2 61 61 31
5-2 64 60 29
6-2 62 60 32

Claims (1)

1.一种具有优良韧性的高耐磨钢球，其特征在于：钢球的化学成分重量百分比为：C:0.55％～0.63％，Si:1.61％～1.85％，Mn:0.65％～1.20％，Cr:0.65％～0.95％，B:0.0021％～0.0029％，P≤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。
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