CN110551933A - 一种高铬合金钢球生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高铬合金钢球生产工艺，涉及高铬合金技术领域，包括以下步骤：原料熔炼：将计算好的原料加入到真空感应熔炼炉中，抽取炉内空气，使炉内压强打20Pa；然后向炉内输入氩气，氩气输入速度为1100cm3/min，使炉内压强恒定在0.2Mpa，控制炉内温度1590‑1620℃，经扒渣、脱氧后得合金熔体；向合金熔体中加入复合变质剂经变质处理后，浇注，得钢球初成品；将浇注后的钢球初成品空冷至300‑400度后，升温到760‑820℃，保温45‑65min，将温度降至200‑300℃后空冷至室温；退火工艺结束后，依次进行淬火、回火处理，得钢球成品，本发明制备的钢球硬度可达62HRC以上水平，9J/cm2的冲击值和100％的合格率，良好的抗冲击性能有效的避免了钢球变形开裂，同时，钢球也具有较高的硬度。

Description

一种高铬合金钢球生产工艺
技术领域
本发明涉及高铬合金技术领域，具体涉及一种高铬合金钢球生产工艺。
背景技术
合金钢是用于制造机械的主要材料，也是现代机械制造业赖以生存和法阵的物质技术基础，通过机械的制造和使用给整个国民经济和国防事业以支持。合金钢与机械制造、国民经济、国防事业和科学技术现代化之间是相互联系、密不可分的。钢球是合金钢的使用表现形式之一，钢球的应用非常广泛，大到航天、航空、航海领域，小到自行车、玩具等产品，也可以说我们的生活无时无刻不与钢球接触。含铬钢球通常采用中频感应炉熔炼，金属模或砂型铸造的方式产生的，叫做铸造钢球。铸造钢球按照铬含量分为：高铬钢球，中铬钢球，低铬钢球，其中，含铬量≧12.0％的钢球称为高铬钢球，含铬量在5.0-11.0％的钢球称为中铬钢球，含铬量≦5.0％的钢球称为低铬钢球。目前我国各个行业都对钢球的消耗比价严重，并且在各行各业中大量应用的含铬钢球由于不断的机械摩擦，在长时间高强度疲劳作业后，磨件效力显著下降，终至被废弃、淘汰。每年被废弃的含铬钢球数量惊人，因此，探索如何提高钢球综合力学性能，延长钢球使用寿命，是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高铬合金钢球生产工艺，本发明经过真空感应熔炼工艺、变质处理工艺以及与之相适配的热处理工艺使得钢球在具有较高硬度的同时，还具有良好的耐磨性能和良好的抗冲击性能，钢球成品合格率高，使用寿命更长。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种高铬合金钢球生产工艺，包括以下步骤：
1)原料熔炼：将计算好的原料加入到真空感应熔炼炉中，抽取炉内空气，使炉内压强打20Pa；然后向炉内输入氩气，氩气输入速度为1100cm3/min，使炉内压强恒定在0.2Mpa，控制炉内温度1590-1620℃，升温速率为50-60℃/min，熔炼时间为40-48min，经扒渣、脱氧后得合金熔体；
2)向合金熔体中加入复合变质剂经变质处理后，浇注，得钢球初成品；
3)对钢球进行退火处理，具体为，将浇注后的钢球空冷至300-400度后，升温到760-820℃，保温45-65min，将温度降至200-300℃后空冷至室温；退火工艺结束后，依次进行淬火、回火处理，得钢球成品。
进一步的，步骤(1)中，原料中各组分及百分含量如下：C 0.8-1.6％、Cr 25-30％、Re 0.25-0.48％、Mg 0.11-0.18％、Ni 0.53-1.22％、W 0.05-0.09％、V 0.04-0.08％、Ti0.13-0.26％、Si 0.42-0.75％、N 0.02-0.07％、Mo 0.005-0.011％、Nb 0.33-0.57％、P≤0.01％、S≤0.01％，余量为Fe。
进一步的，步骤(1)中，原料中各组分及百分含量如下：C 1.1-1.4％、Cr26-28％、Re 0.3-0.4％、Mg 0.13-0.16％、Ni 0.78-1.15％、W 0.06-0.08％、V 0.05-0.07％、Ti0.18-0.22％、Si 0.60-0.66％、N 0.04-0.06％、Mo 0.007-0.009％、Nb 0.41-0.52％、P≤0.01％、S≤0.01％，余量为Fe。
进一步的，步骤(1)中，原料中各组分及百分含量如下：C 1.2％、Cr27％、Re0.35％、Mg 0.15％、Ni 0.9％、W 0.07％、V 0.06％、Ti 0.2％、Si 0.62％、N 0.05％、Mo0.008％、Nb 0.47％、P≤0.01％、S≤0.01％，余量为Fe。
进一步的，步骤2)中复合变质剂中各元素组成及百分含量如下：B 15-25％、Y 20-30％、Ce 5-10％、Ba 10-20％、Re 5-10％、余量为Fe。
进一步的，步骤3)中，淬火工艺具体为，对钢球按照160-180℃/h的升温速率升至620-640℃，保温60-90min，在以100-130℃/h的升温速率升至910-940℃，保温90-120min，用淬火液冷却至室温，淬火液由聚酰胺聚乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇和水按照质量比5：1：3：70组成。
进一步的，步骤3)中，回火工艺具体为，对钢球按照80-100℃/h的升温速率升至540-580℃，保温9-13h后，自然冷却至室温，得钢球成品。
(三)有益效果
本发明提供了一种高铬合金钢球生产工艺，采用真空感应熔炼工艺对原料进行熔炼，熔炼过程在氩气的保护气氛下，可以抑制铬元素的挥发，且能防止铬、镍等元素的氧化，同时有助于金属内部气体杂志的祛除，使得到的合金熔体更加纯粹，在熔炼过程中，由于电磁感应作用，熔融态金属收到电磁力的相互作用，可达到自动搅拌的效果，可使合金熔体成分更加均匀，得到的合金组织更加细腻，性能更加均匀，另外，在熔炼过程中，通过控制氩气气压与交变电流强度来调整熔炼温度，且能满足随时加料，使操作更加方便；本发明高铬合金钢球经过真空感应熔炼工艺、变质处理工艺以及与之相适配的热处理工艺使得钢球在具有较高硬度的同时，还具有良好的耐磨性能和良好的抗冲击性能，钢球成品合格率高，使用寿命更长。
本发明原料配方中，铼、镁元素可改善合金钢球的纤维组织、净化金属液，提高合金的冲击韧性；钛在高铬合金钢球中形成分散的TiC，TiC作为外来晶核，可增加形核率，细化组织中碳化物，可以提高合金钢球的硬度和耐磨性；镍、氮可以增强基体的致密度，强化组织，提高合金的硬度；硅有细化晶粒的作用，并可以使碳化物的分布更为广泛，硅通过改变铬元素的扩散，使铬更多的进入碳化物，同时提高Ms点，减少高铬合金铸球中参与奥氏体量，另外硅还可溶于奥氏体，提高基体性能，本发明配方中各组成元素在发挥各自作用的同时，还可发挥协同增效的作用。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种高铬合金钢球生产工艺，包括以下步骤：
1)原料熔炼：将计算好的原料加入到真空感应熔炼炉中，抽取炉内空气，使炉内压强打20Pa；然后向炉内输入氩气，氩气输入速度为1100cm3/min，使炉内压强恒定在0.2Mpa，控制炉内温度1600℃，升温速率为50℃/min，熔炼时间为40min，经扒渣、脱氧后得合金熔体，其中，原料中各组分及百分含量如下：C 1.6％、Cr 26％、Re 0.4％、Mg 0.11％、Ni1.22％、W 0.06％、V 0.08％、Ti 0.18％、Si 0.75％、N 0.04％、Mo 0.011％、Nb 0.41％、P≤0.01％、S≤0.01％，余量为Fe；
2)向合金熔体中加入复合变质剂经变质处理后，浇注，得钢球初成品，其中，复合变质剂中各元素组成及百分含量如下：B 16％、Y 26％、Ce 10％、Ba 20％、Re 7％、余量为Fe；
3)对钢球进行退火处理，具体为，将浇注后的钢球空冷至350度后，升温到800℃，保温45min，将温度降至230℃后空冷至室温；退火工艺结束后，对钢球按照160℃/h的升温速率升至620℃，保温80min，在以120℃/h的升温速率升至910℃，保温100min，用淬火液冷却至室温，淬火液由聚酰胺聚乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇和水按照质量比5：1：3：70组成，淬火结束后，对钢球按照80-100℃/h的升温速率升至550℃，保温12h后，自然冷却至室温，得钢球成品。
实施例2：
一种高铬合金钢球生产工艺，包括以下步骤：
1)原料熔炼：将计算好的原料加入到真空感应熔炼炉中，抽取炉内空气，使炉内压强打20Pa；然后向炉内输入氩气，氩气输入速度为1100cm3/min，使炉内压强恒定在0.2Mpa，控制炉内温度1590℃，升温速率为55℃/min，熔炼时间为45min，经扒渣、脱氧后得合金熔体，其中，原料中各组分及百分含量如下：C 0.8％、Cr 28％、Re 0.3％、Mg 0.18％、Ni0.53％、W 0.08％、V 0.04％、Ti 0.22％、Si 0.42％、N 0.06％、Mo 0.005％、Nb 0.52％、P≤0.01％、S≤0.01％，余量为Fe；
2)向合金熔体中加入复合变质剂经变质处理后，浇注，得钢球初成品，其中，复合变质剂中各元素组成及百分含量如下：B 18％、Y 26％、Ce 10％、Ba 10％、Re 10％、余量为Fe；
3)对钢球进行退火处理，具体为，将浇注后的钢球空冷至400度后，升温到820℃，保温60min，将温度降至200℃后空冷至室温；退火工艺结束后，对钢球按照180℃/h的升温速率升至640℃，保温60min，在以100℃/h的升温速率升至920℃，保温90min，用淬火液冷却至室温，淬火液由聚酰胺聚乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇和水按照质量比5：1：3：70组成，淬火结束后，对钢球按照100℃/h的升温速率升至540℃，保温12h后，自然冷却至室温，得钢球成品。
实施例3：
一种高铬合金钢球生产工艺，包括以下步骤：
1)原料熔炼：将计算好的原料加入到真空感应熔炼炉中，抽取炉内空气，使炉内压强打20Pa；然后向炉内输入氩气，氩气输入速度为1100cm3/min，使炉内压强恒定在0.2Mpa，控制炉内温度1595℃，升温速率为60℃/min，熔炼时间为48min，经扒渣、脱氧后得合金熔体，其中，原料中各组分及百分含量如下：C 1.1％、Cr 30％、Re 0.48％、Mg 0.13％、Ni0.78％、W 0.05％、V 0.05％、Ti 0.26％、Si 0.60％、N 0.07％、Mo 0.007％、Nb 0.57％、P≤0.01％、S≤0.01％，余量为Fe；
2)向合金熔体中加入复合变质剂经变质处理后，浇注，得钢球初成品，其中，复合变质剂中各元素组成及百分含量如下：B 25％、Y 20％、Ce 9％、Ba 13％、Re 9％、余量为Fe；
3)对钢球进行退火处理，具体为，将浇注后的钢球空冷至300度后，升温到810℃，保温65min，将温度降至250℃后空冷至室温；退火工艺结束后，对钢球按照170℃/h的升温速率升至630℃，保温70min，在以110℃/h的升温速率升至930℃，保温105min，用淬火液冷却至室温，淬火液由聚酰胺聚乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇和水按照质量比5：1：3：70组成，淬火结束后，对钢球按照80℃/h的升温速率升至560℃，保温13h后，自然冷却至室温，得钢球成品。
实施例4：
一种高铬合金钢球生产工艺，包括以下步骤：
1)原料熔炼：将计算好的原料加入到真空感应熔炼炉中，抽取炉内空气，使炉内压强打20Pa；然后向炉内输入氩气，氩气输入速度为1100cm3/min，使炉内压强恒定在0.2Mpa，控制炉内温度1620℃，升温速率为60℃/min，熔炼时间为40min，经扒渣、脱氧后得合金熔体，其中，原料中各组分及百分含量如下：C 1.4％、Cr 25％、Re 0.25％、Mg 0.16％、Ni1.15％、W 0.05％、V 0.07％、Ti 0.13％、Si 0.66％、N 0.02％、Mo 0.009％、Nb 0.33％、P≤0.01％、S≤0.01％，余量为Fe；
2)向合金熔体中加入复合变质剂经变质处理后，浇注，得钢球初成品，其中，复合变质剂中各元素组成及百分含量如下：B 15％、Y 30％、Ce 6％、Ba 17％、Re 9％、余量为Fe；
3)对钢球进行退火处理，具体为，将浇注后的钢球空冷至330度后，升温到780℃，保温55min，将温度降至300℃后空冷至室温；退火工艺结束后，对钢球按照175℃/h的升温速率升至635℃，保温90min，在以130℃/h的升温速率升至940℃，保温120min，用淬火液冷却至室温，淬火液由聚酰胺聚乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇和水按照质量比5：1：3：70组成，淬火结束后，对钢球按照90℃/h的升温速率升至570℃，保温9h后，自然冷却至室温，得钢球成品。
实施例5：
一种高铬合金钢球生产工艺，包括以下步骤：
1)原料熔炼：将计算好的原料加入到真空感应熔炼炉中，抽取炉内空气，使炉内压强打20Pa；然后向炉内输入氩气，氩气输入速度为1100cm3/min，使炉内压强恒定在0.2Mpa，控制炉内温度1610℃，升温速率为55℃/min，熔炼时间为45min，经扒渣、脱氧后得合金熔体，其中，原料中各组分及百分含量如下：C 1.2％、Cr 27％、Re 0.35％、Mg 0.15％、Ni0.9％、W 0.07％、V 0.06％、Ti 0.2％、Si 0.62％、N 0.05％、Mo 0.008％、Nb 0.47％、P≤0.01％、S≤0.01％，余量为Fe；
2)向合金熔体中加入复合变质剂经变质处理后，浇注，得钢球初成品，其中，复合变质剂中各元素组成及百分含量如下：B 20％、Y 25％、Ce 8％、Ba 15％、Re 8％、余量为Fe；
3)对钢球进行退火处理，具体为，将浇注后的钢球空冷至360度后，升温到760℃，保温50min，将温度降至280℃后空冷至室温；退火工艺结束后，对钢球按照165℃/h的升温速率升至630℃，保温80min，在以120℃/h的升温速率升至930℃，保温110min，用淬火液冷却至室温，淬火液由聚酰胺聚乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇和水按照质量比5：1：3：70组成，淬火结束后，对钢球按照100℃/h的升温速率升至580℃，保温10h后，自然冷却至室温，得钢球成品。
对本发明实施例1-5制备的高铬合金钢球进行性能测试，其结果如表1所示。
表1：
综上，本发明实施例具有如下有益效果：本发明实施例1-5制备的钢球硬度可达62HRC以上水平，9J/cm2的冲击值和100％的合格率，良好的抗冲击性能有效的避免了钢球变形开裂，同时，钢球也具有较高的硬度。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种高铬合金钢球生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)原料熔炼：将计算好的原料加入到真空感应熔炼炉中，抽取炉内空气，使炉内压强打20Pa；然后向炉内输入氩气，氩气输入速度为1100cm3/min，使炉内压强恒定在0.2Mpa，控制炉内温度1590-1620℃，升温速率为50-60℃/min，熔炼时间为40-48min，经扒渣、脱氧后得合金熔体；
2)向合金熔体中加入复合变质剂经变质处理后，浇注，得钢球初成品；
3)对钢球进行退火处理，具体为，将浇注后的钢球空冷至300-400度后，升温到760-820℃，保温45-65min，将温度降至200-300℃后空冷至室温；退火工艺结束后，依次进行淬火、回火处理，得钢球成品。
2.如权利要求1所述的高铬合金钢球生产工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述原料中各组分及百分含量如下：C 0.8-1.6％、Cr 25-30％、Re 0.25-0.48％、Mg 0.11-0.18％、Ni0.53-1.22％、W 0.05-0.09％、V 0.04-0.08％、Ti 0.13-0.26％、Si 0.42-0.75％、N 0.02-0.07％、Mo 0.005-0.011％、Nb 0.33-0.57％、P≤0.01％、S≤0.01％，余量为Fe。
3.如权利要求2所述的高铬合金钢球生产工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述原料中各组分及百分含量如下：C 1.1-1.4％、Cr 26-28％、Re 0.3-0.4％、Mg 0.13-0.16％、Ni0.78-1.15％、W 0.06-0.08％、V 0.05-0.07％、Ti 0.18-0.22％、Si 0.60-0.66％、N 0.04-0.06％、Mo 0.007-0.009％、Nb 0.41-0.52％、P≤0.01％、S≤0.01％，余量为Fe。
4.如权利要求3所述的高铬合金钢球生产工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述原料中各组分及百分含量如下：C 1.2％、Cr 27％、Re 0.35％、Mg 0.15％、Ni 0.9％、W 0.07％、V0.06％、Ti 0.2％、Si 0.62％、N 0.05％、Mo 0.008％、Nb 0.47％、P≤0.01％、S≤0.01％，余量为Fe。
5.如权利要求1所述的高铬合金钢球生产工艺，其特征在于，步骤2)中所述复合变质剂中各元素组成及百分含量如下：B 15-25％、Y 20-30％、Ce 5-10％、Ba 10-20％、Re 5-10％、余量为Fe。
6.如权利要求1所述的高铬合金钢球生产工艺，其特征在于，步骤3)中，所述淬火工艺具体为，对钢球按照160-180℃/h的升温速率升至620-640℃，保温60-90min，在以100-130℃/h的升温速率升至910-940℃，保温90-120min，用淬火液冷却至室温，所述淬火液由聚酰胺聚乙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇和水按照质量比5：1：3：70组成。
7.如权利要求1所述的高铬合金钢球生产工艺，其特征在于，步骤3)中，所述回火工艺具体为，对钢球按照80-100℃/h的升温速率升至540-580℃，保温9-13h后，自然冷却至室温，得钢球成品。
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