CN111254273A - 一种高碳耐磨钢球的制备方法 - Google Patents

一种高碳耐磨钢球的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高碳耐磨钢球的制备方法，包括以下步骤：（a）将高碳圆钢料段经压制、轧制成球形得钢球（b）对钢球进行风冷以冷却至480~520℃，再自然冷却（c）将冷钢球输入加热炉中进行二次加热，出炉；加热炉具有第一加热区、第二加热区、第三加热区和冷却区（d）待出炉的钢球温度降至790~820℃，入水淬火；待其冷却温度降至150~170℃，出水（e）待出水的钢球继续冷却至58‑60℃，使其于200~240℃进行低温连续回火，自然冷却。本发明采用二次加热技术，控制钢球较低的奥氏体化温度，实现钢球组织细化目的，为钢球淬火提供准备；控制钢球的淬火温度、出水温度及钢球出水后冷却及回火工艺，有效解决钢球直接淬火易开裂的难题，为批量化生产高碳耐磨钢球提供新方法。

Description

一种高碳耐磨钢球的制备方法
技术领域
本发明属于耐磨材料技术领域，具体涉及一种高碳耐磨钢球的制备方法。
背景技术
目前在耐磨钢球生产领域中，通常采用空气锤直接锻造成球型，再利用余热淬火工艺生产耐磨钢球；该工艺主要适用于生产中、低碳含量的耐磨钢球，即碳含量在0.7％以下的钢种，小直径淬火不易破碎的钢球。对于生产高碳含量、大直径的耐磨钢球，即碳含量高达0.8％-1.0％及以上、球体直径大，通常达到130mm-165mm的大直径钢球，利用锻后余热淬火往往造成耐磨钢球淬火开裂，生产难于稳定进行，因此无法进行批量生产。因此为了解决上述问题，急需要研发出一种适用于高碳耐磨钢球的制备方法。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种高碳耐磨钢球的制备方法，它包括以下步骤：
(a)将高碳圆钢料段经压制、轧制成球形得钢球；
(b)对所述钢球进行风冷以冷却至480～520℃，再自然冷却至室温；
(c)将冷却至室温的所述钢球输入加热炉中进行二次加热，随后出炉；所述加热炉具有依次设置的第一加热区、第二加热区、第三加热区和冷却区，所述第一加热区的温度为1020～1030℃，所述第二加热区的温度为980～990℃，所述第三加热区的温度为940～950℃，所述出炉温度为840～850℃；
(d)待出炉的所述钢球温度降至790～820℃，使其入水淬火；待其冷却温度降至150～170℃，出水；
(e)待出水的所述钢球继续冷却至58-60℃，使其于200～240℃进行低温连续回火60～100分钟，自然冷却即可。
本发明步骤(c)中，加热炉的加热分区，加热温度由高到低的设置方式，实现钢球快速加热，批量生产；步骤(d)中，将钢球保持一定的出水温度，以防止钢球淬火开裂。
具体地，步骤(a)中，将高碳圆钢放入步进炉内加热至1060～1090℃，出炉后经棒剪机剪切成长度相同的多根高碳圆钢料段。
具体地，步骤(a)中，所述压制是将所述高碳圆钢料段放置到液压机中进行压制以得到半成品钢球，所述压制的压力为40KJ-80KJ。本发明中，压制的压力是根据钢球尺寸大小的不同而进行变化，此外压制可以采用一次性压下成型。
优选地，步骤(a)中，所述轧制是将所述半成品钢球进行两辊斜轧轧制以得到成形钢球，成形钢球的圆度≤2％。
进一步优选地，步骤(a)中，钢球轧制的具体步骤为，采用两个轧辊斜轧轧制，两个轧辊在空间上交差成6°角度，以便于钢球咬入；在两个轧辊上对称设置5-7螺旋孔型，钢球进入孔型咬入段，经过5-7道次孔型轧制成钢球。本步骤的目的在于对钢球进行表面归圆以及尺寸精整优化。
具体地，步骤(c)中，所述加热炉为环形加热炉，并采用天然气加热。
具体地，步骤(d)中，将所述钢球置于螺旋淬火滚筒中转动和前进运动以进行淬火。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明通过锻压、轧制成球型后钢球、再控制冷却技术；进一步采用快速二次加热技术，控制钢球较低的奥氏体化温度，实现钢球组织细化的目的，为钢球淬火提供组织上的准备；通过控制钢球的淬火温度、出水温度及钢球出水后冷却及在线回火工艺，有效解决钢球直接淬火易开裂的难题，为批量化生产高碳耐磨钢球提供新的制备方法。
具体实施方式
一种高碳耐磨钢球的制备方法，它包括以下步骤：
(a)将高碳圆钢料段(放入步进炉内加热至1060～1090℃，出炉后经棒剪机剪切成长度相同的多根高碳圆钢料段)经压制(将高碳圆钢料段放置到液压机中进行压制以得到半成品钢球，压制的压力为40KJ-80KJ，可以采用一次性压下成型)、轧制(将半成品钢球进行两辊斜轧轧制以得到成形钢球，成形钢球的圆度≤2％，钢球轧制的具体步骤为，采用两个轧辊斜轧轧制，两个轧辊在空间上交差成6°角度，以便于钢球咬入；在两个轧辊上对称设置5-7螺旋孔型，钢球进入孔型咬入段，经过5-7道次孔型轧制)成球形得钢球；
(b)对钢球进行风冷以冷却至480～520℃，再自然冷却至室温；
(c)将冷却至室温的钢球输入加热炉中进行二次加热，随后出炉；加热炉具有依次设置的第一加热区、第二加热区、第三加热区和冷却区，第一加热区的温度为1020～1030℃，第二加热区的温度为980～990℃，第三加热区的温度为940～950℃，出炉温度为840～850℃；加热炉为环形加热炉，并采用天然气加热，实现还原性气氛加热，少氧化、少脱碳。加热温度有高到低的设置方式，实现钢球快速加热，批量生产的目的。
(d)待出炉的钢球温度降至790～820℃，使其入水淬火；待其冷却温度降至150～170℃，出水；将钢球置于螺旋淬火滚筒中转动和前进运动以进行淬火。
(e)待出水的钢球继续冷却至58-60℃，使其于200～240℃进行低温连续回火60～100分钟，自然冷却即可。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明，但本发明并不限于以下实施例。实施例中采用的实施条件可以根据具体使用的不同要求做进一步调整，未注明的实施条件为本行业中的常规条件。
实施例1本实施例提供一种高碳耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：
(a)将高碳圆钢料段(放入步进炉内加热至1075℃，出炉后经棒剪机剪切成长度相同的多根高碳圆钢料段)经压制(将高碳圆钢料段放置到液压机中进行压制以得到半成品钢球，压制的压力为60KJ)、轧制(将半成品钢球进行两辊斜轧轧制以得到成形钢球，成形钢球的圆度≤2％，钢球轧制的具体步骤为，采用两个轧辊斜轧轧制，两个轧辊在空间上交差成6°角度，以便于钢球咬入；在两个轧辊上对称设置5-7螺旋孔型，钢球进入孔型咬入段，经过5-7道次孔型轧制)成球形得钢球；
(b)对钢球进行风冷以冷却至500℃，再自然冷却至室温；
(c)将冷却至室温的钢球输入加热炉中进行二次加热，随后出炉；加热炉具有依次设置的第一加热区、第二加热区、第三加热区和冷却区，第一加热区的温度为1025℃，第二加热区的温度为985℃，第三加热区的温度为945℃，出炉温度为845℃；加热炉为环形加热炉，并采用天然气加热。
(d)待出炉的钢球温度降至805℃，使其入水淬火；待其冷却温度降至160℃，出水；将钢球置于螺旋淬火滚筒中转动和前进运动以进行淬火。
(e)待出水的钢球继续冷却至60℃，使其于220℃进行低温连续回火60分钟，自然冷却即可。
实施例2本实施例提供一种高碳耐磨钢球的制备方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(c)中，第一加热区的温度为1020℃，第二加热区的温度为980℃，第三加热区的温度为940℃，出炉温度为840℃。
实施例3本实施例提供一种高碳耐磨钢球的制备方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(c)中，第一加热区的温度为1030℃，第二加热区的温度为990℃，第三加热区的温度为950℃，出炉温度为850℃。
实施例4本实施例提供一种高碳耐磨钢球的制备方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(d)中，待其冷却温度降至150℃，出水。
实施例5本实施例提供一种高碳耐磨钢球的制备方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(d)中，待其冷却温度降至170℃，出水。
实施例6本实施例提供一种高碳耐磨钢球的制备方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(e)中，出水冷却后的钢球，使其于240℃进行低温连续回火100分钟。
实施例7本实施例提供一种高碳耐磨钢球的制备方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(c)中，第一加热区的温度为1020℃。
实施例8本实施例提供一种高碳耐磨钢球的制备方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(c)中，第一加热区的温度为1030℃。
实施例9本实施例提供一种高碳耐磨钢球的制备方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(c)中，第二加热区的温度为980℃。
实施例10本实施例提供一种高碳耐磨钢球的制备方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(c)中，第二加热区的温度为990℃。
实施例11本实施例提供一种高碳耐磨钢球的制备方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(c)中，第三加热区的温度为940℃。
实施例12本实施例提供一种高碳耐磨钢球的制备方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(c)中，第三加热区的温度为950℃。
实施例13本实施例提供一种高碳耐磨钢球的制备方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(c)中，出炉温度为840℃。
实施例14本实施例提供一种高碳耐磨钢球的制备方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(c)中，出炉温度为850℃。
对比例1本对比例提供一种常规耐磨钢球的制备方法，它包括如下步骤，采用二组空气锤锻造，一组空气锤对钢球进行初锻到基本成型；另一组空气锤对钢球进行精锻，将钢球归圆整，并达到尺寸要求。精锻后的钢球冷却到790-830℃直接入水淬火，出水温度160-175℃，待出水的钢球继续冷却至60℃，使其于225℃进行低温连续回火60分钟，自然冷却后，再进行挑选、包装，即可。
对比例2本对比例提供一种高碳耐磨钢球的制备方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：(e)出水的钢球不经过冷却，直接使其于225℃进行低温连续回火60分钟。
对比例3本对比例提供一种高碳耐磨钢球的制备方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(c)中，第一加热区的温度为1000℃。
对比例4本对比例提供一种高碳耐磨钢球的制备方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(c)中，第二加热区的温度为1000℃。
对比例5本对比例提供一种高碳耐磨钢球的制备方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(c)中，第三加热区的温度为930℃。
对比例6本对比例提供一种高碳耐磨钢球的制备方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(c)中，出炉温度为860℃。
对比例7本对比例提供一种高碳耐磨钢球的制备方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：不采用本发明的环形加热炉，也只有一个加热区，加热区温度为1025℃。
对比例8本对比例提供一种高碳耐磨钢球的制备方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：不采用本发明的环形加热炉，有两个加热区，第一加热区的温度为1025℃，第二加热区的温度为985℃。
对比例9本对比例提供一种高碳耐磨钢球的制备方法，它与实施例1中的基本一致，不同的是：步骤(e)，待出水的钢球温度继续冷却至小于55℃。
表1实施例1-14及对比例1-9中高碳耐磨钢球的性能数据
表面硬度(HRC) 心、表硬度差(HRC) 钢球状态备注
实施例1 59-61 ≤3 正常
实施例2 59-61 ≤3 正常
实施例3 59-62 ≤3 正常
实施例4 59-61 ≤3 正常
实施例5 59-61 ≤3 正常
实施例6 58-60 ≤3 正常
实施例7 59-61 ≤3 正常
实施例8 59-61 ≤3 正常
实施例9 59-61 ≤3 正常
实施例10 59-61 ≤3 正常
实施例11 59-61 ≤3 正常
实施例12 59-61 ≤3 正常
实施例13 59-61 ≤3 正常
实施例14 59-61 ≤3 正常
对比例1 59-61 ≤3 出现淬开裂
对比例2 58-60 ≤3 钢球内部会出现裂纹
对比例3 58-60 ≤5 出现淬开裂
对比例4 59-62 ≤3 钢球内部会出现裂纹
对比例5 58-61 ≤5 出现淬开裂
对比例6 59-62 ≤3 内部出现裂纹
对比例7 59-61 ≤3 温度难以控制，硬度难以控制
对比例8 59-61 ≤3 温度难以控制，硬度难以控制
对比例9 59-61 ≤3 钢球全淬透，有些出现淬火开裂
对比例1中，常规工艺精锻后的钢球冷却到790-830℃直接入水淬火，利用锻后余热淬火往往造成耐磨钢球淬火开裂，生产难于稳定进行，因此无法进行批量生产。
对比例2钢球出水的钢球不经过冷却直接回火，进回火炉温度高，在叠加回火炉的温度，钢球实际回火温度偏高，甚至达到第一类回火脆性温度，造成钢球内部出现裂纹而报废。
对比例3-6中，加热区的加热温度都在合适范围之外，钢球会出现出现淬开裂或者出现裂纹。
对比例7-8中可以看出，加热温度加热分区少，只有一个加热区，或者两个加热区加热温度不好控制，也不符合加热制度，一般加热至少分三区控制，预热区、加热区、均热区，加热温度从高温到低温出炉冷却淬火。
对比例9表示钢球出水温度低到55℃，此时钢球淬火全部淬透、淬硬，对于高碳耐磨钢球易出现淬火开裂现象。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高碳耐磨钢球的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：
（a）将高碳圆钢料段经压制、轧制成球形得钢球；
（b）对所述钢球进行风冷以冷却至480~520℃，再自然冷却至室温；
（c）将冷却至室温的所述钢球输入加热炉中进行二次加热，随后出炉；所述加热炉具有依次设置的第一加热区、第二加热区、第三加热区和冷却区，所述第一加热区的温度为1020~1030℃，所述第二加热区的温度为980~990℃，所述第三加热区的温度为940~950℃，所述出炉温度为840~850℃；
（d）待出炉的所述钢球温度降至790~820℃，使其入水淬火；待其冷却温度降至150~170℃，出水；
（e）待出水的所述钢球继续冷却至58-60℃，使其于200~240℃进行低温连续回火60~100分钟，自然冷却即可。
2.根据权利要求1所述高碳耐磨钢球的制备方法，其特征在于：步骤（a）中，将高碳圆钢放入步进炉内加热至1060~1090℃，出炉后经棒剪机剪切成长度相同的多根高碳圆钢料段。
3.根据权利要求1所述高碳耐磨钢球的制备方法，其特征在于：步骤（a）中，所述压制是将所述高碳圆钢料段放置到液压机中进行压制以得到半成品钢球，所述压制的压力为40KJ-80KJ。
4.根据权利要求3所述高碳耐磨钢球的制备方法，其特征在于：步骤（a）中，所述轧制是将所述半成品钢球进行两辊斜轧轧制以得到成形钢球，成形钢球的圆度≤2%。
5.根据权利要求4所述高碳耐磨钢球的制备方法，其特征在于：步骤（a）中，钢球轧制的具体步骤为，采用两个轧辊斜轧轧制，两个轧辊在空间上交差成6°角度，以便于钢球咬入；在两个轧辊上对称设置5-7螺旋孔型，钢球进入孔型咬入段，经过5-7道次孔型轧制成钢球。
6.根据权利要求1所述高碳耐磨钢球的制备方法，其特征在于：步骤（c）中，所述加热炉为环形加热炉，并采用天然气加热。
7.根据权利要求1所述高碳耐磨钢球的制备方法，其特征在于：步骤（d）中，将所述钢球置于螺旋淬火滚筒中转动和前进运动以进行淬火。
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