CN112359291B - 一种高碳耐磨钢球及其加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高碳耐磨钢球及其加工工艺，所述高碳耐磨钢球由如下质量百分数的元素构成：C：1.0‑2.0％，Mn：3.2‑4.5％，Ni：0.1‑0.5％，Mo:0.01‑0.06％，Pb：0.3‑0.8％，Mo:0.05‑0.09％，Ti：0.2‑1.0％，S、P、Cu之和小于等于0.005％，其余为Fe以及不可避免的杂质。本发明的高碳耐磨钢球无需加入铬金属，通过调整钢球中的碳含量以及其他元素组成，使得钢球具有较强的耐磨性和韧性，同时降低了耐磨钢球的成本。

Description

一种高碳耐磨钢球及其加工工艺
技术领域
本发明涉及耐磨钢球加工技术领域，特别是涉及一种高碳耐磨钢球及其加工工艺。
背景技术
钢球作为主要的耐磨损件已被广泛应用于冶金、选矿、建材、化工、电力等工业生产中。调查表明，目前国内市场耐磨钢球的年消耗量已超100万吨。但是目前耐磨钢球存在以下问题：
(1)高铬耐磨钢球，即铬含量≥10％-14％的钢球，其硬度HRC可达58以上，但是该类耐磨钢球的成本高昂，工艺使用较低；
(2)其他低铬钢球虽然通过调整元素组成，能够在一定程度上提高其硬度，但是韧性低，使用时易破碎。
基于此，降低耐磨钢球的成本并提高其耐磨性以及韧性是目前行业亟待需要解决的问题。
发明内容
基于上述问题，本发明的目的是提供了一种高碳耐磨钢球，其无需加入铬金属，通过调整钢球中的碳含量以及其他元素组成，使得钢球具有较强的耐磨性和韧性，并降低了耐磨钢球的成本。
本发明的高碳耐磨钢球由如下质量百分数的元素构成：
C：1.0-2.0％，Mn：3.2-4.5％，Ni：0.1-0.5％，Mo:0.01-0.06％，Pb：0.3-0.8％，Mo:0.05-0.09％，Ti：0.2-1.0％，S、P、Cu之和小于等于0.005％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
优选地，所述高碳耐磨钢球由如下质量百分数的元素构成：
C：1.5-2.0％，Mn：3.5-4.0％，Ni：0.3-0.5％，Mo:0.03-0.06％，Pb：0.5-0.8％，Mo:0.05-0.09％，Ti：0.8-1.0％，S、P、Cu之和小于等于0.005％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
本发明的另一目的是提供了所述高碳耐磨钢球的加工工艺，包括以下步骤：
(1)熔炼铸造：将低碳合金钢进行熔炼，脱硫，脱氧，检验后加入C、Mn、Ni、Mo、Pb、Ti调整成分，以满足所述高碳耐磨钢球的元素范围，出炉浇铸，空冷得到球形铸件；
(2)淬火处理：将得到的球形铸件先升温至300-500℃，保温1-2h后快速浸入冷水中冷却至温度为50-100℃；然后再将球形铸件升温至800-900℃，保温15min-30min后进行二次冷水淬火处理，使其温度降至150℃以下；
(3)高温煅烧处理：将淬火处理后的球形铸件于还原气氛保护下进行高温煅烧，煅烧温度为1000-1200℃，煅烧时间为3-5h，煅烧结束后自然冷却至室温；
(4)回火处理：将高温煅烧处理后的球形铸件在400-600℃下进行回火处理，保温时间1-2h，自然冷却至室温即得到高碳耐磨钢球。
优选地，步骤(1)所述低碳合金钢中碳含量低于0.5wt％。
优选地，步骤(1)所述的熔炼温度为1300-1500℃。
优选地，步骤(2)所述的冷水为温度-10℃的软化冷水。
优选地，步骤(3)所述的还原气氛为氢气和惰性气体的混合气氛。
进一步优选地，所述惰性气体为氮气、氦气中的一种。
进一步优选地，所述还原气氛是由氢气和氮气按照体积比为1-5:1混合而成。
进一步优选地，所述还原气氛是由氢气和氮气按照体积比为3-5:1混合而成。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明高碳耐磨钢球通过调整其元素组成以及加工工艺，使得其无需加入金属铬也可获得耐磨性能高且韧性强的耐磨钢球。本发明的耐磨钢球成本低廉，加工方法新颖独特，构思巧妙，极大延长了耐磨钢球的使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种高碳耐磨钢球由如下质量百分数的元素构成：
C：1.90％，Mn：3.7％，Ni：0.3％，Mo:0.04％，Pb：0.6％，Mo:0.08％，Ti：0.8％，S、P、Cu之和小于等于0.005％，其余为Fe以及不可避免的杂质
所述高碳耐磨钢球的加工工艺如下：
(1)熔炼铸造：将碳含量为0.4wt％的低碳合金钢在温度为1450℃下进行熔炼，脱硫，脱氧，检验后加入C、Mn、Ni、Mo、Pb、Ti调整成分，以满足所述高碳耐磨钢球的元素范围，出炉浇铸，空冷得到球形铸件；
(2)淬火处理：将得到的球形铸件先升温至450℃，保温1h后快速浸入-10℃的软化冷水中进行冷却，至温度为60℃；然后再将球形铸件升温至820℃，保温30min后进行二次-10℃的软化冷水中进行淬火处理，使其温度降至150℃以下；
(3)高温煅烧处理：将淬火处理后的球形铸件于还原气氛保护下进行高温煅烧，煅烧温度为1050℃，煅烧时间为5h，煅烧结束后自然冷却至室温，所述还原气氛是由氢气和氮气按照体积比为5:1混合而成；
(4)回火处理：将高温煅烧处理后的球形铸件在520℃下进行回火处理，保温时间1.5h，自然冷却至室温即得到高碳耐磨钢球。
实施例2
一种高碳耐磨钢球由如下质量百分数的元素构成：
C：1.8％，Mn：3.6％，Ni：0.4％，Mo:0.05％，Pb：0.7％，Mo:0.05％，Ti：0.85％，S、P、Cu之和小于等于0.005％，其余为Fe以及不可避免的杂质
所述高碳耐磨钢球的加工工艺如下：
(1)熔炼铸造：将碳含量为0.3wt％的低碳合金钢在温度为1450℃下进行熔炼，脱硫，脱氧，检验后加入C、Mn、Ni、Mo、Pb、Ti调整成分，以满足所述高碳耐磨钢球的元素范围，出炉浇铸，空冷得到球形铸件；
(2)淬火处理：将得到的球形铸件先升温至450℃，保温1.5h后快速浸入-10℃的软化冷水中进行冷却，至温度为80℃；然后再将球形铸件升温至850℃，保温20min后进行二次-10℃的软化冷水中进行淬火处理，使其温度降至150℃以下；
(3)高温煅烧处理：将淬火处理后的球形铸件于还原气氛保护下进行高温煅烧，煅烧温度为1100℃，煅烧时间为4h，煅烧结束后自然冷却至室温，所述还原气氛是由氢气和氮气按照体积比为4:1混合而成；
(4)回火处理：将高温煅烧处理后的球形铸件在500℃下进行回火处理，保温时间1h，自然冷却至室温即得到高碳耐磨钢球。
实施例3
一种高碳耐磨钢球由如下质量百分数的元素构成：
C：2.0％，Mn：3.5％，Ni：0.3％，Mo:0.05％，Pb：0.5％，Mo:0.08％，Ti：0.9％，S、P、Cu之和小于等于0.005％，其余为Fe以及不可避免的杂质
所述高碳耐磨钢球的加工工艺如下：
(1)熔炼铸造：将碳含量为0.4wt％的低碳合金钢在温度为1500℃下进行熔炼，脱硫，脱氧，检验后加入C、Mn、Ni、Mo、Pb、Ti调整成分，以满足所述高碳耐磨钢球的元素范围，出炉浇铸，空冷得到球形铸件；
(2)淬火处理：将得到的球形铸件先升温至350℃，保温2h后快速浸入-10℃的软化冷水中进行冷却，至温度为100℃；然后再将球形铸件升温至900℃，保温15min后进行二次-10℃的软化冷水中进行淬火处理，使其温度降至150℃以下；
(3)高温煅烧处理：将淬火处理后的球形铸件于还原气氛保护下进行高温煅烧，煅烧温度为1200℃，煅烧时间为3h，煅烧结束后自然冷却至室温，所述还原气氛是由氢气和氮气按照体积比为3:1混合而成；
(4)回火处理：将高温煅烧处理后的球形铸件在600℃下进行回火处理，保温时间1h，自然冷却至室温即得到高碳耐磨钢球。
实施例4
一种高碳耐磨钢球由如下质量百分数的元素构成：
C：1.9％，Mn：3.6％，Ni：0.5％，Mo:0.06％，Pb：0.7％，Mo:0.08％，Ti：1.0％，S、P、Cu之和小于等于0.005％，其余为Fe以及不可避免的杂质
所述高碳耐磨钢球的加工工艺如下：
(1)熔炼铸造：将碳含量为0.3wt％的低碳合金钢在温度为1380℃下进行熔炼，脱硫，脱氧，检验后加入C、Mn、Ni、Mo、Pb、Ti调整成分，以满足所述高碳耐磨钢球的元素范围，出炉浇铸，空冷得到球形铸件；
(2)淬火处理：将得到的球形铸件先升温至480℃，保温1.5h后快速浸入-10℃的软化冷水中进行冷却，至温度为95℃；然后再将球形铸件升温至830℃，保温20min后进行二次-10℃的软化冷水中进行淬火处理，使其温度降至150℃以下；
(3)高温煅烧处理：将淬火处理后的球形铸件于还原气氛保护下进行高温煅烧，煅烧温度为1150℃，煅烧时间为5h，煅烧结束后自然冷却至室温，所述还原气氛是由氢气和氮气按照体积比为3:1混合而成；
(4)回火处理：将高温煅烧处理后的球形铸件在450℃下进行回火处理，保温时间1.5h，自然冷却至室温即得到高碳耐磨钢球。
实施例5
一种高碳耐磨钢球由如下质量百分数的元素构成：
C：2.0％，Mn：4.0％，Ni：0.5％，Mo:0.06％，Pb：0.8％，Mo:0.09％，Ti：1.0％，S、P、Cu之和小于等于0.005％，其余为Fe以及不可避免的杂质
所述高碳耐磨钢球的加工工艺如下：
(1)熔炼铸造：将碳含量为0.4wt％的低碳合金钢在温度为1500℃下进行熔炼，脱硫，脱氧，检验后加入C、Mn、Ni、Mo、Pb、Ti调整成分，以满足所述高碳耐磨钢球的元素范围，出炉浇铸，空冷得到球形铸件；
(2)淬火处理：将得到的球形铸件先升温至500℃，保温2h后快速浸入-10℃的软化冷水中进行冷却，至温度为100℃；然后再将球形铸件升温至900℃，保温30min后进行二次-10℃的软化冷水中进行淬火处理，使其温度降至150℃以下；
(3)高温煅烧处理：将淬火处理后的球形铸件于还原气氛保护下进行高温煅烧，煅烧温度为1200℃，煅烧时间为5h，煅烧结束后自然冷却至室温，所述还原气氛是由氢气和氮气按照体积比为5:1混合而成；
(4)回火处理：将高温煅烧处理后的球形铸件在600℃下进行回火处理，保温时间2h，自然冷却至室温即得到高碳耐磨钢球。
对比例1
一种高碳耐磨钢球由如下质量百分数的元素构成：
C：1.90％，Mn：3.7％，Ni：0.3％，Mo:0.04％，Mo:0.08％，Ti：0.8％，S、P、Cu之和小于等于0.005％，其余为Fe以及不可避免的杂质
所述高碳耐磨钢球的加工工艺参照实施例1。
对比例2
一种高碳耐磨钢球由如下质量百分数的元素构成：
C：1.90％，Mn：3.7％，Ni：0.3％，Mo:0.04％，Pb：1.5％，Mo:0.08％，Ti：0.8％，S、P、Cu之和小于等于0.005％，其余为Fe以及不可避免的杂质
所述高碳耐磨钢球的加工工艺参照实施例1。
对本发明实施例1-5以及对比文件1-2所制备的高碳耐磨钢球进行检测，检测结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002768587370000051
Figure BDA0002768587370000061
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种高碳耐磨钢球，其特征在于，由如下质量百分数的元素构成：
C：1.0-2.0％，Mn：3.2-4.5％，Ni：0.1-0.5％，Mo：0.05-0.09％，Pb：0.3-0.8％，Ti：0.2-1.0％，S、P、Cu之和小于等于0.005％，其余为Fe以及不可避免的杂质；
所述的高碳耐磨钢球的加工工艺，包括以下步骤：
(1)熔炼铸造：将低碳合金钢进行熔炼，脱硫，脱氧，检验后加入C、Mn、Ni、Mo、Pb、Ti调整成分，以满足所述高碳耐磨钢球的元素范围，出炉浇铸，空冷得到球形铸件；
(2)淬火处理：将得到的球形铸件先升温至300-500℃，保温1-2h后快速浸入冷水中冷却至温度为50-100℃；然后再将球形铸件升温至800-900℃，保温15min-30min后进行二次冷水淬火处理，使其温度降至150℃以下；
(3)高温煅烧处理：将淬火处理后的球形铸件于还原气氛保护下进行高温煅烧，煅烧温度为1000-1200℃，煅烧时间为3-5h，煅烧结束后自然冷却至室温；
(4)回火处理：将高温煅烧处理后的球形铸件在400-600℃下进行回火处理，保温时间1-2h，自然冷却至室温即得到高碳耐磨钢球。
2.根据权利要求1所述的高碳耐磨钢球，其特征在于，由如下质量百分数的元素构成：
C：1.5-2.0％，Mn：3.5-4.0％，Ni：0.3-0.5％，Mo：0.05-0.09％，Pb：0.5-0.8％，Ti：0.8-1.0％，S、P、Cu之和小于等于0.005％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的高碳耐磨钢球的加工工艺，其特征在于，步骤(1)所述低碳合金钢中碳含量低于0.5wt％。
4.根据权利要求1所述的高碳耐磨钢球的加工工艺，其特征在于，步骤(1)所述的熔炼温度为1300-1500℃。
5.根据权利要求1所述的高碳耐磨钢球的加工工艺，其特征在于，步骤(2)所述的冷水为温度-10℃的软化冷水。
6.根据权利要求1所述的高碳耐磨钢球的加工工艺，其特征在于，步骤(3)所述的还原气氛为氢气和惰性气体的混合气氛。
7.根据权利要求6所述的高碳耐磨钢球的加工工艺，其特征在于，所述惰性气体为氮气、氦气中的一种。
8.根据权利要求7所述的高碳耐磨钢球的加工工艺，其特征在于，所述还原气氛是由氢气和氮气按照体积比为1-5∶1混合而成。
9.根据权利要求8所述的高碳耐磨钢球的加工工艺，其特征在于，所述还原气氛是由氢气和氮气按照体积比为3-5∶1混合而成。
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