CN112522570A - 一种耐磨强韧多元合金铸球及其制备方法 - Google Patents

一种耐磨强韧多元合金铸球及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐磨强韧多元合金铸球及其制备方法,涉及耐磨球技术领域,其组成成分按重量百分比包括:C 2.2~2.7%、Si 0.3~0.9%、Mn 0.4~0.9%、Cr 3.5~4.5%、V 0.1~0.3%、Nb 0.1~0.3%、Re 0.02~0.06%、S≤0.06%、P≤0.10%,余量为Fe;其制备包括以下步骤:将原料加入到熔炼炉中熔炼;将铁水浇注成铸件;将铸件升温至500~510℃,保温2.5h,然后升温至750~780℃,保温2.5h,再升温至820~850℃,保温2.5h,再升温至880~900℃,保温2.5h,然后淬入淬火油中进行等温淬火,然后放入回火炉中进行等温回火处理。本发明调整各元素的含量,并添加钒、铌和稀土铼,细化组织晶粒,提高强度和韧性;并改善热处理工艺,将铸球阶梯升温后采用淬火油淬火,获得部分下贝氏体组织,提高铸球韧性,再配合等温回火处理,进而提高耐磨性。

Description

一种耐磨强韧多元合金铸球及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐磨球技术领域,尤其涉及一种耐磨强韧多元合金铸球及其制备方法。
背景技术
铬系合金铸造磨球是广泛应用于冶金选矿、水泥建材、火力发电等行业的主要消耗材料。按合金中铬含量区分主要有低铬(ZQCr2)、中铬(ZQCr5)、高铬(ZQCr12)、超高铬(ZQCr15、ZQCr20、ZQCr26)等规格产品,其中,低、中铬铸铁磨球均为非淬火磨球,一般只经过回火处理,不经淬火处理,其存在韧性差、硬度低、耐磨性差、易破碎等缺点,一般硬度(HRC)≥45,冲击韧性≥3.0J/cm2
为提高铬系合金铸造磨球的机械性能,国内外对此进行过大量的研究。现有技术中,有通过添加W、Mo、Cu、Ni、Ti等多种合金元素来提高铸球的综合机械性能,然而随着全球资源的紧缺,铬、镍、铜、钼等合金价格飞速上涨,在磨球生产中加入大量以上元素将会增加磨球的生产成本,此外,如W等为稀有高熔点金属,高温下能与碳、硫等化合。磨球材料成本的升高,用户难以接受从而限制了其使用。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种耐磨强韧多元合金铸球及其制备方法,所得铸球具有良好的硬度和冲击韧性。
本发明提出的一种耐磨强韧多元合金铸球,其组成成分按重量百分比包括:C 2.2~2.7%、Si 0.3~0.9%、Mn 0.4~0.9%、Cr 3.5~4.5%、V 0.1~0.3%、Nb 0.1~0.3%、Re 0.02~0.06%、S≤0.06%、P≤0.10%,余量为Fe。
优选地,其组成成分按重量百分比包括:C 2.4~2.6%、Si 0.55~0.75%、Mn0.6~0.8%、Cr 3.8~4.2%、V 0.15~0.22%、Nb 0.15~0.25%、Re 0.02~0.04%、S≤0.06%、P≤0.10%,余量为Fe。
本发明还提出了上述耐磨强韧多元合金铸球的制备方法,包括以下步骤:
S1、熔炼:将废钢、增碳剂、铬铁、锰铁、硅铁、钒铁、铌铁合金、铼锭加入到熔炼炉中进行熔炼,炉前调整成分,出炉前加入铝锭脱氧,转入中转包后扒渣,再倒入浇注包;
S2、浇注:将浇注包中的铁水浇注成铸件;
S3、热处理:将铸件升温至500~510℃,保温2.5h,然后升温至750~780℃,保温2.5h,再升温至820~850℃,保温2.5h,再升温至880~900℃,保温2.5h,然后淬入淬火油中进行等温淬火,然后放入回火炉中进行等温回火处理。
优选地,S1中,熔炼温度为1520~1550℃。
优选地,S1中,在出炉前2min内加入铝锭脱氧;铝锭的加入量为每1吨铁水中加入0.3~0.5kg的铝锭。
优选地,S2中,浇注温度为1450~1520℃。
优选地,S3中,淬火油的油温为220~230℃,等温淬火时间为14~18min。
优选地,S3中,等温回火处理是在230~240℃下等温保温3.5~4.5h。
有益效果:本发明在普通多元合金的基础上,调整各元素的含量,并添加了少量的钒、铌和稀土铼,细化组织晶粒,提高铸球的强度和韧性;并改善热处理工艺,将铸球阶梯升温后采用淬火油淬火,获得部分下贝氏体组织,提高铸球的韧性,再配合等温回火处理,进而提高磨球的耐磨性,所得铸球的硬度(HRC)≥56,冲击韧性≥5.0J/cm2
具体实施方式
下面,通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种耐磨强韧多元合金铸球,其组成成分按重量百分比包括:C2.64%、Si 0.82%、Mn 0.83%、Cr 4.5%、V 0.1%、Nb 0.1%、Re 0.02%、S≤0.06%、P≤0.10%,余量为Fe。
制备方法,包括以下步骤:
S1、熔炼:将废钢、增碳剂、铬铁、锰铁、硅铁、钒铁、铌铁合金、铼锭加入到熔炼炉中进行熔炼,熔炼温度为1520℃,炉前调整成分,在出炉前2min内加入铝锭脱氧,铝锭的加入量为每1吨铁水中加入0.3kg的铝锭,然后转入中转包后扒渣,再倒入浇注包;
S2、浇注:将浇注包中的铁水浇注成铸件,浇注温度为1450℃;
S3、热处理:将铸件升温至500℃,保温2.5h,然后升温至750℃,保温2.5h,再升温至820℃,保温2.5h,再升温至880℃,保温2.5h,然后淬入油温为220℃的淬火油中进行等温淬火18min,淬火结束后立即放入回火炉中于230℃下等温保温3.5h,进行等温回火处理。
实施例2
本发明提出的一种耐磨强韧多元合金铸球,其组成成分按重量百分比包括:C2.28%、Si 0.55%、Mn 0.47%、Cr 3.84%、V 0.25%、Nb 0.22%、Re 0.05%、S≤0.06%、P≤0.10%,余量为Fe。
制备方法,包括以下步骤:
S1、熔炼:将废钢、增碳剂、铬铁、锰铁、硅铁、钒铁、铌铁合金、铼锭加入到熔炼炉中进行熔炼,熔炼温度为1530℃,炉前调整成分,在出炉前2min内加入铝锭脱氧,铝锭的加入量为每1吨铁水中加入0.35kg的铝锭,然后转入中转包后扒渣,再倒入浇注包;
S2、浇注:将浇注包中的铁水浇注成铸件,浇注温度为1460℃;
S3、热处理:将铸件升温至500℃,保温2.5h,然后升温至760℃,保温2.5h,再升温至830℃,保温2.5h,再升温至880℃,保温2.5h,然后淬入油温为225℃的淬火油中进行等温淬火15min,淬火结束后立即放入回火炉中于230℃下等温保温4h,进行等温回火处理。
实施例3
本发明提出的一种耐磨强韧多元合金铸球,其组成成分按重量百分比包括:C2.4%、Si 0.58%、Mn 0.70%、Cr 3.85%、V 0.21%、Nb 0.15%、Re 0.02%、S≤0.06%、P≤0.10%,余量为Fe。
制备方法,包括以下步骤:
S1、熔炼:将废钢、增碳剂、铬铁、锰铁、硅铁、钒铁、铌铁合金、铼锭加入到熔炼炉中进行熔炼,熔炼温度为1540℃,炉前调整成分,在出炉前2min内加入铝锭脱氧,铝锭的加入量为每1吨铁水中加入0.4kg的铝锭,然后转入中转包后扒渣,再倒入浇注包;
S2、浇注:将浇注包中的铁水浇注成铸件,浇注温度为1480℃;
S3、热处理:将铸件升温至505℃,保温2.5h,然后升温至770℃,保温2.5h,再升温至840℃,保温2.5h,再升温至890℃,保温2.5h,然后淬入油温为225℃的淬火油中进行等温淬火15min,淬火结束后立即放入回火炉中于235℃下等温保温4h,进行等温回火处理。
实施例4
本发明提出的一种耐磨强韧多元合金铸球,其组成成分按重量百分比包括:C2.6%、Si 0.70%、Mn 0.80%、Cr 4.17%、V 0.18%、Nb 0.25%、Re 0.03%、S≤0.06%、P≤0.10%,余量为Fe。
制备方法,包括以下步骤:
S1、熔炼:将废钢、增碳剂、铬铁、锰铁、硅铁、钒铁、铌铁合金、铼锭加入到熔炼炉中进行熔炼,熔炼温度为1540℃,炉前调整成分,在出炉前2min内加入铝锭脱氧,铝锭的加入量为每1吨铁水中加入0.45kg的铝锭,然后转入中转包后扒渣,再倒入浇注包;
S2、浇注:将浇注包中的铁水浇注成铸件,浇注温度为1500℃;
S3、热处理:将铸件升温至510℃,保温2.5h,然后升温至770℃,保温2.5h,再升温至850℃,保温2.5h,再升温至900℃,保温2.5h,然后淬入油温为230℃的淬火油中进行等温淬火15min,淬火结束后立即放入回火炉中于240℃下等温保温4h,进行等温回火处理。
实施例5
本发明提出的一种耐磨强韧多元合金铸球,其组成成分按重量百分比包括:C2.55%、Si 0.62%、Mn 0.62%、Cr 4.05%、V 0.15%、Nb 0.22%、Re 0.02%、S≤0.06%、P≤0.10%,余量为Fe。
制备方法,包括以下步骤:
S1、熔炼:将废钢、增碳剂、铬铁、锰铁、硅铁、钒铁、铌铁合金、铼锭加入到熔炼炉中进行熔炼,熔炼温度为1550℃,炉前调整成分,在出炉前2min内加入铝锭脱氧,铝锭的加入量为每1吨铁水中加入0.5kg的铝锭,然后转入中转包后扒渣,再倒入浇注包;
S2、浇注:将浇注包中的铁水浇注成铸件,浇注温度为1520℃;
S3、热处理:将铸件升温至510℃,保温2.5h,然后升温至780℃,保温2.5h,再升温至850℃,保温2.5h,再升温至900℃,保温2.5h,然后淬入油温为230℃的淬火油中进行等温淬火14min,淬火结束后立即放入回火炉中于240℃下等温保温4.5h,进行等温回火处理。
对本发明实施例1-5制备的耐磨强韧多元合金铸球的机械性能进行检测,检测结果见表1。
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
硬度HRC 56.7 56.0 57.0 58.3 58.7
冲击韧性J/cm<sup>2</sup> 5.3 5.0 5.2 5.4 5.6
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种耐磨强韧多元合金铸球,其特征在于,其组成成分按重量百分比包括:C 2.2~2.7%、Si 0.3~0.9%、Mn 0.4~0.9%、Cr 3.5~4.5%、V 0.1~0.3%、Nb 0.1~0.3%、Re0.02~0.06%、S≤0.06%、P≤0.10%,余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的耐磨强韧多元合金铸球,其特征在于,其组成成分按重量百分比包括:C 2.4~2.6%、Si 0.55~0.75%、Mn 0.6~0.8%、Cr 3.8~4.2%、V 0.15~0.22%、Nb 0.15~0.25%、Re 0.02~0.04%、S≤0.06%、P≤0.10%,余量为Fe。
3.一种如权利要求1或2所述的耐磨强韧多元合金铸球的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、熔炼:将废钢、增碳剂、铬铁、锰铁、硅铁、钒铁、铌铁合金、铼锭加入到熔炼炉中进行熔炼,炉前调整成分,出炉前加入铝锭脱氧,转入中转包后扒渣,再倒入浇注包;
S2、浇注:将浇注包中的铁水浇注成铸件;
S3、热处理:将铸件升温至500~510℃,保温2.5h,然后升温至750~780℃,保温2.5h,再升温至820~850℃,保温2.5h,再升温至880~900℃,保温2.5h,然后淬入淬火油中进行等温淬火,然后放入回火炉中进行等温回火处理。
4.根据权利要求3所述的耐磨强韧多元合金铸球的制备方法,其特征在于,S1中,熔炼温度为1520~1550℃。
5.根据权利要求3所述的耐磨强韧多元合金铸球的制备方法,其特征在于,S1中,在出炉前2min内加入铝锭脱氧;铝锭的加入量为每1吨铁水中加入0.3~0.5kg的铝锭。
6.根据权利要求3所述的耐磨强韧多元合金铸球的制备方法,其特征在于,S2中,浇注温度为1450~1520℃。
7.根据权利要求3所述的耐磨强韧多元合金铸球的制备方法,其特征在于,S3中,淬火油的油温为220~230℃,等温淬火时间为14~18min。
8.根据权利要求3所述的耐磨强韧多元合金铸球的制备方法,其特征在于,S3中,等温回火处理是在230~240℃下等温保温3.5~4.5h。
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