CN113637898A - 一种高硬度高韧性耐磨球及其制备方法 - Google Patents

一种高硬度高韧性耐磨球及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高硬度高韧性耐磨球及其制备方法，耐磨球的化学成分按重量百分比包括：C：0.67‑0.8％、Si：0.68‑0.8％、Mn：1.5‑1.9％、Cr：1‑1.35％、Mo：0.07‑0.18％、V：0.03‑0.2％、Cu：0.07‑0.18％、Ce：0.15‑0.22％、Nb：0.01‑0.03％、W：0.15‑0.38％、S≤0.03％、P：0.01‑0.02％，其余为Fe和杂质；Cr、Si、W、Mo的重量比满足关系式Cr+Si+W+4×Mo＝2.55‑2.97％。本发明提出的高硬度高韧性耐磨球的制备方法得到的耐磨球强度和硬度高、韧性好、耐腐蚀性和耐磨性能优异，使用寿命长。

Description

一种高硬度高韧性耐磨球及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐磨材料技术领域，尤其涉及一种高硬度高韧性耐磨球及其制备方法。
背景技术
磨球是球磨机中一个重要的组成部分，起着对物料破碎研磨的作用，目前已被广泛应用在矿山、电厂、化工等领域，且需求量大。磨球是一种消耗品，在球磨机工作的过程中随时都有可能出现破碎的情况，每年因磨球失效而造成的经济损失巨大，且磨球破碎失效后需要停机更换新的磨球，降低了企业的生产效率，因此，磨球的质量好坏直接影响到生产成本和生产效率，制备一种综合性能好的磨球是提高球磨机生产效率以及降低成本的重要手段。
磨球在球磨机内会受到反复的高应力冲击、挤压和研磨等机械磨损，要求其具有高的硬度和耐磨性，以及较好的冲击韧性，避免磨球破裂，在湿式球磨机中使用的磨球还要求具有一定的耐腐蚀性。虽然目前国内外公开了多种磨球，但是其仍存在硬度和韧性不理想、耐腐蚀性欠佳的缺陷，缩短了其寿命，限制了其应用。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高硬度高韧性耐磨球及其制备方法，所述制备方法具体控制了热处理的过程，得到的耐磨球强度和硬度高、韧性好、耐腐蚀性和耐磨性能优异，使用寿命长。
本发明提出的一种高硬度高韧性耐磨球，其化学成分按重量百分比包括：C：0.67-0.8％、Si：0.68-0.8％、Mn：1.5-1.9％、Cr：1-1.35％、Mo：0.07-0.18％、V：0.03-0.2％、Cu：0.07-0.18％、Ce：0.15-0.22％、Nb：0.01-0.03％、W：0.15-0.38％、S≤0.03％、P：0.01-0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，Cr、Si、W、Mo的重量百分比满足以下关系式：Cr+Si+W+4×Mo＝2.55-2.97％。
优选地，Cr、Si、W、Mo、C的重量百分比满足以下关系式：Cr+Si+W+Mo≥3.7×C。
优选地，C、Si、Mn、Cr、Mo、V、Cu、Ce、Nb、W的重量百分比满足以下关系式：5.2％≤C+Si+Mn+Cr+Mo+V+Cu+Ce+Nb+W≤5.8％。
优选地，所述高硬度高韧性耐磨球的化学成分按重量百分比包括：C：0.67％、Si：0.75％、Mn：1.67％、Cr：1.26％、Mo：0.15％、V：0.14％、Cu：0.12％、Ce：0.21％、Nb：0.018％、W：0.33％、S：0.03％、P：0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出的一种所述高硬度高韧性耐磨球的制备方法，包括制造钢球坯和将制造的钢球坯进行热处理；其中，所述热处理包括以下步骤：将钢球坯加热至800-850℃保温130-200min，然后浸入300-450℃的盐槽中保温2-15s，再降温至0℃以下保温60-120min，然后加热至630-660℃保温t1 min，空冷至室温，加热至780-800℃保温30-120min，然后加热至850-900℃保温60-120min，水冷至表面温度为300-350℃后放入30-45℃的机油中冷却至155-165℃，空冷至50-60℃，然后加热至550-650℃，保温t2 min，空冷至室温后再加热至200-250℃保温t3 min，空冷至室温；其中，t1＝100-180，t2＝60-150，t3＝100-150。
优选地，在将钢球坯加热至800-850℃保温130-200min的过程中，升温速度为60-85℃/h。
优选地，在降温至0℃以下的过程中，先以70-85℃/h的降温速度降温至35-60℃，再以30-45℃/h的降温速度降温至0℃以下。
优选地，在热处理过程中，以80-100℃/h的升温速度加热至780-800℃保温30-120min，然后以40-50℃/h的升温速度加热至850-900℃保温60-120min。
优选地，t1、t2、t3满足以下关系式：t1+t2+t3＝310-365。
优选地，t1、t2、t3满足以下关系式：t1＞t2＞t3。
优选地，所述的盐槽可以是以50wt％的KNO3和50wt％的NaNO3为介质的盐浴槽。
C对钢的性能具有较大影响，其能与铁元素形成间隙固溶体，因此具有稳定奥氏体、延迟珠光体以及贝氏体的作用，从而使C曲线右移，降低了淬火临界冷速，提高材料的淬透性，同时其含量也是马氏体硬度的主要因素，因此C加入体系中能提高强度和硬度，但是太多也会降低韧性和耐腐蚀性；本发明所述高硬度高韧性耐磨球的组成成分中具体控制了C的质量含量为0.67-0.8％，同时配合添加了Si、Mn、Cr、Mo、V、Cu、Ce、Nb、W多种元素，并使C、Si、Mn、Cr、Mo、V、Cu、Ce、Nb、W的重量百分比满足关系式5.2％≤C+Si+Mn+Cr+Mo+V+Cu+Ce+Nb+W≤5.8％，使各元素协同，改善材料淬透性、增加耐磨球的淬硬性深度、提高耐磨球的硬度、强度和耐磨性的同时，赋予其优异的冲击韧性，克服了C加入引起的冲击韧性降低的缺陷；具体使Cr、Si、W、Mo的重量百分比满足关系式Cr+Si+W+4×Mo＝2.55-2.97％，且Cr+Si+W+Mo≥3.7×C，发挥协同作用，显著提高了耐磨球的抗腐蚀性和抗氧化性，改善了因C的加入引起的耐腐蚀性降低的缺陷；在耐磨球的制备过程中，优化了热处理工艺，具体将钢球坯加热至800-850℃保温、盐槽中冷却后在0℃以下进行了冷处理，改变了体系的组织形态，并析出了大量细小的二次碳化物，消除了大块状物质，使组织更加细小，得到的耐磨球的冲击韧性明显提高，使用寿命延长；分别在后续的淬火前、后进行了多次回火处理，并控制了淬火和回火的温度和时间，提高了晶粒形核速率，抑制了晶粒长大，显著细化了晶粒，改善了耐磨球的表面硬度、淬硬层和冲击韧性等性能，且耐磨球整体组织无较大孔洞、夹杂等缺陷，得到了一种硬度高、韧性好、耐磨性和耐腐蚀性能优异的耐磨球，解决了目前耐磨球高硬度和高冲击韧性不能兼顾的问题。
对本发明中的耐磨球进行性能检测：硬度测试：在HR-150A型洛氏硬度计上测试；冲击韧性测试：按照GB229-63的标准制备无缺口冲击试样，使用JB30A型摆锤式冲击试验机做冲击试验；用直径为80mm的磨球对铜矿石进行湿磨试验，湿磨运行时间为800h，计算破碎率和球耗；经测试可知，本发明中的耐磨球其表面硬度≥63HRC，心表硬度差≤3HRC，冲击韧性≥30J/cm2，球耗≤280g/t矿石，破碎率小于0.3％；腐蚀速率≤0.81g/m2·h。
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
本发明提出的一种高硬度高韧性耐磨球，其化学成分按重量百分比包括：C：0.8％、Si：0.68％、Mn：1.9％、Cr：1％、Mo：0.18％、V：0.03％、Cu：0.18％、Ce：0.15％、Nb：0.03％、W：0.15％、S：0.03％、P：0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出的一种所述高硬度高韧性耐磨球的制备方法，包括制造钢球坯和将制造的钢球坯进行热处理；其中，所述热处理包括以下步骤：将钢球坯加热至850℃保温130min，然后浸入450℃的盐槽中保温12s，再降温至-5℃保温60min，然后加热至640℃保温100min，空冷至室温，加热至800℃保温40min，然后加热至890℃保温120min，水冷至表面温度为300℃后放入38℃的机油中冷却至160℃，空冷至60℃，然后加热至550℃，保温150min，空冷至室温后再加热至250℃保温150min，空冷至室温。
实施例2
本发明提出的一种高硬度高韧性耐磨球，其化学成分按重量百分比包括：C：0.67％、Si：0.7％、Mn：1.6％、Cr：1.35％、Mo：0.07％、V：0.2％、Cu：0.07％、Ce：0.22％、Nb：0.01％、W：0.38％、S：0.03％、P：0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出的一种所述高硬度高韧性耐磨球的制备方法，包括制造钢球坯和将制造的钢球坯进行热处理；其中，所述热处理包括以下步骤：以60℃/h的升温速度将钢球坯加热至800℃保温200min，然后浸入300℃的盐槽中保温5s，先以85℃/h的降温速度降温至35℃，再以45℃/h的降温速度降温至-1℃保温120min，然后加热至630℃保温115min，空冷至室温，以80℃/h的升温速度加热至790℃保温30min，然后以50℃/h的升温速度加热至900℃保温60min，水冷至表面温度为350℃后放入30℃的机油中冷却至165℃，空冷至50℃，然后加热至650℃，保温105min，空冷至室温后再加热至200℃保温100min，空冷至室温。
实施例3
本发明提出的一种高硬度高韧性耐磨球，其化学成分按重量百分比包括：C：0.68％、Si：0.68％、Mn：1.8％、Cr：1.35％、Mo：0.11％、V：0.11％、Cu：0.08％、Ce：0.2％、Nb：0.018％、W：0.38％、S：0.01％、P：0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出的一种所述高硬度高韧性耐磨球的制备方法，包括制造钢球坯和将制造的钢球坯进行热处理；其中，所述热处理包括以下步骤：以85℃/h的升温速度将钢球坯加热至810℃保温180min，然后浸入350℃的盐槽中保温14s，先以70℃/h的降温速度降温至60℃，再以30℃/h的降温速度降温至-10℃保温80min，然后加热至650℃保温140min，空冷至室温，以100℃/h的升温速度加热至780℃保温120min，然后以40℃/h的升温速度加热至850℃保温76min，水冷至表面温度为330℃后放入45℃的机油中冷却至155℃，空冷至58℃，然后加热至620℃，保温125min，空冷至室温后再加热至220℃保温100min，空冷至室温。
实施例4
本发明提出的一种高硬度高韧性耐磨球，其化学成分按重量百分比包括：C：0.68％、Si：0.78％、Mn：1.65％、Cr：1.33％、Mo：0.14％、V：0.15％、Cu：0.1％、Ce：0.2％、Nb：0.02％、W：0.3％、S：0.03％、P：0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出的一种所述高硬度高韧性耐磨球的制备方法，包括制造钢球坯和将制造的钢球坯进行热处理；其中，所述热处理包括以下步骤：以70℃/h的升温速度将钢球坯加热至840℃保温160min，然后浸入400℃的盐槽中保温10s，先以82℃/h的降温速度降温至50℃，再以40℃/h的降温速度降温至-10℃保温110min，然后加热至635℃保温115min，空冷至室温，以85℃/h的升温速度加热至795℃保温60min，然后以47℃/h的升温速度加热至890℃保温90min，水冷至表面温度为320℃后放入38℃的机油中冷却至162℃，空冷至53℃，然后加热至620℃，保温110min，空冷至室温后再加热至210℃保温105min，空冷至室温。
实施例5
本发明提出的一种高硬度高韧性耐磨球，其化学成分按重量百分比包括：C：0.7％、Si：0.8％、Mn：1.87％、Cr：1.35％、Mo：0.11％、V：0.1％、Cu：0.17％、Ce：0.18％、Nb：0.018％、W：0.38％、S：0.03％、P：0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出的一种所述高硬度高韧性耐磨球的制备方法，包括制造钢球坯和将制造的钢球坯进行热处理；其中，所述热处理包括以下步骤：以80℃/h的升温速度将钢球坯加热至810℃保温180min，然后浸入330℃的盐槽中保温15s，先以75℃/h的降温速度降温至35℃，再以38℃/h的降温速度降温至-5℃保温70min，然后加热至655℃保温130min，空冷至室温，以90℃/h的升温速度加热至785℃保温100min，然后以42℃/h的升温速度加热至870℃保温120min，水冷至表面温度为300℃后放入42℃的机油中冷却至158℃，空冷至58℃，然后加热至570℃，保温120min，空冷至室温后再加热至240℃保温110min，空冷至室温。
实施例6
本发明提出的一种高硬度高韧性耐磨球，其化学成分按重量百分比包括：C：0.67％、Si：0.75％、Mn：1.67％、Cr：1.26％、Mo：0.15％、V：0.14％、Cu：0.12％、Ce：0.21％、Nb：0.018％、W：0.33％、S：0.03％、P：0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出的一种所述高硬度高韧性耐磨球的制备方法，包括制造钢球坯和将制造的钢球坯进行热处理；其中，所述热处理包括以下步骤：以66℃/h的升温速度将钢球坯加热至840℃保温160min，然后浸入430℃的盐槽中保温15s，先以73℃/h的降温速度降温至43℃，再以41℃/h的降温速度降温至-15℃保温90min，然后加热至645℃保温140min，空冷至室温，以88℃/h的升温速度加热至788℃保温80min，然后以41℃/h的升温速度加热至875℃保温95min，水冷至表面温度为340℃后放入40℃的机油中冷却至160℃，空冷至56℃，然后加热至595℃，保温115min，空冷至室温后再加热至220℃保温110min，空冷至室温。
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 (10)

1.一种高硬度高韧性耐磨球，其特征在于，其化学成分按重量百分比包括：C：0.67-0.8％、Si：0.68-0.8％、Mn：1.5-1.9％、Cr：1-1.35％、Mo：0.07-0.18％、V：0.03-0.2％、Cu：0.07-0.18％、Ce：0.15-0.22％、Nb：0.01-0.03％、W：0.15-0.38％、S≤0.03％、P：0.01-0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，Cr、Si、W、Mo的重量百分比满足以下关系式：Cr+Si+W+4×Mo＝2.55-2.97％。
2.根据权利要求1所述高硬度高韧性耐磨球，其特征在于，Cr、Si、W、Mo、C的重量百分比满足以下关系式：Cr+Si+W+Mo≥3.7×C。
3.根据权利要求1或2所述高硬度高韧性耐磨球，其特征在于，C、Si、Mn、Cr、Mo、V、Cu、Ce、Nb、W的重量百分比满足以下关系式：5.2％≤C+Si+Mn+Cr+Mo+V+Cu+Ce+Nb+W≤5.8％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述高硬度高韧性耐磨球，其特征在于，其化学成分按重量百分比包括：C：0.67％、Si：0.75％、Mn：1.67％、Cr：1.26％、Mo：0.15％、V：0.14％、Cu：0.12％、Ce：0.21％、Nb：0.018％、W：0.33％、S：0.03％、P：0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质。
5.一种如权利要求1-4中任一项所述高硬度高韧性耐磨球的制备方法，其特征在于，包括制造钢球坯和将制造的钢球坯进行热处理；其中，所述热处理包括以下步骤：将钢球坯加热至800-850℃保温130-200min，然后浸入300-450℃的盐槽中保温2-15s，再降温至0℃以下保温60-120min，然后加热至630-660℃保温t1 min，空冷至室温，加热至780-800℃保温30-120min，然后加热至850-900℃保温60-120min，水冷至表面温度为300-350℃后放入30-45℃的机油中冷却至155-165℃，空冷至50-60℃，然后加热至550-650℃，保温t2min，空冷至室温后再加热至200-250℃保温t3 min，空冷至室温；其中，t1＝100-180，t2＝60-150，t3＝100-150。
6.根据权利要求5所述高硬度高韧性耐磨球的制备方法，其特征在于，在将钢球坯加热至800-850℃保温130-200min的过程中，升温速度为60-85℃/h。
7.根据权利要求5或6所述高硬度高韧性耐磨球的制备方法，其特征在于，在降温至0℃以下的过程中，先以70-85℃/h的降温速度降温至35-60℃，再以30-45℃/h的降温速度降温至0℃以下。
8.根据权利要求5-7中任一项所述高硬度高韧性耐磨球的制备方法，其特征在于，在热处理过程中，以80-100℃/h的升温速度加热至780-800℃保温30-120min，然后以40-50℃/h的升温速度加热至850-900℃保温60-120min。
9.根据权利要求5-8中任一项所述高硬度高韧性耐磨球的制备方法，其特征在于，t1、t2、t3满足以下关系式：t1+t2+t3＝310-365。
10.根据权利要求5-9中任一项所述高硬度高韧性耐磨球的制备方法，其特征在于，t1、t2、t3满足以下关系式：t1＞t2＞t3。
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