CN115491574A

CN115491574A - 一种耐磨钢球及其制备方法

Info

Publication number: CN115491574A
Application number: CN202211113849.0A
Authority: CN
Inventors: 冯红喜; 符寒光; 黄龙霄; 林健; 王如志; 王宝奇; 路任重; 单俊丽
Original assignee: Goldpro New Materials Co ltd
Current assignee: Goldpro New Materials Co ltd
Priority date: 2022-09-13
Filing date: 2022-09-13
Publication date: 2022-12-20
Anticipated expiration: 2042-09-13
Also published as: CN115491574B

Abstract

一种耐磨钢球及其制备方法，属于耐磨材料技术领域。所述耐磨钢球以废旧弹簧钢、废旧碳化硅、废旧硅钢片和氮化铬铁为主要原料，其加入量分别占进入炉内炉料质量分数的88.2‑88.5％、1.2‑1.3％、8.2‑8.4％、2.1‑2.3％。采用电炉熔炼钢水，用连铸机连铸成圆钢坯，经轧制和定尺锯断成圆钢棒，再在轧球生产线上轧制成钢球，经淬火和回火热处理后即可获得力学性能优异耐磨钢球，具有成本低廉、低破碎率和低磨损率等优势，推广应用具有良好的经济和社会效益。

Description

一种耐磨钢球及其制备方法

技术领域

本发明公开了一种钢球及其制备方法，特别涉及一种耐磨钢球及其制备方法，属于耐磨材料技术领域。

背景技术

钢球是金属矿山研磨矿石时的重要消耗部件，钢球使用过程中，承受强烈的冲击并与矿石产生剧烈的摩擦磨损，另外还承受矿浆的腐蚀，因此钢球应具有良好的耐磨性、抗疲劳剥落性能和耐蚀性。

为了提高钢球的综合性能，中国发明专利CN114892086A公开了一种耐腐蚀高强度耐磨钢球，其是通过下述方法制备而成：冶炼目标钢水，所述目标钢水的组成按重量百分比计包括C0.65-0.80％、Si0.40-0.85％、Mn0.65-0.95％、Cr0.40-1.00％、Mo0.04-0.06％、Ti0.02-0.04％、Cu0.04-0.08％、S≤0.020％、P≤0.020％、余量为Fe和不可避免的杂质；浇铸形成铸坯；轧制形成钢球坯；冷却、热处理形成钢球，该钢球即为所述耐磨钢球。该发明提出的一种耐腐蚀高强度耐磨钢球，通过设计该耐磨钢球的成分，并调整耐磨钢球的生产工艺，使得该耐磨钢球具有优异耐磨性的同时，还具有高强韧性。但是，该钢球中Mo、Cu加入量过低，钢球的耐腐蚀性并不好。中国发明专利CN114836689A还公开了一种高铬耐磨钢球及其制备方法，高铬耐磨钢球的化学成分按质量百分比包括：C：0.5-1.1％、Cr：11.1-13.2％、Si：0.1-0.5％、Mn：1.25-1.48％、Ni：0.18-1.1％、Ti：0.55-0.79％、V+Nb：0.25-0.38％、Sn：0.01-0.03％、W：0.15-0.72％、P≤0.04％、S≤0.04％，余量为Fe和不可避免的杂质。该发明提出的高铬耐磨钢球的制备方法过程简单，得到的钢球硬度高，韧性好，耐磨性能优异，使用寿命长。中国发明专利CN113652606A还公开了一种高硬度高韧性耐磨钢球及其制备方法，所述耐磨钢球包括如下组分：C：0.5％-0.8％、Si：0.8％-1.3％、Mn：0.6％-1.2％、Cr：1.0％-2.0％、Ni：0.1％-0.6％、Cu：0.3％-0.8％、V：0.01％-0.05％、P：≤0.03％、S：≤0.03％，其余为Fe和其他不可避免的杂质；并且，[C]/[V]≥18，且[Ni]+[Cu]≥0.9％，[C]、[V]、[Ni]、[Cu]分别为C、V、Ni、Cu的质量百分比含量。该发明提出的一种高硬度高韧性耐磨钢球及其制备方法，该耐磨钢球具有高硬度和优异韧性的优点，大大提高了其作为耐磨钢球的耐磨性能。中国发明专利CN113881890A还公开了一种高韧耐磨钢球及其铸造工艺，所述耐磨钢球的化学成分按质量百分比计包括：C：2.0％-3.0％、Si：0.6％-1.2％、Mn：0.7％-1.6％、Cr：10％-16％、Ni：0.4％-0.8％、Cu：0.04％-0.08％、S：≤0.06％、P：≤0.06％，其余为Fe和其他不可避免的杂质；其中，Cr与C的含量配比范围为4.6-5.5，Mn与Ni的含量乘积范围为0.55％％-1.0％％；所述耐磨钢球的基体组织包括马氏体、碳化物和残余奥氏体，残余奥氏体的占比为4％-8％。该发明提出的一种高韧耐磨钢球及其铸造工艺，通过设计耐磨钢球的成分，使得该耐磨钢球的硬度及韧性都得到明显改善。中国发明专利CN113897541A还公开了一种高铬耐磨钢球及其铸造工艺，该耐磨钢球的化学成分按质量百分比计包括：C：3.3％-4.0％、Si：0.2％-0.9％、Mn：0.5％-1.3％、Cr：17％-23％、Al：0.3％-0.8％、Mo：0.07％-0.2％、V：0.1％-0.3％、S：0.02％-0.1％、P：≤0.06％，其余为Fe和其他不可避免的杂质；并且，[Mo]×[V]≥0.02％％，且0.3≥[Mo]/[Al]≥0.2，[Mo]、[V]、[Al]分别对应Mo、V、Al的质量百分含量。该发明提出的一种高铬耐磨钢球及其铸造工艺，通过设计该耐磨钢球的成分，减少贵重金属元素的加入量，使得该耐磨钢球具有优异的耐磨性和抗冲击韧性。(耐磨钢球的硬度≥65HRC，且冲击韧性≥6J/cm²。)中国发明专利CN113897537A还公开了一种高使用寿命的耐磨钢球及其铸造工艺，所述耐磨钢球的化学成分按质量百分比计包括：C：3.6％-4.2％、Si：1.1％-1.8％、Mn：0.8％-1.5％、Cr：15％-19％、Ti：1.1％-1.9％、V：0.5％-1.6％、W：0.2％-0.7％、Nb：0.1％-0.3％、N：0.03％-0.08％、其余为Fe和其他不可避免的杂质；其中，Ti、V、W、Nb的含量配比为：1:0.5-0.8:0.25-0.35:0.1-0.2。该耐磨钢球具有优异的硬度和韧性性能，有效地延长了耐磨钢球的使用寿命。中国发明专利CN113637889A还公开了一种含硼高铬耐磨钢球的制备方法，按照如下重量百分比含量的化学组成成分：C：1.9-2.7％、Si：0.5-0.9％、Mn：0.4-0.8％、Cr：13.0-20.0％、Cu：0.3-0.7％、B：0.4-0.9％、Ti：0.2-0.5％、S：≤0.03％、P：≤0.05％，其余为Fe及不可避免杂质进行配料并熔炼，得到熔炼液；向所得熔炼液中加入孕育剂进行孕育处理，再浇铸成型，得到球坯；将所得球坯加热至880-980℃，保温1-2h后，淬入盐浴中保温1-3h，盐浴温度为160-250℃，取出后空冷至室温，再进行低温回火处理，即得到所述耐磨钢球。该耐磨钢球性能稳定，硬度高，韧性好，耐磨性能优良，制备方法操作方便，工艺容易控制，产品质量稳定。但是，上述钢球中含有太多的铬元素，显著增加了钢球生产成本。钢球还要进行盐浴淬火热处理，而盐浴热处理污染环境严重。

中国发明专利CN113088805A公开了一种低成本的经济型高耐磨钢球及其制造方法，化学成分按质量百分含量计为C：0.95-1.10％，Si：0.10-0.25％，Mn：0.85-1.00％，P≤0.030％，S≤0.030％，Cr：0.35-0.70％，Ti：0.008-0.020％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。该发明通过冶炼、连铸、连铸坯加热、圆钢棒轧制、空冷，得到轧制钢球用的圆钢棒，然后将圆钢棒加热到970℃-1100℃保温烧透后在轧球机上轧制成钢球，随后将有余热的钢球进行水冷淬火，钢球淬火后进行回火，回火温度160-200℃，保温时间≥2小时。该发明的高耐磨钢球合金含量低、生产工艺简单，具有成本低、组织均匀细小等特征。但是采用上述工艺生产磨球，不仅耐蚀性差，且圆管要反复加热，能耗高。中国发明专利CN114686658A还公开了一种球磨机用耐腐蚀钢球的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将球磨机用钢球进行表面处理，以去除钢球表面的氧化层以及杂质；步骤二、将表面处理后的钢球置于调质炉中进行调质处理，需要在氮气和氢气构成的混合气体保护下进行调整处理；步骤三，将调质处理后的钢球进行高温焙烧处理，焙烧温度为800-1000℃，焙烧时间为10-30min；步骤四、将焙烧后的钢球自然冷却至室温，得到球磨机用耐腐蚀钢球。所述钢球中化学元素质量百分数如下：C 0.2％-0.5％，Si 0.19％-2.5％，Mn 0.25％-0.35％，P 0.01％-0.03％，Cr0.1％-0.2％，其余为铁和不可避免的杂质。所述调质处理是将钢球置于调质炉中以2-5℃/min进行升温，加热至200℃后保温1-2h，然后以10-15℃/min的速率升温至300℃后保温30min；再以10-15℃/min的速率升温至500℃后保温3h，最后自然冷却至室温。中国发明专利CN113953426A还公开了一种高强韧矿用耐磨钢球的制作方法，包括以下步骤，制作圆钢，所述圆钢的中含有的化学元素成分及质量百分比如下：C：0.5～0.7wt.％、Si：1.6～2.0wt.％、Mn：0.65～0.95wt.％、Cr：0.7～0.95wt.％，余量为Fe和不可避免的杂质。对圆钢进行天然气步进炉加热，利用送料设备将加热的圆钢送入热剪机的辊道上，采用红外激光智能测距装置按照设定的长度对圆钢进行均匀分配，按照红外激光智能测距装置的分配信息，启动热剪机对圆钢进行分段，得到钢坯；利用机械手夹取钢坯至数控全液压模锻锤、且测温装置对钢坯进行测温，并将测量的钢坯温度传给数控全液压模锻锤，数控全液压模锻锤根据钢坯温度计算钢坯的击打能量和击打次数对钢坯进行击打，即可制得所述高强韧矿用耐磨钢球。该发明通过数控全液压模锻锤对工艺参数进行精准控制，保证制备钢球的圆度，以此提高钢球的生产效率。中国发明专利CN113755763A还公开了一种大直径中碳低合金耐磨钢球，其原料按重量百分比包括：C：0.4-0.5％、Cr：0.8-1.0％、Mn：0.5-0.7％、Si：1.2-1.4％、Ni：0.1-0.2％、B：0.001-0.002％、Nb：0.06-0.07％、P≤0.05％、S≤0.05％，余量为Fe及不可避免杂质。本发明还公开了上述大直径中碳低合金耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：S1、取原料如权利要求1或2所述的合金炼并浇铸成连铸坯；S2、将连铸坯加热，然后轧制成钢球，空冷，然后加热保温，淬火，回火，自然冷却得到大直径中碳低合金耐磨钢球。该发明所述钢球直径大，且具有良好的硬度和冲击韧性。中国发明专利CN112239834A还公开了一种高强度、高耐磨性稀土球磨机热轧钢球用钢及其轧制方法，提供的球磨机热轧钢球用钢的化学成分按质量百分比计包括：C0.58～0.66％、Si1.60～1.90％、Mn0.65～0.85％、P≤0.025％、S≤0.025％、Al≤0.060％、Cr0.70～0.90％，Mo0.05～0.15％、RE10-30ppm、Ni≤0.30％、Cu≤0.30％、Pb≤0.020％、Sn≤0.030％、[H]≤2.0ppm、[O]≤20ppm、[N]≤80ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。该发明提供的球磨机热轧钢球用钢具有较高的强度、硬度和韧性，能够保证球磨机长期稳定运行。上述钢球含碳量过低，导致钢球耐磨性下降。

中国发明专利CN114570487A公开了一种耐磨钢球及其制备方法，包括钢球主体、高密度合金、化合物层、强化层和低密度合金，所述高密度合金设置于钢球主体的外表面，所述化合物层设置于高密度合金的外表面，所述强化层设置于化合物层的外表面，所述低密度合金设置于强化层的外表面。该耐磨钢球及其制备方法，通过在钢球主体的外表面设置有按照一定重量百分比的C、Cr、Mn、Cu、S和Fe的化合物层，钢球主体的外表面设置有经过激光相变强化处理的强化层，用激光束扫描钢球表层区域，提高了耐磨钢球的硬度、耐腐蚀性和耐磨性，在钢球的撞击和研磨的过程中，钢球的外表面不易发生损伤，减少了钢球的更换。采用激光相变热处理方法处理钢球，硬化层深度浅，无法保证钢球在全使用周期内都具有优异的耐磨性。

中国发明专利CN112501542A公开了一种耐磨耐腐蚀球磨机用钢球的制备方法，将钢球基体的原料在电炉中进行加热熔炼、浇铸、加热、轧制成球，冷却后得到钢球基体；将NiAl合金粉末、氧化石墨烯包覆碳化硅晶须混合均匀，通过等离子喷涂在钢球基体表面形成中间粘结层，得到一次涂覆钢球；将Cr₂O₃粉末、SiO₂粉末混合均匀，通过等离子喷涂在一次涂覆钢球表面形成表面涂覆层，得到二次涂覆钢球；将二次涂覆钢球先进行热等静压处理，然后低温回火，得到耐磨耐腐蚀球磨机用钢球。该发明制备的钢球具有优良的耐磨、耐腐蚀性能，腐蚀损耗低，使用寿命长，适用于矿山等腐蚀介质的应用环境。但是采用上述方法生产钢球工艺及其复杂，周期长，能耗高。中国发明专利CN112359291A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。该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。但是，上述钢球中含有较多低熔点的Pb元素，使用中钢球易发生脆裂。

发明内容

针对耐磨钢球制造中存在的上述问题，本发明以废旧弹簧钢、废旧碳化硅、废旧硅钢片和氮化铬铁为主要原料，采用电炉熔炼，连铸成圆钢坯，经轧制和定尺锯断成圆钢棒，再在轧球生产线上轧制成钢球，经热处理后即可获得耐磨钢球。

一种耐磨钢球及其制备方法，具体制备工艺步骤是：

①先将废旧弹簧钢、废旧碳化硅、废旧硅钢片和氮化铬铁在电炉内混合加热熔化，废旧弹簧钢、废旧碳化硅、废旧硅钢片和氮化铬铁的加入量分别占进入炉内炉料质量分数的88.2-88.5％、1.2-1.3％、8.2-8.4％、2.1-2.3％；废旧弹簧钢、废旧碳化硅、废旧硅钢片和氮化铬铁的加入总质量分数为100％；钢水升温至1604-1617℃，并加入占炉内钢水质量分数0.5-0.6％的钛铁；继续升温至1625-1638℃，然后将钢水出炉到钢包；钢包底部预先加入了经300-380℃预热2-3小时的硼铁和稀土镁硅铁合金，硼铁和稀土镁硅铁合金的颗粒尺寸为3-5mm；硼铁和稀土镁硅铁合金加入量分别占进入钢包内钢水质量分数0.065-0.080％和0.30-0.35％；

②步骤①钢包内的钢水经扒渣、静置后，当温度降至1522-1539℃，将其在连铸机上直接浇铸成直径120mm-150mm的圆钢坯；用高压水枪清除圆钢坯表面氧化皮，然后经过粗轧、中轧、精轧后，将圆钢坯轧制成直径60mm-80mm的圆钢，并进行定尺锯断成圆钢棒如长度8m-10m的圆钢棒；

③将步骤②获得的圆钢棒在加热炉内加热至1120-1150℃，保温40-60分钟后，将圆钢棒在轧球生产线上直接轧制成φ61.5mm-φ84mm的钢球；轧制后的钢球表面温度为870-900℃时，将钢球直接淬入水温30-45℃的水池中；水池中水和钢球的质量比大于12：1；当钢球在水中停留60-90秒后，将钢球从水池中取出，并在炉温120-180℃的加热炉内，加热至230-260℃，保温6-8小时，炉冷至温度低于150℃，出炉空冷至室温，即可获得耐磨钢球。

如上所述氮化铬铁的化学组成及质量分数为：60-65％Cr,5.0-6.0％N,C≤0.1％Si≤1.5％,P≤0.02％,S≤0.04％,余量Fe。

如上所述废旧弹簧钢的化学组成及质量分数为：0.56-0.64％C,1.50-2.00％Si,0.60-0.90％Mn,≤0.035％S,≤0.035％P,≤0.35％Cr,≤0.35％Ni,≤0.25％Cu,余量为Fe及不可避免的杂质。

如上所述废旧硅钢片的化学组成及质量分数为：4.48-4.92％Si,≤0.06％C,≤0.15％Mn,≤0.03％P,≤0.25％S,6.55-7.28％Al,余量为Fe及不可避免的杂质。

如上所述硼铁的化学组成及质量分数为：19.62-20.37％B,≤0.5％C,≤2％Si,≤0.5％Al,≤0.01％S,≤0.1％P,余量Fe。

如上所述稀土镁硅铁合金的化学组成及质量分数为：6.17-7.66％RE,3.22-3.85％Mg,39.42-41.28％Si,余量Fe。

如上所述钛铁的化学组成及质量分数为：39.17-40.84％Ti,≤9.0％Al,≤3.0％Si,≤0.03％S,≤0.03％P,≤0.10％C,≤0.40％Cu,≤2.5％Mn,余量Fe。

本发明针对耐磨钢球制造中存在的生产成本高、钢球质量稳定性差和能耗高等问题，本发明以废旧弹簧钢、废旧碳化硅和废旧硅钢片为主要原料，另外还加入了少量氮化铬铁、钛铁、硼铁和稀土镁硅铁合金，用于改善钢球的组织和性能。本发明采用电炉熔炼，连铸成圆钢坯，经轧制和定尺锯断成圆钢棒，再在轧球生产线上轧制成钢球，经热处理后即可获得耐磨钢球。本发明先将废旧弹簧钢、废旧碳化硅、废旧硅钢片和氮化铬铁在电炉内混合加热熔化，废旧弹簧钢、废旧碳化硅、废旧硅钢片和氮化铬铁的加入量分别占进入炉内炉料质量分数的88.2-88.5％、1.2-1.3％、8.2-8.4％、2.1-2.3％；废旧弹簧钢、废旧碳化硅、废旧硅钢片和氮化铬铁的加入总质量分数为100％。本发明以废旧弹簧钢、废旧碳化硅和废旧硅钢片为主要原料，确保了低生产成本。废旧弹簧钢的化学组成及质量分数为：0.56-0.64％C,1.50-2.00％Si,0.60-0.90％Mn,≤0.035％S,≤0.035％P,≤0.35％Cr,≤0.35％Ni,≤0.25％Cu,余量为Fe及不可避免的杂质。废旧弹簧钢含有较多的硅元素和锰元素，硅、锰元素的加入，可以显著提高钢的淬透性。废旧硅钢片的化学组成及质量分数为4.48-4.92％Si,≤0.06％C,≤0.15％Mn,≤0.03％P,≤0.25％S,6.55-7.28％Al,余量为Fe及不可避免的杂质。废旧硅钢片含有较多的硅和铝元素，此外碳化硅的相对分子质量为40.09，其中硅占70.04％，碳占29.96％。

本发明废旧弹簧钢、废旧碳化硅、废旧硅钢片的加入量分别占进入炉内炉料质量分数的88.2-88.5％、1.2-1.3％、8.2-8.4％，确保钢水中有高的硅含量和碳含量，有利于提高钢球的淬透性和硬度，从而提高钢球耐磨性。合金元素硅在普通低合金钢中除了提高淬透性外，还可提高强度，显著改善局部腐蚀抗力，有利于提高钢球耐蚀性。废旧硅钢片中还含有较多的铝元素，可以确保废钢熔炼过程中具有优异的脱氧效果，保护合金元素免受氧化烧损。另外，在钢水冶炼过程中，还加入了占进入炉内炉料质量分数2.1-2.3％的氮化铬铁，而氮化铬铁的化学组成及质量分数为：60-65％Cr,5.0-6.0％N,C≤0.1％Si≤1.5％,P≤0.02％,S≤0.04％,余量Fe。加入的铬元素进入钢球基体组织中，提高基体硬度和耐蚀性。特别是氮化铬铁中的氮元素，与钢水升温至1604-1617℃时加入的占炉内钢水质量分数0.5-0.6％的钛铁中的钛元素化合，易生成高熔点、高硬度的TiN颗粒，分布于钢基体中，可以显著提高钢球耐磨性。

本发明继续升温至1625-1638℃，然后将钢水出炉到钢包；钢包底部预先加入了经300-380℃预热2-3小时的硼铁和稀土镁硅铁合金，硼铁和稀土镁硅铁合金的颗粒尺寸为3-5mm；硼铁和稀土镁硅铁合金加入量分别占进入钢包内钢水质量分数0.065-0.080％和0.30-0.35％。加入硼元素，可以显著提高钢球淬透性和淬硬性。加入质量分数0.30-0.35％的稀土镁硅铁合金，具有很好的脱氧脱硫及细化凝固组织的效果。另外，镁元素还有改善夹杂物形态和分布的积极作用，确保钢球具有优异强韧性。钢包内的钢水经扒渣、静置后，当温度降至1522-1539℃，将其在连铸机上直接浇铸成直径120mm-150mm的圆钢坯。用连铸方法生产圆钢坯，效率高，钢坯质量稳定性好。用高压水枪清除圆钢坯表面氧化皮，然后经过粗轧、中轧、精轧后，将圆钢坯轧制成直径60mm-80mm的圆钢，并进行定尺锯断成8m-10m的圆钢棒。

本发明将圆钢棒在加热炉内加热至1120-1150℃，保温40-60分钟后，将圆钢棒在轧球生产线上直接轧制成φ61.5mm-φ84mm的钢球。在轧球生产线上直接轧制钢球生产效率高，钢球尺寸稳定，组织致密，晶粒细小，促进钢球综合性能显著提升。轧制后的钢球硬度低，需要进行硬化处理。本发明轧制后的钢球表面温度为870-900℃时，将钢球直接淬入水温30-45℃的水池中。水池中水温过高，淬火后钢球硬度低。水温过低，钢球冷却过快，淬火后钢球易出现裂纹。水温控制在30-45℃，水池中水和钢球的质量比大于12：1；当钢球在水中停留60-90秒后，将钢球从水池中取出，可以确保钢球淬火后硬度高，且不会出现开裂。本发明钢球淬火时间应严格控制在60-90s，然后立即进行去应力处理，将淬火后的钢球在炉温120-180℃的加热炉内，加热至230-260℃，保温6-8小时，炉冷至温度低于150℃，出炉空冷至室温，即可获得性能优异的耐磨钢球。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明耐磨钢球以废旧弹簧钢、废旧碳化硅、废旧硅钢片为主要原料，不单独加入价格昂贵的钼、镍、钒、铌、钨、铜等合金元素，具有较低的生产成本；

2、本发明采用连铸机浇注成圆钢坯和圆钢坯热连轧成圆钢棒，并在轧球生产线上直接轧制成钢球的工艺生产，钢球生产效率高，钢球综合性能好，钢球质量稳定性好，产品规格为φ61.5mm-φ84mm，产品性能指标为表面硬度≥63HRC，心部硬度≥61HRC，冲击韧性≥30J/cm²。

3、本发明耐磨钢球具有优异的耐磨、耐蚀性，在铁矿石磨矿领域，用于Φ3.6米球磨机，本发明钢球破碎率＜0.5％，钢球的吨矿球耗比普通低铬铸铁磨球降低50％以上，比普通高碳钢钢球降低30％以上，生产成本降低20％以上，推广应用具有良好的经济和社会效益。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步详述，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1：

一种耐磨钢球及其制备方法，具体制备工艺步骤是：

①先将废旧弹簧钢(所述废旧弹簧钢的化学组成及质量分数为：0.56-0.64％C,1.50-2.00％Si,0.60-0.90％Mn,≤0.035％S,≤0.035％P,≤0.35％Cr,≤0.35％Ni,≤0.25％Cu,余量为Fe及不可避免的杂质)、废旧碳化硅、废旧硅钢片(所述废旧硅钢片的化学组成及质量分数为：4.48-4.92％Si,≤0.06％C,≤0.15％Mn,≤0.03％P,≤0.25％S,6.55-7.28％Al,余量为Fe及不可避免的杂质)和氮化铬铁(所述氮化铬铁的化学组成及质量分数为：61.27％Cr,5.33％N,0.08％C,1.07％Si,0.018％P,0.025％S,余量Fe)在电炉内混合加热熔化，废旧弹簧钢、废旧碳化硅、废旧硅钢片和氮化铬铁的加入量分别占进入炉内炉料质量分数的88.2％、1.3％、8.4％、2.1％；废旧弹簧钢、废旧碳化硅、废旧硅钢片和氮化铬铁的加入总质量分数为100％；钢水升温至1604℃，并加入占炉内钢水质量分数0.5％的钛铁(所述钛铁的化学组成及质量分数为：39.17％Ti,2.82％Al,1.39％Si,0.021％S,0.027％P,0.08％C,0.12％Cu,1.62％Mn,余量Fe)；继续升温至1625℃，然后将钢水出炉到钢包；钢包底部预先加入了经300℃预热3小时的硼铁(所述硼铁的化学组成及质量分数为：19.62％B,0.21％C,0.95％Si,0.26％Al,0.005％S,0.059％P,余量Fe)和稀土镁硅铁合金(所述稀土镁硅铁合金的化学组成及质量分数为：6.17％RE,3.85％Mg,39.42％Si,余量Fe)，硼铁和稀土镁硅铁合金的颗粒尺寸为3-5mm；硼铁和稀土镁硅铁合金加入量分别占进入钢包内钢水质量分数0.065％和0.35％；

②步骤①钢包内的钢水经扒渣、静置后，当温度降至1539℃，将其在连铸机上直接浇铸成直径150mm的圆钢坯；用高压水枪清除圆钢坯表面氧化皮，然后经过粗轧、中轧、精轧后，将圆钢坯轧制成直径80mm的圆钢，并进行定尺锯断成8m的圆钢棒；

③将步骤②获得的圆钢棒在加热炉内加热至1150℃，保温40分钟后，将圆钢棒在轧球生产线上直接轧制成φ84mm的钢球；轧制后的钢球表面温度为880-900℃时，将钢球直接淬入水温30℃的水池中；水池中水和钢球的质量比大于12：1；当钢球在水中停留90秒后，将钢球从水池中取出，并在炉温180℃的加热炉内，加热至260℃，保温6小时，炉冷至温度低于150℃，出炉空冷至室温，即可获得耐磨钢球。钢球力学性能见表1。

表1耐磨钢球力学性能

钢球表面硬度/HRC	钢球心部硬度/HRC	冲击韧性(α<sub>k</sub>),J/cm<sup>2</sup>
			63.8	61.5	32.6

实施例2：

一种耐磨钢球及其制备方法，具体制备工艺步骤是：

①先将废旧弹簧钢(所述废旧弹簧钢的化学组成及质量分数为：0.56-0.64％C,1.50-2.00％Si,0.60-0.90％Mn,≤0.035％S,≤0.035％P,≤0.35％Cr,≤0.35％Ni,≤0.25％Cu,余量为Fe及不可避免的杂质)、废旧碳化硅、废旧硅钢片(所述废旧硅钢片的化学组成及质量分数为：4.48-4.92％Si,≤0.06％C,≤0.15％Mn,≤0.03％P,≤0.25％S,6.55-7.28％Al,余量为Fe及不可避免的杂质)和氮化铬铁(所述氮化铬铁的化学组成及质量分数为：60.84％Cr,5.18％N,0.08％C,1.22％Si,0.012％P,0.030％S,余量Fe)在电炉内混合加热熔化，废旧弹簧钢、废旧碳化硅、废旧硅钢片和氮化铬铁的加入量分别占进入炉内炉料质量分数的88.5％、1.2％、8.2％、2.1％；废旧弹簧钢、废旧碳化硅、废旧硅钢片和氮化铬铁的加入总质量分数为100％；钢水升温至1617℃，并加入占炉内钢水质量分数0.6％的钛铁(所述钛铁的化学组成及质量分数为：40.84％Ti,6.55％Al,1.63％Si,0.021％S,0.026％P,0.08％C,0.27％Cu,2.03％Mn,余量Fe)；继续升温至1638℃，然后将钢水出炉到钢包；钢包底部预先加入了经380℃预热2小时的硼铁(所述硼铁的化学组成及质量分数为：20.37％B,0.30％C,0.84％Si,0.16％Al,0.009％S,0.062％P,余量Fe)和稀土镁硅铁合金(所述稀土镁硅铁合金的化学组成及质量分数为：7.66％RE,3.22％Mg,41.28％Si,余量Fe)，硼铁和稀土镁硅铁合金的颗粒尺寸为3-5mm；硼铁和稀土镁硅铁合金加入量分别占进入钢包内钢水质量分数0.080％和0.30％；

②步骤①钢包内的钢水经扒渣、静置后，当温度降至1522℃，将其在连铸机上直接浇铸成直径120mmmm的圆钢坯；用高压水枪清除圆钢坯表面氧化皮，然后经过粗轧、中轧、精轧后，将圆钢坯轧制成直径60mm的圆钢，并进行定尺锯断成10m的圆钢棒；

③将步骤②获得的圆钢棒在加热炉内加热至1120℃，保温60分钟后，将圆钢棒在轧球生产线上直接轧制成φ61.5mm的钢球；轧制后的钢球表面温度为870-890℃时，将钢球直接淬入水温45℃的水池中；水池中水和钢球的质量比大于12：1；当钢球在水中停留60秒后，将钢球从水池中取出，并在炉温120℃的加热炉内，加热至230℃，保温8小时，炉冷至温度低于150℃，出炉空冷至室温，即可获得耐磨钢球。钢球力学性能见表2。

表2耐磨钢球力学性能

钢球表面硬度/HRC	钢球心部硬度/HRC	冲击韧性(α<sub>k</sub>),J/cm<sup>2</sup>
			63.4	61.7	31.8

实施例3：

一种耐磨钢球及其制备方法，具体制备工艺步骤是：

①先将废旧弹簧钢(所述废旧弹簧钢的化学组成及质量分数为：0.56-0.64％C,1.50-2.00％Si,0.60-0.90％Mn,≤0.035％S,≤0.035％P,≤0.35％Cr,≤0.35％Ni,≤0.25％Cu,余量为Fe及不可避免的杂质)、废旧碳化硅、废旧硅钢片(所述废旧硅钢片的化学组成及质量分数为：4.48-4.92％Si,≤0.06％C,≤0.15％Mn,≤0.03％P,≤0.25％S,6.55-7.28％Al,余量为Fe及不可避免的杂质)和氮化铬铁(所述氮化铬铁的化学组成及质量分数为：64.27％Cr,5.84％N,0.07％C,1.08％Si,0.016％P,0.025％S,余量Fe)在电炉内混合加热熔化，废旧弹簧钢、废旧碳化硅、废旧硅钢片和氮化铬铁的加入量分别占进入炉内炉料质量分数的88.2％、1.2％、8.3％、2.3％；废旧弹簧钢、废旧碳化硅、废旧硅钢片和氮化铬铁的加入总质量分数为100％；钢水升温至1608℃，并加入占炉内钢水质量分数0.55％的钛铁(所述钛铁的化学组成及质量分数为：39.72％Ti,4.64％Al,2.15％Si,0.019％S,0.021％P,0.06％C,0.12％Cu,1.16％Mn,余量Fe)；继续升温至1631℃，然后将钢水出炉到钢包；钢包底部预先加入了经350℃预热3小时的硼铁(所述硼铁的化学组成及质量分数为：19.92％B,0.21％C,1.28％Si,0.15％Al,0.008％S,0.042％P,余量Fe)和稀土镁硅铁合金(所述稀土镁硅铁合金的化学组成及质量分数为：6.83％RE,3.54％Mg,39.89％Si,余量Fe)，硼铁和稀土镁硅铁合金的颗粒尺寸为3-5mm；硼铁和稀土镁硅铁合金加入量分别占进入钢包内钢水质量分数0.070％和0.32％；

②步骤①钢包内的钢水经扒渣、静置后，当温度降至1528℃，将其在连铸机上直接浇铸成直径140mm的圆钢坯；用高压水枪清除圆钢坯表面氧化皮，然后经过粗轧、中轧、精轧后，将圆钢坯轧制成直径75mm的圆钢，并进行定尺锯断成9m的圆钢棒；

③将步骤②获得的圆钢棒在加热炉内加热至1130℃，保温50分钟后，将圆钢棒在轧球生产线上直接轧制成φ78mm的钢球；轧制后的钢球表面温度为875-890℃时，将钢球直接淬入水温42℃的水池中；水池中水和钢球的质量比大于12：1；当钢球在水中停留70秒后，将钢球从水池中取出，并在炉温150℃的加热炉内，加热至240℃，保温7小时，炉冷至温度低于150℃，出炉空冷至室温，即可获得耐磨钢球。钢球力学性能见表3。

表3耐磨钢球力学性能

钢球表面硬度/HRC	钢球心部硬度/HRC	冲击韧性(α<sub>k</sub>),J/cm<sup>2</sup>
			64.1	62.5	31.4

实施例4：

一种耐磨钢球及其制备方法，具体制备工艺步骤是：

①先将废旧弹簧钢(所述废旧弹簧钢的化学组成及质量分数为：0.56-0.64％C,1.50-2.00％Si,0.60-0.90％Mn,≤0.035％S,≤0.035％P,≤0.35％Cr,≤0.35％Ni,≤0.25％Cu,余量为Fe及不可避免的杂质)、废旧碳化硅、废旧硅钢片(所述废旧硅钢片的化学组成及质量分数为：4.48-4.92％Si,≤0.06％C,≤0.15％Mn,≤0.03％P,≤0.25％S,6.55-7.28％Al,余量为Fe及不可避免的杂质)和氮化铬铁(所述氮化铬铁的化学组成及质量分数为：62.17％Cr,5.15％N,0.08％C,1.22％Si,0.017％P,0.033％S,余量Fe)在电炉内混合加热熔化，废旧弹簧钢、废旧碳化硅、废旧硅钢片和氮化铬铁的加入量分别占进入炉内炉料质量分数的88.4％、1.2％、8.2％、2.2％；废旧弹簧钢、废旧碳化硅、废旧硅钢片和氮化铬铁的加入总质量分数为100％；钢水升温至1612℃，并加入占炉内钢水质量分数0.52％的钛铁(所述钛铁的化学组成及质量分数为：40.28％Ti,7.04％Al,2.19％Si,0.023％S,0.026％P,0.05％C,0.27％Cu,2.16％Mn,余量Fe)；继续升温至1630℃，然后将钢水出炉到钢包；钢包底部预先加入了经360℃预热2小时的硼铁(所述硼铁的化学组成及质量分数为：19.94％B,0.31％C,1.16％Si,0.44％Al,0.007％S,0.062％P,余量Fe)和稀土镁硅铁合金(所述稀土镁硅铁合金的化学组成及质量分数为：7.29％RE,3.70％Mg,40.65％Si,余量Fe)，硼铁和稀土镁硅铁合金的颗粒尺寸为3-5mm；硼铁和稀土镁硅铁合金加入量分别占进入钢包内钢水质量分数0.072％和0.33％；

②步骤①钢包内的钢水经扒渣、静置后，当温度降至1534℃，将其在连铸机上直接浇铸成直径130mm的圆钢坯；用高压水枪清除圆钢坯表面氧化皮，然后经过粗轧、中轧、精轧后，将圆钢坯轧制成直径70mm的圆钢，并进行定尺锯断成10m的圆钢棒；

③将步骤②获得的圆钢棒在加热炉内加热至1140℃，保温45分钟后，将圆钢棒在轧球生产线上直接轧制成φ72mm的钢球；轧制后的钢球表面温度为880-895℃时，将钢球直接淬入水温38℃的水池中；水池中水和钢球的质量比大于12：1；当钢球在水中停留80秒后，将钢球从水池中取出，并在炉温160℃的加热炉内，加热至250℃，保温6.5小时，炉冷至温度低于150℃，出炉空冷至室温，即可获得耐磨钢球。钢球力学性能见表4。

表4耐磨钢球力学性能

钢球表面硬度/HRC	钢球心部硬度/HRC	冲击韧性(α<sub>k</sub>),J/cm<sup>2</sup>
			63.8	61.9	32.7

本发明耐磨钢球以废旧弹簧钢、废旧碳化硅、废旧硅钢片为主要原料，不单独加入价格昂贵的钼、镍、钒、铌、钨、铜等合金元素，具有较低的生产成本。本发明采用连铸机浇注成圆钢坯和圆钢坯热连轧成圆钢棒，并在轧球生产线上直接轧制成钢球的工艺生产，钢球生产效率高，钢球综合性能好，钢球质量稳定性好，产品规格为φ61.5mm-φ84mm，产品性能指标为表面硬度≥63HRC，心部硬度≥61HRC，冲击韧性≥30J/cm²。本发明耐磨钢球具有优异的耐磨、耐蚀性，在铁矿石磨矿领域，用于Φ3.6米球磨机上，本发明钢球的破碎率小于0.5％。本发明钢球磨损均匀，钢球使用中无失圆现象出现。本发明钢球的吨矿球耗比普通低铬铸铁磨球降低50％以上，比普通高碳钢钢球降低30％以上，生产成本降低20％以上，推广应用本发明耐磨钢球具有良好的经济和社会效益。

Claims

1.一种耐磨钢球的制备方法，其特征在于，具体制备工艺步骤包括以下：

②步骤①钢包内的钢水经扒渣、静置后，当温度降至1522-1539℃，将其在连铸机上直接浇铸成直径120mm-150mm的圆钢坯；用高压水枪清除圆钢坯表面氧化皮，然后经过粗轧、中轧、精轧后，将圆钢坯轧制成直径60mm-80mm的圆钢，并进行定尺锯断成圆钢棒；

③将步骤②获得的圆钢棒在加热炉内加热至1120-1150℃，保温40-60分钟后，将圆钢棒在轧球生产线上直接轧制成φ61.5mm-φ84mm的钢球；轧制后的钢球表面温度为870-900℃时，将钢球直接淬入水温30-45℃的水池中；水池中水和钢球的质量比大于12：1；当钢球在水中停留60-90秒后，将钢球从水池中取出，并在炉温120-180℃的加热炉内，加热至230-260℃，保温6-8小时，炉冷至温度低于150℃，出炉空冷至室温，即可获得耐磨钢球；

如上所述氮化铬铁的化学组成及质量分数为：60-65％Cr,5.0-6.0％N,C≤0.1％Si≤1.5％,P≤0.02％,S≤0.04％,余量Fe；

如上所述废旧弹簧钢的化学组成及质量分数为：0.56-0.64％C,1.50-2.00％Si,0.60-0.90％Mn,≤0.035％S,≤0.035％P,≤0.35％Cr,≤0.35％Ni,≤0.25％Cu,余量为Fe及不可避免的杂质；

如上所述废旧硅钢片的化学组成及质量分数为：4.48-4.92％Si,≤0.06％C,≤0.15％Mn,≤0.03％P,≤0.25％S,6.55-7.28％Al,余量为Fe及不可避免的杂质；

如上所述硼铁的化学组成及质量分数为：19.62-20.37％B,≤0.5％C,≤2％Si,≤0.5％Al,≤0.01％S,≤0.1％P,余量Fe；

如上所述稀土镁硅铁合金的化学组成及质量分数为：6.17-7.66％RE,3.22-3.85％Mg,39.42-41.28％Si,余量Fe；

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤②圆钢棒为长度8m-10m的圆钢棒。

3.按照权利要求1或2所述的方法制备得到的耐磨钢球。

4.按照权利要求1或2所述的方法制备得到的耐磨钢球的应用，应用于铁矿石磨矿领域。