CN117802396A - 一种强韧性磨球的节能减排的生产方法及磨球 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及强韧性磨球的节能减排的生产方法及磨球，属于金属材料及其制备技术领域。本发明的方法，通过对磨球中的Mn、Cr、P和S成分进行优化，降低了对磨球性能带来的不利影响，改善了磨球的耐磨性和硬度，制得的磨球韧性好，耐磨性好。同时，对铸造磨球的热处理工艺进行了改进，优化了淬火工艺，与现行国家标准及行业标准相比,显著提高了铸造磨球的综合性能,可以达到节能减排，同时降低磨球的生产成本，工艺简单，绿色环保，是一种优良的生产工艺。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料及其制备的技术领域，具体涉及一种强韧性磨球的节能减排的生产方法及磨球。
背景技术
铸造磨球是建材、化工、冶金、选矿、水泥、火电等行业常用的耐磨材料。国内外使用的磨球主要分为锻钢球和铸铁球,国内用于磨球的耐磨材料中,高锰钢加工硬化能力差；中锰球铁的性能不稳定,破碎率高；低合金白口铸铁韧性较低；高铬白口铸铁生产成本高且耐磨性优势不强,同时韧性不足。
现有技术中,为提高铬合金磨球的硬度及其耐磨性,专利CN200910130491.0《超硬高铬铸造磨球的生产工艺方法》和CN200910171317.0《一种高碳多元素合金铸造磨球及生产工艺》公开了通过微合金化技术及优化热处理工艺,可减少铬、钼、钛、钒等贵重金属的含量,并将铸造磨球的硬度提高。然而，以上两种专利在生产实践中尽管降低了铬元素的使用量,但仍需加入少量的钼、钛、钒等稀贵金属元素,增加了磨球产品的制造成本；且合金元素在熔炼过程中损耗较大。工艺也比较复杂。
有鉴于此，需要对热处理工艺进行改进,从而提高铸造钢球的综合性能，故，如何提供一种强韧性磨球，及节能减排的生产工艺，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
针对上述磨球及其生产工艺，其存在韧性不足、工艺复杂且不环保，磨球生产成本高的技术问题，本发明提出一种强韧性磨球的节能减排的生产方法及磨球，本发明的方法，通过优化热处理工艺，可以达到节能减排，同时降低磨球的生产成本，工艺简单，绿色环保，是一种优良的生产工艺，制得的磨球韧性好，耐磨性好。
一方面，本发明提出了一种强韧性磨球，所述磨球各组分按质量分数如下：
C：2.4％～2.9％、Si：1.5％～2.5％、Mn：1.0％～2.0％、Cr：4.0％～23.0％、P:<0.1、S:<0.1，余量为Fe及不可避免杂质。
另一方面，本发明提出了一种强韧性磨球的节能减排的生产方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将废钢升温至1550-1600℃熔化,再加入铬(Cr)、硅(Si)、锰(Mn)合金达到所要求的化学成分，熔炼后进行浇注成型，得到磨球半成品；
(2)将步骤(1)中获得的磨球半成品第一阶段由常温升至350℃、保温2小时；第二阶段升温至850℃、保温2小时；第三阶段升温至1000℃、保温2.5小时；第四阶段升温至1500-1550℃、保温2.5小时后；连续冷却水溶性介质淬火处理；
(3)将淬火后磨球装入回火炉,升温到550℃～600℃,回火时间1-3h,出炉制得成品。
优选地，所述水溶性介质淬火的工艺包括：淬火液温度40～70℃，淬火时间3-10分钟，铸造磨球温度为950-1000℃时浸入水溶性淬火液中进行淬火处理。
优选地，所述水溶性淬火液选自浓度5～30％的聚丙烯酸树酯、羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚马来酸酐、聚季胺盐、聚乙二醇中的任意一种，进一步优选为浓度5～30％的聚乙二醇、聚乙烯醇溶液。
优选地，待铸造磨球的表面温度降至550℃以下时，对磨球进行低温回火处理；所述低温回火的工艺条件为：温度550～600℃，回火时间1～3小时。
本发明的强韧性磨球的晶粒细化，组织致密均匀，硬度达到HRC65～70，冲击能量吸收值大于7J/cm2，破损率小于0.1％。
本发明通过对磨球中的Mn、Cr、P和S成分进行优化，降低了对磨球性能带来的不利影响，改善了磨球的耐磨性和硬度，制得的磨球韧性好，耐磨性好。同时，对铸造磨球的热处理工艺进行了改进，优化了淬火工艺，尤其是优化了淬火介质，淬火的温度和淬火时间，提高磨球的韧性，提升磨球的均匀性，淬火之后对磨球进行回火处理，对回火温度、回火时间进行改进,提升了回火效果:因此,通过对铸造磨球的成分和热处理工艺进行优化,与现行国家标准及行业标准相比,显著提高了铸造磨球的综合性能,可以达到节能减排，同时降低磨球的生产成本，工艺简单，绿色环保，是一种优良的生产工艺。
具体实施方式
为了便于理解，下面将对本申请进行更全面的描述，并给出了本申请的较佳实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市场获得的常规产品。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
直径的铸造磨球，其化学成分如下：碳(C)：2.4％，硅(Si):2.0％，锰(Mn):1.5％，铬(Cr):6.0％，磷(P):0.07％，硫(S):0.05％，铁(Fe)及不可避免杂质：88.0％。
其生产制造工艺如下：
(1)按上述配方将废钢在中频感应电炉中先行熔化，升温至1550－1600℃，加入铬(Cr)、硅(Si)、锰(Mn)合金达到所要求的化学成分。使用直读光谱仪测定其化学元素含量,合格熔炼后进行浇注成型，得到磨球半成品；
(2)将获得的磨球半成品第一阶段由常温升至350℃、保温2小时；第二阶段升温至850℃、保温2小时；第三阶段升温至1000℃、保温2.5小时；第四阶段升温至1500-1550℃、保温2.5小时后；连续冷却水溶性介质淬火处理；其中，水溶性介质淬火的工艺包括：淬火液温度40～70℃，淬火时间3-10分钟，铸造磨球温度为950-1000℃时浸入水溶性淬火液中进行淬火处理；水溶性淬火液为浓度20％的聚乙烯醇溶液。
(3)将淬火后磨球装入回火炉,升温到550℃～600℃,回火时间2h,出炉制得成品。
回火后的磨球冷却到室温后再装入专用掼制设备中进行时效处理及缺陷检测和力学性能试验。
经检测，磨球内部金相组织均匀，无偏析、缩松、气孔、裂纹等缺陷。表面硬度70.0HRC，落球冲击试验次数大于20000次，未出现剥落及破碎现象。
实施例2
直径的铸造磨球，其化学成分如下：碳(C)：2.9％，硅(Si):2.5％，锰(Mn):1.0％，铬(Cr):23.0％，磷(P):0.06％，硫(S):0.04％，铁(Fe)及不可避免杂质：70.5％。
其生产制造工艺如下：
(1)按上述配方将废钢在中频感应电炉中先行熔化，升温至1550－1600℃，加入铬(Cr)、硅(Si)、锰(Mn)合金达到所要求的化学成分。使用直读光谱仪测定其化学元素含量,合格熔炼后进行浇注成型，得到磨球半成品；
(2)将获得的磨球半成品第一阶段由常温升至350℃、保温2小时；第二阶段升温至850℃、保温2小时；第三阶段升温至1000℃、保温2.5小时；第四阶段升温至1500-1550℃、保温2.5小时后；连续冷却水溶性介质淬火处理；其中，水溶性介质淬火的工艺包括：淬火液温度40～70℃，淬火时间3-10分钟，铸造磨球温度为950-1000℃时浸入水溶性淬火液中进行淬火处理；水溶性淬火液为浓度20％的聚乙二醇。
(3)将淬火后磨球装入回火炉,升温到550℃～600℃,回火时间2h,出炉制得成品。
回火后的磨球冷却到室温后再装入专用掼制设备中进行时效处理及缺陷检测和力学性能试验。
经检测，磨球内部金相组织均匀，无偏析、缩松、气孔、裂纹等缺陷。表面硬度66.4HRC，落球冲击试验次数大于20000次，未出现剥落及破碎现象。
实施例3
直径的铸造磨球，其化学成分如下：碳(C)：2.4％，硅(Si):1.5％，锰(Mn):2.0％，铬(Cr):4.0％，磷(P):0.06％，硫(S):0.04％，铁(Fe)及不可避免杂质：90.0％。
其生产制造工艺如下：
(1)按上述配方将废钢在中频感应电炉中先行熔化，升温至1550－1600℃，加入铬(Cr)、硅(Si)、锰(Mn)合金达到所要求的化学成分。使用直读光谱仪测定其化学元素含量,合格熔炼后进行浇注成型，得到磨球半成品；
(2)将获得的磨球半成品第一阶段由常温升至350℃、保温2小时；第二阶段升温至850℃、保温2小时；第三阶段升温至1000℃、保温2.5小时；第四阶段升温至1500-1550℃、保温2.5小时后；连续冷却水溶性介质淬火处理；其中，水溶性介质淬火的工艺包括：淬火液温度40～70℃，淬火时间3-10分钟，铸造磨球温度为950-1000℃时浸入水溶性淬火液中进行淬火处理；水溶性淬火液为浓度20％的聚丙烯酸树酯。
(3)将淬火后磨球装入回火炉,升温到550℃～600℃,回火时间2h,出炉制得成品。
回火后的磨球冷却到室温后再装入专用掼制设备中进行时效处理及缺陷检测和力学性能试验。
经检测，磨球内部金相组织均匀，无偏析、缩松、气孔、裂纹等缺陷。表面硬度65.1HRC，落球冲击试验次数大于20000次，未出现剥落及破碎现象。
以上所述实施例仅表达了本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种强韧性磨球的节能减排的生产方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将废钢升温至1550-1600℃熔化，再加入铬(Cr)、硅(Si)、锰(Mn)合金达到所要求的化学成分，熔炼后进行浇注成型，得到磨球半成品；
(2)将步骤(1)中获得的磨球半成品第一阶段由常温升至350℃、保温2小时；第二阶段升温至850℃、保温2小时；第三阶段升温至1000℃、保温2.5小时；第四阶段升温至1500-1550℃、保温2.5小时后；连续冷却水溶性介质淬火处理；
(3)将淬火后磨球装入回火炉,升温到550℃～600℃,回火时间1-3h,出炉制得成品。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：所述强韧性磨球所要求的各组分按质量分数如下：
C：2.4％～2.9％、Si：1.5％～2.5％、Mn：1.0％～2.0％、Cr：4.0％～23.0％、P:<0.1、S:<0.1，余量为Fe及不可避免杂质。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤(2)中水溶性介质淬火的工艺包括：淬火液温度40～70℃，淬火时间3-10分钟，铸造磨球温度为950-1000℃时浸入水溶性淬火液中进行淬火处理。
4.根据权利要求1或3所述的生产方法，其特征在于：所述水溶性淬火液选自浓度5～30％的聚丙烯酸树酯、羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚马来酸酐、聚季胺盐、聚乙二醇中的任意一种。
5.根据权利要求1-4中任一所述的生产方法生产的磨球。
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| CN102140572A (zh) * | 2011-03-21 | 2011-08-03 | 安徽省凤形耐磨材料股份有限公司 | 用于铸造磨球、磨段的非油介质淬火工艺 |
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2023
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