CN104087821B - 一种高韧性耐磨球 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高韧性耐磨球，其组分按重量百分比包括：C：4.00-4.20％，Si：2.10-2.50％，Mn：0.55-0.75％，Mo：0.60-0.80％，Cu：0.30-0.45％，Cr：0.36-0.46％，Mg：0.03-0.06％，V：0.02-0.04％，Ti：0.04-0.05％，Zr：0.02-0.04％，Re：0.02-0.04％，S：0.01-0.03％，P：0.04-0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明耐磨性能优秀，耐磨球的硬度达到55-58HRC，而韧性也达到了17-18J/cm2，降低耐磨球的破碎率，延长使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及耐磨球技术领域，尤其涉及一种高韧性耐磨球。
背景技术
球磨机是工业生产中广泛使用的高细磨机械之一。球磨机钢球是球磨机设备研磨物料介质，通过球磨机钢球之间、钢球与物料之间的碰撞摩擦产生磨削作用，从而将物料的粒径进一步减小。现有技术中，球磨机的磨介钢球主要是铬系合金、锰系合金等球磨铸钢件或球磨铸铁件，如高铬钢球、低铬钢球、多元合金钢球和钒钛铬合金钢球等，其工作对象多为水泥、煤炭、矿石、煤渣等。磨煤机钢球在使用时球的硬度和耐磨性是影响磨煤机整形效果的主要因素之一。为了提高破碎效率和钢球的耐用度，需要钢球表面有足够的硬度和耐磨度。同时，在研磨过程中，钢球与磨料、钢球与衬板以及钢球与钢球之间发生的冲撞不可避免，因此，还要求钢球有一定的韧性，避免破球，这就对钢球的成分提出更高的要求。
发明内容
基本背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高韧性耐磨球，耐磨性能优秀，耐磨球的硬度达到55-58HRC，而韧性也达到了17-18J/cm2，降低耐磨球的破碎率，延长使用寿命。
本发明提出的一种高韧性耐磨球，其组分按重量百分比包括：C：4.00-4.20％，Si：2.10-2.50％，Mn：0.55-0.75％，Mo：0.60-0.80％，Cu：0.30-0.45％，Cr：0.36-0.46％，Mg：0.03-0.06％，V：0.02-0.04％，Ti：0.04-0.05％，Zr：0.02-0.04％，Re：0.02-0.04％，S：0.01-0.03％，P：0.04-0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质；
制备过程中包括熔炼、球化、浇注、淬火，步骤如下：
S1、熔炼：将生铁、废钢、锰钢、钼铁、钒铁、紫铜和铬钢置于冲天炉中进行熔炼，将冲天炉温度升至1400-1450℃，保温15-20min，再加入镁锭、锆锭和钛锭后，将温度升至1460-1500℃，保温10-15min，将浮在合金液表面的炉渣捞出后，得到感应炉剩余金属液体即为合金液A；
S2、球化：向合金液A中加入球化剂、孕育剂和硅铁后，将温度维持为1460-1500℃，保温5-7min得到球化合金液；
S3、浇注：将球化合金液倒入模具内后，待球化合金液温度降至960-980℃时取出，得到高韧性耐磨球胚体，其中浇注温度为1350-1380℃；
S4、淬火：将高韧性耐磨球胚体进行油淬，待高韧性耐磨球胚体温度降至290-300℃时取出，然后放入温度为330-340℃的等温炉中进行保温45-55min后，取出空冷得到高韧性耐磨球，其中等温炉中的加热介质为熔融的KNO3、NaNO3、NaNO2混合物，KNO3、NaNO3、NaNO2的重量比为23-25:52-54:22-24。
优选地，C和Si的重量比为4.05-4.15：2.2-2.4。
优选地，Mg、Ti和Zr的重量比为0.04-0.05：0.042-0.045：0.023-0.034。
优选地，制备过程的S4中，将高韧性耐磨球胚体进行油淬，待高韧性耐磨球胚体温度降至292-296℃时取出，然后放入温度为334-337℃的等温炉中进行保温49-51min后，取出空冷得到高韧性耐磨球，等温炉中的加热介质为熔融的KNO3、NaNO3、NaNO2混合物，KNO3、NaNO3、NaNO2的重量比为24:53:23。
在由铁矿石生产各种铁或铁合金时，由于铁矿中往往伴生有磷、硫等金属或非金属矿，导致最终的铁或铁合金中含有磷、硫等元素以及难以避免的杂质。
本发明采用生铁、废钢、锰钢、钼铁、钒铁、紫铜和铬钢配合作为合金液A的主料，实现本发明对于耐磨球密度高和冲击韧性高的要求，提高耐磨球在使用中磨削效率，加强耐磨球的耐用性；再加入镁锭、锆锭和钛锭相互配合，对合金液A进行脱氧脱氮，减少合金液A中氧化物和氮化物的含量，进一步提高耐磨球的的使用寿命，而且镁、钛、锆三种元素在耐磨球中的残留提高耐磨球耐腐蚀的能力；加入球化剂、孕育剂和硅铁，使耐磨球中形成球化石墨，避免或减少耐磨球发生开裂的情况；淬火过程为铸余热分级等温淬火，先采用油淬的方式，使耐磨球胚体的温度快速下降，避开上贝氏体形成区，再通过等温淬火的方式，使耐磨球胚体进行下贝氏体等温转变，可大幅度降低合金加入量，大大节约了生产成本，与单独的等温淬火工艺相比，工艺更加简便；淬火过程中等温炉的加热介质为熔融的KNO3、NaNO3、NaNO2混合物，KNO3、NaNO3、NaNO2的重量比为23-25:52-54:22-24，大幅提高了等温炉的散热系数，使耐磨球中的奥氏体转换为下贝氏体，大幅度提高球型合金基质的韧性。经检测，耐磨球的硬度达到55-58HRC，而韧性也达到了17-18J/cm2，符合工业生产所需。
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韧性耐磨球，其组分按重量百分比包括：C：4.00％，Si：2.50％，Mn：0.55％，Mo：0.80％，Cu：0.30％，Cr：0.46％，Mg：0.03％，V：0.04％，Ti：0.04％，Zr：0.04％，Re：0.02％，S：0.03％，P：0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质；
制备过程中包括熔炼、球化、浇注、淬火，步骤如下：
S1、熔炼：将生铁、废钢、锰钢、钼铁、钒铁、紫铜和铬钢置于冲天炉中进行熔炼，将冲天炉温度升至1420℃，保温18min，再加入镁锭、锆锭和钛锭后，将温度升至1470℃，保温14min，将浮在合金液表面的炉渣捞出后，得到感应炉剩余金属液体即为合金液A；
S2、球化：向合金液A中加入球化剂、孕育剂和硅铁后，将温度维持为1470℃，保温6min得到球化合金液；
S3、浇注：将球化合金液倒入模具内后，待球化合金液温度降至975℃时取出，得到高韧性耐磨球胚体，其中浇注温度为1370℃；
S4、淬火：将高韧性耐磨球胚体进行油淬，待高韧性耐磨球胚体温度降至296℃时取出，然后放入温度为334℃的等温炉中进行保温51min后，取出空冷得到高韧性耐磨球，等温炉中的加热介质为熔融的KNO3、NaNO3、NaNO2混合物，KNO3、NaNO3、NaNO2的重量比为24:53:23。
实施例2
本发明提出的一种高韧性耐磨球，其组分按重量百分比包括：C：4.05％，Si：2.40％，Mn：0.60％，Mo：0.65％，Cu：0.35％，Cr：0.41％，Mg：0.04％，V：0.03％，Ti：0.045％，Zr：0.023％，Re：0.03％，S：0.02％，P：0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质；
制备过程中包括熔炼、球化、浇注、淬火，步骤如下：
S1、熔炼：将生铁、废钢、锰钢、钼铁、钒铁、紫铜和铬钢置于冲天炉中进行熔炼，将冲天炉温度升至1450℃，保温15min，再加入镁锭、锆锭和钛锭后，将温度升至1500℃，保温10min，将浮在合金液表面的炉渣捞出后，得到感应炉剩余金属液体即为合金液A；
S2、球化：向合金液A中加入球化剂、孕育剂和硅铁后，将温度维持为1500℃，保温5min得到球化合金液；
S3、浇注：将球化合金液倒入模具内后，待球化合金液温度降至980℃时取出，得到高韧性耐磨球胚体，其中浇注温度为1350℃；
S4、淬火：将高韧性耐磨球胚体进行油淬，待高韧性耐磨球胚体温度降至300℃时取出，然后放入温度为330℃的等温炉中进行保温55min后，取出空冷得到高韧性耐磨球，其中等温炉中的加热介质为熔融的KNO3、NaNO3、NaNO2混合物，KNO3、NaNO3、NaNO2的重量比为23:54:23。
实施例3
本发明提出的一种高韧性耐磨球，其组分按重量百分比包括：C：4.15％，Si：2.20％，Mn：0.72％，Mo：0.73％，Cu：0.41％，Cr：0.45％，Mg：0.05％，V：0.03％，Ti：0.042％，Zr：0.034％，Re：0.03％，S：0.02％，P：0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质；
制备过程中包括熔炼、球化、浇注、淬火，步骤如下：
S1、熔炼：将生铁、废钢、锰钢、钼铁、钒铁、紫铜和铬钢置于冲天炉中进行熔炼，将冲天炉温度升至1400℃，保温20min，再加入镁锭、锆锭和钛锭后，将温度升至1460℃，保温15min，将浮在合金液表面的炉渣捞出后，得到感应炉剩余金属液体即为合金液A；
S2、球化：向合金液A中加入球化剂、孕育剂和硅铁后，将温度维持为1460℃，保温7min得到球化合金液；
S3、浇注：将球化合金液倒入模具内后，待球化合金液温度降至960℃时取出，得到高韧性耐磨球胚体，其中浇注温度为1380℃；
S4、淬火：将高韧性耐磨球胚体进行油淬，待高韧性耐磨球胚体温度降至290℃时取出，然后放入温度为340℃的等温炉中进行保温45min后，取出空冷得到高韧性耐磨球，其中等温炉中的加热介质为熔融的KNO3、NaNO3、NaNO2混合物，KNO3、NaNO3、NaNO2的重量比为25:53:22。
实施例4
本发明提出的一种高韧性耐磨球，其组分按重量百分比包括：C：4.20％，Si：2.10％，Mn：0.75％，Mo：0.60％，Cu：0.45％，Cr：0.36％，Mg：0.06％，V：0.02％，Ti：0.05％，Zr：0.02％，Re：0.04％，S：0.01％，P：0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质；
制备过程中包括熔炼、球化、浇注、淬火，步骤如下：
S1、熔炼：将生铁、废钢、锰钢、钼铁、钒铁、紫铜和铬钢置于冲天炉中进行熔炼，将冲天炉温度升至1430℃，保温16min，再加入镁锭、锆锭和钛锭后，将温度升至1490℃，保温12min，将浮在合金液表面的炉渣捞出后，得到感应炉剩余金属液体即为合金液A；
S2、球化：向合金液A中加入球化剂、孕育剂和硅铁后，将温度维持为1490℃，保温5.6min得到球化合金液；
S3、浇注：将球化合金液倒入模具内后，待球化合金液温度降至970℃时取出，得到高韧性耐磨球胚体，其中浇注温度为1380℃；
S4、淬火：将高韧性耐磨球胚体进行油淬，待高韧性耐磨球胚体温度降至292℃时取出，然后放入温度为337℃的等温炉中进行保温49min后，取出空冷得到高韧性耐磨球，等温炉中的加热介质为熔融的KNO3、NaNO3、NaNO2混合物，KNO3、NaNO3、NaNO2的重量比为24:52:24。
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 (3)
1.一种高韧性耐磨球，其特征在于，其组分按重量百分比包括：
C：4.00-4.20％，Si：2.10-2.50％，Mn：0.55-0.75％，Mo：0.60-0.80％，Cu：0.30-0.45％，Cr：0.36-0.46％，Mg：0.03-0.06％，V：0.02-0.04％，Ti：0.04-0.05％，Zr：0.02-0.04％，Re：0.02-0.04％，S：0.01-0.03％，P：0.04-0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质；
制备过程中包括熔炼、球化、浇注、淬火，步骤如下：
S1、熔炼：将生铁、废钢、锰钢、钼铁、钒铁、紫铜和铬钢置于冲天炉中进行熔炼，将冲天炉温度升至1400-1450℃，保温15-20min，再加入镁锭、锆锭和钛锭后，将温度升至1460-1500℃，保温10-15min，将浮在合金液表面的炉渣捞出后，得到感应炉剩余金属液体即为合金液A；
S2、球化：向合金液A中加入球化剂、孕育剂和硅铁后，将温度维持为1460-1500℃，保温5-7min得到球化合金液；
S3、浇注：将球化合金液倒入模具内后，待球化合金液温度降至960-980℃时取出，得到高韧性耐磨球胚体，其中浇注温度为1350-1380℃；
S4、淬火：将高韧性耐磨球胚体进行油淬，待高韧性耐磨球胚体温度降至290-300℃时取出，然后放入温度为330-340℃的等温炉中进行保温45-55min后，取出空冷得到高韧性耐磨球，其中等温炉中的加热介质为熔融的KNO3、NaNO3、NaNO2混合物，KNO3、NaNO3、NaNO2的重量比为23-25:52-54:22-24；
其中，C和Si的重量比为4.05-4.15：2.2-2.4。
2.如权利要求1所述高韧性耐磨球，其特征在于，Mg、Ti和Zr的重量比为4-5：4.2-4.5：2.3-3.4。
3.如权利要求1或2所述高韧性耐磨球，其特征在于，制备过程的S4中，将高韧性耐磨球胚体进行油淬，待高韧性耐磨球胚体温度降至292-296℃时取出，然后放入温度为334-337℃的等温炉中进行保温49-51min后，取出空冷得到高韧性耐磨球，等温炉中的加热介质为熔融的KNO3、NaNO3、NaNO2混合物，KNO3、NaNO3、NaNO2的重量比为24:53:23。
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