CN107747031A - 一种耐腐蚀低磨耗的耐磨球及其制备方法 - Google Patents

一种耐腐蚀低磨耗的耐磨球及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种耐腐蚀低磨耗的耐磨球及其制备方法，包括以下百分含量合金元素：碳2.1‑2.8％、硅0.5‑0.8％、锰1.8‑2.2％、铬16‑22％、镍1.8‑2.1％、钼0.5‑2％、钒0.1‑0.35％、钽1.3‑2.6％，余量为铁和不可避免的杂质，本发明通过合理的元素配比和工艺优化，制得的耐磨球综合机械性能强，具有优良的耐腐蚀和耐磨性，使用寿命相较于传统的高铬耐磨球提高了6倍以上。

Description

一种耐腐蚀低磨耗的耐磨球及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐磨球及其制备技术领域，具体涉及一种耐腐蚀低磨耗的耐磨球及其制备方法。
背景技术
耐磨球是一种用于球磨机中的粉碎介质，用于粉碎磨机中的物料，目前已经被广泛应用于冶金矿山、水泥建材、火力发电、烟气脱硫、磁性材料、化工、水煤浆、球团矿、矿渣、超细粉、粉煤灰、碳酸钙、石英砂等行业球磨机中。
耐磨球作为一种磨损材料应该具有下列性质：(1)高的硬度，高硬度的基体可以抵抗磨粒对基体的微观切削作用，在一定程度上体现了材料的耐磨性；(2)较高的塑韧性、应变疲劳抗力、脆断抗力和剥层疲劳抗力，高的塑韧性可以减少或者抑制裂纹的萌生和扩展，特别是在高冲击作用的工况下具有优异的抗断裂破坏能力；(3)高的淬透性，材料的淬透性高才能保证在大尺寸条件下材料整体组织均匀、性能稳定，耐磨性得予保证。
现存耐磨球的硬度和抗磨性能欠佳，不能满足现代社会对耐磨球的要求，因此，选择合适的成分、控制制备的工艺过程得到高硬度、抗摩擦、综合性能强的耐磨球是目前研究的热点问题。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提出了一种耐腐蚀低磨耗的耐磨球及其制备方法，通过合理的元素配比和工艺优化，制得的耐磨球综合机械性能强，具有优良的耐腐蚀和耐磨性，使用寿命相较于传统的高铬耐磨球提高了6倍以上。
为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：
一种耐腐蚀低磨耗的耐磨球，包括以下百分含量合金元素：碳2.1-2.8％、硅0.5-0.8％、锰1.8-2.2％、铬16-22％、镍1.8-2.1％、钼0.5-2％、钒0.1-0.35％、钽1.3-2.6％，余量为铁和不可避免的杂质。
优选的，耐腐蚀低磨耗的耐磨球，包括以下百分含量合金元素：碳2.1-2.6％、硅0.6-0.8％、锰1.8-2％、铬16-18％、镍1.8-2％、钼0.5-1.3％、钒0.22-0.35％、钽2.1-2.6％，余量为铁和不可避免的杂质。
优选的，耐腐蚀低磨耗的耐磨球，包括以下百分含量合金元素：碳2.6％、硅0.5％、锰2％、铬16.5％、镍2％、钼1.5％、钒0.2％、钽2％，余量为铁和不可避免的杂质。
优选的，还包括铜粉0-0.45％、氧化铌粉0.05-0.2％、氧化锆粉0.1-0.3％。
优选的，耐腐蚀低磨耗的耐磨球，制备方法如下：
1)将生铁、废钢、钼铁、镍铁、锰铁加入中频电炉中，加热升温至1500-1530℃，熔融后再将铬铁、硅铁、氧化钽加入其中，继续升温加热至熔融，再调节温度为1450-1480℃，加入钒铁和铜粉，精炼20-40min，然后依次加入脱氧剂、除渣剂，静置3-5min后扒渣；
2)将氧化铌粉、氧化锆粉共混得混合氧化金属粉，取部分混合氧化金属粉置于包底，待铁水冷却至1380-1400℃倒入钢包内，并随流添加剩余的混合氧化金属粉及适量孕育剂，然后将钢包内的铁水进行浇铸；
3)开模取出浇铸产品，进行时效热处理，得耐磨球成品。
优选的，步骤1)中加热升温至1500-1530℃前先对炉内原料进行预热，具体为预加热至900-920℃℃保温1-2h。
优选的，步骤2)中混合氧化金属粉分两次添加，两次添加质量比为1：0.8-1.2。
优选的，步骤2)中孕育剂采用稀土孕育剂，添加量为铁水质量的1-1.2％。
优选的，步骤2)浇铸前先对模具进行预热，预热温度为750-800℃，铁水注模合模后对模具敲击20-30s。
优选的，步骤3)中时效热处理具体为先加热至950-1000℃，保温1-2h，然后以2℃/min升温至1050-1060℃，保温30min，再以1.5℃/min降温至850-900℃，保温0.5-1h，然后空冷至室温，再380-400℃回火保温2h。
由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：本发明通过合理的元素配比和工艺优化，制得的耐磨球综合机械性能强，具有优良的耐腐蚀和耐磨性，使用寿命相较于传统的高铬耐磨球提高了6倍以上。
硅具有优良的脱氧能力，且加热后有利于提高整体温度，配合氧化钽一同加入，有效促进了钽元素的熔融流变性，耐腐效果好，且硅与铬、钼、镍能生成配伍产物，除了钼、铬、镍本身的强化效能外能有效提高热强度，最后再将钒、铜加入其中，进一步了提高铁水流动性，有利于随后进行的脱氧除渣处理，且钒对氧具有很强的亲和力，配合脱氧剂，显著提高了脱氧脱气效果，改善了细晶组织的致密性，强韧性、可加工塑形、抗冲击疲劳性均具有明显的提升。随铁水添加的氧化铌、氧化锆混合粉料配合铜粉，具有良好的抗蚀、抗酸性，且铌可与铁水反应生成FeNb金属间化合物，有利于促进成品时效硬化，提高了铸件的耐磨效果。
本发明工艺简单，操作简便，制得的耐磨球各元素间分布、作用均衡，组织结构致密均匀，金相转化平衡度高，平均硬度可达62.5HRC，磨耗量小于25mg/kg,冲击韧性大于25J/cm3，落球冲击疲劳寿命大于16000次。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种耐腐蚀低磨耗的耐磨球，其特征在于，包括以下百分含量合金元素：碳2.6％、硅0.5％、锰2％、铬16.5％、镍2％、钼1.5％、钒0.2％、钽2％，余量为铁和不可避免的杂质。
还包括铜粉0.45％、氧化铌粉0.15％、氧化锆粉0.12％。
耐腐蚀低磨耗的耐磨球，制备方法如下：
1)将生铁、废钢、钼铁、镍铁、锰铁加入中频电炉中，先对炉内原料预加热至920℃℃保温1h，再加热升温至1520℃，熔融后再将铬铁、硅铁、氧化钽加入其中，继续升温加热至熔融，再调节温度为1450℃，加入钒铁和铜粉，精炼40min，然后依次加入脱氧剂、除渣剂，静置3-5min后扒渣；
2)将氧化铌粉、氧化锆粉共混得混合氧化金属粉，取部分混合氧化金属粉置于包底，待铁水冷却至1380℃倒入钢包内，并随流添加剩余的混合氧化金属粉及适量孕育剂，然后将钢包内的铁水进行浇铸；其中，混合氧化金属粉分两次添加，两次添加质量比为1：1，孕育剂采用稀土孕育剂，添加量为铁水质量的1％；浇铸前先对模具进行预热，预热温度为760℃，铁水注模合模后对模具敲击20-30s；
3)开模取出浇铸产品，进行时效热处理，具体为先加热至950℃，保温2h，然后以2℃/min升温至1050℃，保温30min，再以1.5℃/min降温至880℃，保温0.8h，然后空冷至室温，再380℃回火保温2h，得耐磨球成品。
实施例2：
一种耐腐蚀低磨耗的耐磨球，其特征在于，包括以下百分含量合金元素：碳2.1％、硅0.65％、锰2.1％、铬16％、镍1.8％、钼0.5％、钒0.22％、钽1.3％，余量为铁和不可避免的杂质。
还包括铜粉0.3％、氧化铌粉0.2％、氧化锆粉0.1％。
耐腐蚀低磨耗的耐磨球，制备方法如下：
1)将生铁、废钢、钼铁、镍铁、锰铁加入中频电炉中，先对炉内原料预加热至900℃℃保温2h，再加热升温至1500℃，熔融后再将铬铁、硅铁、氧化钽加入其中，继续升温加热至熔融，再调节温度为1480℃，加入钒铁和铜粉，精炼30min，然后依次加入脱氧剂、除渣剂，静置3-5min后扒渣；
2)将氧化铌粉、氧化锆粉共混得混合氧化金属粉，取部分混合氧化金属粉置于包底，待铁水冷却至1400℃倒入钢包内，并随流添加剩余的混合氧化金属粉及适量孕育剂，然后将钢包内的铁水进行浇铸；其中，混合氧化金属粉分两次添加，两次添加质量比为1：1.2，孕育剂采用稀土孕育剂，添加量为铁水质量的1.2％；浇铸前先对模具进行预热，预热温度为750℃，铁水注模合模后对模具敲击20-30s；
3)开模取出浇铸产品，进行时效热处理，具体为先加热至950℃，保温2h，然后以2℃/min升温至1060℃，保温30min，再以1.5℃/min降温至900℃，保温1h，然后空冷至室温，再400℃回火保温2h，得耐磨球成品。
实施例3：
一种耐腐蚀低磨耗的耐磨球，其特征在于，包括以下百分含量合金元素：碳2.5％、硅0.6％、锰2.2％、铬17.5％、镍2.1％、钼1.3％、钒0.15％、钽2.1％，余量为铁和不可避免的杂质。
还包括铜粉0.2％、氧化铌粉0.1％、氧化锆粉0.25％。
耐腐蚀低磨耗的耐磨球，制备方法如下：
1)将生铁、废钢、钼铁、镍铁、锰铁加入中频电炉中，先对炉内原料预加热至910℃℃保温2h，再加热升温至1530℃，熔融后再将铬铁、硅铁、氧化钽加入其中，继续升温加热至熔融，再调节温度为1460℃，加入钒铁和铜粉，精炼20min，然后依次加入脱氧剂、除渣剂，静置3-5min后扒渣；
2)将氧化铌粉、氧化锆粉共混得混合氧化金属粉，取部分混合氧化金属粉置于包底，待铁水冷却至1380℃倒入钢包内，并随流添加剩余的混合氧化金属粉及适量孕育剂，然后将钢包内的铁水进行浇铸；其中，混合氧化金属粉分两次添加，两次添加质量比为1：1，孕育剂采用稀土孕育剂，添加量为铁水质量的1.2％；浇铸前先对模具进行预热，预热温度为750℃，铁水注模合模后对模具敲击20-30s；
3)开模取出浇铸产品，进行时效热处理，具体为先加热至1000℃，保温1.5h，然后以2℃/min升温至1050℃，保温30min，再以1.5℃/min降温至850℃，保温1h，然后空冷至室温，再300℃回火保温2h，得耐磨球成品。
实施例4：
一种耐腐蚀低磨耗的耐磨球，其特征在于，包括以下百分含量合金元素：碳2.4％、硅0.5％、锰1.8％、铬18％、镍1.8％、钼2％、钒0.1％、钽1.5％，余量为铁和不可避免的杂质。
还包括铜粉0％、氧化铌粉0.1％、氧化锆粉0.3％。
耐腐蚀低磨耗的耐磨球，制备方法如下：
1)将生铁、废钢、钼铁、镍铁、锰铁加入中频电炉中，先对炉内原料预加热至900℃℃保温1h，再加热升温至1500℃，熔融后再将铬铁、硅铁、氧化钽加入其中，继续升温加热至熔融，再调节温度为1450℃，加入钒铁和铜粉，精炼40min，然后依次加入脱氧剂、除渣剂，静置3-5min后扒渣；
2)将氧化铌粉、氧化锆粉共混得混合氧化金属粉，取部分混合氧化金属粉置于包底，待铁水冷却至1400℃倒入钢包内，并随流添加剩余的混合氧化金属粉及适量孕育剂，然后将钢包内的铁水进行浇铸；其中，混合氧化金属粉分两次添加，两次添加质量比为1：0.8，孕育剂采用稀土孕育剂，添加量为铁水质量的1％；浇铸前先对模具进行预热，预热温度为800℃，铁水注模合模后对模具敲击20-30s；
3)开模取出浇铸产品，进行时效热处理，具体为先加热至950℃，保温1h，然后以2℃/min升温至1060℃，保温30min，再以1.5℃/min降温至850℃，保温0.5h，然后空冷至室温，再380℃回火保温2h，得耐磨球成品。
实施例5：
一种耐腐蚀低磨耗的耐磨球，其特征在于，包括以下百分含量合金元素：碳2.8％、硅0.7％、锰2.2％、铬20％、镍2％、钼1％、钒0.35％、钽2.6％，余量为铁和不可避免的杂质。
还包括铜粉0％、氧化铌粉0.2％、氧化锆粉0.2％。
耐腐蚀低磨耗的耐磨球，制备方法如下：
1)将生铁、废钢、钼铁、镍铁、锰铁加入中频电炉中，先对炉内原料预加热至900℃℃保温2h，再加热升温至1530℃，熔融后再将铬铁、硅铁、氧化钽加入其中，继续升温加热至熔融，再调节温度为1480℃，加入钒铁和铜粉，精炼40min，然后依次加入脱氧剂、除渣剂，静置3-5min后扒渣；
2)将氧化铌粉、氧化锆粉共混得混合氧化金属粉，取部分混合氧化金属粉置于包底，待铁水冷却至1400℃倒入钢包内，并随流添加剩余的混合氧化金属粉及适量孕育剂，然后将钢包内的铁水进行浇铸；其中，混合氧化金属粉分两次添加，两次添加质量比为1：1.2，孕育剂采用稀土孕育剂，添加量为铁水质量的1.2％；浇铸前先对模具进行预热，预热温度为800℃，铁水注模合模后对模具敲击20-30s；
3)开模取出浇铸产品，进行时效热处理，具体为先加热至960℃，保温2h，然后以2℃/min升温至1060℃，保温30min，再以1.5℃/min降温至900℃，保温1h，然后空冷至室温，再380℃回火保温2h，得耐磨球成品。
实施例6：
一种耐腐蚀低磨耗的耐磨球，其特征在于，包括以下百分含量合金元素：碳2.6％、硅0.8％、锰1.8％、铬22％、镍2.1％、钼1.5％、钒0.3％、钽2.2％，余量为铁和不可避免的杂质。
还包括铜粉0.3％、氧化铌粉0.15％、氧化锆粉0.2％。
耐腐蚀低磨耗的耐磨球，制备方法如下：
1)将生铁、废钢、钼铁、镍铁、锰铁加入中频电炉中，先对炉内原料预加热至910℃℃保温1h，再加热升温至1500℃，熔融后再将铬铁、硅铁、氧化钽加入其中，继续升温加热至熔融，再调节温度为1450℃，加入钒铁和铜粉，精炼30min，然后依次加入脱氧剂、除渣剂，静置3-5min后扒渣；
2)将氧化铌粉、氧化锆粉共混得混合氧化金属粉，取部分混合氧化金属粉置于包底，待铁水冷却至1380℃倒入钢包内，并随流添加剩余的混合氧化金属粉及适量孕育剂，然后将钢包内的铁水进行浇铸；其中，混合氧化金属粉分两次添加，两次添加质量比为1：0.8，孕育剂采用稀土孕育剂，添加量为铁水质量的1.2％；浇铸前先对模具进行预热，预热温度为780℃，铁水注模合模后对模具敲击20-30s；
3)开模取出浇铸产品，进行时效热处理，具体为先加热至950℃，保温2h，然后以2℃/min升温至1050℃，保温30min，再以1.5℃/min降温至900℃，保温0.5h，然后空冷至室温，再380℃回火保温2h，得耐磨球成品。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种耐腐蚀低磨耗的耐磨球，其特征在于，包括以下百分含量合金元素：碳2.1-2.8％、硅0.5-0.8％、锰1.8-2.2％、铬16-22％、镍1.8-2.1％、钼0.5-2％、钒0.1-0.35％、钽1.3-2.6％，余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的耐腐蚀低磨耗的耐磨球，其特征在于，包括以下百分含量合金元素：碳2.1-2.6％、硅0.6-0.8％、锰1.8-2％、铬16-18％、镍1.8-2％、钼0.5-1.3％、钒0.22-0.35％、钽2.1-2.6％，余量为铁和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的耐腐蚀低磨耗的耐磨球，其特征在于，包括以下百分含量合金元素：碳2.6％、硅0.5％、锰2％、铬16.5％、镍2％、钼1.5％、钒0.2％、钽2％，余量为铁和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1-3任一项所述的耐腐蚀低磨耗的耐磨球，其特征在于：还包括铜粉0-0.45％、氧化铌粉0.05-0.2％、氧化锆粉0.1-0.3％。
5.根据权利要求4所述的耐腐蚀低磨耗的耐磨球，其特征在于，制备方法如下：
1)将生铁、废钢、钼铁、镍铁、锰铁加入中频电炉中，加热升温至1500-1530℃，熔融后再将铬铁、硅铁、氧化钽加入其中，继续升温加热至熔融，再调节温度为1450-1480℃，加入钒铁和铜粉，精炼20-40min，然后依次加入脱氧剂、除渣剂，静置3-5min后扒渣；
2)将氧化铌粉、氧化锆粉共混得混合氧化金属粉，取部分混合氧化金属粉置于包底，待铁水冷却至1380-1400℃倒入钢包内，并随流添加剩余的混合氧化金属粉及适量孕育剂，然后将钢包内的铁水进行浇铸；
3)开模取出浇铸产品，进行时效热处理，得耐磨球成品。
6.根据权利要求5所述的耐腐蚀低磨耗的耐磨球，其特征在于：步骤1)中加热升温至1500-1530℃前先对炉内原料进行预热，具体为预加热至900-920℃℃保温1-2h。
7.根据权利要求5所述的耐腐蚀低磨耗的耐磨球，其特征在于：步骤2)中混合氧化金属粉分两次添加，两次添加质量比为1：0.8-1.2。
8.根据权利要求5所述的耐腐蚀低磨耗的耐磨球，其特征在于：步骤2)中孕育剂采用稀土孕育剂，添加量为铁水质量的1-1.2％。
9.根据权利要求5所述的耐腐蚀低磨耗的耐磨球，其特征在于：步骤2)浇铸前先对模具进行预热，预热温度为750-800℃，铁水注模合模后对模具敲击20-30s。
10.根据权利要求5所述的耐腐蚀低磨耗的耐磨球，其特征在于：步骤3)中时效热处理具体为先加热至950-1000℃，保温1-2h，然后以2℃/min升温至1050-1060℃，保温30min，再以1.5℃/min降温至850-900℃，保温0.5-1h，然后空冷至室温，再380-400℃回火保温2h。
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