CN115354208B - 一种高铬合金复合耐磨钢球 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种高铬合金复合耐磨钢球,是通过下述方法制备而成:将普通废钢、增碳剂、铬铁、锰铁、硼铁、钼铁、硅铁、铜板、金属镍和金属铝加入熔炼炉中熔炼成铁水,所述铁水的化学组成及质量分数控制为:2.0‑3.0%C,0.4‑1.0%Si,17‑21%Cr,0.5‑1.0%Mn,0.4‑0.8%B,0.1‑0.3%Mo,0.5‑1.0%Cu,0.05‑0.2%Ni,0.05‑0.1%Al,S<0.05%,P<0.05%,余量为Fe;当铁水温度降至1530‑1560℃时出炉,出炉时将孕育剂加入铁水进行孕育处理,经静置和扒渣处理后,得到浇铸液;将浇铸液倒入模具中,浇铸形成球形铸件,经淬火和回火处理后,即得到所述高铬合金复合耐磨钢球。本发明提出的一种高铬合金复合耐磨钢球,通过对所述耐磨钢球的组成进行有效设计,使得所述耐磨钢球具有优异耐磨性的同时,还具有高强韧性,从而进一步延长了所述耐磨钢球的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及高铬磨球生产技术领域,尤其涉及一种高铬合金复合耐磨钢球。
背景技术
目前,球磨机是众多工业领域(例如,采矿、冶金、煤炭、建材、化工、电力等)中粉碎固体物料的主要设备。钢球作为球磨机中的重要研磨部件,其性能的优劣将直接决定粉料的质量及球磨效率。据统计,我国每年因钢球损耗而造成的经济损失超过千亿元,因此,对磨球的性能提出了更高要求。
目前,高铬合金耐磨钢球作为性能优良的抗磨材料,日益受到人们的重视,近年来,它的应用范围不断扩大,广泛应用于冶金、矿山、建材、电力、交通、机械等领域,并且产品品种逐年增加,从几百克的磨球到大型复杂铸件,已经成功地应用于工业生产并取得良好的经济效益。
但是国内高铬耐磨钢球的研制工作起步于20世纪70年代末期,许多单位生产的高铬耐磨钢球在使用过程中开裂现象极为严重,给用户造成了几万乃至几十万的损失,这给高铬耐磨钢球的推广使用造成了困难。直到1984年高铬耐磨钢球在生产制造方面基本上停留在手工操作阶段,不能形成批量生产能力,生产质量也不稳定。近年来随着高铬合金铸铁理论研究的不断进步,高铬耐磨钢球在水泥和选矿等行业不断得到发展和推广。国内广泛使用高铬耐磨钢球虽然具有良好的抗磨特性,但强度和韧性仍需提高,且生产成本较高。
发明内容
基于背景技术中存在的技术问题,本发明提出了一种高铬合金复合耐磨钢球,通过对所述耐磨钢球的组成进行有效设计,使得所述耐磨钢球具有优异耐磨性的同时,还具有高强韧性,从而进一步延长了所述耐磨钢球的使用寿命。
本发明提出的一种高铬合金复合耐磨钢球,其是通过下述方法制备而成:
(1)将普通废钢、增碳剂、铬铁、锰铁、硼铁、钼铁、硅铁、铜板、金属镍和金属铝加入熔炼炉中熔炼成铁水,所述铁水的化学组成及质量分数控制为:2.0-3.0%C,0.4-1.0%Si,17-21%Cr,0.5-1.0%Mn,0.4-0.8%B,0.1-0.3%Mo,0.5-1.0%Cu,0.05-0.2%Ni,0.05-0.1%Al,S<0.05%,P<0.05%,余量为Fe;
(2)当铁水温度降至1530-1560℃时出炉,出炉时将孕育剂加入铁水进行孕育处理,经静置和扒渣处理后,得到浇铸液;
(3)将浇铸液倒入模具中,浇铸形成球形铸件,经淬火和回火处理后,即得到所述高铬合金复合耐磨钢球。
本发明中,通过对铁水组成中C、Si、Cr、Mn、B、Mo、Cu、Ni、Al等合金元素有效设计,使所得耐磨钢球具有极高强硬度和耐磨性的同时,还获得了良好的冲击韧性:
C和Cr是高铬耐磨钢球中两种重要的合金元素,C和Cr有助于增加碳化物数量,这将使耐磨性能提高而韧性降低,但是Cr7C3型碳化物呈六角形杆状及板条状分布在基体中,连续程度大为降低,碳化物对基体的破坏作用大大减小,因此其对于韧性的降低程度最小;因此为了使得所述耐磨钢球获得适宜耐磨和强韧性,本发明中C含量限定在2.0-3.0%之间,Cr含量限定在17-21%之间;
Si是强化铁素体的元素,适当的硅含量可提高铸造性能,因此本发明中Si含量限定在0.4-1.0%之间;
Mn是扩大奥氏体区,又形成合金碳化物,提高淬透性,有除硫作用的元素,但在高铬耐磨钢球中,随着含锰量增加,淬火后基体组织中残余奥氏体量增多,硬度有所下降,组织***,冲击韧性变差,耐磨性降低,因此,本发明中Mn含量限定在0.5-1.0%之间;
B的加入使碳化物变得细小且呈孤立的团状分布,提高了冲击韧性,但是硼含量过高却会使得碳化物变得粗大而降低了韧性,因此,本发明中B含量限定在0.4-0.8%之间。
Mo、Cu、Ni均是能够提升高铬耐磨钢球的材料淬透性的元素,当趋于一定值后,空冷就可以让基体获得充分硬化,可操作性强,因此,本发明中Mo、Cu、Ni含量分别限定在0.1-0.3%、0.5-1.0%、0.05-0.2%之间;
Al是有效改善高铬耐磨钢球抗氧化性的元素,因此,本发明中Al含量限定在0.05-0.1%之间。
优选地,所述铁水的化学组成中,Cr和B的质量比为28-38:1。
本发明中,在高铬耐磨钢球中,Cr和B会形成硼铬化物CrB、Cr2B的硬质相,并沉淀分布在基体中,虽然硬质相的增多对高铬耐磨钢球的硬度和耐磨性有益,但是却可能造成韧性的大幅下降,因此本发明中控制Cr和B的质量比为30-36:1,可以在较多形成CrB、Cr2B硬质相的同时,保持所得耐磨钢球较高的韧性。
优选地,所述铁水的化学组成中,Mo、Cu和Ni的重量比为1:3-5:0.4-1。
本发明中,在高铬耐磨钢球中,Mo可固溶于碳化物,并和碳发生反应,生成Mo2C类的化合物,钼的碳化物即Mo2C是六方晶格结构,其显微硬度很高,因此对应提升所述耐磨钢球的耐磨性具有显著的效果,但是较多Mo的增加却大幅增加成本,因此通过控制加入一定量的Cu和Ni,并控制Mo、Cu和Ni的重量比为1:3-4:0.5-1,将可以和Mo形成复配,在保证具有耐磨增强的同时,降低Mo的使用量。
优选地,步骤(1)中,所述熔炼的温度为1700-1750℃。
优选地,步骤(2)中,所述孕育剂为75SiFe孕育剂;
优选地,所述孕育剂的加入量是铁水质量的0.2-0.4wt%。
优选地,步骤(3)中,所述浇铸温度为1450-1500℃。
优选地,步骤(3)中,所述淬火温度为950-1000℃,保温2-4h后空冷淬火。
优选地,步骤(3)中,所述回火温度为220-280℃,保温3-6h。
优选地,步骤(3)中,经淬火和回火处理后还包括将所述球形铸件进行表面打磨。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
本发明通过对高铬耐磨钢球的组分进行合理选择,并采用适当的步骤进行制备,显著提高了所得耐磨钢球的耐磨性和韧性,优化产品质量同时,取得了良好的经济效益。
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,但是应该明确,提出这些实施例用于举例说明,但并不解释为限制本发明的范围。
实施例1
一种高铬合金复合耐磨钢球,其是通过下述方法制备而成:
(1)将普通废钢、增碳剂、铬铁、锰铁、硼铁、钼铁、硅铁、铜板、金属镍和金属铝加入熔炼炉中,1720℃下熔炼成铁水,所述铁水的化学组成及质量分数控制为:2.62%C,0.74%Si,18.83%Cr,0.72%Mn,0.58%B,0.17%Mo,0.75%Cu,0.11%Ni,0.076%Al,0.022%S,0.031%P,余量为Fe,其中Cr和B的质量比为32.5:1,Mo、Cu和Ni的重量比为1:4.4:0.65;
(2)当铁水温度降至1540℃时出炉,出炉时将75SiFe孕育剂加入铁水进行孕育处理,所述孕育剂的加入量是铁水质量的0.3wt%,经静置和扒渣处理后,得到浇铸液;
(3)将浇铸液倒入模具中,1480℃下浇铸形成球形铸件,再加热至980℃,保温3h后空冷,260℃下回火保温5h,即得到所述高铬合金复合耐磨钢球。
实施例2
一种高铬合金复合耐磨钢球,其是通过下述方法制备而成:
(1)将普通废钢、增碳剂、铬铁、锰铁、硼铁、钼铁、硅铁、铜板、金属镍和金属铝加入熔炼炉中,1750℃下熔炼成铁水,所述铁水的化学组成及质量分数控制为:2.96%C,0.45%Si,20.86%Cr,0.52%Mn,0.73%B,0.15%Mo,0.76%Cu,0.075%Ni,0.093%Al,0.042%S,0.045%P,余量为Fe,其中Cr和B的质量比为28.6:1,Mo、Cu和Ni的重量比为1:5.0:0.5;
(2)当铁水温度降至1560℃时出炉,出炉时将75SiFe孕育剂加入铁水进行孕育处理,所述孕育剂的加入量是铁水质量的0.2wt%,经静置和扒渣处理后,得到浇铸液;
(3)将浇铸液倒入模具中,1500℃下浇铸形成球形铸件,再加热至950℃,保温4h后空冷,220℃下回火保温6h,即得到所述高铬合金复合耐磨钢球。
实施例3
一种高铬合金复合耐磨钢球,其是通过下述方法制备而成:
(1)将普通废钢、增碳剂、铬铁、锰铁、硼铁、钼铁、硅铁、铜板、金属镍和金属铝加入熔炼炉中,1700℃下熔炼成铁水,所述铁水的化学组成及质量分数控制为:2.02%C,0.97%Si,17.45%Cr,0.94%Mn,0.46%B,0.24%Mo,0.81%Cu,0.13%Ni,0.055%Al,0.027%S,0.043%P,余量为Fe,其中Cr和B的质量比为37.9:1,Mo、Cu和Ni的重量比为1:3.4:0.54;
(2)当铁水温度降至1530℃时出炉,出炉时将75SiFe孕育剂加入铁水进行孕育处理,所述孕育剂的加入量是铁水质量的0.4wt%,经静置和扒渣处理后,得到浇铸液;
(3)将浇铸液倒入模具中,1450℃下浇铸形成球形铸件,再加热至1000℃,保温2h后空冷,280℃下回火保温3h,即得到所述高铬合金复合耐磨钢球。
实施例4
一种高铬合金复合耐磨钢球,其是通过下述方法制备而成:
(1)将普通废钢、增碳剂、铬铁、锰铁、硼铁、钼铁、硅铁、铜板、金属镍和金属铝加入熔炼炉中,1730℃下熔炼成铁水,所述铁水的化学组成及质量分数控制为:2.51%C,0.68%Si,19.05%Cr,0.77%Mn,0.62%B,0.21%Mo,0.76%Cu,0.095%Ni,0.075%Al,0.025%S,0.037%P,余量为Fe,其中Cr和B的质量比为30.7:1,Mo、Cu和Ni的重量比为1:3.6:0.45;
(2)当铁水温度降至1550℃时出炉,出炉时将75SiFe孕育剂加入铁水进行孕育处理,所述孕育剂的加入量是铁水质量的0.3wt%,经静置和扒渣处理后,得到浇铸液;
(3)将浇铸液倒入模具中,1460℃下浇铸形成球形铸件,再加热至970℃,保温3h后空冷,250℃下回火保温4h,即得到所述高铬合金复合耐磨钢球。
对比例1
一种高铬合金复合耐磨钢球,其是通过下述方法制备而成:
(1)将普通废钢、增碳剂、铬铁、锰铁、硼铁、钼铁、硅铁、铜板、金属镍和金属铝加入熔炼炉中,1720℃下熔炼成铁水,所述铁水的化学组成及质量分数控制为:2.61%C,0.75%Si,18.94%Cr,0.73%Mn,0.54%B,0.22%Mo,0.54%Cu,0.07%Ni,0.074%Al,0.021%S,0.034%P,余量为Fe,其中Cr和B的质量比为35.1:1,Mo、Cu和Ni的重量比为1:2.4:0.32;
(2)当铁水温度降至1540℃时出炉,出炉时将75SiFe孕育剂加入铁水进行孕育处理,所述孕育剂的加入量是铁水质量的0.3wt%,经静置和扒渣处理后,得到浇铸液;
(3)将浇铸液倒入模具中,1480℃下浇铸形成球形铸件,再加热至980℃,保温3h后空冷,260℃下回火保温5h,即得到所述高铬合金复合耐磨钢球。
对比例2
一种高铬合金复合耐磨钢球,其是通过下述方法制备而成:
(1)将普通废钢、增碳剂、铬铁、锰铁、硼铁、钼铁、硅铁、铜板、金属镍和金属铝加入熔炼炉中,1720℃下熔炼成铁水,所述铁水的化学组成及质量分数控制为:2.54%C,0.70%Si,17.21%Cr,0.75%Mn,0.76%B,0.18%Mo,0.73%Cu,0.12%Ni,0.075%Al,0.025%S,0.038%P,余量为Fe,其中Cr和B的质量比为22.6:1,Mo、Cu和Ni的重量比为1:4.0:0.67;
(2)当铁水温度降至1540℃时出炉,出炉时将75SiFe孕育剂加入铁水进行孕育处理,所述孕育剂的加入量是铁水质量的0.3wt%,经静置和扒渣处理后,得到浇铸液;
(3)将浇铸液倒入模具中,1480℃下浇铸形成球形铸件,再加热至980℃,保温3h后空冷,260℃下回火保温5h,即得到所述高铬合金复合耐磨钢球。
将实施例和对比例所述耐磨钢球进行性能测试,结果如下表1所示:
表1实施例和对比例所述耐磨钢球的性能结果
硬度/HRC | 抗拉强度/MPa | 屈服强度/MPa | 冲击韧性/J/cm2 | |
实施例1 | 65.5 | 1934 | 1521 | 14.5 |
实施例2 | 64.7 | 1893 | 1487 | 15.6 |
实施例3 | 64.2 | 1902 | 1492 | 14.3 |
实施例4 | 65.0 | 1945 | 1507 | 15.7 |
对比例1 | 61.8 | 1786 | 1345 | 7.2 |
对比例2 | 60.2 | 1703 | 1283 | 8.7 |
由上表结果可知,实施例中所述耐磨钢球的硬度抗拉强度、屈服强度、冲击韧性都要优于对比例,可见,本申请通过对高铬耐磨钢球的组分进行合理选择,并采用适当的步骤进行制备,显著提高了所得耐磨钢球的耐磨性和韧性,
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 (8)
1.一种高铬合金复合耐磨钢球,其特征在于,其是通过下述方法制备而成:
(1)将普通废钢、增碳剂、铬铁、锰铁、硼铁、钼铁、硅铁、铜板、金属镍和金属铝加入熔炼炉中熔炼成铁水,所述铁水的化学组成及质量分数控制为:2.0-3.0%C,0.4-1.0%Si,17-21%Cr,0.5-1.0%Mn,0.4-0.8%B,0.1-0.3%Mo,0.5-1.0%Cu,0.05-0.2%Ni,0.05-0.1%Al,S<0.05%,P<0.05%,余量为Fe;
(2)当铁水温度降至1530-1560℃时出炉,出炉时将孕育剂加入铁水进行孕育处理,经静置和扒渣处理后,得到浇铸液;
(3)将浇铸液倒入模具中,浇铸形成球形铸件,经淬火和回火处理后,即得到所述高铬合金复合耐磨钢球;
所述铁水的化学组成中,Cr和B的质量比为28-38:1,Mo、Cu和Ni的重量比为1:3-5:0.4-1。
2.根据权利要求1所述的高铬合金复合耐磨钢球,其特征在于,步骤(1)中,所述熔炼的温度为1700-1750℃。
3.根据权利要求1或2所述的高铬合金复合耐磨钢球,其特征在于,步骤(2)中,所述孕育剂为75SiFe孕育剂。
4.根据权利要求3所述的高铬合金复合耐磨钢球,其特征在于,所述孕育剂的加入量是铁水质量的0.2-0.4wt%。
5.根据权利要求1或2所述的高铬合金复合耐磨钢球,其特征在于,步骤(3)中,所述浇铸温度为1450-1500℃。
6.根据权利要求1或2所述的高铬合金复合耐磨钢球,其特征在于,步骤(3)中,所述淬火温度为950-1000℃,保温2-4h后空冷淬火。
7.根据权利要求1或2所述的高铬合金复合耐磨钢球,其特征在于,步骤(3)中,所述回火温度为220-280℃,保温3-6h。
8.根据权利要求1或2所述的高铬合金复合耐磨钢球,其特征在于,步骤(3)中,经淬火和回火处理后还包括将所述球形铸件进行表面打磨。
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Denomination of invention: A high chromium alloy composite wear-resistant steel ball Effective date of registration: 20231214 Granted publication date: 20231031 Pledgee: Industrial Commercial Bank of China Ltd. Ningguo branch Pledgor: Anhui Xinma Foundry Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023980071647 |
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