一种低碳高铬耐磨球及其制备工艺

摘要

本发明提出了一种低碳高铬耐磨球及其制备工艺，所述低碳高铬耐磨球由以下质量份数组成：碳2.35‑2.46％、硅0.85‑1.12％、锰0.45‑0.6％、铬18‑22％、铝0.2‑0.25％、钛0.1‑0.18％、钽0.05‑0.1％、硼0.1‑0.12％、铌0.02‑0.04％、锆0.01‑0.03％、硫0.01‑0.025％、磷0.01‑0.025％、氮0.2‑0.24％、余量为铁和不可避免的杂质，本发明通过熔炼、浇注、淬火、回火等步骤制备而成，降低了碳元素的含量，并在熔炼的过程中通入氮气，通过形成金属氮化物提高材料的耐磨性，同时避免了碳化物过量导致淬透性降低，本发明低碳高铬耐磨球淬火态HRC≥65，冲击疲劳寿命≥19600次，破碎率≤2.5％。

权利要求

1.一种低碳高铬耐磨球，其特征在于，所述低碳高铬耐磨球由以下质量份数组成：碳

2.35-2.46％、硅0.85-1.12％、锰0.45-0.6％、铬18-22％、铝0.2-0.25％、钛0.1-0.18％、钽

0.05-0.1％、硼0.1-0.12％、铌0.02-0.04％、锆0.01-0.03％、硫0.01-0.025％、磷0.01-

0.025％、氮0.2-0.24％、余量为铁和不可避免的杂质，低碳高铬耐磨球的制备工艺，制备步骤如下：

1)将废钢、生铁、铝铁合金、锰铁合金加入感应电炉中，并向电炉中通入氮气，升温至

1250-1300℃，然后加入铌钽合金、氮化硅铁、钛铁合金，继续升温至1500-1580℃；

2)依次加入硼铁合金、硅铁合金进行孕育处理，然后进行成分分析，保温30min；

3)向熔融液面喷洒除渣剂，扒渣，出钢；

4)降温至1250-1280℃时浇注成型得初产品，冷却至室温；

5)对初产品进行淬火处理，升温至400-420℃，保温1-2h，继续升温至830-840℃，保温

2-2.5h，然后降温至室温；

6)对步骤5)中淬火后的初产品进行回火处理，升温至400-430℃，保温3-3.5h，然后降温至室温。

2.根据权利要求1所述的低碳高铬耐磨球，其特征在于，所述低碳高铬耐磨球由以下质量份数组成：碳2.38-2.46％、硅1-1.12％、锰0.5-0.6％、铬20-22％、铝0.23-0.25％、钛

0.14-0.18％、钽0.08-0.1％、硼0.11-0.12％、铌0.03-0.04％、锆0.02-0.03％、硫0.018-

0.025％、磷0.018-0.025％、氮0.22-0.24％、余量为铁和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的低碳高铬耐磨球，其特征在于：步骤2)保温过程中向电炉内投入10倍于磷含量的生石灰。

4.根据权利要求1所述的低碳高铬耐磨球，其特征在于：步骤3)中出钢时进行脱氧处理。

5.根据权利要求1所述的低碳高铬耐磨球，其特征在于：步骤5)中升温速度为2.5℃/min，降温速度为4℃/min。

6.根据权利要求1所述的低碳高铬耐磨球，其特征在于：步骤6)中升温速度为2℃/min，降温速度为1.5℃/min。

说明书

一种低碳高铬耐磨球及其制备工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及耐磨球技术领域，具体涉及一种低碳高铬耐磨球及其制备工艺。

背景技术

[0002] 球磨机是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备。它广泛应用于水泥，硅酸盐制品，新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑与有色金属选矿以及玻璃陶瓷等生产行业，对各种矿石和其它可磨性物料进行干式或湿式粉磨。在球磨机中钢球是重要的组成部分，它的主要作用是对物料进行冲击破碎，同时也起到一定的研磨作用，钢球的质量对粉碎效果和粉磨效率会产生直接的影响，并最终影响球磨机产量，因此，钢球要有足够高的强度和耐冲击性能。

[0003] 在中国公开的CN105112768A中针对磨球的耐磨性能做出了提升，提出了一种钒钛合金耐磨铸球，其通过加入含钒量促进碳化物的形成从而提升硬度，但是碳化物含量过高会导致固溶合金元素含量降低，基体强化度低，淬透性差，而且钒也为降低淬透性的元素，大量的添加钒不利于磨球的韧性，综合机械性能差。

发明内容

[0004] 针对上述存在的问题，本发明提出了一种硬度高、耐磨、耐疲劳性强的低碳高铬耐磨球及其制备工艺。

[0005] 为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：

[0006] 一种低碳高铬耐磨球由以下质量份数组成：碳2.35-2.46％、硅0.85-1.12％、锰0.45-0.6％、铬18-22％、铝0.2-0.25％、钛0.1-0.18％、钽0.05-0.1％、硼0.1-0.12％、铌
0.02-0.04％、锆0.01-0.03％、硫0.01-0.025％、磷0.01-0.025％、氮0.2-0.24％、余量为铁和不可避免的杂质。

[0007] 优选的，一种低碳高铬耐磨球由以下质量份数组成：碳2.3-2.46％、硅1-1.12％、锰0.5-0.6％、铬20-22％、铝0.23-0.25％、钛0.14-0.18％、钽0.08-0.1％、硼0.11-0.12％、铌0.03-0.04％、锆0.02-0.03％、硫0.018-0.025％、磷0.018-0.025％、氮0.22-0.24％、余量为铁和不可避免的杂质。

[0008] 优选的，一种低碳高铬耐磨球的制备工艺，其制备步骤如下：

[0009] 1)将废钢、生铁、铝铁合金入感应电炉中，并向电炉中通入氮气，升温至1250-1300℃，然后加入铌钽合金、氮化硅铁、钛铁合金、锰铁合金加，继续升温至1500-1580℃；

[0010] 2)依次加入硼铁合金、硅铁合金进行孕育处理，然后进行成分分析，保温30min；

[0011] 3)向熔融液面喷洒除渣剂，扒渣，出钢；

[0012] 4)降温至1350-1380℃时浇注成型得初产品，冷却至室温；

[0013] 5)对初产品进行淬火处理，升温至400-420℃，保温1-2h，继续升温至830-840℃，保温2-2.5h，然后降温至室温；

[0014] 6)对步骤5)中淬火后的初产品进行回火处理，升温至400-430℃，保温3-3.5h，然后降温至室温。

[0015] 优选的，步骤2)保温过程中向电炉内投入10倍于磷含量的生石灰。

[0016] 优选的，步骤3)中出钢时进行脱氧处理。

[0017] 优选的，步骤5)中升温速度为2.5℃/min，降温速度为4℃/min。

[0018] 优选的，骤6)中升温速度为2℃/min，降温速度为1.5℃/min。

[0019] 由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：本发明降低了碳元素的含量，同时通入氮气，在熔炼的过程中不仅保证了一定量的碳化物，同时形成部分的金属氮化物，增强了耐磨球的耐磨性，提高了淬透性。其淬火过程中通过两次升温、保温再降温，降低了加热溶解的速度，避免了过热倾向，得到细化的奥氏体组织，回火有利于组织均匀分布，消除内应力，且淬火最终温度为830-840℃，得到的奥氏体晶粒比较细小，减少了以碳化物形式沿奥氏体晶粒边界析出的网状碳化物，且在随后冷却过程中，即使有网状碳化物析出，也将是细薄的，同时，原料中的硅、锰也会阻碍网状碳化物的形成，有利于提高耐磨球的硬度。保温时加入的生石灰可降低杂质磷的含量，硅、铌的添加有利于提高磨球的尺寸的稳定性和抗软化性，硼、氮、硅可提高耐磨球的淬透性，铌、钽具有超强的耐腐蚀性，且延展性强，配合以铁、铝为基底熔剂，增强了耐磨球的延展性，提高形变恢复能力。本发明低碳高铬耐磨球淬火态HRC≥65，冲击疲劳寿命≥19600次，破碎率≤2.5％。

具体实施方式

[0020] 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。

[0021] 实施例1：

[0022] 一种低碳高铬耐磨球由以下质量份数组成：碳2.45％、硅0.88％、锰0.52％、铬18％、铝0.22％、钛0.16％、钽0.05％、硼0.11％、铌0.03％、锆0.03％、硫0.018％、磷
0.022％、氮0.21％、余量为铁和不可避免的杂质。

[0023] 一种低碳高铬耐磨球的制备工艺，其制备步骤如下：

[0024] 1)将废钢、生铁、铝铁合金入感应电炉中，并向电炉中通入氮气，升温至1260℃，然后加入铌钽合金、氮化硅铁、钛铁合金、锰铁合金加，继续升温至1550℃；

[0025] 2)依次加入硼铁合金、硅铁合金进行孕育处理，然后进行成分分析，保温30min；

[0026] 3)向熔融液面喷洒除渣剂，扒渣，出钢；

[0027] 4)降温至1360℃时浇注成型得初产品，冷却至室温；

[0028] 5)对初产品进行淬火处理，升温至405℃，保温1.5h，继续升温至835℃，保温2.2h，然后降温至室温；

[0029] 6)对步骤5)中淬火后的初产品进行回火处理，升温至410℃，保温3.2h，然后降温至室温。

[0030] 实施例2：

[0031] 一种低碳高铬耐磨球由以下质量份数组成：碳2.46％、硅0.96％、锰0.6％、铬20％、铝0.25％、钛0.18％、钽0.1％、硼0.12％、铌0.02％、锆0.02％、硫0.016％、磷
0.025％、氮0.24％、余量为铁和不可避免的杂质。

[0032] 一种低碳高铬耐磨球的制备工艺，其制备步骤如下：

[0033] 1)将废钢、生铁、铝铁合金入感应电炉中，并向电炉中通入氮气，升温至1290℃，然后加入铌钽合金、氮化硅铁、钛铁合金、锰铁合金加，继续升温至1560℃；

[0034] 2)依次加入硼铁合金、硅铁合金进行孕育处理，然后进行成分分析，保温30min；

[0035] 3)向熔融液面喷洒除渣剂，扒渣，出钢；

[0036] 4)降温至1380℃时浇注成型得初产品，冷却至室温；

[0037] 5)对初产品进行淬火处理，升温至420℃，保温1.8h，继续升温至830℃，保温2.4h，然后降温至室温；

[0038] 6)对步骤5)中淬火后的初产品进行回火处理，升温至405℃，保温3.4h，然后降温至室温。

[0039] 实施例3：

[0040] 一种低碳高铬耐磨球由以下质量份数组成：碳2.35％、硅1％、锰0.5％、铬19％、铝0.23％、钛0.14％、钽0.07％、硼0.11％、铌0.02％、锆0.03％、硫0.02％、磷0.017％、氮
0.2％、余量为铁和不可避免的杂质。

[0041] 一种低碳高铬耐磨球的制备工艺，其制备步骤如下：

[0042] 1)将废钢、生铁、铝铁合金入感应电炉中，并向电炉中通入氮气，升温至1280℃，然后加入铌钽合金、氮化硅铁、钛铁合金、锰铁合金加，继续升温至1580℃；

[0043] 2)依次加入硼铁合金、硅铁合金进行孕育处理，然后进行成分分析，保温30min；

[0044] 3)向熔融液面喷洒除渣剂，扒渣，出钢；

[0045] 4)降温至1350℃时浇注成型得初产品，冷却至室温；

[0046] 5)对初产品进行淬火处理，升温至415℃，保温2h，继续升温至840℃，保温2.5h，然后降温至室温；

[0047] 6)对步骤5)中淬火后的初产品进行回火处理，升温至400℃，保温3.5h，然后降温至室温。

[0048] 实施例4：

[0049] 一种低碳高铬耐磨球由以下质量份数组成：碳2.4％、硅1.12％、锰0.48％、铬22％、铝0.2％、钛0.1％、钽0.08％、硼0.1％、铌0.03％、锆0.01％、硫0.025％、磷0.018％、氮0.22％、余量为铁和不可避免的杂质。

[0050] 一种低碳高铬耐磨球的制备工艺，其制备步骤如下：

[0051] 1)将废钢、生铁、铝铁合金入感应电炉中，并向电炉中通入氮气，升温至1250℃，然后加入铌钽合金、氮化硅铁、钛铁合金、锰铁合金加，继续升温至1520℃；

[0052] 2)依次加入硼铁合金、硅铁合金进行孕育处理，然后进行成分分析，保温30min；

[0053] 3)向熔融液面喷洒除渣剂，扒渣，出钢；

[0054] 4)降温至1370℃时浇注成型得初产品，冷却至室温；

[0055] 5)对初产品进行淬火处理，升温至418℃，保温1h，继续升温至840℃，保温2h，然后降温至室温；

[0056] 6)对步骤5)中淬火后的初产品进行回火处理，升温至430℃，保温3h，然后降温至室温。

[0057] 实施例5：

[0058] 一种低碳高铬耐磨球由以下质量份数组成：碳2.42％、硅1.08％、锰0.45％、铬20％、铝0.24％、钛0.12％、钽0.06％、硼0.12％、铌0.04％、锆0.03％、硫0.022％、磷
0.015％、氮0.24％、余量为铁和不可避免的杂质。

[0059] 一种低碳高铬耐磨球的制备工艺，其制备步骤如下：

[0060] 1)将废钢、生铁、铝铁合金入感应电炉中，并向电炉中通入氮气，升温至1300℃，然后加入铌钽合金、氮化硅铁、钛铁合金、锰铁合金加，继续升温至1540℃；

[0061] 2)依次加入硼铁合金、硅铁合金进行孕育处理，然后进行成分分析，保温30min；

[0062] 3)向熔融液面喷洒除渣剂，扒渣，出钢；

[0063] 4)降温至1350℃时浇注成型得初产品，冷却至室温；

[0064] 5)对初产品进行淬火处理，升温至400℃，保温1.6h，继续升温至830℃，保温2.2h，然后降温至室温；

[0065] 6)对步骤5)中淬火后的初产品进行回火处理，升温至420℃，保温3.2h，然后降温至室温。

[0066] 实施例6：

[0067] 一种低碳高铬耐磨球由以下质量份数组成：碳2.38％、硅0.85％、锰0.55％、铬21％、铝0.25％、钛0.15％、钽0.05％、硼0.12％、铌0.03％、锆0.02％、硫0.01％、磷0.01％、氮0.23％、余量为铁和不可避免的杂质。

[0068] 一种低碳高铬耐磨球的制备工艺，其制备步骤如下：

[0069] 1)将废钢、生铁、铝铁合金入感应电炉中，并向电炉中通入氮气，升温至1280℃，然后加入铌钽合金、氮化硅铁、钛铁合金、锰铁合金加，继续升温至1550℃；

[0070] 2)依次加入硼铁合金、硅铁合金进行孕育处理，然后进行成分分析，保温30min；

[0071] 3)向熔融液面喷洒除渣剂，扒渣，出钢；

[0072] 4)降温至1380℃时浇注成型得初产品，冷却至室温；

[0073] 5)对初产品进行淬火处理，升温至410℃，保温1.4h，继续升温至835℃，保温2.4h，然后降温至室温；

[0074] 6)对步骤5)中淬火后的初产品进行回火处理，升温至425℃，保温3.4h，然后降温至室温。

[0075] 本发明实施例产品进行性能测试，数据如下：

[0076]  球芯HRC/度 球面HRC/度 落球冲击疲劳寿命/次
实施例1 56 68 19680
实施例2 55 65 19600
实施例3 60 69 19820
实施例4 58 66 19730
实施例5 58 67 19650
实施例6 55 68 19630
平均值 57 67.17 19685

[0077] 根据上述表格数据可知本发明制备的低碳高铬耐磨球耐磨性强，球芯硬度≥55，球面硬度≥65，落球抗击疲劳次数≥19600次，综合机械性能强，值得推广。

[0078] 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。