一种矿山专用的大直径锻造耐磨钢球及其制备方法

摘要

本发明公开了一种矿山专用的大直径锻造耐磨钢球及其制备方法，涉及耐磨材料技术领域，其化学成分按重量百分比包括：C 0.8‑1.2％、Si 0.6‑0.9％、Mn 1.2‑1.5％、Cr 1.0‑1.5％、Mo 0.1‑0.3％、V 0.05‑0.15％、Ti 0.1‑0.2％、Al0.05‑0.15％、Cu 0.05‑0.15％、Zr 0.05‑0.15％、Hf 0.05‑0.15％、B 0.08‑0.2％、P≤0.02％、S≤0.01％、其余为Fe和不可避免的杂质；其制备方法包括熔炼、锻造和热处理。本发明合理优化锻造耐磨钢球中的化学元素成分及其含量，添加的Mn、Mo、Cr、V、Ti、Cu等淬透性元素，能够增加过冷奥氏体的稳定性并提高钢的淬透性，减小大直径磨球的芯部和表面硬度的差值，制备的磨球表面光洁无缺陷，硬度高、韧性好、不易破碎，其性能可媲美高铬磨球，可代替铸球用于矿石湿磨，提高磨矿效率。

权利要求

1.一种矿山专用的大直径锻造耐磨钢球，其特征在于，其化学成分按重量百分比包括：C0.8-1.2％、Si0.6-0.9％、Mn1.2-1.5％、Cr1.0-1.5％、Mo0.1-0.3％、V0.05-0.15％、Ti0.1-0.2％、Al0.05-0.15％、Cu0.05-0.15％、Zr0.05-0.15％、Hf0.05-0.15％、B0.08-

0.2％、P≤0.02％、S≤0.01％、其余为Fe和不可避免的杂质；

其中，矿山专用的大直径锻造耐磨钢球的制备方法，包括以下步骤：

S1、熔炼：将生铁、废钢、锰铁、硅铁、铬铁、钼铁、钒铁、钛铁、锆铁、铪铁、铝锭、铜块、硼铁加入到真空感应熔炼炉中，升温至1530-1550℃，调整钢中各元素成分，扒渣，浇注成型，得铸件；

S2、锻造：将铸件加热至1080-1100℃，保温1-1.5h，进行轧制，得坯料，采用空气锤对坯料进行锻造成型，得磨球坯，风冷至室温；

S3、热处理：将磨球坯放入电炉内，升温至920-940℃，保温1-2h，水淬，冷却至室温，再加热至340-360℃进行回火，保温1-2h，空冷至室温，即得。

2.根据权利要求1所述的矿山专用的大直径锻造耐磨钢球，其特征在于，其化学成分按重量百分比包括：C1.05-1.15％、Si0.8-0.9％、Mn1.3-1.4％、Cr1.2-1.3％、Mo0.2-0.3％、V0.05-0.10％、Ti0.12-0.17％、Al0.10-0.15％、Cu0.05-0.10％、Zr0.05-0.10％、Hf0.08-

0.13％、B0.1-0.2％、P≤0.015％、S≤0.007％、其余为Fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的矿山专用的大直径锻造耐磨钢球，其特征在于，所述S1中浇注温度为1450-1470℃。

4.根据权利要求1所述的矿山专用的大直径锻造耐磨钢球，其特征在于，所述S2中锻造成型的始锻温度为1020-1040℃，终锻温度为840-860℃。

5.根据权利要求4所述的矿山专用的大直径锻造耐磨钢球，其特征在于，所述锻造过程中坯料在锻模中不断翻转，单个磨球坯锻造时间为13-18s。

6.根据权利要求1所述的矿山专用的大直径锻造耐磨钢球，其特征在于，所述S3中，水淬后磨球的出水温度为140-160℃。

说明书

一种矿山专用的大直径锻造耐磨钢球及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及耐磨材料技术领域，尤其涉及一种矿山专用的大直径锻造耐磨钢球及其制备方法。

背景技术

[0002] 国内外球磨机都有向大型化方向发展的趋势，特别是大型半自磨机的直径高达10m以上，对磨球的硬度及尺寸提出更高的要求。目前矿山所使用大直径磨球的材质主要以碳钢为主，其性能表现为高韧性和低硬度,且其体积硬度一般都不会超过40H RC，在实际使用中普遍存在着耐磨性较差及易变形等不足。同样，对于大规格磨球特别是直径大于110mm的磨球，因矿山湿磨电化腐蚀的影响，大直径高铬铸造球有较大的破碎性缺陷。锻造磨球具有破碎率低的优点，因此，研究开发适合矿山使用的大直径锻造磨球成为当务之急，要求研制的磨球的硬度达到60HRC以上，并要有良好的抗冲击性能。

发明内容

[0003] 基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种矿山专用的大直径锻造耐磨钢球及其制备方法，制备的磨球表面光洁无缺陷，硬度高、韧性好、不易破碎，其性能可媲美高铬磨球，可代替铸球用于矿石湿磨，提高磨矿效率。

[0004] 本发明提出的一种矿山专用的大直径锻造耐磨钢球，其化学成分按重量百分比包括：C 0.8-1.2％、Si 0.6-0.9％、Mn 1.2-1.5％、Cr 1.0-1.5％、Mo 0.1-0.3％、V 0.05-0.15％、Ti 0.1-0.2％、Al 0.05-0.15％、Cu 0.05-0.15％、Zr 0.05-0.15％、Hf 0.05-
0.15％、B 0.08-0.2％、P≤0.02％、S≤0.01％、其余为Fe和不可避免的杂质。

[0005] 优选地，其化学成分按重量百分比包括：C 1.05-1.15％、Si 0.8-0.9％、Mn 1.3-1.4％、Cr 1.2-1.3％、Mo 0.2-0.3％、V 0.05-0.10％、Ti 0.12-0.17％、Al 0.10-0.15％、Cu 0.05-0.10％、Zr 0.05-0.10％、Hf 0.08-0.13％、B 0.1-0.2％、P≤0.015％、S≤
0.007％、其余为Fe和不可避免的杂质。

[0006] 本发明还提出上述矿山专用的大直径锻造耐磨钢球的制备方法，包括以下步骤：

[0007] S1、熔炼：将生铁、废钢、锰铁、硅铁、铬铁、钼铁、钒铁、钛铁、锆铁、铪铁、铝锭、铜块、硼铁加入到真空感应熔炼炉中，升温至1530-1550℃，调整钢中各元素成分，扒渣，浇注成型，得铸件；

[0008] S2、锻造：将铸件加热至1080-1100℃，保温1-1.5h，进行轧制，得坯料，采用空气锤对坯料进行锻造成型，得磨球坯，风冷至室温；

[0009] S3、热处理：将磨球坯放入电炉内，升温至920-940℃，保温1-2h，水淬，冷却至室温，再加热至340-360℃进行回火，保温1-2h，空冷至室温，即得。

[0010] 优选地，所述S1中浇注温度为1450-1470℃。

[0011] 优选地，所述S2中锻造成型的始锻温度为1020-1040℃，终锻温度为840-860℃。

[0012] 优选地，所述锻造过程中坯料在锻模中不断翻转，单个磨球坯锻造时间为13-18s。

[0013] 优选地，所述S3中，水淬后磨球的出水温度为140-160℃。

[0014] 有益效果：本发明合理优化锻造耐磨钢球中的化学元素成分及其含量，添加的Mn、Mo、Cr、V、Ti、Cu等淬透性元素，能够增加过冷奥氏体的稳定性并提高钢的淬透性，减小大直径磨球的芯部和表面硬度的差值，和其它元素协调作用，细化晶粒，提高淬透性和淬硬性，[0015] 经锻造处理后压缩比大，内部组织致密，且采用风冷至室温，改善内部组织形态，避免锻后堆冷引起球体内部晶体的长大，热处理中水淬后在较低温度下取出，保证磨球整体淬硬，有效防止淬火开裂，经热处理后制备的磨球表面光洁无缺陷，硬度高、韧性好、不易破碎，其性能可媲美高铬磨球，可代替铸球用于矿石湿磨，提高磨矿效率。

具体实施方式

[0016] 下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

[0017] 实施例1

[0018] 本发明提出的一种矿山专用的大直径锻造耐磨钢球，其化学成分按重量百分比包括：C 0.8％、Si 0.9％、Mn 1.2％、Cr 1.5％、Mo 0.1％、V 0.15％、Ti 0.1％、Al 0.15％、Cu 0.05％、Zr 0.15％、Hf 0.05％、B 0.2％、P 0.02％、S 0.01％、其余为Fe和不可避免的杂质。

[0019] 本发明还提出上述矿山专用的大直径锻造耐磨钢球的制备方法，包括以下步骤：

[0020] S1、熔炼：将生铁、废钢、锰铁、硅铁、铬铁、钼铁、钒铁、钛铁、锆铁、铪铁、铝锭、铜块、硼铁加入到真空感应熔炼炉中，升温至1530℃，调整钢中各元素成分，扒渣，浇注成型，得铸件；

[0021] S2、锻造：将铸件加热至1080℃，保温1h，进行轧制，得坯料，采用空气锤对坯料进行锻造成型，得磨球坯，风冷至室温；

[0022] S3、热处理：将磨球坯放入电炉内，升温至920℃，保温1h，水淬，冷却至室温，再加热至340℃进行回火，保温1h，空冷至室温，即得。

[0023] 实施例2

[0024] 本发明提出的一种矿山专用的大直径锻造耐磨钢球，其化学成分按重量百分比包括：C 1.05％、Si 0.88％、Mn 1.3％、Cr 1.3％、Mo 0.2％、V 0.10％、Ti 0.12％、Al 0.13％、Cu 0.05％、Zr 0.10％、Hf 0.08％、B 0.2％、P 0.015％、S 0.007％、其余为Fe和不可避免的杂质。

[0025] 本发明还提出上述矿山专用的大直径锻造耐磨钢球的制备方法，包括以下步骤：

[0026] S1、熔炼：将生铁、废钢、锰铁、硅铁、铬铁、钼铁、钒铁、钛铁、锆铁、铪铁、铝锭、铜块、硼铁加入到真空感应熔炼炉中，升温至1530℃，调整钢中各元素成分，扒渣，浇注成型，浇注温度为1450℃，得铸件；

[0027] S2、锻造：将铸件加热至1080℃，保温1h，进行轧制，得坯料，采用空气锤对坯料进行锻造成型，始锻温度为1020℃，终锻温度为840℃，得磨球坯，锻造过程中坯料在锻模中不断翻转，单个磨球坯锻造时间为13s，风冷至室温；

[0028] S3、热处理：将磨球坯放入电炉内，升温至920℃，保温1h，水淬，控制磨球的出水温度为140℃，冷却至室温，再加热至340℃进行回火，保温1h，空冷至室温，即得。

[0029] 实施例3

[0030] 本发明提出的一种矿山专用的大直径锻造耐磨钢球，其化学成分按重量百分比包括：C 1.12％、Si 0.84％、Mn 1.35％、Cr 1.28％、Mo 0.26％、V 0.08％、Ti 0.15％、Al 0.13％、Cu 0.08％、Zr 0.07％、Hf 0.1％、B 0.18％、P 0.01％、S 0.005％、其余为Fe和不可避免的杂质。

[0031] 本发明还提出上述矿山专用的大直径锻造耐磨钢球的制备方法，包括以下步骤：

[0032] S1、熔炼：将生铁、废钢、锰铁、硅铁、铬铁、钼铁、钒铁、钛铁、锆铁、铪铁、铝锭、铜块、硼铁加入到真空感应熔炼炉中，升温至1540℃，调整钢中各元素成分，扒渣，浇注成型，浇注温度为1460℃，得铸件；

[0033] S2、锻造：将铸件加热至1090℃，保温1.5h，进行轧制，得坯料，采用空气锤对坯料进行锻造成型，始锻温度为1030℃，终锻温度为850℃，得磨球坯，锻造过程中坯料在锻模中不断翻转，单个磨球坯锻造时间为15s，风冷至室温；

[0034] S3、热处理：将磨球坯放入电炉内，升温至930℃，保温1.5h，水淬，控制磨球的出水温度为150℃，冷却至室温，再加热至350℃进行回火，保温1.5h，空冷至室温，即得。

[0035] 实施例4

[0036] 本发明提出的一种矿山专用的大直径锻造耐磨钢球，其化学成分按重量百分比包括：C 0.95％、Si 0.82％、Mn 1.25％、Cr 1.37％、Mo 0.18％、V 0.09％、Ti 0.16％、Al 0.1％、Cu 0.1％、Zr 0.06％、Hf 0.08％、B 0.15％、P 0.005％、S 0.005％、其余为Fe和不可避免的杂质。

[0037] 本发明还提出上述矿山专用的大直径锻造耐磨钢球的制备方法，包括以下步骤：

[0038] S1、熔炼：将生铁、废钢、锰铁、硅铁、铬铁、钼铁、钒铁、钛铁、锆铁、铪铁、铝锭、铜块、硼铁加入到真空感应熔炼炉中，升温至1540℃，调整钢中各元素成分，扒渣，浇注成型，浇注温度为1460℃，得铸件；

[0039] S2、锻造：将铸件加热至1080℃，保温1h，进行轧制，得坯料，采用空气锤对坯料进行锻造成型，始锻温度为1030℃，终锻温度为850℃，得磨球坯，锻造过程中坯料在锻模中不断翻转，单个磨球坯锻造时间为16s，风冷至室温；

[0040] S3、热处理：将磨球坯放入电炉内，升温至930℃，保温2h，水淬，控制磨球的出水温度为150℃，冷却至室温，再加热至350℃进行回火，保温1.5h，空冷至室温，即得。

[0041] 实施例5

[0042] 本发明提出的一种矿山专用的大直径锻造耐磨钢球，其化学成分按重量百分比包括：C 1.15％、Si 0.8％、Mn 1.4％、Cr 1.2％、Mo 0.3％、V 0.05％、Ti 0.17％、Al 0.10％、Cu 0.10％、Zr 0.05％、Hf 0.13％、B 0.1％、P 0.01％、S 0.007％、其余为Fe和不可避免的杂质。

[0043] 本发明还提出上述矿山专用的大直径锻造耐磨钢球的制备方法，包括以下步骤：

[0044] S1、熔炼：将生铁、废钢、锰铁、硅铁、铬铁、钼铁、钒铁、钛铁、锆铁、铪铁、铝锭、铜块、硼铁加入到真空感应熔炼炉中，升温至1540℃，调整钢中各元素成分，扒渣，浇注成型，浇注温度为1470℃，得铸件；

[0045] S2、锻造：将铸件加热至1080℃，保温1.5h，进行轧制，得坯料，采用空气锤对坯料进行锻造成型，始锻温度为1040℃，终锻温度为840℃，得磨球坯，锻造过程中坯料在锻模中不断翻转，单个磨球坯锻造时间为18s，风冷至室温；

[0046] S3、热处理：将磨球坯放入电炉内，升温至930℃，保温2h，水淬，控制磨球的出水温度为160℃，冷却至室温，再加热至360℃进行回火，保温1h，空冷至室温，即得。

[0047] 实施例6

[0048] 本发明提出的一种矿山专用的大直径锻造耐磨钢球，其化学成分按重量百分比包括：C 1.2％、Si 0.6％、Mn 1.5％、Cr 1.0％、Mo 0.3％、V 0.05％、Ti 0.2％、Al 0.05％、Cu 0.15％、Zr 0.15％、Hf 0.15％、B 0.08％、P 0.01％、S 0.01％、其余为Fe和不可避免的杂质。

[0049] 本发明还提出上述矿山专用的大直径锻造耐磨钢球的制备方法，包括以下步骤：

[0050] S1、熔炼：将生铁、废钢、锰铁、硅铁、铬铁、钼铁、钒铁、钛铁、锆铁、铪铁、铝锭、铜块、硼铁加入到真空感应熔炼炉中，升温至1550℃，调整钢中各元素成分，扒渣，浇注成型，浇注温度为1470℃，得铸件；

[0051] S2、锻造：将铸件加热至1100℃，保温1.5h，进行轧制，得坯料，采用空气锤对坯料进行锻造成型，始锻温度为1040℃，终锻温度为860℃，得磨球坯，锻造过程中坯料在锻模中不断翻转，单个磨球坯锻造时间为18s，风冷至室温；

[0052] S3、热处理：将磨球坯放入电炉内，升温至940℃，保温2h，水淬，控制磨球的出水温度为160℃，冷却至室温，再加热至360℃进行回火，保温2h，空冷至室温，即得。

[0053] 对采用本发明实施例3的配比及制备方法制备的10个直径为140mm的大直径锻造耐磨钢球进行性能检测。

[0054] 1、硬度试验：按照GB/T 230.1-2009《金属洛氏硬度试验法》进行测定。

[0055] 1)表面硬度：每个抽检钢球上测定4个点，其中两个点在钢球轧制时的“NS两极区”，另两个在钢球轧制时的“AB赤道区”，取其算术平均值；10个钢球的表面硬度的平均值为61-62HRC。

[0056] 2)体积硬度：每个钢球测5个点，其中1个点在钢球表面，另4个点分别在钢球同一全剖面上的3/4R、1/2R、1/4R及球心处，体积硬度值＝0.289×表面硬度值+0.437×(3/4R)处硬度值+0.203×(1/2R)处硬度值+0.063×(1/4R)处硬度值+0.009×芯部硬度值HRC，经计算，其体积硬度的平均值为60-61HRC。

[0057] 2、冲击韧性试验：依据GB/T 229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》，在JB-30B型冲击试验机上进行试验，试验在常温条件下进行，冲击吸收能量28～32J，表明该锻造耐磨钢球具有良好的冲击性能。

[0058] 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。