專利名稱：超高鉻磨球及其加工工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種冶金、礦山、水泥、火力發(fā)電等行業(yè)用的耐磨材料，具體地說是ー種超高鉻磨球及其加工エ藝。
背景技術：
鉻系合金磨球作為ー種研磨介質(zhì)，廣泛應用于水泥、礦山、火力發(fā)電、粉末冶金等行業(yè)。由于エ況不同，要求不同，磨球材質(zhì)也多種多樣，如有鍛造鋼球、稀土鎂球墨鑄鐵磨球，還有高、中、低鉻合金鑄球等。按加工方式分，磨球有金屬模鑄球、覆膜砂鑄球、砂型鑄球、消失模鑄球等種類。圓筒型磨機的生產(chǎn)過程都是采用物料、磨球、磨機襯板三種研磨體相互研磨的過程，物料被磨碎的同時，都伴隨著磨球、磨機襯板的磨損，使得磨球的磨損率較高。中國發(fā)明專利CN 101876027公開了“一種高鉻磨球及其二次變質(zhì)加工エ藝”，其C含量為 I. 80% 3. 20%,Si 含量為 O. 30% I. 00%、Cr 含量為 10. 00% 13. 00%,Ti 和B的重量比大于3，V和Ti的重量比大于2. 8，并嚴格控制鈦、硼、釩之間的重量比。在加エ時，配料經(jīng)脫氧處理后，再經(jīng)過一次變質(zhì)處理和二次變質(zhì)處理，一次在爐內(nèi)，一次在包內(nèi)。使用上述方法所制得的磨球的Cr/C比為3 7，不能完全得到M7C3型合金碳化物，使得磨球的淬透性、耐磨性和沖擊韌性降低，且不能用于生產(chǎn)直徑大于Φ IOOmm以上的大型磨球，并且貴金屬B、V、Ti等的加入，使得磨球的生產(chǎn)成本增加。中國發(fā)明專利CN 101760692公開了ー種“超高鉻鑄造磨球及其熱處理工藝”，其C含量為2. 00 2. 80，Cr含量為23. 00 23. 50，是在傳統(tǒng)超高鉻鑄造磨球ZQCr26化學成分和淬火エ藝的基礎上進行優(yōu)化改進，在不加Mo、Ni等貴金屬的情況下采用油冷淬火エ藝進行加工。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題，是提供一種超高鉻磨球及其加工エ藝，選擇含鉻量適中、含碳量較低的金屬原料，同時保證鉻碳比在7 10左右，以獲得最高耐磨性的金相組織馬氏體(M) +合金碳合物(M7C3) +殘余奧氏體(Aa)，且三者的比例合理，同時依次經(jīng)過一次變質(zhì)處理、脫氧、二次變質(zhì)處理的エ序來進行加工，保證了產(chǎn)品獲得表面硬度、心部硬度、沖擊韌性的最佳組合，最終使得產(chǎn)品的使用性能，耐磨性能達到最高，使用時的碎球率低、球耗低，從而實現(xiàn)礦山生產(chǎn)降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率的目的。為解決上述技術問題，本發(fā)明所采取的技術方案是
ー種超高鉻磨球，其化學成分以重量百分比計如下
C 2. 00 2. 70, Si O. 30 O. 80, Mn O. 40 I. 00, P 彡 O. 10 ,
S 彡 O. 06，Cr 18. 00 21. 00， Re O. 06 O. 12， 余量為 Fe。本發(fā)明還提供了超高鉻磨球的加工エ藝，該加工エ藝按照以下步驟順序進行
(I)熔煉按照相應的化學成分精確配料后，用酸性中頻電爐熔煉，熔清后取樣，分析化學成分符合標準后，備用；
(2)—次變質(zhì)處理
將化學成分合格的鐵水加熱至出爐溫度1500 1540°C，出爐前5 min向爐內(nèi)加入重量為鐵水重量O. 2%的孕育劑稀土硅，進行第一次變質(zhì)處理，得到一次變質(zhì)處理后的鐵水；
(3)脫氧處理
向一次變質(zhì)處理后的鐵水中加入重量為鐵水重量O. 15%的鋁，進行脫氧處理，得到脫氧后的鐵水；
(4)二次變質(zhì)處理 向脫氧后的鐵水中加入重量為鐵水重量O. 2%的釔稀土，進行第二次變質(zhì)處理，得到ニ次變質(zhì)處理后的鐵水；
(5)鑄造成型
待二次變質(zhì)處理后的鐵水溫度降至澆鑄溫度1380 1400°C時，澆鑄到預制好的金屬鐵模內(nèi)成型，凝固后開模取出鑄球；再清理磨澆ロ，得到毛坯球；
(6)淬火
將上述毛坯球在淬火爐內(nèi)加熱到970 990°C，保溫2 2. 5 h，然后倒入恒溫油槽內(nèi)的搖床里，在油槽中冷卻到鑄球溫度為200°C以下出油槽，得淬火后的鑄球；
(7)回火
將淬火后的鑄球倒入回火筐，放進回火爐內(nèi)回火，回火溫度為420 430°C，保溫時間為6 6. 5 h,出爐后放入緩冷坑；
緩冷至200°C出坑，空冷至室溫，得到成品磨球，即超高鉻磨球。由于采用了上述的技術方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，所取得的技術進步在于
(I)碳是形成合金碳化物主要元素，合金碳化物M7C3在耐磨性方面起著重要作用。碳含量決定碳化物的數(shù)量和鉻碳比。如果含碳量過高則韌性相對降低，碳鉻比下降則M7C3型合金碳化物數(shù)量減少，耐磨性降低。綜合考慮，本發(fā)明通過嚴格控制碳和鉻的含量，保證鉻碳比(Cr/C)在7 10之間，進而保證本發(fā)明的產(chǎn)品獲得最佳的耐磨性、韌性及綜合性能的配合。因此本發(fā)明高耐磨高鉻合金鑄球的C含量為2. 00 2. 70%，Cr含量為18. 00 21. 00%。Cr是碳化物形成元素，它易熔于奧氏體中以強化基體增加淬透性，使鑄球的強度和硬度明顯增加。研究表明高鉻球中的Cr/C大于5就能獲得大部分是高硬度M7C3型碳化物的金相組織；同時，鉻碳比越高，其淬透性越好。確保本發(fā)明的材質(zhì)Cr/C在7 10之間，這ー比例確保了本發(fā)明能夠完全形成高硬度HV 1300 1800的M7C3型的合金碳化物，隨著鉻合金含量提高，材質(zhì)淬透性也大大提高，其效果是大大提高鑄球的耐磨性和沖擊韌性，從而降低鑄球的磨耗，磨球的磨耗降到35g/t以下。(2)采用一次變質(zhì)處理、脫氧、二次變質(zhì)處理的加工エ藝，大大改善了本發(fā)明的合金碳化物的分布和形態(tài)，形成斷網(wǎng)、球狀，從而大大減弱碳化物對基體的割裂作用，同時去除雜質(zhì)凈化晶界，細化晶粒，組織致密起到提高韌性的目的。(3)油淬在搖床里進行，油溫恒定，磨球在搖床里滾動，保證淬火均勻。確保獲得最合理組合的金相組織M (馬氏體)+ M7C3 (合金碳化物)+ Aa(殘余奧氏體)。
(4)高溫回火エ藝充分消除熱處理產(chǎn)生的巨大的內(nèi)應力，可進ー步提高本發(fā)明所制備的超高鉻磨球的沖擊韌性和消除球表面剝落的隱患。(5)由于鉻、碳含量設計合理，加上使用二次變質(zhì)處理工藝，搖床恒油溫及高溫回火エ藝的綜合應用，使得本發(fā)明的沖擊韌性a k達到7. O 9. O J/cm2之高，這ー數(shù)值是常規(guī)高、中、低鉻球沖擊值的2 3倍，從而降低鑄球的破碎率小于O. 1%。(6)熱處理回火將鑄球硬度控制在HRC 58 62，沖擊韌性提高，使本發(fā)明鑄球的彈性增加，從而使磨機襯板的磨耗降低。本發(fā)明所制得的磨球較中國專利CN101876027所制得的磨球具有淬透性、耐磨性和沖擊韌性高的特點，本發(fā)明Cr/c比高，保證獲得淬透性高、沖擊韌性高、耐磨性高，能生產(chǎn)(MOOmm以上的大型磨球。本發(fā)明的Cr/c比為7 10，而專利CN10876027的Cr/c比為3 7，這樣的Cr/c比不能完全得到M7C3型合金碳化物，從而降低了磨球的淬透性、耐磨性和沖擊韌性，而且不能用來生產(chǎn)大于Φ IOOmm以上的大型磨球。在磨球中添加昂貴的合金元素Mo、B、V、Ti，增加了生產(chǎn)成本，以Mo為例，按目前市場價格；FeMo60 (含鑰60%的鑰 鉄)15萬/T，即150元/Kg,向材質(zhì)內(nèi)加O. 1%的Mo，需增加成本，O. 1%+60%X 150X1000 =250元/T，即材質(zhì)中含O. 1%的Mo則鑄球成本增加近250元/T。再加入B、V、Ti等貴金屬合金，鑄球成本增加近1000元/T。由于中國專利CN101876027中含Cr較低，沖擊韌性大大降低，α κ在4J/cm2以下，而本發(fā)明做制得的超高鉻磨球的沖擊韌性是其2 3倍。中國專利CN101760692中所涉及的磨球其最低Cr含量為23. 0%，比本發(fā)明最低含Cr量高出5%，生產(chǎn)成本相應增加，按高碳鉻鐵FeCr60 (含鉻Cr60%)當前市場價格8500元/T計算，5%+60%X8. 5X1000=708元/T，成本高出本發(fā)明708元/T。本發(fā)明所制得的超高鉻磨球使用的Cr含量為18. 00 21. 00%,不但具有中國專利CN101760692所制備的磨球的硬度，并且降低了生產(chǎn)成本，結(jié)合本發(fā)明采用二次變質(zhì)處理新エ藝，使產(chǎn)品組織更細密、鐵水更潔凈，從而達到?jīng)_擊韌性、耐磨性、硬度更高的目的。本發(fā)明的磨球適用于冶金選礦行業(yè)、電廠的磨機，對礦石、煤等進行粉碎。本發(fā)明下面將結(jié)合


和具體實施例作進ー步詳細說明。

圖I為本發(fā)明實施例I沖擊試驗后磨球在500倍顯微鏡下的金相組織(M+ M7C3+A殘)。
具體實施例方式實施例I
ー種超高鉻磨球，其化學成分以重量百分比計如下
C 2.45, Si O.51, Mn 0.80, P 0.056,
S0.050, Cr 18. 5, Re 0.08, 余量為 Fe。其加工エ藝按照以下步驟順序進行
一、熔煉
(I)熔化
將含有所述化學成分精確配料后用酸性中頻電爐熔煉，用酸性750kg中頻電爐熔煉，配料熔清后取樣，用直讀光譜儀分析鐵水全部化學元素的百分比含量，至含量全部符合材質(zhì)要求；
(2)—次變質(zhì)處理
將取出的鐵水加熱至出爐溫度1530°C，出爐前5 min向爐內(nèi)加入鐵水重量O. 2%的孕育劑稀土硅作第一次變質(zhì)處理，得到一次變質(zhì)處理后的鐵水；
(3)脫氧處理
向一次變質(zhì)處理的鐵水中加入鐵水重量O. 15%的鋁，進行脫氧處理，得到脫氧后的鐵
水；
(4)二次變質(zhì)處理 向脫氧后的鐵水包中加入鐵水重量O. 2%的釔稀土進行第二次變質(zhì)處理，得到二次變質(zhì)處理后的鐵水；超高鉻合金兩次稀土變質(zhì)處理鑄造磨球的澆鑄原則是高溫出爐，低溫澆鑄；
_■、鑄造成型
待鐵水包中的鐵水溫度降至澆鑄溫度，為1400°C進行澆鑄，澆鑄到預制好的金屬鐵模內(nèi)成型，凝固后開模取出鑄球，再進行清理磨澆ロ，得到毛坯球；
三、熱處理工藝 Cl)淬火
將上述毛坯球在淬火爐內(nèi)加熱到980°C，保溫2. Oh，然后倒入恒溫油槽內(nèi)的搖床里，在油槽中冷卻到鑄球溫度為200°C以下出油槽，倒入回火筐；
(2)回火
將淬火后的鑄球放進回火爐內(nèi)回火，回火溫度為420°C，保溫時間為6. O h,出爐后放入緩冷坑；
緩冷至200°C出坑，空冷至室溫，得到成品磨球，即超高鉻磨球。將最佳的試驗條件進行實驗室試驗與檢測，以驗證試驗確定的最佳成分配比與エ藝條件
實際試驗中，將含上述化學成分的超高鉻磨球，并經(jīng)上述鋳造エ藝和熱處理工藝所制得的超高鉻磨球進行了測試，相關內(nèi)容如下
①沖擊韌性a k檢驗
取本發(fā)明成品球ー個，用線切割機通過澆ロ切割出IOmm X IOmm X 55mm的無缺ロ沖擊試樣，利用150型沖擊試驗機做沖擊實驗，得沖擊值ak=8. 2 J/cm2。②硬度檢驗
球心硬度測定將做完沖擊實驗的試樣的兩對面磨平，用HR-150型洛氏體硬度計在中心位置測定硬度。其測定結(jié)果如下表
汊定點I25導均
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* ^ ^ 4 !1狀C、…JCi…Ul* ^球表面硬度測定取成品球?qū)⑶蛏舷旅婺コ蓛善叫衅矫妫肏R-150型洛氏硬度計測定3點。其測定結(jié)果如下表
權利要求
1.一種超高鉻磨球，其特征在于其化學成分以重量百分比計如下 C 2. OO 2. 70, Si O. 30 O. 80, Mn O. 40 I. 00, P ≤ O. 10 , S ≤ O. 06，Cr 18. 00 21. 00， Re O. 06 O. 12， 余量為 Fe。
2.一種如權利要求I所述的超高鉻磨球的加工工藝，其特征在于它按照以下步驟順序進行 (1)熔煉 將精確配料后的金屬材料用酸性中頻電爐熔煉為鐵水，取樣，分析化學成分，符合標準后備用; (2)—次變質(zhì)處理 鐵水加熱至出爐溫度1500 1540°C，出爐前5 min向爐內(nèi)加入重量為鐵水重量O. 2%的孕育劑稀土硅，進行第一次變質(zhì)處理，得到一次變質(zhì)處理后的鐵水； (3)脫氧處理 向一次變質(zhì)處理后的鐵水中加入重量為鐵水重量O. 15%的鋁，進行脫氧處理，得到脫氧后的鐵水； (4)二次變質(zhì)處理 向脫氧后的鐵水中加入重量為鐵水重量O. 2%的釔稀土，進行第二次變質(zhì)處理，得到二次變質(zhì)處理后的鐵水； (5)鑄造成型 待二次變質(zhì)處理后的鐵水溫度降至澆鑄溫度1380 1400°C時，澆鑄到預制好的金屬鐵模內(nèi)成型，凝固后開模取出鑄球； 進行清理磨澆口，得到毛坯球； (6)淬火 將上述毛坯球在淬火爐內(nèi)加熱到970 990°C，保溫2 2. 5 h，然后倒入恒溫油槽內(nèi)，冷卻到鑄球溫度為200°C以下出油，得淬火后鑄球； (7)回火 將淬火后鑄球回火，回火溫度為420 430°C，保溫時間為6 6. 5 h，出爐后緩冷至200°C出坑，空冷至室溫，得到成品磨球，即超高鉻磨球。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超高鉻磨球及其加工工藝，選用含鉻量適中、含碳量較低的金屬原料，保證鉻碳比在7～10左右，以獲得最高耐磨性的金相組織馬氏體(M)+合金碳合物(M7C3)+殘余奧氏體(A殘)，且三者的比例合理，加工工藝包括依次進行的一次變質(zhì)處理、脫氧、二次變質(zhì)處理等步驟。本發(fā)明保證了產(chǎn)品具有表面硬度、心部硬度與沖擊韌性為最佳的組合，從而使產(chǎn)品的使用性能、耐磨性能最佳，所制磨球在使用時碎球率低、球耗低，達到了礦山生產(chǎn)降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率的目的。本發(fā)明的磨球適用于冶金選礦行業(yè)、電廠的磨機，對礦石、煤進行粉碎。
文檔編號C21D9/36GK102839316SQ201210368130
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權日2012年9月28日
發(fā)明者趙文亮 申請人:石家莊市誠達耐磨材料有限公司