專利名稱：：超耐磨鑄鋼磨球及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種水泥、火電、選礦等行業(yè)用耐磨材料，具體地說是一種超耐磨鑄鋼磨球及其制備方法。
背景技術(shù)：
：鉻系合金鑄造磨球是廣泛應(yīng)用于冶金選礦、水泥建材、火力發(fā)電等行業(yè)的主要消耗材料。目前，磨球均為碳含量較高的鑄鐵磨球，以重量百分比計的化學(xué)成分為C:23.6，Si:0.301.50，Mn:0.401.50，Cr:1.0028，P<0.10，S<0.06，余量為Fe。其鑄造工藝大多為手工金屬模造型，熱處理工藝多為風(fēng)冷淬火，部分為油冷淬火。目前國內(nèi)磨球市場除鍛打球以外基本上全是鑄鐵磨球，按鉻合金含量區(qū)分主要有低鉻(ZQCr2)、中鉻(ZQCr5)、高鉻(ZQCrl2)、超高鉻(ZQCrl5、ZQCr20、ZQCr26)等六種產(chǎn)品，前兩種均為非淬火磨球，硬度低、耐磨性差、資源浪費(fèi)嚴(yán)重；后四種雖然耐磨性較好但成本較高，尤其是隨著近幾年鉻鐵價格的飛漲，生產(chǎn)成本愈來愈高，其性價比的優(yōu)勢正在逐漸喪失?；谏鲜鲈颍F(xiàn)有產(chǎn)品均為鑄鐵材質(zhì)，致密度低，韌性差，耐磨性有待進(jìn)一步提高；手工生產(chǎn)勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，難于實現(xiàn)清潔生產(chǎn)和機(jī)械化生產(chǎn)。而消失模鑄造是一項創(chuàng)新的鑄造工藝方法，其工藝流程包括預(yù)發(fā)泡、模型成型、模型簇組合、模型簇浸涂、澆注、落砂清理。采用該鑄造工藝，在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等方面具有很大的優(yōu)勢，可降低勞動強(qiáng)度，生產(chǎn)效率高，可有效地克服現(xiàn)有手工生產(chǎn)所存在的弊??；此外，鉻合金含量低的產(chǎn)品不耐磨，鉻合金含量高的雖然耐磨性有所提高，但成本較高，性價比較低。因此，加快磨球產(chǎn)品技術(shù)更新、換代步伐，開發(fā)性價比更高的替代產(chǎn)品，已經(jīng)成為耐磨材料企業(yè)的重要責(zé)任和當(dāng)務(wù)之急。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，是提供一種超耐磨鑄鋼磨球及其制備方法，降低C含量，在不增加鉻合金含量的前提下提高鉻碳比，所制備的鑄鋼磨球產(chǎn)品的致密度、沖擊韌性和耐磨性均有較大的提高。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是—種超耐磨鑄鋼磨球，由以下重量百分比的化學(xué)成分制成C:0.801.10，Si:0.401.20，Mn:0.501.00，Cr:6.508.50，Ti:0.150.20，Re:0.020.03，P<0.03，S<0.03，余量為Fe。作為優(yōu)選配比，所述磨球由以下重量百分比的化學(xué)成分制成C:1.10，Si:1.14，Mn:0.81，Cr:8.11，Ti:0.18，Re:0.025，P:0.028，S:0.025，余量為Fe。本發(fā)明同時提供了上述超耐磨鑄鋼磨球的制備方法，該制備方法按照以下步驟順序進(jìn)行(1)鑄造成型將含有權(quán)利要求1或2所述化學(xué)成分的金屬熔液經(jīng)鑄造成型后，清理，得鑄件；(2)加熱、油淬將上步得鑄件加熱至96098(TC，保溫3-3.5小時，然后進(jìn)行油淬，在油中冷卻至20(TC以下，出油；(3)回火升溫到250-28(TC進(jìn)行回火，保溫34小時，出爐，放入緩冷坑緩慢冷卻到室溫，即得成品超耐磨鑄鋼磨球。作為上述制備方法的優(yōu)化，所述鑄造成型為機(jī)械化消失模鑄造成型。采用本技術(shù)方案，其效果如下①碳為生成共晶碳化物的主要元素，共晶碳化物在耐磨性方面起著重要作用。碳含量決定碳化物的數(shù)量。但碳量過高，則韌性降低。基于綜合考慮，本發(fā)明的主要技術(shù)手段通過降低碳含量，由鑄鐵球改為鑄鋼球，在不增加鉻合金含量的前提下提高鉻碳比(Cr/C)，進(jìn)而進(jìn)一步提高致密度、沖擊韌性和耐磨性。因此，本發(fā)明磨球的C含量為O.08%1.10%，優(yōu)選配比1.10%。②添加適量的鈦(Ti)和稀土(Re):Ti不僅有強(qiáng)烈的細(xì)化晶粒作用，而且還可以形成一定比例的TiC硬質(zhì)基點彌散分布于基體中，從而明顯提高磨球的綜合機(jī)械性能，特別是硬度、耐磨性和沖擊韌性；Re能起到凈化鋼液、去除夾雜、細(xì)化晶粒的作用，可實現(xiàn)對磨球的孕育處理，使磨球的晶粒細(xì)化，夾雜物均勻彌散分布，形狀以球形為主，減弱了夾雜物對磨球基體的割裂作用，從而提高磨球的綜合機(jī)械性能，特別是沖擊韌性。但加入過量后，雖然磨球的晶?？蛇M(jìn)一步細(xì)化，但磨球中夾雜物數(shù)量增加過多，導(dǎo)致磨球的韌性反而降低。因此，Ti的含量為0.15%0.20%;Re的含量為0.02%0.03%。③Cr是碳化物形成元素，Cr熔于奧氏體中強(qiáng)化基體且不降低韌性，推遲過冷奧氏體轉(zhuǎn)變，增加磨球的淬透性，Cr使磨球的強(qiáng)度和硬度明顯提高，此外Cr還能細(xì)化晶粒，提高回火穩(wěn)定性。隨著Cr含量的增高會犧牲沖擊韌性，沖擊韌性會大大降低而且勢必增加磨球的成本，如果減少鉻合金的加入量，使鉻含量降低4%，就可降低成本7.6%，產(chǎn)品的性價比進(jìn)一步提高；但如果Cr含量過低，則鉻、碳比太低，耐磨性較差。因此，本發(fā)明磨球中Cr含量為6.50%8.50%，優(yōu)選8.11%。④錳是提高淬透性、擴(kuò)大奧氏體區(qū)的一種有效元素。其作用一是脫氧，二是強(qiáng)化基體和碳化物。含錳量過高，增加了奧氏體的穩(wěn)定性，降低了Ms點，不利于鑄態(tài)奧氏體轉(zhuǎn)變；少量的錳對于屈氏體有細(xì)化作用?？紤]脫氧和脫硫的需要，錳含量應(yīng)控制在0.50%1.00%，優(yōu)選含量為0.81%。⑤采用機(jī)械化消失模鑄造工藝，可實現(xiàn)磨球的機(jī)械化批量生產(chǎn)，大幅度提高生產(chǎn)效率，減輕勞動強(qiáng)度，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。綜上所述，采用本發(fā)明技術(shù)方案的超耐磨鑄鋼磨球，其耐磨性比高鉻鑄鐵磨球(ZQCrl2)提高30%以上，洛氏硬度HRC58.8，高于ZQCrl2國標(biāo)規(guī)定的HRC56;沖擊韌性6.5J/cm2，高于ZQCr12的4J/cm2;耐磨性與高鉻鑄鐵磨球(ZQCrl2)之比為2.0563/1.6852;其制備方法可實現(xiàn)產(chǎn)品機(jī)械化批量生產(chǎn)，大幅度提高生產(chǎn)效率，減輕勞動強(qiáng)度，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。本發(fā)明的超耐磨鑄鋼磨球可作為耐磨材料應(yīng)用于水泥、火電、選礦等行業(yè)，進(jìn)行粉料加工。本發(fā)明下面將結(jié)合具體實施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明。具體實施例方式以下實施例用于補(bǔ)充說明本發(fā)明，而不是本發(fā)明的限定。實施一—種超耐磨鑄鋼磨球，由以下重量百分比的化學(xué)成分制成C:1.10，Si:1.14，Mn:0.81，Cr:8.11，Ti:0.18，Re:0.025，P:0.028，S:0.025，余量為Fe。其鑄造工藝為機(jī)械化消失模鑄造成型金屬熔液一發(fā)泡成型一烘干一浸刷涂料一烘干一組型一裝箱澆鑄一出箱清理，得鑄件。其熱處理工藝(12)加熱、油淬將上步得鑄件裝入高溫電阻爐加熱至96(TC，保溫3小時，然后進(jìn)行油淬，在油中冷卻至20(TC以下，出油；(13)回火裝入回火爐，重新升溫到25(TC保溫3小時，出爐，放入緩冷坑緩慢冷卻到室溫，即得成品超耐磨鑄鋼磨球。實際試驗中，對含上述化學(xué)成分并經(jīng)上述鑄造工藝和熱處理工藝所制得的超耐磨鑄鋼磨球磨球進(jìn)行了測試，相關(guān)內(nèi)容如下①試驗條件和方法用線切割切取試驗用試樣，用金相顯微鏡分析金相組織，用沖擊試驗機(jī)進(jìn)行沖擊試驗測定材料的沖擊韌度。試樣為10mmX10mmX55mm無缺口試樣，用HR-150A型硬度計測定球表面硬度及磨球內(nèi)部的硬度分布。用MLD-10型動載磨料磨損試驗機(jī)測定磨球的耐磨性。②試驗結(jié)果i.硬度測定球表面三個點其平均硬度值為HRC58.8，再用線切割經(jīng)球心部切割出10mmX10mmX80mm試塊測定球內(nèi)部硬度分布，結(jié)果如下表所示(R為球半徑)。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>球體積硬度AVH=0.009X57.2+0.063X57.5+0.203X57.7+0.437X58.2+0.289X58.8=58.3ii.金相組織分析熱處理后金相組織為M+M7C3+Ar，M7C3碳化物為斷網(wǎng)狀分布。iii.沖擊韌度測定試樣尺寸10mmX10mmX55mm無缺口試樣。結(jié)果如下表試樣編號沖擊韌度ak(J/cm2)S-16.5S-210.0iv.耐磨性試驗a、試驗設(shè)備MLD-IO型動載磨料磨損試驗機(jī)b、試驗參數(shù)試樣尺寸10mmX10mmX40mm沖擊功4J沖擊次數(shù)150次/min對磨試樣淬火45鋼硬度HRC58圓環(huán)試樣，轉(zhuǎn)速為200r/min磨料1.01.5mm石英砂，流量為100kg/h耐磨試驗在上述參數(shù)下，開動磨損試驗機(jī)，先予磨20min使試樣磨損面與對磨環(huán)形試樣吻合，卸下試樣清洗干凈烘干，用德國塞利斯電子天枰(分度值為0.01mg)測定出試前試樣重量，將稱重后的試樣裝上試驗機(jī)進(jìn)行磨損試驗，試驗時間為30min，卸下試樣洗凈烘干，用電子天枰測定出磨損試驗后的重量。以磨損失重來表示材料的耐磨性，磨損試驗結(jié)果下表試樣編號試前重(g)試后重(g)失重(g)磨損率w(g/h)耐磨性e(h/g)M-131.735731.52540.21030.42062.3776M-229.632229.39930.23290.46582.1468平均值30.684030.46240.22160.44322.2563③本發(fā)明涉及的磨球與傳統(tǒng)ZQCrl2性能指標(biāo)比較磨球品種Cr(%)表面硬度(HRC)沖擊韌性(J/cm2)耐磨性(h/g)ZQCrl211-13574.51.6825本發(fā)明6.5-8.558.86.52.0563與在實驗室相同工況條件下ZQCrl2的性能指標(biāo)相比，本發(fā)明鑄鋼球硬度比傳統(tǒng)ZQCrl2高3.1%，沖擊韌性高44%，耐磨性高22%，成本下降7.6%。綜上所述，結(jié)論如下1、試驗結(jié)果表明用消失模生產(chǎn)的磨球表面光滑，澆口小，無合?？p2、本實施例的磨球其耐磨性為2.0563h/g，是ZQCrl2的1.22倍。3、本實施例的磨球沖擊韌度與ZQCr26相當(dāng)，是ZQCrl2的1.45倍，因此破碎機(jī)率會大大降低。4、盡管鉻含量減少4%，成本降低7.6%，耐磨性反而提高22%，是一種性價比極高、值得大力推廣的新型磨球。實施例二一實施例六實施例二一實施例六分別為一種超耐磨鑄鋼磨球，各自的化學(xué)成分如下表所示。實施例二一實施例六的超耐磨鑄鋼磨球按照以下方法步驟制備(1)鑄造成型將含有權(quán)利要求1或2所述化學(xué)成分的金屬熔液經(jīng)機(jī)械化消失模鑄造成型后，清理，得鑄件；(2)加熱、油淬將上步得鑄件裝入高溫電阻爐加熱至相應(yīng)溫度，保溫相應(yīng)時間，然后進(jìn)行油淬，在油中冷卻至20(TC以下，出油；(3)回火裝入回火爐，升溫到至相應(yīng)回火溫度，保溫相應(yīng)時間，出爐，放入緩冷坑緩慢冷卻到室溫，即得成品超耐磨鑄鋼磨球，測得的相應(yīng)的機(jī)械性能如下表所示。7<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求一種超耐磨鑄鋼磨球，其特征在于它由以下重量百分比的化學(xué)成分制成C0.80～1.10，Si0.40～1.20，Mn0.50～1.00，Cr6.50～8.50，Ti0.15～0.20，Re0.02～0.03，P＜0.03，S＜0.03，余量為Fe。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超耐磨鑄鋼磨球，其特征在于它由以下重量百分比的化學(xué)成分制成C:1.10，Si:1.14，Mn:0.81，Cr:8.11，Ti:0.18，Re:0.025，P:0.028，S:0.025，余量為Fe。3.—種如權(quán)利要求1或2所述的超耐磨鑄鋼磨球的制備方法，其特征在于該制備方法按照以下步驟順序進(jìn)行(1)鑄造成型將含有權(quán)利要求1或2所述化學(xué)成分的金屬熔液經(jīng)鑄造成型后，清理，得鑄件；(2)加熱、油淬將上步得鑄件加熱至96098(TC，保溫3-3.5小時，然后進(jìn)行油淬，在油中冷卻至20(TC以下，出油；(3)回火升溫到250-28(TC進(jìn)行回火，保溫34小時，出爐，放入緩冷坑緩慢冷卻到室溫，即得成品超耐磨鑄鋼磨球。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超耐磨鑄鋼磨球的制備方法，其特征在于所述鑄造成型為機(jī)械化消失模鑄造成型。全文摘要本發(fā)明涉及一種超耐磨鑄鋼磨球及其制備方法，該磨球由以下重量百分比的化學(xué)成分制成C0.80～1.10，Si0.40～1.20，Mn0.50～1.00，Cr6.50～8.50，Ti0.15～0.20，Re0.02～0.03，P＜0.03，S＜0.03，余量為Fe；其制備方法采用機(jī)械化消失模鑄造成型，鑄件經(jīng)加熱、保溫后油淬，再進(jìn)行回火即得成品，可實現(xiàn)磨球的機(jī)械化批量生產(chǎn)，大幅度提高生產(chǎn)效率，減輕勞動強(qiáng)度，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。本發(fā)明所制備的超耐磨鑄鋼磨球，其耐磨性、洛氏硬度、沖擊韌性均高于現(xiàn)有Cr12高鉻鑄鐵磨球。本發(fā)明的超耐磨鑄鋼磨球可作為耐磨材料應(yīng)用于水泥、火電、選礦等行業(yè)，進(jìn)行粉料加工。文檔編號C22C38/28GK101748332SQ20101003337公開日2010年6月23日申請日期2010年1月14日優(yōu)先權(quán)日2010年1月14日發(fā)明者武慶存申請人:河北豪特耐磨材料有限公司