增強增韌耐磨鑄造鋼球及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋼鐵技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種納米Si3N4增強增韌耐磨鑄造鋼球及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]研究表明，對材料組織的細化處理是同時提高材料強度和韌度的最為有效途徑，而鋼中的第二相粒子(主要是夾雜物和強化相)對鋼的性能有很大影響，主要表現(xiàn)為凝固時細化鑄態(tài)組織，乳制過程中成為再結(jié)晶核心以及作為釘扎粒子阻礙晶粒長大。但只有當非金屬夾雜物尺寸小于1 μ m，且數(shù)量少到夾雜物彼此之間的距離超過10 μ m時，非金屬夾雜物才不會對材料的宏觀性能造成影響。同時，當?shù)诙嗔Ｗ雍芗毿r，才能在凝固結(jié)晶及熱加工過程中對鋼的組織起到一定的細化作用，從而提高鋼的綜合力學(xué)性能。鋼中的第二相粒子大都是鋼內(nèi)部析出產(chǎn)生的，很難控制其尺寸及分布達到上述要求?；阡撝械牡诙嗔Ｗ訉︿撔阅艿姆e極作用，因此，通過在鋼中外加超細顆粒(如納米顆粒)的新方法，來提升鋼的組織性能和綜合力學(xué)性能是一個增強鑄造鋼球性能新途徑。
[0003]但由于納米顆粒具有比表面積大、活性高、易團聚、體積密度小等特點，在煉鋼生產(chǎn)中很難實現(xiàn)用噴粉、喂絲的方法加入鋼液中并使其均勻分散。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決【背景技術(shù)】中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種納米Si3N4增強增韌耐磨鑄造鋼球及其制備方法，其制備工藝簡單、成本低，且制備的鋼球具有屈服強度高、韌性和耐沖擊性能良好、耐磨性能優(yōu)異的性能。
[0005]本發(fā)明第一方面提供一種納米Si3N4增強增韌耐磨鑄造鋼球，其組分及組分的重量百分比分別為:C:0.1 ?0.15%, Cr:5 ?7%，S1:0.2 ?0.4%，Μη:1 ?1.5%，Ρ:彡0.015%，納米Si3N4顆粒:0.1?0.3%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0006]優(yōu)選地，所述納米Si3N4顆粒的粒度為15?25nm。
[0007]本發(fā)明第二方面提供一種納米Si3N4增強增韌耐磨鑄造鋼球的制備方法，包括如下步驟:
[0008]S1、將納米Si3N4顆粒與鐵粉按比例采用行星磨在氮氣保護下進行機械混合，實現(xiàn)納米Si3N4顆粒在鐵粉中預(yù)分散；
[0009]S2、將在鐵粉中預(yù)分散的納米Si3N4顆粒加壓成型成合適大小的塊狀，置于真空電弧爐中熔融，制備得到含納米Si3N4顆粒的熔塊；
[0010]S3、將熔塊按照一定的比例加入到鋼水中，實現(xiàn)納米Si3N4顆粒在鋼水中的均勻分散；
[0011]S4、將C、Cr、S1、Mn、P與納米Si3N4顆粒按比例混合后加入到工頻爐中后，加熱到1500?1600°C，變成液體狀態(tài)；
[0012]S5、將上述液體倒入鋼包中，澆注于模具之中，冷卻脫模成型為鋼球；
[0013]S6、將鋼球進行熱處理并冷卻。
[0014]進一步地，所述步驟S2中采用50t雙柱手動液壓機將在鐵粉中預(yù)分散的納米Si3N4顆粒預(yù)壓成型。
[0015]優(yōu)選地，所述步驟S2中真空電弧爐的爐溫控制在1500?1600°C，并保溫5min。
[0016]進一步地，所述步驟S6包括:
[0017]S601、將冷卻了的鋼球加熱到1000-1050°C ；
[0018]S602、在800?900 °C下用淬火液淬火，淬火時間2min ；
[0019]S603、淬火后在450?500°C下回火，冷卻速度10_12°C /min ；
[0020]S604、待冷卻至250°C后，放入保溫桶中緩慢冷卻到室溫。
[0021]優(yōu)選地，所述步驟S603的回火過程采用空冷。
[0022]基于上述技術(shù)方案的公開，本發(fā)明提供的一種納米Si3N4增強增韌耐磨鑄造鋼球及其制備方法通過將納米Si3N4顆粒分散于鋼液中，制備得到了具有高硬度、高耐磨性能、高沖擊韌性的鋼球，對降低球磨機能耗、降低研磨成本等具有重要的作用；同時，由于采用行星磨在氮氣保護下對納米Si3N4顆粒與鐵粉按比例進行機械混合，實現(xiàn)了納米Si 3N4顆粒在鐵粉中預(yù)分散；再通過與鋼水混合、澆鑄、脫模、熱處理、冷卻等工藝，得到了屈服強度高、韌性和耐沖擊性能良好、耐磨性能優(yōu)異的納米Si3N4顆粒增強增韌耐磨鋼球。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明提出的一種納米Si3N4增強增韌耐磨鑄造鋼球的制備方法流程圖；
[0024]_為添加不同含量納米Si 3N4顆粒后鋼球晶粒尺寸的測定值；
[0025]S1為添加不同含量納米Si 3N4顆粒后鋼球表面顯微硬度的測定值。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳述。
[0027]請參照圖1，本發(fā)明提供的一種納米Si3N4增強增韌耐磨鑄造鋼球的制備方法包括如下步驟:
[0028]S1、將納米Si3N4顆粒與鐵粉按比例采用行星磨在氮氣保護下進行機械混合，實現(xiàn)納米Si3N4顆粒在鐵粉中預(yù)分散；
[0029]S2、將在鐵粉中預(yù)分散的納米Si3N4顆粒加壓成型成合適大小的塊狀，置于真空電弧爐中熔融，制備得到含納米Si3N4顆粒的熔塊；
[0030]S3、將熔塊按照一定的比例加入到鋼水中，實現(xiàn)納米Si3N4顆粒在鋼水中的均勻分散；
[0031]S4、將C、Cr、S1、Mn、P與納米Si3N4顆粒按比例混合后加入到工頻爐中后，加熱到1500?1600°C，變成液體狀態(tài)；
[0032]S5、將上述液體倒入鋼包中，澆注于模具之中，冷卻脫模成型為鋼球；
[0033]S6、將鋼球進行熱處理并冷卻。
[0034]其中，所述步驟S2中采用50t雙柱手動液壓機將在鐵粉中預(yù)分散的納米Si3N4顆粒預(yù)壓成型；真空電弧爐的爐溫控制在1500?1600°C，并保溫5min。
[0035]所述步驟S6的熱處理工作具體為:
[0036]S601、將冷卻了的鋼球加熱到1000-1050°C ；
[0037]S602、在800?900 °C下用淬火液淬火，淬火時間2min ；
[0038]S603、淬火后在450?500°C下回火，冷卻速度10_12°C /min ；
[0039]S604、待冷卻至250°C后，放入保溫桶中緩慢冷卻到室溫。
[0040]其中，回火過程采用空冷。最終鋼球的金相組織主要為珠光體。
[0041 ] 具體個案請參閱下述實施例。
[0042]實施例1:
[0043]組分及組分的重量百分比分別為:C:0.1%, Cr:5 %, S1-.0.2%, Μη:1 Ρ:< 0.015%，納米Si3N4顆粒0.1%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。將各組分加入到工頻爐中后，加熱到1500?1600°C成液體狀態(tài)，倒入鋼包中后，澆注于模具之中，待冷卻成型和熱處理后，即得到納米Si3N4顆粒增強增韌耐磨鑄造鋼球。經(jīng)過顯微硬度測試，其表面硬度達到 65HRC。
[0044]實施例2:
[0045]鋼水基材的組成為:C:0.12%, Cr:6%, Si:0.3%, Mn:1.3%, P 0.015%，納米Si3N4顆粒0.2%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。將各組分加入到工頻爐中后，加熱到1500?1600°C成液體狀態(tài)，倒入鋼包中后，澆注于模具之中，待冷卻成型和熱處理后，即得到納米Si3N4顆粒增強增韌耐磨鑄造鋼球。經(jīng)過顯微硬度測試，其表面硬度達到75HRC。
[0046]實施例3:
[0047]鋼水基材的組成為:C:0.15%, Cr:7%, Si:0.4%, Mn:1.5%, P 0.015%，納米Si3N4顆粒0.3%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。將各組分加入到工頻爐中后，加熱到1500?1600°C成液體狀態(tài)，倒入鋼包中后，澆注于模具之中，待冷卻成型和熱處理后，即得到納米Si3N4顆粒增強增韌耐磨鑄造鋼球。經(jīng)過顯微硬度測試，其表面硬度達到83HRC。
[0048]實施例4
[0049]在實施例1的基礎(chǔ)上，通過改變添加不同含量的納米Si3N4顆粒，檢測鋼球的晶粒尺寸如圖2所示。
[0050]由此可見，隨著納米Si3N4顆粒含量的增加，鋼球鑄態(tài)晶粒尺寸呈遞減規(guī)律，其晶粒組織大幅度細化。
[0051]實施例5
[0052]在實施例1的基礎(chǔ)上，通過改變添加不同含量的納米Si3N4顆粒，檢測鋼球的表面顯微硬度如胤1所示。
[0053]由此可見，隨著納米Si3N4顆粒含量的增加，鋼球硬度明顯增加。
[0054]綜上，本發(fā)明提供的所述提供的一種納米Si3N4增強增韌耐磨鑄造鋼球及其制備方法通過將納米Si3N4顆粒分散于鋼液中，制備得到了具有高硬度、高耐磨性能、高沖擊韌性的鋼球，對降低球磨機能耗、降低研磨成本等具有重要的作用；同時，由于采用行星磨在氮氣保護下對納米Si3N4顆粒與鐵粉按比例進行機械混合，實現(xiàn)了納米Si 3N4顆粒在鐵粉中預(yù)分散；再通過與鋼水混合、澆鑄、脫模、熱處理、冷卻等工藝，得到了屈服強度高、韌性和耐沖擊性能良好、耐磨性能優(yōu)異的納米Si3N4顆粒增強增韌耐磨鋼球。
[0055]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種納米Si 3N4增強增韌耐磨鑄造鋼球，其特征在于，其組分及組分的重量百分比分別為:C:0.I ?0.15%, Cr:5 ?VA，Si:0.2 ?0.4%, Mn:1 ?1.5%, P..( 0.015%，納米Si3N4顆粒:0.1?0.3%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米Si3N4增強增韌耐磨鑄造鋼球，其特征在于，所述納米Si3N4顆粒的粒度為15?25nm。3.一種納米Si 3N4增強增韌耐磨鑄造鋼球的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、將納米Si3N4顆粒與鐵粉按比例采用行星磨在氮氣保護下進行機械混合，實現(xiàn)納米Si3N4顆粒在鐵粉中預(yù)分散； 52、將在鐵粉中預(yù)分散的納米Si3N4顆粒加壓成型成合適大小的塊狀，置于真空電弧爐中熔融，制備得到含納米Si3N4顆粒的熔塊； 53、將熔塊按照一定的比例加入到鋼水中，實現(xiàn)納米Si3N4顆粒在鋼水中的均勻分散； 54、將C、Cr、S1、Mn、P與納米Si3N4顆粒按比例混合后加入到工頻爐中后，加熱到1500?1600°C，變成液體狀態(tài)； 55、將上述液體倒入鋼包中，澆注于模具之中，冷卻脫模成型為鋼球； 56、將鋼球進行熱處理并冷卻。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種納米Si3N4增強增韌耐磨鑄造鋼球的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中采用50t雙柱手動液壓機將在鐵粉中預(yù)分散的納米Si3N4顆粒預(yù)壓成型。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種納米Si3N4增強增韌耐磨鑄造鋼球的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中真空電弧爐的爐溫控制在1500?1600°C，并保溫5min。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種納米Si3N4增強增韌耐磨鑄造鋼球的制備方法，其特征在于，所述步驟S6包括: 5601、將冷卻了的鋼球加熱到1000-1050°C； 5602、在800?900°C下用淬火液淬火，淬火時間2min； 5603、淬火后在450?500°C下回火，冷卻速度10_12°C/min ； 5604、待冷卻至250°C后，放入保溫桶中緩慢冷卻到室溫。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種納米Si3N4增強增韌耐磨鑄造鋼球的制備方法，其特征在于，所述步驟S603的回火過程采用空冷。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米Si3N4增強增韌耐磨鑄造鋼球及其制備方法，所述鋼球的成分及重量百分比為：C：0.1～0.15％，Cr：5～7％，Si：0.2～0.4％，Mn：1～1.5％，P：≤0.015％，納米Si3N4顆粒0.1～0.3％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的鋼材具有屈服強度高，韌性和耐沖擊性能良好，耐磨性能優(yōu)異的性能，且制備工藝簡單，鋼球成本低。
【IPC分類】C21D9/36, C22C33/04, C21D1/18, C22C38/18
【公開號】CN105331894
【申請?zhí)枴緾N201510653820
【發(fā)明人】胡大為
【申請人】湖南電力耐磨金屬制品有限公司
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年10月11日