專利名稱：超高鉻磨球及其加工工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及ー種冶金、礦山、水泥、火力發電等行業用的耐磨材料，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，廣泛應用于水泥、礦山、火力發電、粉末冶金等行業。由于エ況不同，要求不同，磨球材質也多種多樣，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。中國發明專利CN 101876027公開了“一種高鉻磨球及其二次變質加工エ藝”，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，配料經脫氧處理后，再經過一次變質處理和二次變質處理，一次在爐內，一次在包內。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，使得磨球的生產成本增加。中國發明專利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，是在傳統超高鉻鑄造磨球ZQCr26化學成分和淬火エ藝的基礎上進行優化改進，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。
發明內容
本發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，同時依次經過一次變質處理、脫氧、二次變質處理的エ序來進行加工，保證了產品獲得表面硬度、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，從而實現礦山生產降低生產成本、提高生產效率的目的。為解決上述技術問題，本發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，進行第一次變質處理，得到一次變質處理后的鐵水；
(3)脫氧處理
向一次變質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，進行第二次變質處理，得到ニ次變質處理后的鐵水；
(5)鑄造成型
待二次變質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加熱到970 990°C，保溫2 2. 5 h，然后倒入恒溫油槽內的搖床里，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，本發明與現有技術相比，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型合金碳化物數量減少，耐磨性降低。綜合考慮，本發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，進而保證本發明的產品獲得最佳的耐磨性、韌性及綜合性能的配合。因此本發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。確保本發明的材質Cr/C在7 10之間，這ー比例確保了本發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)采用一次變質處理、脫氧、二次變質處理的加工エ藝，大大改善了本發明的合金碳化物的分布和形態，形成斷網、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生的巨大的內應力，可進ー步提高本發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，使得本發明的沖擊韌性a k達到7. O 9. O J/cm2之高，這ー數值是常規高、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，使本發明鑄球的彈性增加，從而使磨機襯板的磨耗降低。本發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(MOOmm以上的大型磨球。本發明的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,向材質內加O. 1%的Mo，需增加成本，O. 1%+60%X 150X1000 =250元/T，即材質中含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%，比本發明最低含Cr量高出5%，生產成本相應增加，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，成本高出本發明708元/T。本發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，并且降低了生產成本，結合本發明采用二次變質處理新エ藝，使產品組織更細密、鐵水更潔凈，從而達到沖擊韌性、耐磨性、硬度更高的目的。本發明的磨球適用于冶金選礦行業、電廠的磨機，對礦石、煤等進行粉碎。本發明下面將結合
和具體實施例作進ー步詳細說明。
圖I為本發明實施例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要求；
(2)—次變質處理
將取出的鐵水加熱至出爐溫度1530°C，出爐前5 min向爐內加入鐵水重量O. 2%的孕育劑稀土硅作第一次變質處理，得到一次變質處理后的鐵水；
(3)脫氧處理
向一次變質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處理，得到二次變質處理后的鐵水；超高鉻合金兩次稀土變質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加熱到980°C，保溫2. Oh，然后倒入恒溫油槽內的搖床里，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，相關內容如下
①沖擊韌性a k檢驗
取本發明成品球ー個，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。其測定結果如下表
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* ^ ^ 4 !1狀C、…JCi…Ul* ^球表面硬度測定取成品球將球上下面磨成兩平行平面，用HR-150型洛氏硬度計測定3點。其測定結果如下表
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)—次變質處理 鐵水加熱至出爐溫度1500 1540°C，出爐前5 min向爐內加入重量為鐵水重量O. 2%的孕育劑稀土硅，進行第一次變質處理，得到一次變質處理后的鐵水； (3)脫氧處理 向一次變質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，進行第二次變質處理，得到二次變質處理后的鐵水； (5)鑄造成型 待二次變質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加熱到970 990°C，保溫2 2. 5 h，然后倒入恒溫油槽內，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處理、脫氧、二次變質處理等步驟。本發明保證了產品具有表面硬度、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，達到了礦山生產降低生產成本、提高生產效率的目的。本發明的磨球適用于冶金選礦行業、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 優先權日2012年9月28日
發明者趙文亮 申請人:石家莊市誠達耐磨材料有限公司