一种高碳多元素合金铸造磨球的生产工艺方法技术

本发明专利技术涉及应用于建材水泥等行业的粉体工程的研磨介质，一种高碳多元素合金铸造磨球的生产工艺方法。本发明专利技术铸造磨球的化学成分如下：碳：１．４－２．５％，硅：０．７５－０．８２％，锰：０．４６－０．９％，铬：４．５－６．０％，磷：０．０４－０．０６％，硫：０．０４－０．０５４％；铜：０．０４－０．０６％，钼：０．０３－０．０４％，镍：０．０２－０．０３％，钨：０．０２％，复合重稀土变质剂：０．１３－０．１５％，铁：９０．４－９１．４％。生产操作步骤包括冶炼、浇铸、热处理和力学性能检测及掼制检验；其中热处理淬火为油淬处理，改进在于：Ａ．淬火前进行奥氏体化处理，Ｂ．淬火油温度为８０－１４０℃，淬火时间为６－２０分钟。采用本发明专利技术配方使磨球晶粒细化，组织致密，提高韧性；采用本发明专利技术工艺使高铬磨球硬度达到ＨＲｃ６２－６４，显著提高磨球的韧性和耐磨性。在进一步提高磨球抗磨、抗破碎性能的前提下，减少了贵金属铬的含量，同比降低磨球制造成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及应用于建材水泥、矿山冶金、能源火电、非金属加工、水煤桨及磁性材料 等行业的粉体工程的研磨介质及生产工艺方法。
技术介绍
磨球作为一种研磨介质，广泛应用于建材水泥、矿山冶金、能源火电、非金属加工、 水煤浆及磁性材料等行业的粉体工程。由于需满足各行业不同设备、不同工况条件的要求， 制造磨球的材质多种多样，如锻制钢球、球墨铸铁磨球、铬合金铸造磨球等，规格亦从06mm 到015Omm甚至更大直径。铬合金铸造磨球是继锻制钢球、普通白口铸铁磨球发展起来的新一代高效磨球，其高 铬合金铸造磨球的含铬量一般大于10%,公知热处理技术为空气淬火与低温回火。在这种 条件下，高硬度的M7C3型碳化物几乎全部代替了 M3C型碳化物。与呈网状连续分布的M3C 型碳化物相比，大大增强了基体的连续性，因而磨球的硬度和韧性均显著提高。而现行国 家标准及行业标准中规定中铬合金铸造磨球的铬(Cr)含量范围为5%-10%，其淬火态硬度 为HRc52-56。(详见国家标准《铸造磨球》GB/T17445-1998，建材行业标准《建材工 业用铬合金铸造磨球》JC/T533-2004，冶金行业标准《合金铸铁球》YB/T092-2005)近些年来，中、高铬铸造磨球虽然已在较大范围内得到广泛应用，但由于我国的铬矿 贫乏，络铁的价格是一涨再涨，钼、镍、钛、铜等贵重金属的价格亦不断攀升。再加上铬 合金铸造磨球的生产设备投入较大，生产工艺较为复杂，导致铬合金铸造磨球的成本持续 增长，给磨球的制造企业与使用企业都带来相当大的压力；另一方面在水泥、矿山等行业， 球磨机的直径、功率及产能都朝着大型化、高效化发展，希望磨球的性价比更好，即硬度 要高、磨耗要低、售价合理；以创造更好的经济、社会效益，目前国产中、高铬铸造磨球 淬火态硬度仅为HRc52-56，已远不能满足国内外市场的要求。
技术实现思路
为了节约铬(Cr)等稀缺贵重金属材料，同时提高磨球的硬度，降低制造成本，本发 明的目的之一是提供低铬含量的一种高碳多元素合金铸造磨球，以替代目前采用公知技术 制造的高铬铸造磨球，目的之二是提供前述一种高碳多元素合金铸造磨球的生产工艺方 法。本专利技术的技术方案是这样的 实现上述的目的的技术解决方案如下一种高碳多元素合金铸造磨球，其化学成分如下-碳1.4-2.5%, 硅0.75-0.82%, 锰0.46-0.9%,铬4,5-6.0%， 磷0.04-0.06%, 硫0,04-0.054%;铜0.04-0.06%，钼0.03-0.04%， 镍0.02-0.03%，鹆0.02%， 复合重稀土变质剂0.13-0.15%,铁90.4-91.4%。，所用主要原料包括废钢，生产操作步 骤包括冶炼、浇铸、热处理和力学性能检测及掼制检验；其中热处理包括奥氏体化处理、 淬火处理和回火处理，淬火处理为油淬处理；上述奥氏体化处理，第一阶段由常温升至350-400'C、时间2-3小时；第二阶段升温 至550-600°C、时间2-3小时；第三阶段升温至800'C、时间2.5-3.5小时；第四阶段升 温至950-980°C、时间2.5-3.5小时，出炉；上述油淬处理的淬火油温度为80-140'C,淬火时间为6-20分钟，冷却到室温再进行 回火处理。本专利技术机理浅析如下铬合金铸造磨球在合适的温度、合适的铁液基本成分的条件下，通过复合重稀土变质 及孕育处理、多元微合金化处理的过程中除充分发挥各自的冶金处理作用外，还彼此互相 影响。例如A、 随着多元微合金元素的溶入改变了碳在奥氏体中的扩散系数，在凝固过程连续冷 却条件下，扩散速度减小就意味着碳的析出量的减少；B、 由良好的孕育效果形成的一定量的异质形核质点将导致奥氏体脱溶的碳原子和因 铁液中浓度起伏出现的碳原子集团优先向其扩散，从而使碳化物转向以异质形核为主的结 晶方式sC、 复合重稀土等活性元素吸附在新生碳化物表面，使其难以连结成网状；D、 在凝固过程中由于溶质元素再分配使添加的各种合金元素富集在奥氏体结晶前沿 的液体中，提高了初晶奥氏体的形核率，使奥氏体基体细化；E、 经过复合重稀土变质、孕育处理及多元微合金化后，增大了铁液过冷倾向，使冷 却速度对结晶过冷度的影响减弱，从而表现为铸造磨球断面的组织、性能趋以一致；F、 铸造磨球在一定冷却速度条件下凝固时，合金元素对延缓奥氏体转变的作用，突 出表现在能否进行或多大程度上可能发生马氏体相变上。A—p是碳浓度变化的扩散型转 变；A—M是碳浓度不变的结构型转变，而对碳原子来讲则是视其是处在长程还是短程的运 动状态。当这种作用使碳原子只能在晶体内作短程运动，依托相变驱动力所产生的高速的铁原子晶格切变，就会在瞬间形成马氏体。 本专利技术中各种化学元素的作用碳(C):在铸造磨球中是最基本、最重要的元素。其含量多少直接决定共晶碳化物和 基体的相对量，提高含碳量，可提高硬度、耐磨性，含碳量降低，韧性增加，故含碳量控 制在1. 4一3. 0%范围内是合适的。铬(Cr):是最重要的合金元素，为了保证有足够数量且高耐磨性的(CrFe)7C3型碳化物, 应适度增加铬的含量。但其含量增加，虽碳化物亦增多，但生产成本增加。本专利技术将铬控 制在4一6.5%范围内。锰(Mn)和硅(Si):锰是稳定奥氏体的元素，使Ms点下降使残余奥氏体增加.加入较高 的Mn，主要用来脱硫、脱氧，以增加韧性，故控制锰含量在0.4 — 1.0%范围内。适量的 硅主要用于脱氧，因为过高的硅将导致韧性下阵，会使磨球使用过程有剥落现象，故将硅 置控制在0.6—1.0%范围内。铜(Cu)、钼(Mo)、镍(Ni)、钨(W)等合金的作用是显著提高淬透性，且具有较强的促 进马氏体相变的作用。该类合金既可固溶于铁素体或奥氏体中，强化基体，提高基体的硬 度，又可形成复杂碳化物，还能明显细化碳化物。因此加入微量的Cu、 Mo、 Ni、 W等合金 元素能提高磨球的综合力学性能。硫(S)与磷(P):为有害元紊，降低磨球的力学性能，硫与磷是炉料带入的，所以要严 格控制炉料质量，并进行脱硫脱磷处理，使所生产磨球的硫、磷含量均控制在0.1%以下 为宜。复合重稀土变质剂(Y-Re)对铁水有净化、变质和促进合金化作用，能脱氧、除气、净 化铁水，所生成氧化物可作为异质形核核心，细化基体晶粒组织，改善碳化物的形态与分 布，含量均控制在O. 1-0.2%以内。本专利技术的有益技术效果体现在下以几个方面1、本专利技术的高碳多元素合金铸造磨球经过多元微合金化、复合重稀土变质、油淬及 回火处理后，基体组织和碳化物状态均发生了较大的变化，主要表现在(1) 、晶粒度由传统高铬白口铸铁的2-3级，提升到7-8级。(2) 、夹杂物不但在数量上有较大的减少而且形态上也出现了球状变化；(3) 、铸态组织避免和消除了网状碳化物，基体为细片状或短棱柱状马氏体；(4) 、力学性能和抗磨性能大幅度提高，硬度稳定在冊c6264，落球冲击试验次数超 过18000次。与现行国家标准及行业标准相比，本专利技术磨球的铬含量平均降低20%-35%， 而硬度提高10. 7%-14. 3%,落球冲击疲劳次数提高125%,破碎率降低50%，具体数据如表<table>table see original document page 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高碳多元素合金铸造磨球，其特征在于：所述铸造磨球的化学成分如下：　碳：１．４－２．５％，硅：０．７５－０．８２％，锰：０．４６－０．９％，　铬：４．５－６．０％，磷：０．０４－０．０６％，硫：０．０４－０．０５４％；　铜：０．０４ －０．０６％，钼：０．０３－０．０４％，镍：０．０２－０．０３％，　钨：０．０２％，复合重稀土变质剂：０．１３－０．１５％，　铁：９０．４－９１．４％。

【技术特征摘要】
CN 2008-8-21 200810196238.01、一种高碳多元素合金铸造磨球，其特征在于所述铸造磨球的化学成分如下碳1.4-2.5％， 硅0.75-0.82％，锰0.46-0.9％，铬4.5-6.0％， 磷0.04-0.06％，硫0.04-0.054％；铜0.04-0.06％，钼0.03-0.04％，镍0.02-0.03％，钨0.02％， 复合重稀土变质剂0.13-0.15％，铁90.4-91.4％。2、根据权利要求1所述的一种高碳多元素合金铸造磨球...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宗明，陈晓，明章林，赵金华，汪国清，
申请(专利权)人：安徽省凤形耐磨材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]