一種低碳高鉻耐磨球及其製備工藝

《一種低碳高鉻耐磨球及其製備工藝》是寧國市開源電力耐磨材料有限公司於2016年8月23日申請的發明專利，該專利申請號為2016107083663，公布號為CN106319336A，專利公布日為2017年1月11日，發明人是汪德發、徐光清、李英虎、孫成芳、劉四新、龍國琴。

《一種低碳高鉻耐磨球及其製備工藝》提出了一種低碳高鉻耐磨球及其製備工藝，所述低碳高鉻耐磨球由以下質量份數組成：碳2.35‑2.46％、矽0.85‑1.12％、錳0.45‑0.6％、鉻18‑22％、鋁0.2‑0.25％、鈦0.1‑0.18％、鉭0.05‑0.1％、硼0.1‑0.12％、鈮0.02‑0.04％、鋯0.01‑0.03％、硫0.01‑0.025％、磷0.01‑0.025％、氮0.2‑0.24％、餘量為鐵和不可避免的雜質，該發明通過熔煉、澆注、淬火、回火等步驟製備而成，降低了碳元素的含量，並在熔煉的過程中通入氮氣，通過形成金屬氮化物提高材料的耐磨性，同時避免了碳化物過量導致淬透性降低，該發明低碳高鉻耐磨球淬火態HRC≥65，衝擊疲勞壽命≥19600次，破碎率≤2.5％。

2020年7月17日，《一種低碳高鉻耐磨球及其製備工藝》獲得安徽省第七屆專利獎優秀獎。

基本介紹

• 中文名：一種低碳高鉻耐磨球及其製備工藝
• 公布號：CN106319336A
• 公布日：2017年1月11日
• 申請號：2016107083663
• 申請日：2016年8月23日
• 申請人：寧國市開源電力耐磨材料有限公司
• 地址：安徽省宣城市寧國市經濟技術開發區河瀝工業集中區
• 發明人：汪德發、徐光清、李英虎、孫成芳、劉四新、龍國琴
• 代理機構：合肥順超智慧財產權代理事務所
• 代理人：俞強
• Int.Cl.：C22C37/10(2006.01)I、C22C37/06(2006.01)I、C22C33/08(2006.01)I、C21D1/18(2006.01)I
• 類別：發明專利

專利背景

球磨機是物料被破碎之後，再進行粉碎的關鍵設備。它廣泛套用於水泥，矽酸鹽製品，新型建築材料、耐火材料、化肥、黑與有色金屬選礦以及玻璃陶瓷等生產行業，對各種礦石和其它可磨性物料進行乾式或濕式粉磨。在球磨機中鋼球是重要的組成部分，它的主要作用是對物料進行衝擊破碎，同時也起到一定的研磨作用，鋼球的質量對粉碎效果和粉磨效率會產生直接的影響，並最終影響球磨機產量，因此，鋼球要有足夠高的強度和耐衝擊性能。

在中國公開的CN105112768A中針對磨球的耐磨性能做出了提升，提出了一種釩鈦合金耐磨鑄球，其通過加入含釩量促進碳化物的形成從而提升硬度，但是碳化物含量過高會導致固溶合金元素含量降低，基體強化度低，淬透性差，而且釩也為降低淬透性的元素，大量的添加釩不利於磨球的韌性，綜合機械性能差。

發明內容

技術方案

《一種低碳高鉻耐磨球及其製備工藝》由以下質量份數組成：碳2.35-2.46％、矽0.85-1.12％、錳0.45-0.6％、鉻18-22％、鋁0.2-0.25％、鈦0.1-0.18％、鉭0.05-0.1％、硼0.1-0.12％、鈮0.02-0.04％、鋯0.01-0.03％、硫0.01-0.025％、磷0.01-0.025％、氮0.2-0.24％、餘量為鐵和不可避免的雜質。優選的，一種低碳高鉻耐磨球由以下質量份數組成：碳2.3-2.46％、矽1-1.12％、錳0.5-0.6％、鉻20-22％、鋁0.23-0.25％、鈦0.14-0.18％、鉭0.08-0.1％、硼0.11-0.12％、鈮0.03-0.04％、鋯0.02-0.03％、硫0.018-0.025％、磷0.018-0.025％、氮0.22-0.24％、餘量為鐵和不可避免的雜質。

優選的，《一種低碳高鉻耐磨球及其製備工藝》製備步驟如下：

1）將廢鋼、生鐵、鋁鐵合金入感應電爐中，並向電爐中通入氮氣，升溫至1250-1300℃，然後加入鈮鉭合金、氮化矽鐵、鈦鐵合金、錳鐵合金加，繼續升溫至1500-1580℃；

2）依次加入硼鐵合金、矽鐵合金進行孕育處理，然後進行成分分析，保溫30分鐘；

3）向熔融液面噴灑除渣劑，扒渣，出鋼；

4）降溫至1350-1380℃時澆注成型得初產品，冷卻至室溫；

5）對初產品進行淬火處理，升溫至400-420℃，保溫1-2小時，繼續升溫至830-840℃，保溫2-2.5小時，然後降溫至室溫；

6）對步驟5）中淬火後的初產品進行回火處理，升溫至400-430℃，保溫3-3.5小時，然後降溫至室溫。

優選的，步驟2）保溫過程中向電爐內投入10倍於磷含量的生石灰。優選的，步驟3）中出鋼時進行脫氧處理。優選的，步驟5）中升溫速度為2.5℃/分鐘，降溫速度為4℃/分鐘。優選的，步驟6）中升溫速度為2℃/分鐘，降溫速度為1.5℃/分鐘。

改善效果

《一種低碳高鉻耐磨球及其製備工藝》降低了碳元素的含量，同時通入氮氣，在熔煉的過程中不僅保證了一定量的碳化物，同時形成部分的金屬氮化物，增強了耐磨球的耐磨性，提高了淬透性。其淬火過程中通過兩次升溫、保溫再降溫，降低了加熱溶解的速度，避免了過熱傾向，得到細化的奧氏體組織，回火有利於組織均勻分布，消除內應力，且淬火最終溫度為830-840℃，得到的奧氏體晶粒比較細小，減少了以碳化物形式沿奧氏體晶粒邊界析出的網狀碳化物，且在隨後冷卻過程中，即使有網狀碳化物析出，也將是細薄的，同時，原料中的矽、錳也會阻礙網狀碳化物的形成，有利於提高耐磨球的硬度。保溫時加入的生石灰可降低雜質磷的含量，矽、鈮的添加有利於提高磨球的尺寸的穩定性和抗軟化性，硼、氮、矽可提高耐磨球的淬透性，鈮、鉭具有超強的耐腐蝕性，且延展性強，配合以鐵、鋁為基底熔劑，增強了耐磨球的延展性，提高形變恢復能力。該發明低碳高鉻耐磨球淬火態HRC≥65，衝擊疲勞壽命≥19600次，破碎率≤2.5％。

技術領域

《一種低碳高鉻耐磨球及其製備工藝》涉及耐磨球技術領域，具體涉及一種低碳高鉻耐磨球及其製備工藝。

權利要求

1.《一種低碳高鉻耐磨球及其製備工藝》特徵在於，所述低碳高鉻耐磨球由以下質量份數組成：碳2.35-2.46％、矽0.85-1.12％、錳0.45-0.6％、鉻18-22％、鋁0.2-0.25％、鈦0.1-0.18％、鉭0.05-0.1％、硼0.1-0.12％、鈮0.02-0.04％、鋯0.01-0.03％、硫0.01-0.025％、磷0.01-0.025％、氮0.2-0.24％、餘量為鐵和不可避免的雜質，低碳高鉻耐磨球的製備工藝，製備步驟如下：1）將廢鋼、生鐵、鋁鐵合金、錳鐵合金加入感應電爐中，並向電爐中通入氮氣，升溫至1250-1300℃，然後加入鈮鉭合金、氮化矽鐵、鈦鐵合金，繼續升溫至1500-1580℃；2）依次加入硼鐵合金、矽鐵合金進行孕育處理，然後進行成分分析，保溫30分鐘；3）向熔融液面噴灑除渣劑，扒渣，出鋼；4）降溫至1250-1280℃時澆注成型得初產品，冷卻至室溫；5）對初產品進行淬火處理，升溫至400-420℃，保溫1-2小時，繼續升溫至830-840℃，保溫2-2.5小時，然後降溫至室溫；6）對步驟5）中淬火後的初產品進行回火處理，升溫至400-430℃，保溫3-3.5小時，然後降溫至室溫。

2.根據權利要求1所述的低碳高鉻耐磨球，其特徵在於，所述低碳高鉻耐磨球由以下質量份數組成：碳2.38-2.46％、矽1-1.12％、錳0.5-0.6％、鉻20-22％、鋁0.23-0.25％、鈦0.14-0.18％、鉭0.08-0.1％、硼0.11-0.12％、鈮0.03-0.04％、鋯0.02-0.03％、硫0.018-0.025％、磷0.018-0.025％、氮0.22-0.24％、餘量為鐵和不可避免的雜質。

3.根據權利要求1所述的低碳高鉻耐磨球，其特徵在於：步驟2）保溫過程中向電爐內投入10倍於磷含量的生石灰。

4.根據權利要求1所述的低碳高鉻耐磨球，其特徵在於：步驟3）中出鋼時進行脫氧處理。

5.根據權利要求1所述的低碳高鉻耐磨球，其特徵在於：步驟5）中升溫速度為2.5℃/分鐘，降溫速度為4℃/分鐘。

6.根據權利要求1所述的低碳高鉻耐磨球，其特徵在於：步驟6）中升溫速度為2℃/分鐘，降溫速度為1.5℃/分鐘。

實施方式

• 實施例1

《一種低碳高鉻耐磨球及其製備工藝》由以下質量份數組成：碳2.45％、矽0.88％、錳0.52％、鉻18％、鋁0.22％、鈦0.16％、鉭0.05％、硼0.11％、鈮0.03％、鋯0.03％、硫0.018％、磷0.022％、氮0.21％、餘量為鐵和不可避免的雜質。一種低碳高鉻耐磨球的製備工藝，其製備步驟如下：1）將廢鋼、生鐵、鋁鐵合金入感應電爐中，並向電爐中通入氮氣，升溫至1260℃，然後加入鈮鉭合金、氮化矽鐵、鈦鐵合金、錳鐵合金加，繼續升溫至1550℃；2）依次加入硼鐵合金、矽鐵合金進行孕育處理，然後進行成分分析，保溫30分鐘；3）向熔融液面噴灑除渣劑，扒渣，出鋼；4）降溫至1360℃時澆注成型得初產品，冷卻至室溫；5）對初產品進行淬火處理，升溫至405℃，保溫1.5小時，繼續升溫至835℃，保溫2.2小時，然後降溫至室溫；6）對步驟5）中淬火後的初產品進行回火處理，升溫至410℃，保溫3.2小時，然後降溫至室溫。

• 實施例2

《一種低碳高鉻耐磨球及其製備工藝》由以下質量份數組成：碳2.46％、矽0.96％、錳0.6％、鉻20％、鋁0.25％、鈦0.18％、鉭0.1％、硼0.12％、鈮0.02％、鋯0.02％、硫0.016％、磷0.025％、氮0.24％、餘量為鐵和不可避免的雜質。一種低碳高鉻耐磨球的製備工藝，其製備步驟如下：1）將廢鋼、生鐵、鋁鐵合金入感應電爐中，並向電爐中通入氮氣，升溫至1290℃，然後加入鈮鉭合金、氮化矽鐵、鈦鐵合金、錳鐵合金加，繼續升溫至1560℃；2）依次加入硼鐵合金、矽鐵合金進行孕育處理，然後進行成分分析，保溫30分鐘；3）向熔融液面噴灑除渣劑，扒渣，出鋼；4）降溫至1380℃時澆注成型得初產品，冷卻至室溫；5）對初產品進行淬火處理，升溫至420℃，保溫1.8小時，繼續升溫至830℃，保溫2.4小時，然後降溫至室溫；6）對步驟5）中淬火後的初產品進行回火處理，升溫至405℃，保溫3.4小時，然後降溫至室溫。

• 實施例3

《一種低碳高鉻耐磨球及其製備工藝》由以下質量份數組成：碳2.35％、矽1％、錳0.5％、鉻19％、鋁0.23％、鈦0.14％、鉭0.07％、硼0.11％、鈮0.02％、鋯0.03％、硫0.02％、磷0.017％、氮0.2％、餘量為鐵和不可避免的雜質。一種低碳高鉻耐磨球的製備工藝，其製備步驟如下：1）將廢鋼、生鐵、鋁鐵合金入感應電爐中，並向電爐中通入氮氣，升溫至1280℃，然後加入鈮鉭合金、氮化矽鐵、鈦鐵合金、錳鐵合金加，繼續升溫至1580℃；2）依次加入硼鐵合金、矽鐵合金進行孕育處理，然後進行成分分析，保溫30分鐘；3）向熔融液面噴灑除渣劑，扒渣，出鋼；4）降溫至1350℃時澆注成型得初產品，冷卻至室溫；5）對初產品進行淬火處理，升溫至415℃，保溫2小時，繼續升溫至840℃，保溫2.5小時，然後降溫至室溫；6）對步驟5）中淬火後的初產品進行回火處理，升溫至400℃，保溫3.5小時，然後降溫至室溫。

• 實施例4

《一種低碳高鉻耐磨球及其製備工藝》由以下質量份數組成：碳2.4％、矽1.12％、錳0.48％、鉻22％、鋁0.2％、鈦0.1％、鉭0.08％、硼0.1％、鈮0.03％、鋯0.01％、硫0.025％、磷0.018％、氮0.22％、餘量為鐵和不可避免的雜質。一種低碳高鉻耐磨球的製備工藝，其製備步驟如下：1）將廢鋼、生鐵、鋁鐵合金入感應電爐中，並向電爐中通入氮氣，升溫至1250℃，然後加入鈮鉭合金、氮化矽鐵、鈦鐵合金、錳鐵合金加，繼續升溫至1520℃；2）依次加入硼鐵合金、矽鐵合金進行孕育處理，然後進行成分分析，保溫30分鐘；3）向熔融液面噴灑除渣劑，扒渣，出鋼；4）降溫至1370℃時澆注成型得初產品，冷卻至室溫；5）對初產品進行淬火處理，升溫至418℃，保溫1小時，繼續升溫至840℃，保溫2小時，然後降溫至室溫；6）對步驟5）中淬火後的初產品進行回火處理，升溫至430℃，保溫3小時，然後降溫至室溫。

• 實施例5

《一種低碳高鉻耐磨球及其製備工藝》由以下質量份數組成：碳2.42％、矽1.08％、錳0.45％、鉻20％、鋁0.24％、鈦0.12％、鉭0.06％、硼0.12％、鈮0.04％、鋯0.03％、硫0.022％、磷0.015％、氮0.24％、餘量為鐵和不可避免的雜質。一種低碳高鉻耐磨球的製備工藝，其製備步驟如下：1）將廢鋼、生鐵、鋁鐵合金入感應電爐中，並向電爐中通入氮氣，升溫至1300℃，然後加入鈮鉭合金、氮化矽鐵、鈦鐵合金、錳鐵合金加，繼續升溫至1540℃；2）依次加入硼鐵合金、矽鐵合金進行孕育處理，然後進行成分分析，保溫30分鐘；3）向熔融液面噴灑除渣劑，扒渣，出鋼；4）降溫至1350℃時澆注成型得初產品，冷卻至室溫；5）對初產品進行淬火處理，升溫至400℃，保溫1.6小時，繼續升溫至830℃，保溫2.2小時，然後降溫至室溫；6）對步驟5）中淬火後的初產品進行回火處理，升溫至420℃，保溫3.2小時，然後降溫至室溫。

• 實施例6

《一種低碳高鉻耐磨球及其製備工藝》由以下質量份數組成：碳2.38％、矽0.85％、錳0.55％、鉻21％、鋁0.25％、鈦0.15％、鉭0.05％、硼0.12％、鈮0.03％、鋯0.02％、硫0.01％、磷0.01％、氮0.23％、餘量為鐵和不可避免的雜質。一種低碳高鉻耐磨球的製備工藝，其製備步驟如下：1）將廢鋼、生鐵、鋁鐵合金入感應電爐中，並向電爐中通入氮氣，升溫至1280℃，然後加入鈮鉭合金、氮化矽鐵、鈦鐵合金、錳鐵合金加，繼續升溫至1550℃；2）依次加入硼鐵合金、矽鐵合金進行孕育處理，然後進行成分分析，保溫30分鐘；3）向熔融液面噴灑除渣劑，扒渣，出鋼；4）降溫至1380℃時澆注成型得初產品，冷卻至室溫；5）對初產品進行淬火處理，升溫至410℃，保溫1.4小時，繼續升溫至835℃，保溫2.4小時，然後降溫至室溫；6）對步驟5）中淬火後的初產品進行回火處理，升溫至425℃，保溫3.4小時，然後降溫至室溫。

該發明實施例產品進行性能測試數據

	球芯HRC/度	球面HRC/度	落球衝擊疲勞壽命/次
實施例1	56	68	19680
實施例2	55	65	19600
實施例3	60	69	19820
實施例4	58	66	19730
實施例5	58	67	19650
實施例6	55	68	19630
平均值	57	67.17	19685

榮譽表彰

2020年7月17日，《一種低碳高鉻耐磨球及其製備工藝》獲得安徽省第七屆專利獎優秀獎。