一種高碳多元素合金鑄造磨球的生產工藝方法
2023-05-30 21:04:21 1
專利名稱：：一種高碳多元素合金鑄造磨球的生產工藝方法
技術領域：
：本發明涉及應用於建材水泥、礦山冶金、能源火電、非金屬加工、水煤槳及磁性材料等行業的粉體工程的研磨介質及生產工藝方法。
背景技術：
：磨球作為一種研磨介質，廣泛應用於建材水泥、礦山冶金、能源火電、非金屬加工、水煤漿及磁性材料等行業的粉體工程。由於需滿足各行業不同設備、不同工況條件的要求，製造磨球的材質多種多樣，如鍛制鋼球、球墨鑄鐵磨球、鉻合金鑄造磨球等，規格亦從06mm到015Omm甚至更大直徑。鉻合金鑄造磨球是繼鍛制鋼球、普通白口鑄鐵磨球發展起來的新一代高效磨球，其高鉻合金鑄造磨球的含鉻量一般大於10%,公知熱處理技術為空氣淬火與低溫回火。在這種條件下，高硬度的M7C3型碳化物幾乎全部代替了M3C型碳化物。與呈網狀連續分布的M3C型碳化物相比，大大增強了基體的連續性，因而磨球的硬度和韌性均顯著提高。而現行國家標準及行業標準中規定中鉻合金鑄造磨球的鉻(Cr)含量範圍為5%-10%，其淬火態硬度為HRc52-56。(詳見國家標準《鑄造磨球》GB/T17445-1998，建材行業標準《建材工業用鉻合金鑄造磨球》JC/T533-2004，冶金行業標準《合金鑄鐵球》YB/T092-2005)近些年來，中、高鉻鑄造磨球雖然已在較大範圍內得到廣泛應用，但由於我國的鉻礦貧乏，絡鐵的價格是一漲再漲，鉬、鎳、鈦、銅等貴重金屬的價格亦不斷攀升。再加上鉻合金鑄造磨球的生產設備投入較大，生產工藝較為複雜，導致鉻合金鑄造磨球的成本持續增長，給磨球的製造企業與使用企業都帶來相當大的壓力；另一方面在水泥、礦山等行業，球磨機的直徑、功率及產能都朝著大型化、高效化發展，希望磨球的性價比更好，即硬度要高、磨耗要低、售價合理；以創造更好的經濟、社會效益，目前國產中、高鉻鑄造磨球淬火態硬度僅為HRc52-56，已遠不能滿足國內外市場的要求。
發明內容為了節約鉻(Cr)等稀缺貴重金屬材料，同時提高磨球的硬度，降低製造成本，本發明的目的之一是提供低鉻含量的一種高碳多元素合金鑄造磨球，以替代目前採用公知技術製造的高鉻鑄造磨球，目的之二是提供前述一種高碳多元素合金鑄造磨球的生產工藝方法。本發明的技術方案是這樣的實現上述的目的的技術解決方案如下一種高碳多元素合金鑄造磨球，其化學成分如下-碳1.4-2.5%,矽0.75-0.82%,錳0.46-0.9%,鉻4,5-6.0%，磷0.04-0.06%,硫0,04-0.054%;銅0.04-0.06%，鉬0.03-0.04%，鎳0.02-0.03%，鵒0.02%，複合重稀土變質劑0.13-0.15%,鐵90.4-91.4%。一種高碳多元素合金鑄造磨球的生產工藝方法，所用主要原料包括廢鋼，生產操作步驟包括冶煉、澆鑄、熱處理和力學性能檢測及摜制檢驗；其中熱處理包括奧氏體化處理、淬火處理和回火處理，淬火處理為油淬處理；上述奧氏體化處理，第一階段由常溫升至350-400'C、時間2-3小時；第二階段升溫至550-600°C、時間2-3小時；第三階段升溫至800'C、時間2.5-3.5小時；第四階段升溫至950-980°C、時間2.5-3.5小時，出爐；上述油淬處理的淬火油溫度為80-140'C,淬火時間為6-20分鐘，冷卻到室溫再進行回火處理。本發明機理淺析如下鉻合金鑄造磨球在合適的溫度、合適的鐵液基本成分的條件下，通過複合重稀土變質及孕育處理、多元微合金化處理的過程中除充分發揮各自的冶金處理作用外，還彼此互相影響。例如A、隨著多元微合金元素的溶入改變了碳在奧氏體中的擴散係數，在凝固過程連續冷卻條件下，擴散速度減小就意味著碳的析出量的減少；B、由良好的孕育效果形成的一定量的異質形核質點將導致奧氏體脫溶的碳原子和因鐵液中濃度起伏出現的碳原子集團優先向其擴散，從而使碳化物轉向以異質形核為主的結晶方式sC、複合重稀土等活性元素吸附在新生碳化物表面，使其難以連結成網狀；D、在凝固過程中由於溶質元素再分配使添加的各種合金元素富集在奧氏體結晶前沿的液體中，提高了初晶奧氏體的形核率，使奧氏體基體細化；E、經過複合重稀土變質、孕育處理及多元微合金化後，增大了鐵液過冷傾向，使冷卻速度對結晶過冷度的影響減弱，從而表現為鑄造磨球斷面的組織、性能趨以一致；F、鑄造磨球在一定冷卻速度條件下凝固時，合金元素對延緩奧氏體轉變的作用，突出表現在能否進行或多大程度上可能發生馬氏體相變上。A—p是碳濃度變化的擴散型轉變；A—M是碳濃度不變的結構型轉變，而對碳原子來講則是視其是處在長程還是短程的運動狀態。當這種作用使碳原子只能在晶體內作短程運動，依託相變驅動力所產生的高速的鐵原子晶格切變，就會在瞬間形成馬氏體。本發明中各種化學元素的作用碳(C):在鑄造磨球中是最基本、最重要的元素。其含量多少直接決定共晶碳化物和基體的相對量，提高含碳量，可提高硬度、耐磨性，含碳量降低，韌性增加，故含碳量控制在1.4一3.0%範圍內是合適的。鉻(Cr):是最重要的合金元素，為了保證有足夠數量且高耐磨性的(CrFe)7C3型碳化物,應適度增加鉻的含量。但其含量增加，雖碳化物亦增多，但生產成本增加。本發明將鉻控制在4一6.5%範圍內。錳(Mn)和矽(Si):錳是穩定奧氏體的元素，使Ms點下降使殘餘奧氏體增加.加入較高的Mn，主要用來脫硫、脫氧，以增加韌性，故控制錳含量在0.4—1.0%範圍內。適量的矽主要用於脫氧，因為過高的矽將導致韌性下陣，會使磨球使用過程有剝落現象，故將矽置控制在0.6—1.0%範圍內。銅(Cu)、鉬(Mo)、鎳(Ni)、鎢(W)等合金的作用是顯著提高淬透性，且具有較強的促進馬氏體相變的作用。該類合金既可固溶於鐵素體或奧氏體中，強化基體，提高基體的硬度，又可形成複雜碳化物，還能明顯細化碳化物。因此加入微量的Cu、Mo、Ni、W等合金元素能提高磨球的綜合力學性能。硫(S)與磷(P):為有害元紊，降低磨球的力學性能，硫與磷是爐料帶入的，所以要嚴格控制爐料質量，並進行脫硫脫磷處理，使所生產磨球的硫、磷含量均控制在0.1%以下為宜。複合重稀土變質劑(Y-Re)對鐵水有淨化、變質和促進合金化作用，能脫氧、除氣、淨化鐵水，所生成氧化物可作為異質形核核心，細化基體晶粒組織，改善碳化物的形態與分布，含量均控制在O.1-0.2%以內。本發明的有益技術效果體現在下以幾個方面1、本發明的高碳多元素合金鑄造磨球經過多元微合金化、複合重稀土變質、油淬及回火處理後，基體組織和碳化物狀態均發生了較大的變化，主要表現在(1)、晶粒度由傳統高鉻白口鑄鐵的2-3級，提升到7-8級。(2)、夾雜物不但在數量上有較大的減少而且形態上也出現了球狀變化；(3)、鑄態組織避免和消除了網狀碳化物，基體為細片狀或短稜柱狀馬氏體；(4)、力學性能和抗磨性能大幅度提高，硬度穩定在冊c62"64，落球衝擊試驗次數超過18000次。與現行國家標準及行業標準相比，本發明磨球的鉻含量平均降低20%-35%，而硬度提高10.7%-14.3%,落球衝擊疲勞次數提高125%,破碎率降低50%，具體數據如表tableseeoriginaldocumentpage6(注)國家標準《鑄造磨球》GB/T17445-2007;建材行業標準《建材工業用鉻合金鑄造磨球》JC/T533-2004;冶金行業標準《合金鑄鐵球》YB/T092-2005。2、在進一步提高磨球抗磨、抗破碎性能的前提下，減少了貴金屬鉻的含量，同比降低磨球製造成本，社會效益巨大。3、本發明磨球經在多家水泥行業的球磨機中試用，其磨耗同比降低20%—25%，顯著降低球磨機的運行成本。具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步地描述。實施例1:直徑025mra高碳多元素合金鑄造磨球，其化學成分如下碳(0:2.5%，矽(Si):0.75鬼，錳(Mn):0.46先，鉻(0):4.5%，磷(P):0.051%，硫(S):0.054%;銅(Cu):0.061%,鉬(Mo):0.032%，鎳(Ni):0.026%，鉤(W):0.02%，複合重稀土變質劑(Y-Re):0.15%，鐵(Fe):91.4%。025咖高碳多元素合金鑄造磨球製造工藝如下首先將廢鋼在中頻感應電爐中先行熔化，升溫至1480—1520'C，再加入Cr、Cu、Mo、Ni、W合金達到所要求的化學成分。然後將塊狀複合重稀土變質劑放入鐵水包，用鐵水衝熔並靜置7分鐘，以對鐵水進行變質及孕育處理。處理後的鐵水使用鑄造直讀光譜儀測定其化學元素含量，合格鐵水則通過恆溫澆鑄裝置澆注到砂箱中，鐵水凝固後形成的鑄態磨球檢驗合格後裝入加熱爐進行奧氏體化處理，經油介質淬火後，再通過低溫回火工序，最終經摜制處理並檢驗合格後入庫。所述磨球採用垂直分型砂模生產線澆鑄，熱處理工藝包括油淬工序和低溫回火工序。所述油淬工序的工藝條件為-將磨球裝入加熱爐進行加熱，第一階段由常溫升至350'C、用時2小時；第二階段升溫至550'C、用時2小時；第三階段升溫至800'C、用時2.5小時；第四階段升溫至950'C、用時2.5小時，然後將磨球出爐；放入淬火油池中進行淬火處理，淬火油溫度為80-HO'C，淬火時間為6-8分鐘。淬火後的磨球冷卻到室溫後再裝入臺車式回火爐中進行低溫回火處理。所述低溫回火的工藝條件為溫度210'C，回火時間8小時。回火後的磨球冷卻到室溫後再裝入專用摜制設備中進行時效處理及缺陷檢測。經檢測，合格產品性能指標為硬度HRc63.8,落球衝擊試驗次數》20000次，未出現剝落及破碎現象。實施例2:直徑50mm高碳多元素合金鑄造磨球化學成分如下碳(0:2.3%，矽(Si):0.8296，錳(Mn):0.60免，鉻(Cr):5.1%，磷(P):0.06%，硫(S):0.05%;銅(Cu):0.04%，鉬(Mo):0.04%,鎳(Ni):0.03%,鉤(W):0.02%,複合重稀土變質劑(Y-Re):0.13%,鐵(Fe):90.8%。直徑50mm高碳多元素合金鑄造磨球製造工藝如下首先將廢鋼在中頻感應電爐中先行熔化，升溫至1480—1520'C,再加入Cr、Cu、Mo、Ni、W合金達到所要求的化學成分。然後將複合重稀土變質劑放入鐵水包，用鐵水衝熔並靜置6分鐘，以對鐵水進行變質及孕育處理。處理後的鐵水使用鑄造直讀光譜儀測定其化學元素含量，合格鐵水則通過恆溫澆鑄裝置澆注到模具中，鐵水凝固後形成的鑄態磨球檢驗合格後裝入加熱爐進行奧氏體化處理，經油介質淬火後，再通過低溫回火工序，最終經摜制處理並檢驗合格後入庫。磨球採用金屬模澆鑄，熱處理工藝包括油淬工序和低溫回火工序。油淬工序的工藝條件為將磨球裝入加熱爐進行加熱，第一階段由常溫升至400'C、用時2.5小時；第二階段升溫至600'C、用時2.5小時；第三階段升溫至800'C、用時3小時；第四階段升溫至970'C、用時3小時，然後將磨球出爐；放入淬火油池中進行淬火處理，淬火油溫度為80-140'C，淬火時間為10-12分鐘。淬火後的磨球冷卻到室溫後再裝入臺車式回火爐中進行低溫回火處理。所述低溫回火的工藝條件為溫度220'C，回火時間8小時。回火後的磨球冷卻到室溫後再裝入專用摜制設備中進行時效處理及缺陷檢測。經檢測，合格產品性能參數為硬度HRc63.6，落球衝擊試驗次數》20000次，未出現剝落及破碎現象。實施例3:直徑120mm高碳多元素合金鑄造磨球化學成分如下碳(C):1.4%,矽(Si):0.8免，錳(Mn):0.9W,鉻(Cr):6.0免，磷(P):0.04W，硫(S):0.04鬼；銅(Cu):0.05%，鉬(Mo):0.03%，鎳(Ni):0.02%，鉤(W):0.02%，複合重稀土變質劑(Y-Re):0.13%,鐵(Fe):90.7%。直徑100mm高碳多元素合金鑄造磨球製造工藝如下首先將廢鋼在中頻感應電爐中先行熔化，升溫至1510—1560'C,再加入Cr、Cu、Mo、Ni、W合金達到所要求的化學成分。然後將複合重稀土變質劑放入鐵水包，用鐵水衝熔並靜置5分鐘，以對鐵水進行變質及孕育處理。處理後的鐵水使用鑄造直讀光譜儀測定其化學元素含量，合格鐵水則通過恆溫澆鑄裝置澆注到模具中，鐵水凝固後形成的鑄態磨球檢驗合格後裝入加熱爐進行奧氏體化處理，經油介質淬火後，再通過低溫回火工序，最終經摜制處理並檢驗合格後入庫。所述磨球採用金屬模澆鑄，熱處理工藝包括油淬工序和低溫回火工序。所述油淬工序的工藝條件為將磨球裝入加熱爐進行加熱，第一階段由常溫升至40(TC、用時3小時；第二階段升溫至600'C、用時3小時；第三階段升溫至800'C、用時3.5小時；第四階段升溫至980'C、用時3.5小時，然後將磨球出爐；放入淬火油池中進行淬火處理，淬火油溫度為80-140'C,淬火時間為18-20分鐘。淬火後的磨球冷卻到室溫後再裝入臺車式回火爐中進行低溫回火處理。所述低溫回火的工藝條件為溫度240'C,回火時間8小時。回火後的磨球冷卻到室溫後再裝入專用摜制設備中進行時效處理及缺陷檢測。經檢測，合格產品性能參數為硬度HRc62.8，落球衝擊試驗次數》18000次，未出現剝落及破碎現象。權利要求1、一種高碳多元素合金鑄造磨球，其特徵在於所述鑄造磨球的化學成分如下碳1.4-2.5％，矽0.75-0.82％，錳0.46-0.9％，鉻4.5-6.0％，磷0.04-0.06％，硫0.04-0.054％；銅0.04-0.06％，鉬0.03-0.04％，鎳0.02-0.03％，鎢0.02％，複合重稀土變質劑0.13-0.15％，鐵90.4-91.4％。2、根據權利要求1所述的一種高碳多元素合金鑄造磨球的生產工藝方法，所用主要原料包括廢鋼，生產操作步驟包括冶煉、澆鑄、熱處理和力學性能檢測及摜制檢驗；所述熱處理包括奧氏體化處理、淬火處理和回火處理，所述淬火處理為油淬處理，其特徵在於所述奧氏體化處理，第一階段由常溫升至350-40(TC、時間2-3小時；第二階段升溫至550-600。C、時間2-3小時；第三階段升溫至800°C、時間2.5-3.5小時；第四階段升溫至950-980'C、時間2.5-3.5小時，出爐；所述油淬處理的淬火油溫度為80-140'C，淬火時間為6-20分鐘，冷卻到室溫再進行回火處理。全文摘要本發明涉及應用於建材水泥等行業的粉體工程的研磨介質，一種高碳多元素合金鑄造磨球的生產工藝方法。本發明鑄造磨球的化學成分如下碳1.4-2.5％，矽0.75-0.82％，錳0.46-0.9％，鉻4.5-6.0％，磷0.04-0.06％，硫0.04-0.054％；銅0.04-0.06％，鉬0.03-0.04％，鎳0.02-0.03％，鎢0.02％，複合重稀土變質劑0.13-0.15％，鐵90.4-91.4％。生產操作步驟包括冶煉、澆鑄、熱處理和力學性能檢測及摜制檢驗；其中熱處理淬火為油淬處理，改進在於A.淬火前進行奧氏體化處理，B.淬火油溫度為80-140℃，淬火時間為6-20分鐘。採用本發明配方使磨球晶粒細化，組織緻密，提高韌性；採用本發明工藝使高鉻磨球硬度達到HRc62-64，顯著提高磨球的韌性和耐磨性。在進一步提高磨球抗磨、抗破碎性能的前提下，減少了貴金屬鉻的含量，同比降低磨球製造成本。文檔編號C22C38/60GK101638756SQ20091017131公開日2010年2月3日申請日期2009年8月20日優先權日2008年8月21日發明者明章林,汪國清,趙金華,曉陳,陳宗明申請人:安徽省鳳形耐磨材料股份有限公司