強韌性高鉻多元合金鑄鐵膠囊形(圓形)磨球及其製造方法
2023-09-23 18:50:20 1
專利名稱：強韌性高鉻多元合金鑄鐵膠囊形(圓形)磨球及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種高鉻鑄鐵研磨體，尤其是涉及強韌性高鉻多元合金鑄鐵膠囊形(圓形)磨球及其製造方法。國際專利分類號為C22C37/06。
目前我國水泥工業正推廣使用一種高效率的高細水泥磨機，這種磨機專門使用一種膠囊形磨球，以提高研磨效率。但就目前生產膠囊形磨球的技術工藝還比較落後，首先材質採用普通碳鋼，砂型鑄造，再經高溫淬火十回火處理工藝;另外一種工藝是直接採用碳素鋼經車床加工成形，再經高溫淬火十回火處理工藝。其主要弊病是1、選材不合理，耐磨性差，即浪費大量鋼材又束縛生產效率的提高。2、設備投資大，能源消耗高，生產周期長。
國外相關的現有技術有如下專利SU1082854A屬於一種低韌性高鉻鑄鐵材質，不適於鑄造膠囊形磨球。所提供的傳統熱處理工藝也難以保證其使用性能。CN1051763A屬於一種低韌性、低強度中鉻合金鑄鐵材質，不適於鑄造膠囊形磨球，否則會引起大面積破碎。其所述的生產工藝亦是一種傳統的老工藝能源消耗大，產品質量波動。CN1038844A系本發明人發明的一種只適於鑄造圓形而不適合鑄造膠囊形磨球的高鉻鑄鐵材質，否則亦會引起破碎。
從這一領域國內外現有技術分析，都已把材質的韌性與耐磨性的最佳配合作為主攻目標，但還未發現適合鑄造膠囊形磨球的高鉻鑄鐵材材質及生產工藝的報導。
本發明的目的就是要克服上述現有技術的不足，提供一種強韌性高鉻多元合金鑄鐵膠囊形(圓形)磨球及其製造方法。
本發明人為適應我國水泥，礦山、電力工業球磨機大型化，高效率運轉的要求，經過近幾年實驗研究和工業應用，發明了一種適合鑄造膠囊形(圓形)磨球的強韌性高鉻多元合金鑄鐵磨球及其鑄造生產工藝，使磨球利用鑄態餘熱消除應力，鑄態下直接應用。以此省略高溫熱處理工藝，節約能源、降低成本，而又使產品的韌性與耐磨性兼優，這一發明與國內外現有技術比較具有明顯的新穎性和創造性。通過工業實際應用證明，具有可靠的使用性和很高經濟價值。
本發明強韌性高鉻多元合金鑄鐵材質的化學成分(重量百分數)為1.5～2.6%C,1.0～2.0%Si,0.4～0.6%Mn,0.01～0.1%P,0.01～0.1%S,12～16%Cr,0.01～0.5%Mo,0.01～0.6%Cu,0.01%～0.2%W,0.002～0.01%B,0.01～0.6%V,0.01～0.4%Ti,0.01～0.1%RE,餘量為Fe.
優選強韌性高鉻多元合金鑄鐵材質的化學成分為1.8～2.4%C,1.4～1.8%Si,0.45～0.58%Mn,0.04～0.08%P,0.04～0.08%S,13～15%Cr,0.02～0.4Mo,0.02～0.5%Cu,0.015～0.18%W,0.004～0.009%B,0.02～0.4%V,0.02～0.3%Ti,0.04～0.08%RE,餘為Fe.
特別優選的強韌性高鉻多元合金鑄鐵材質的化學成分為2.01～2.2%C,1.45～1.75%Si,0.5～0.52%Mn,0.06～0.07%P,0.05～0.06%S,13.9～14.3%Cr,0.03～0.33%Mo,0.04～0.4%Cu,0.09～0.10%V,0.06～0.07%W,0.025～0.3%B,0.025～0.28%Ti,0.05～0.07%RE,餘為Fe.
最佳強韌性高鉻多元合金鑄鐵材質的化學組成為2.05%C,1.5%Si,0.5%Mn,0.05%P,0.06%S,14%Cr,0.26%Mo,0.3%Cu,0.1%W,0.006%B,0.31%V,0.21%Ti,0.06%RE,其餘為Fe.
現將本發明強韌性高鉻多元合金鑄鐵材質的有效化學成分設計依據及限定含量範圍的理由綜述如下(1)碳量在高鉻鑄鐵中，C主要是和Cr、Fe組成各種晶型的複合碳化物，C決定碳化物的數量，故嚴重影響材質的韌性，隨著C量升高。碳化物數量增加，材質韌性下降，但耐磨性升高。為了使材質具備強韌性、高耐磨特徵，須將有效碳量限定在1.5～2.6%範圍內，即可滿足膠囊形磨球的要求。
(2)矽量Si是一種降低材質淬透性的元素，在高鉻鑄鐵中Cr是一種提高淬透性的元素，它將使小截面的膠囊形磨球。在鑄態下易獲得鉻奧氏體，而膠囊形磨球在服役過程中，由於幾何形狀的緣故，致使磨損表面得不到足夠的衝擊應力，即不能達到理想的加工硬化效果，因此鉻氏體基體就不能發揮其潛在的抗磨優勢，則會表現出磨損嚴重，早期變形。因此，要在鑄態下使這種高溫奧氏體完全轉變成穩定組織結構，即避免鉻奧氏體保留到室溫。故須提高Si含量，但Si量不宜過高，過高的Si量將在γ-Fe中置換出一定量的C量，導致碳化物數量增加，降低韌性。故控制Si量在1.0～2.0%範圍內。
(3)錳量Mn是一種擴大γ。提高材質淬透性的元素，但在鑄態膠囊形磨球所要求的高鉻鑄鐵中，避免奧氏體的出現，要使基體全部轉變為穩定組織，須限制Mn量不能過高，要使Mn量控制在0.4～0.6%範圍內。
(4)鉻量Cr含量決定共晶碳化物的類型，並提高碳化物的數量，在Cr的碳化物系列中，以(Fe.Cr)7C3型為最優，顯微硬度高(1500～1800HV)，立體形態為棒條狀，完全不同於(Fe.Cr)3C型的片狀，即大幅度地避免了對基體的切割作用，顯著提高了材質的韌性，通過大量實驗室研究證明，在Cr大量大於12%時，高鉻鑄鐵的共晶碳化物類型開始以M7C3型為主。但又不能使磨球在鑄態下獲得鉻奧氏體、鉻鐵素體、則控制Cr量在12～16%範圍內。
(5)鉬、鎢、釩、鈦、硼、銅含量Mo、W、V、Ti、B、Cu元素主要是用來補充由於鉻大部分進入碳化物而使基體中鉻量不足的缺陷，進一步提高基體的顯微硬度，增強基體對碳化物的鑲嵌能力，這此元素不能加入過量，避免形成新的碳化物。故採用這六種元素微量聯合強化將它們的有效成分分別控制為0.01～0.5%Mo,0.01～0.2%w,0.01～0.6%V,0.01～0.4%Ti,0.002～0.01%B,0.01～0.6%Cu.
(6)稀土RE在合金液中能形成熱力學穩定的氧化物、硫化物、氮化物、氫化物，且此重輕，易於排除，其形狀大都為圓形，並具有一定的晶型構造，起著結晶核心的作用，因此，加入少量的RE有用來淨化鐵水，細化晶粒，提高鑄態磨球強度和韌性，故將RE加入量控制在0.5～0.07%範圍內。
(7)磷、硫含量在本發明中，將P、S視為雜質，是金屬材料中帶入的，不加特殊控制。
本發明的強韌性高鉻多元合金鑄鐵膠囊形(圓形)磨球的製造方法如下1.將符合化學成分要求的鐵水。在1380～1450℃澆注到金屬型十砂型複合成型的磨球型腔中，待凝固定後開箱。
2.利用磨球的鑄態餘熱等溫(180～200℃)消除鑄造應力鑄態下直接應用。
圖1和2是用發明配方及方法製造的膠囊形球硬度HRc圖3和4圓球硬度HRc從圖中可以看出，用發明配方及方法不論是製造膠囊形，還是製造圓形磨球，其鑄態洛氏硬度都是在50～55HRc範圍內，完全滿足各類球磨機對研磨體的使用要求，即本發明磨球可實現鑄態下應用。
利用本發明方法製造的磨球具有如下效果1.抗彎強度(δw)600～1000N/mm22.衝擊值(αR)5～10J/cm23.洛氏硬度(HRc)50～55如圖1、2所示下面的實施例是對本發明的進一步說明，而不是限制本發明的精神和範圍。
實施例1
按本發明材質化學成分要求將配製的生鐵、廢鋼、中間合金一起加入到電爐中熔化，待鐵水符合下列化學成分並達到1500～1550℃時，出爐澆注，使其成分達到(重量百分數)2.0%C,1.3%Si,0.5%Mn,0.05%P,0.08%S,13%Cr,0.2%Mo,0.3%Cu,0.2%V,0.1%W,0.008%B,0.2%Ti,0.05%RE,餘為Fe.
將鑄出的膠囊形磨球按工藝要求利用鑄態下自身餘熱消除應力，在180～200℃溫度場保溫並緩冷至室溫。共鑄出膠囊球12噸，直接裝入水泥磨機應用，使用效果見表1實施例2按成分要求將配製的生鐵、廢鋼、中間合金混合裝入電爐內熔化，待鐵水符合下列化學成分時即出爐澆注。有效成分範圍為(重量百分數)2.2%C,1.5%Si,0.5%Mn,0.07%P,0.06%S,14%Cr,0.3%Mo,0.4%Cu,0.3%V,0.1%W,0.07%B,0.25%Ti,0.05%RE,餘為Fe.
共鑄出膠囊球10噸。鑄態下直接應用，使用效果見表1。
實施例3按成分要求將配製的生鐵、廢鋼、中間合金混合裝入電爐內熔化，待鐵水符合下列化學成分時即出爐澆注。有效成分範圍為2.05%C,1.5%Si,0.5%Mn,0.05%P,0.06%S,14%Cr,0.26%Mo,0.3%Cu,0.31%V,0.1%W,0.006%B,0.21%Ti,0.06%RE,餘為Fe.
鑄出的膠囊球20噸，圓球31噸，分別裝在水泥磨機和電廠粉煤磨機，使用效果見表1。
表1
通過工業應用證明，本發明磨球具備強韌性、高耐磨特徵，是建材水泥，冶金選礦、火力發電等行業各類球磨機理想研磨體。應該明白，任何本領域技術人員都可在本發明範圍內有所改變，但這些都在本發明的範圍之內。
權利要求
1.一種高韌性和高耐磨性鐵基高鉻多元合金鑄鐵材質的膠囊形(圓形)磨球，其特徵在於，磨球化學成分(重量百分數)為1.5～2.6%C，1.0～2.0%Si，0.4～0.6%Mn， 0.01～0.1%P，0.01～0.1%S， 12～16%Cr， 0.01～0.5%Mo， 0.01～0.6%Cu，0.01～0.2%W， 0.002～0.01%B， 0.01～0.6%V， 0.01～0.4%Ti，0.01～0.1%RE， 餘為Fe。
2.根據權利要求1所述的磨球，其特徵在於，磨球的化學成分為1.8～2.4%C, 1.4～1.8%Si, 0.45～0.58%Mn,0.04～0.08%P, 0.04～0.08%S, 13～15%Cr,0.02～0.4Mo, 0.02～0.5%Cu, 0.015～0.18%W,0.004～0.009%B, 0.02～0.4%V, 0.02～0.3%Ti,0.04～0.08%RE, 餘為Fe。
3.根據權利要求1所述的磨球，其特徵在於，磨球化學成分為2.01～2.2%C, 1.45～1.75%Si, 0.5～0.52%Mn,0.06～0.07%P, 0.05～0.06%S, 13.9～14.3%Cr,0.03～0.33%Mo, 0.04～0.4%Cu, 0.09～0.10%V,0.06～0.07%W, 0.025～0.3%B, 0.025～0.28%Ti,0.05～0.07%RE,餘為Fe。
4.根據權利要求1所述的磨球，其特徵在於所述磨球的化學成分為2.05%C, 1.5%Si, 0.5%Mn, 0.05%P, 0.06%S,14%Cr, 0.26%Mo, 0.3%Cu 0.1%W,0.006%B, 0.31%V, 0.21%Ti, 0.06%RE,其餘為Fe。
5.一種鐵基高鉻多元合金鑄鐵材質的膠囊形(圓形)磨球的生產工藝，其特徵在於本發明成分的鐵水，以1380～1450℃澆注到金屬型十砂型複合成型的型腔中，再利用鑄態餘熱進行等溫(180～200℃)消除應力。
全文摘要
一種高韌性和高耐磨性鐵基高鉻多元合金鑄鐵材質的膠囊形(圓形)磨球，其特徵在於，磨球化學成分(重量百分數)為1.5～2.6％C，1.0～2.0％Si，0.4～0.6％Mn，0.01～0.1％P，0.01～0.1％S，12～16％Cr，0.01～0.5％Mo，0.01～0.6％Cu，0.01～0.2％W，0.002～0.01％B，0.01～0.6％V，0.01～0.4％Ti，0.01～0.1％RE，餘為Fe。一種鐵基高鉻多元合金鑄鐵材質的膠囊形(圓形)磨球的生產工藝其特徵在於本發明成分的鐵水，以1380～1450℃澆注到金屬型+砂型複合成型的型腔中，再利用鑄態餘熱進行等溫(180～200℃)消除應力。
文檔編號C22C37/06GK1071972SQ9211322
公開日1993年5月12日 申請日期1992年11月25日 優先權日1992年11月25日
發明者左貴平 申請人:河北工學院