[发明专利]一种高碳多元素合金铸造磨球的生产工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及应用于建材水泥、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的研磨介质及生产工艺方法。

背景技术

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，规格亦从到甚至更大直径。

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，铬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。

发明内容

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。

本发明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％，

钨：0.02％，       复合重稀土变质剂：0.13-0.15％，

铁：90.4-91.4％。

一种高碳多元素合金铸造磨球的生产工艺方法，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℃、时间2-3小时；第二阶段升温至550-600℃、时间2-3小时；第三阶段升温至800℃、时间2.5-3.5小时；第四阶段升温至950-980℃、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℃，淬火时间为6-20分钟，冷却到室温再进行回火处理。

本发明机理浅析如下：

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；

C、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；