[发明专利]铬铌硼合金稀土铸造磨球及其生产工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及广泛应用于冶金矿山、火电能源、建材水泥、工程机械等行业粉体工程的金属研磨介质，即一种铬铌硼合金稀土铸造磨球及其生产工艺方法。

背景技术

磨球作为一种研磨介质，广泛应用于矿山冶金、能源火电、非金属加工、建材水泥、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?6mm到?150mm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，铬（Cr）元素含量范围为3--30%，其中高铬磨球的铬元素含量范围为10--30%。

文献报道，当铬元素含量超过10%以上后，金相组织中才有可能产生高硬度的M₇C₃型碳化物。而铬元素含量越高，高硬度的M₇C₃型碳化物越多，磨球的硬度亦越高，其耐磨性能则越优。因此，现行国家标准及行业标准中规定高铬合金磨球的铬（Cr）含量范围为10--30%，辅以少量的钼(Mo)、镍(Ni)、钛(Ti)、钒(V)、铜(Cu)等稀有贵重金属元素，淬火态硬度为HRc48--58。（详见国家标准: 《铸造磨球》GB/T17445-2009，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，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、钒、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；另一方面在矿山、水泥等行业，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HRc48-58，已远不能满足国内外市场的要求。

为提高铬合金磨球的硬度及其耐磨性，中国专利200910130491.0《超硬高铬铸造磨球的生产工艺方法》和200910171317.0《一种高碳多元素合金铸造磨球及生产工艺》均介绍通过微合金化技术及优化热处理工艺，可减少铬、钼、镍、钛、钒、铜等贵重金属的含量，并将铸造磨球的硬度提高至HRc62—64，取得了显著的技术经济效益。

然而，以上两种专利在生产实践中仍存在一定的推广局限性，一是尽管降低了铬元素的使用量（超硬高铬磨球的铬元素含量小于等于10%，高碳多元素合金铸造磨球铬元素含量小于等于6%。），但仍需加入少量的钼、镍、钛、钒、铜等稀贵金属元素，增加了磨球产品的制造成本；二是微合金化技术难以掌握，否则合金元素在熔炼过程中损耗较大。三是工艺复杂，相关生产设备投资较高，一般规模企业难以实施。

发明内容

为了节约铬（Cr）等稀缺贵重金属材料，同时提高磨球的强韧性，降低制造成本，本发明的目的之一是提供低铬含量、基本不使用钼、镍、钛、钒、铜等稀贵金属元素的一种铬铌硼合金稀土铸造磨球，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铬铌硼合金稀土铸造磨球的生产工艺方法。

铬铌硼合金稀土铸造磨球的化学成分如下：

碳：1.3-3.0%，硅: 0.3-1.2%，锰: 0.2-1.0%，铬: 4.0-7.5%，铌0.03-0.10%，硼: 0.01-0.2%，磷: ≤0.10%，硫: ≤0.10%，复合稀土变质剂：0.15-0.3%，铁86.5-93.81%。

制备上述铬铌硼合金稀土铸造磨球的生产工艺方法，所用主要原料包括废钢，生产操作步骤包括熔炼、浇铸、热处理和力学性能检测及掼制检验；所述热处理包括奥氏体化处理、油淬处理、低温回火处理；

所述奥氏体化处理分为四个阶段：第一阶段由常温升至350℃、保温2小时；第二阶段升温至550℃、保温2小时；第三阶段升温至800℃、保温2.5小时；第四阶段升温至930-980℃、保温2.5小时；

油淬处理的淬火油温度为50-140℃，淬火时间为6-20分钟，淬火后的磨球冷却到室温，再进行低温回火处理；

所述低温回火处理的工艺条件为：温度210-260℃，回火时间8小时。