[发明专利]中高碳大直径锻造磨球及其生产工艺

说明书

技术领域

本发明属于金属材料及其制备技术领域，尤其涉及一种中高碳大直径锻造磨球及其生产工艺。

背景技术

磨球在建材、矿山、水泥、电力等行业领域都有十分广泛的应用。目前，国内磨球的年消耗量在250万吨以上，价值超过数百亿元人民币，全球市场年消耗量达到500～600万吨。而且随着矿业、水泥和电力行业的飞速发展，磨球的需求量还将大幅增加。

目前，随着矿石品位的降低，国外提出了多碎少磨的理念，即增加球磨机尺寸，提高冲击功和产生高能量冲击的比例，达到破碎效率高的目的。由于球磨机尺寸的增大，直径100mm以上的磨球越来越多的得到了使用，并且对磨球材质的要求也更高了。韧性好，抗冲击能力强的锻造磨球更加受到市场的亲睐。

目前，国内市场使用的中高碳大直径锻造磨球，主要存在硬度偏低，硬度分布不均匀，耐磨性差等问题。表面硬度普遍在45～50HRC，心部硬度在30HRC左右，硬度偏低，内外硬度偏差大，导致磨球使用寿命低。一些合金钢球通过加入Cr、Ni、Mo等贵重的合金元素来提高磨球的淬透性，但是同时也提高了磨球的生产成本。本发明通过添加廉价Si、Mn元素来磨球的淬透性，降低了生产成本，并通过合理的锻造工艺及热处理工艺，显著提升了中高碳大直径锻造磨球的使用性能，表面硬度可以达到60～62HRC，表面与心部硬度差﹤5HRC，同时冲击韧性好，直径110mm的磨球冲击韧性可以达到10～15J/cm²，进行落球实验超过12000次不破碎。

发明内容

本发明的目的是通过合理的成分设计和热处理工艺设计提供一种成本低廉、性能优异、工艺简单的中高碳大直径锻造磨球。

本发明的另一个目的是提供一种生产中高碳大直径锻造磨球的生产工艺。

本发明的目的是通过以下方式来实现：

本发明的中高碳大直径锻造磨球，包括下列化学成分质量百分比为：C 0.67%～0.75%、Si 0.17%～0.37%、Mn 0.90%～1.20%、Cr ≤0.25%、Ni ≤0.25%、Cu ≤0.25%、P<0.035%、S<0.035%，余量为Fe及不可避免杂质

本发明的中高碳大直径锻造磨球的生产工艺，其特征在于包括以下操作步骤：

a) 将所述化学成分的圆钢用剪床下料，并将料段加热至1000～1100℃保温40～60分钟；

b) 加热均匀后利用空气锤锻造成磨球，其终锻温度为880～900℃；

c) 热处理工艺：

待锻造后磨球冷却至820～860℃时放入淬火槽中淬火，淬火介质选用5%NaNO₂溶液，温度控制在40℃以下，每个球淬火时间为4～5分钟；

d) 最后进行150～200℃低温回火，回火时间为3～4小时。

与现有技术相比，该工艺在热处理过程采用了淬火加低温回火的热处理工艺，其磨球表面硬度可以达到60～62HRC，硬度分布均匀，无淬火软点，表面与心部硬度差﹤5HRC；冲击韧性好，直径110mm的磨球冲击韧性可以达到10～15J/cm²，进行落球实验超过12000次不破碎。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

例举了本发明的中高碳锻造磨球的多种具体实施方式的实例及所达到的性能指标。

将所述化学成分的圆钢用剪床下料，并将料段加热至1100℃保温40分钟，加热均匀后利用空气锤锻造成直径110mm的磨球，其终锻温度为900℃，待锻造后磨球冷却至840℃时放入淬火槽中淬火，淬火介质选用5%NaNO₂溶液，温度控制在40℃以下，每个球淬火时间为5分钟，最后进行200℃低温回火，回火时间为3小时。热处理后组织为回火马氏体+少量贝氏体+少量屈氏体+残余奥氏体，具有高的硬度和耐磨性，表面硬度在60～62HRC，硬度分布均匀，无淬火软点，表面与心部硬度差﹤5HRC；冲击韧性好，直径110mm的磨球冲击韧性可以达到10～15J/cm²。

表1实施例化学成分及性能（质量分数%，余量为Fe）