一種低鉻釩鈦鑄鐵磨球及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明具體為一種低鉻釩鈦鑄鐵磨球及其制備方法。該低鉻釩鈦鑄鐵磨球按質(zhì)量百分含量計(jì)含2.8～3.1%C，0.8～1.0%Si，0.7～0.9%Mn，0.20～0.25%V，0.05～0.10%Ti，1.0～2.0%Cr，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中，不可避免的雜質(zhì)中含有P和S，其中P≤0.10%，S≤0.10%。其金相組織為：萊氏體+珠光體；性能為：硬度48～52HRC，沖擊韌性為：2.5～3.0J/cm2。本發(fā)明以攀枝花釩鈦生鐵為原料生產(chǎn)低鉻鑄鐵磨球，以釩鈦生鐵帶入的釩鈦元素做為合金化元素，利用釩鈦獨(dú)特合金化作用，提高磨球的耐磨性和沖擊韌性。在降低制造成本的同時(shí)，提高磨球使用性能。
【專利說明】一種低鉻釩鈦鑄鐵磨球及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鑄鐵合金領(lǐng)域，具體為一種低鉻釩鈦鑄鐵磨球及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磨球是各類球磨機(jī)大宗消耗品。磨球使用中承受沖擊、磨損和腐蝕,主要失效形式為磨損、變形和破碎。因此,要求其具有足夠的韌性和良好的耐磨性。磨求種類繁多，主要有鍛鋼球、淬火鋼球、中錳球墨鑄鐵球，低鉻、中鉻、高鉻鑄鐵球、等溫淬火球墨鑄鐵球。低鉻鑄鐵球成本低、制造工藝簡便，耐磨性好，具有一定優(yōu)勢，鋼球韌性好，但耐磨性差，而中鉻、高鉻鑄鐵球耐磨性好，但成本高，熱處理工藝復(fù)雜，中錳球墨鑄鐵球和等溫淬火球墨鑄鐵球耐磨性好，但對原材料要求高，需加合金元素，且受球化率影響，其中等溫淬火球墨鑄鐵球還需要復(fù)雜的熱處理。低鉻白口鑄鐵球具有生產(chǎn)工藝簡便、價(jià)格低廉、性能較好的優(yōu)點(diǎn)，在磨球市場上占有相當(dāng)份額。低鉻白口鑄鐵球鉻含量低，多采用金屬型澆注，利用金屬型的激冷效應(yīng)獲得致密白口組織，不再高溫淬火，僅實(shí)行低溫回火消除殘余應(yīng)力，應(yīng)用于水泥、電力干磨作業(yè)，耐磨性是普碳鋼球的7~8倍，應(yīng)用于礦石等濕磨作業(yè)優(yōu)勢更明顯，是低碳鋼球的2.5~3倍，是中高碳鋼球的1.5~2倍。低鉻鑄鐵磨球性價(jià)比較高，但韌性偏低。低鉻白口鑄鐵磨球的組織為萊氏體+珠光體，其韌性和強(qiáng)度取決于脆性的碳化物相(萊氏體為碳化物基體上分布粒狀珠光體)。由于大量碳化物相呈連續(xù)分布，使其韌性很低。如何在保證硬度的前提下，使韌性和抗磨性達(dá)到均衡的統(tǒng)一是生產(chǎn)過程中需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明正是基于以上技術(shù)問題，提供利用釩鈦所具有的獨(dú)特合金化作用，提高磨球的耐磨性和沖擊韌性，在降低制造成本的同時(shí)，提高使用性能的一種低鉻釩鈦鑄鐵磨球。
[0004]本發(fā)明的另外一種目的為提供一種低鉻釩鈦鑄鐵磨球的制備方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0006]一種低鉻釩鈦鑄鐵磨球，按質(zhì)量百分含量計(jì)，其化學(xué)成分為:C:2.8~3.1%，S1:0.8 ~1.0%，Mn:0.7 ~0.9%，V:0.20 ~0.25%, T1:0.05 ~0.10%, Cr:1.0 ~2.0%，
余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，其中，不可避免的雜質(zhì)中含有P和S，其中P≤ 0.10%,S≤0.10%。
[0007]作為進(jìn)一步優(yōu)選方案:該低鉻釩鈦鑄鐵磨球按質(zhì)量百分含量計(jì)，其化學(xué)成分為:C:2.9 ~3.0 %，S1:0.9 ~1.0 %，Mn:0.75 ~0.85 %，V:0.20 ~0.23 %，T1:0.07 ~0.08%, Cr:1.5~2.0%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中，不可避免的雜質(zhì)中含有P和S，其中 P ≤ 0.10%，S ≤ 0.10%。
[0008]該低鉻釩鈦鑄鐵磨球的金相組織為:萊氏體+珠光體；性能為:硬度48~52HRC，沖擊韌性為:2.5~3.0J/cm2。
[0009]低鉻釩鈦鑄鐵磨球的制備工藝包括以下步驟:
[0010]1、鑄型準(zhǔn)備:磨球采用金屬型+砂套鑄型，造型后對金屬型進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為150~200°C，再對型腔表面噴乙炔煙涂料，然后將上下模型合在一起。其中金屬型是指金屬型鑄造，又稱硬模鑄造，它是將液體金屬澆入金屬鑄型，以獲得鑄件的一種鑄造方法。金屬型+砂套鑄型是指金屬型鑄造內(nèi)套砂型鑄造，外側(cè)為金屬型，中間為砂型。金屬型冷卻速度快，砂型冷卻速度慢，形成順序凝固，中間澆冒口最后凝固，有利于補(bǔ)縮。
[0011]2、鐵水熔制:根據(jù)釩鈦生鐵含碳量和廢鋼含碳量及要求鐵水含碳量計(jì)算二者配料比例，將釩鈦生鐵、廢鋼按計(jì)算確定的比例配料，加入中頻爐內(nèi)，送電加熱至熔化，升溫至1500~1550°C熔煉，取樣用直讀光譜(PDA-5500IV)分析化學(xué)成分，加入增碳劑或廢鋼，當(dāng)碳含量較低的時(shí)候添加增碳劑使碳含量增加，當(dāng)碳含量較低的時(shí)候添加廢鋼，用硅鐵、錳鐵、鉻鐵調(diào)整成分，使之成分按質(zhì)量百分含量計(jì)為:C:2.8~3.1 %，S1:0.7~0.9%，Mn:
0.7 ~0.9%,V:0.20 ~0.25%,Ti:0.05 ~0.10%,Cr:1.0 ~2.0%，余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)，其中，不可避免的雜質(zhì)中含有P和S，其中PS 0.10%,S^0.10%。熔煉后調(diào)整溫度達(dá)到1450~1500°C，出爐。
[0012]3、鐵水處理澆注:將經(jīng)烘烤過的粒度I~3_的硅鈣孕育劑按鐵水量的0.2%放入出鐵包底部，沖入鐵水進(jìn)行孕育處理。硅鈣孕育劑中的主要成分中Si的質(zhì)量百分含量為55~65%,Ca的質(zhì)量百分含量為0.8~3.0%，其余為鐵。處理后的鐵水進(jìn)行扒渣處理，表面覆蓋保溫集渣劑，保溫集渣劑為膨脹珍珠巖，其主要成分包括質(zhì)量百分含量為68~74%的SiO2，質(zhì)量百分含量為10~16%的Ai203。鐵水包吊至澆注點(diǎn)靜置，溫度達(dá)到1350~1400°C時(shí)澆注。
[0013]4、打箱清理:澆注后3~5分鐘進(jìn)行打箱，出型后的鐵球在干燥的地面上自然冷卻至室溫，去除澆口，打磨清理。
[0014]5、熱處理:磨球放入熱處理爐緩慢升溫至600°C，升溫速度為100~120°C /h。保溫2小時(shí)后隨爐冷卻，至100°C以下出爐。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0016](一)、以攀枝花廉價(jià)釩鈦生鐵為原料生產(chǎn)低鉻鑄鐵磨球，以釩鈦生鐵帶入的釩鈦元素做為合金化元素，利用釩鈦獨(dú)特合金化作用，提高磨球的耐磨性和沖擊韌性。
[0017]( 二)、在降低制造成本的同時(shí)，提高磨球使用性能。
[0018](三)、還可發(fā)揮攀枝花釩鈦資源優(yōu)勢，促進(jìn)釩鈦資源綜合利用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為實(shí)施例2中的低鉻釩鈦鑄鐵磨球金相組織圖:金相組織為:萊氏體+珠光體，放大倍數(shù)為100倍。金相試樣取自Φ 100磨球1/2半徑處，采用XJP-300金相顯微鏡檢驗(yàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明中的低鉻釩鈦鑄鐵磨球，按質(zhì)量百分含量計(jì)，其化學(xué)成分為:C:2.8~
3.l%，S1:0.8 ~1.0%，Μη:0.7 ~0.9%，V:0.20 ~0.25%,Ti:0.05 ~0.10%，Cr:1.0 ~
2.0%,余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中，不可避免的雜質(zhì)中含有P和S，其中P < 0.10%，S^0.10%。
[0021]本發(fā)明中釩、鈦在鑄鐵中以固溶、析出相和塊狀化合物形式存在，具有細(xì)化強(qiáng)化組織提高強(qiáng)韌性和耐磨性的作用。釩鈦在鑄鐵中形成彌散分布的細(xì)小顆粒狀高硬度碳氮化釩和碳氮化鈦(VC — HV2800、TiC一HV3200)，對提高耐磨性發(fā)揮重要作用。采用釩鈦生鐵為原料，釩鈦生鐵一般含V:0.25~0.35%，含T1:0.15~0.25%，配料中除生鐵外，需要加30%左右廢鋼降碳，考慮到熔煉中釩鈦元素?zé)龘p，鐵水中V、Ti含量可達(dá)到:V:0.20~0.25%,T1:0.05~0.10%，此范圍含量釩鈦可顯著改善磨球強(qiáng)韌性和耐磨性，過高則提高成本，過低效果不明顯。碳在白口鑄鐵中主要形成碳化物，提高硬度和耐磨性，但過高則嚴(yán)重增加脆性，普通低鉻鑄鐵磨球碳含量范圍為2.2~3.2%，本發(fā)明為保證磨球足夠的耐磨性，并兼顧韌性，選擇C:2.8~3.1%。鉻是低鉻鑄鐵磨球中的重要元素,鉻是典型的碳化物形成元素，可穩(wěn)定細(xì)化滲碳體，并增加珠光體數(shù)量，促進(jìn)珠光體形成，增強(qiáng)基體、降低脆性，從而增加磨機(jī)鋼球的耐磨性。Cr具有細(xì)化組織，增加碳化物含量的作用，低鉻鑄鐵磨球鉻含量一般控制在0.5~3.5%，Cr含量在1.0%~2.0 %范圍，可使磨球硬度和韌性達(dá)到較好的平衡。本發(fā)明選擇Cr:1.0%~2.0%。適量的硅使奧氏體枝晶得以細(xì)化，碳化物變得細(xì)小，有利于韌性的改善，但過高的Si會導(dǎo)致硬度、韌性和耐磨性的降低，Si —般控制在0.6%~
1.0%，本發(fā)明硅控制在0.8~1.0%。錳是弱碳化物形成元素，錳含量過高會粗化碳化物，影響材料的耐磨性，一般控制在0.6~1.1 本發(fā)明猛控制在0.7~0.9%。硫和磷硫和磷均是有害雜質(zhì)元素，一般控制為小于0.12%。
[0022]低鉻釩鈦鑄鐵磨球的制備工藝包括以下步驟:
[0023]1、鑄型準(zhǔn)備:磨球采用金屬型+砂套鑄型，造型后對金屬型進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為150~20(TC，再對型腔表面噴乙炔煙涂料，然后將上下模型合在一起。
[0024]2、根據(jù)釩鈦生鐵含碳量和廢鋼含碳量及要求鐵水含碳量計(jì)算二者配料比例，將釩鈦生鐵、廢鋼按計(jì)算確定的比例配料，加入中頻爐內(nèi)，送電加熱至熔化，升溫至1500~1550°C熔煉，取樣用直讀光譜(PDA-5500IV)分析化學(xué)成分，加入增碳劑或廢鋼，碳低加增碳劑碳高加廢鋼，用硅鐵、錳鐵、鉻鐵調(diào)整成分，使之成分按質(zhì)量百分含量計(jì)為:C:2.8~
3.l%，S1:0.7 ~0.9%，Mn:0.7 ~0.9%，V:0.20 ~0.25%,Ti:0.05 ~0.10%，Cr:1.0 ~2.0%,余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中，不可避免的雜質(zhì)中含有P和S，其中P < 0.10%，S≤0.10%。熔煉后調(diào)整溫度達(dá)到1450~1500°C，出爐。
[0025]3、鐵水處理澆注:將經(jīng)烘烤過的粒度I~3mm的硅鈣孕育劑按鐵水量的0.2%放入出鐵包底部，沖入鐵水進(jìn)行孕育處理。硅鈣孕育劑含Si55-65%，Ca0.8-3.0%。處理后的鐵水扒渣，表面覆蓋保溫集渣劑(膨脹珍珠巖主要成分Si0268~74% +Ai2O3IO~16% )，鐵水包吊至澆注點(diǎn)靜置，溫度達(dá)到1350~1400°C時(shí)澆注。
[0026]4、打箱清理:澆注后3~5分鐘打箱，出型后的鐵球在干燥的地面上自然冷卻至室溫，去除澆口，打磨清理。
[0027]5、熱處理:磨球放入熱處理爐緩慢升溫(升溫速度100~120°C /h)至600°C，保溫2小時(shí)后隨爐冷卻，至100°C以下出爐。
[0028]磨球鑄型有砂型、金屬型、消失模、金屬型+砂套，本發(fā)明采用金屬型+砂套。該工藝優(yōu)點(diǎn)為:采用金屬型鑄造本體，冷卻速度快，組織致密，采用砂套形成澆冒口，形成順序凝固條件，有利于補(bǔ)縮和出氣排渣。
[0029]熱處理工藝上，低鉻鑄鐵磨球熱處理工藝有高溫正火(淬火)+回火、中溫回火，前者可改善碳化物形態(tài)，但增加生產(chǎn)成本，后者為消除鑄造應(yīng)力，一般多采用后者，本發(fā)明采用中溫回火熱處理，即600°C回火2小時(shí)。
[0030]以價(jià)格低廉的釩鈦生鐵為原料，以釩鈦生鐵帶入的釩鈦為合金化元素，降低成本的同時(shí)，提高耐磨性和沖擊韌性。使本發(fā)明中的低鉻鑄鐵磨球的硬度達(dá)到48~52HRC，沖擊韌性為:2.5 ~3.0J/cm2。
[0031]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述，給出的實(shí)施例并不限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
[0032]實(shí)施例:
[0033]實(shí)施例1、例2、例3為低鉻釩鈦鑄鐵磨球，其鉻含量逐漸增加，實(shí)施例4為普通低鉻鑄鐵磨球，其鉻含量與實(shí)施例2低鉻釩鈦鑄鐵磨球相近。各實(shí)施例成分如表1，硬度、沖擊韌性如表2。
[0034]表1、實(shí)施例低鉻鑄鐵磨球成分(wt % )
[0035]
【權(quán)利要求】
1.一種低鉻釩鈦鑄鐵磨球，其特征在于:按質(zhì)量百分含量計(jì)，其化學(xué)成分為:c:2.8~3.1%，S1:0.8 ~1.0%, Mn:0.7 ~0.9%, V:0.20 ~0.25%, T1:0.05 ~0.10%, Cr:1.0 ~2.0%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中，不可避免的雜質(zhì)中含有P和S，其中PS0.10%，S^0.10% O
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低鉻釩鈦鑄鐵磨球，其特征在于:按質(zhì)量百分含量計(jì)，其化學(xué)成分為:C:2.9 ~3.0%，Si:0.9 ~1.0%, Mn:0.75 ~0.85%, V:0.20 ~0.23%, Ti:0.07 ~0.08%，Cr:1.5~2.0%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中，不可避免的雜質(zhì)中含有P和S，其中 P ≤ 0.10%, S ≤ 0.10%ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低鉻釩鈦鑄鐵磨球，其特征在于:該低鉻釩鈦鑄鐵磨球的金相組織為:萊氏體+珠光體；性能為:硬度48~52HRC，沖擊韌性為:2.5~3.0J/cm2。
4.生產(chǎn)低鉻釩鈦鑄鐵磨球的生產(chǎn)方法，其特征在于包括如下步驟: 1)鑄型準(zhǔn)備:磨球采用金屬型+砂套鑄型，造型后對金屬型進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為150~200°C，再對型腔表面噴乙炔煙，用乙炔煙代替涂料，然后將上下模型合在一起； 2)鐵水熔制:根據(jù)釩鈦生鐵含碳量和廢鋼含碳量及要求鐵水含碳量計(jì)算二者配料比例，將釩鈦生鐵、廢鋼按計(jì)算確定的比例配料，加入中頻爐內(nèi)，送電加熱至熔化，升溫至1500~1550°C進(jìn)行熔煉，取樣分析化學(xué)成分，加入增碳劑或廢鋼、硅鐵、錳鐵、鉻鐵調(diào)整成分，使鐵水中各化 學(xué)成分的重量配比為C:2.8~3.1%，S1:0.7~0.9%,Mn:0.7~0.9%，V:0.20~0.25%, T1:0.05~0.10%, Cr:1.0~2.0%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中，不可避免的雜質(zhì)中含有P和S，其中P≤0.10%，S≤0.10%，將鐵水溫度調(diào)整到1450~1500°C，等待出爐； 3)鐵水處理澆注:將經(jīng)烘烤過的硅鈣孕育劑按比例放入出鐵包的底部，沖入鐵水進(jìn)行孕育處理，對處理后的鐵水進(jìn)行扒渣，并在表面覆蓋保溫集渣劑，然后將鐵水包吊至澆注點(diǎn)靜置，溫度達(dá)到1350~1400°C時(shí)澆注； 4)打箱清理:澆注后3~5分鐘打箱，出型后的鐵球在干燥的地面上自然冷卻至室溫，去除澆口，打磨清理； 5)熱處理:將磨球放入熱處理爐緩慢升溫至600°C，保溫2小時(shí)后隨爐冷卻，至100°C以下出爐。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低鉻釩鈦鑄鐵磨球的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述硅鈣孕育劑的添加量為鐵水質(zhì)量的0.2%，該硅鈣孕育劑中以質(zhì)量百分含量計(jì):包括55~65%的Si和0.8 ~3.0% 的 Ca。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低鉻釩鈦鑄鐵磨球的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述的加入增碳劑或廢鋼調(diào)整成分，當(dāng)碳含量低于要求范圍時(shí)，加入增碳劑增碳；當(dāng)碳含量高于要求范圍時(shí)，加入廢鋼降碳。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低鉻釩鈦鑄鐵磨球的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述的集渣劑為膨脹珍珠巖，其主要成分為SiO2和Ai2O3，其中SiO2所占的質(zhì)量百分含量為:68-74%，Ai2O3所占的質(zhì)量百分含量為:10~16%。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低鉻釩鈦鑄鐵磨球的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述的緩慢升溫中的升溫速度為100~120°C /h。
【文檔編號】C22C37/10GK104004960SQ201410259525
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】陳國 , 武廣波 申請人:四川省富邦釩鈦制動鼓有限公司