本發(fā)明涉及耐磨材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高韌性高強(qiáng)度耐磨鋼球及其制備方法。

背景技術(shù)：

球磨機(jī)作為礦山、水泥工業(yè)中物料粉磨的主要設(shè)備，得到廣泛的普及應(yīng)用，其中的球磨機(jī)鋼球是球磨機(jī)運(yùn)行工作的重要消耗性材料，其原理是利用耐磨球與物料的沖擊和研磨作用使物料粉碎，耐磨球的質(zhì)量直接影響待粉碎物料的粉碎質(zhì)量，耐磨球的使用壽命直接影響勞動(dòng)生產(chǎn)率，所以對(duì)耐磨球的要求是既要具有足夠的強(qiáng)度和硬度，又要有較好的抗沖擊韌性。現(xiàn)有技術(shù)中，球磨機(jī)的磨介鋼球主要是鉻系合金、錳系合金等球磨鑄鋼件或球磨鑄鐵件，如高鉻鋼球、低鉻鋼球、多元合金鋼球和釩鈦鉻合金鋼球等，在使用的過(guò)程中，存在沖擊韌性不是很好、強(qiáng)度較低、耐磨性能欠佳的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種高韌性高強(qiáng)度耐磨鋼球及其制備方法，所述的高韌性高強(qiáng)度耐磨鋼球的制備方法，其過(guò)程簡(jiǎn)單，條件溫和，得到的耐磨鋼球沖擊韌性好，強(qiáng)度高，耐磨性能優(yōu)異。

本發(fā)明提出的一種高韌性高強(qiáng)度耐磨鋼球，其化學(xué)成分按重量百分比包括：C：0.35-0.47％、Si：0.25-0.4％、Mn：2-3％、Cu：0.03-0.04％、Cr：1-1.5％、B：0.003-0.005％、Mg：0.03-0.06％、Ti：0.01-0.03％、Zr：0.02-0.04％、Nb：0.01-0.03％、V：0.05-0.1％、Mo：0.05-0.2％、Ni：0.1-0.25％、Ca+Ba：0.015-0.018％、S：0.01-0.02％、P：0.01-0.02％、其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

優(yōu)選地，其化學(xué)成分中，Mn、B、Cr的重量百分比滿(mǎn)足以下關(guān)系式：Mn＝500×B+0.15×Cr，且Cr+Mn≥3.4％。

優(yōu)選地，其化學(xué)成分中，Nb、B、Ti的重量百分比滿(mǎn)足以下關(guān)系式：Ti＝kB+Nb，且k取3-5。

優(yōu)選地，其化學(xué)成分中，Nb、V的重量百分比滿(mǎn)足關(guān)系式：0.09％≤Nb+V≤0.11％。

優(yōu)選地，其化學(xué)成分中Ca、Ba的重量比為2-10:3-8。

本發(fā)明還提出的一種所述高韌性高強(qiáng)度耐磨鋼球的制備方法，包括以下步驟：

S1、將原料加入真空感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，扒渣、脫氧后得到合金液；

S2、待合金液冷卻至1430-1450℃后澆注入金屬模具型腔中，待合金液溫度降至900-950℃時(shí)取出，冷卻至室溫得到耐磨球坯體；

S3、將耐磨球坯體升溫至880-900℃，保溫40-55min，降溫至250-300℃然后在350-360℃中保溫30-50min，空冷后回火得到所述高韌性高強(qiáng)度耐磨鋼球。

優(yōu)選地，在S1中，在脫氧的過(guò)程中，所采用的脫氧劑的原料按重量份包括：鋁礬土35-50份、鈣粉10-15份、鐵粉5-20份、硅石2-10份、重晶石1-5份、焦炭2-10份；所述脫氧劑選擇了鋁礬土、鈣粉、鐵粉、硅石、重晶石、焦炭為原料，并調(diào)節(jié)了各原料在體系中的比例，使各原料的性能協(xié)同，與氧具有較高的強(qiáng)和力，同時(shí)具有較高的脫硫能力，在脫氧的同時(shí)起到了脫硫的效果，與同類(lèi)脫氧劑相比，鋼水總氧含量低，脫氧產(chǎn)物相互聚積長(zhǎng)大，上浮快；鋼中夾雜物含量減少，同時(shí)可使夾雜物變性，鋼水澆鑄時(shí)流動(dòng)性好，同時(shí)使用了鋁礬土代替金屬鋁，降低了成本。

優(yōu)選地，在S3中，升溫至880-900℃的過(guò)程中，升溫速率為A℃/s，A＝1.3+K₁×C_Cr+K₂×C_Mn，其中，K₁取50-100，K₂取30-50，C_Cr、C_Mn分別為Cr和Mn的重量百分比。

優(yōu)選地，在S3中，降溫至250-300℃的過(guò)程中，降溫速度為B℃/s，B＝0.8+K₃×C_Cr+K₄×C_Mn，其中，K₃取100-200，K₄取30-80，C_Cr、C_Mn分別為Cr、Mn的重量百分比。

優(yōu)選地，在S3中，回火的溫度為T(mén)℃，且T＝328+K₅×C_Ti+K₆×C_Nb，其中，K₅取20000-35000，K₆取25000-40000，C_Ti、C_Nb分別為T(mén)i、Nb的重量百分比。

本發(fā)明所述高韌性高強(qiáng)度耐磨鋼球，其化學(xué)成分中適當(dāng)提高了C的含量，在防止材料淬火后工件開(kāi)裂的前提下，提高了材料的沖擊韌性，同時(shí)加入了Mn和Cr，并適當(dāng)提高了Mn和Cr的含量，同時(shí)降低了Mo的含量，顯著提高了材料的淬透性和回火穩(wěn)定性，同時(shí)使加入的Mn與B相配合，在防止硼脆的前提下，抑制了多邊形鐵素體的轉(zhuǎn)變，同時(shí)凸出貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，在較大范圍內(nèi)得到貝-馬組織，同時(shí)控制Mn、B、Cr的重量百分比滿(mǎn)足以下關(guān)系式：Mn＝500×B+0.15×Cr，且Cr+Mn≥3.4％，使Mn、B、Cr三者結(jié)合，使得高溫轉(zhuǎn)變?cè)杏诿黠@長(zhǎng)于中溫轉(zhuǎn)變，從而細(xì)化了材料的尺寸，顯著改善了鋼球的強(qiáng)度和韌性；Nb和B加入體系中，降低了貝氏體的轉(zhuǎn)變溫度，進(jìn)一步細(xì)化了組織，提高了基體中位錯(cuò)密度，并加入了一定量的Ti，并使Nb、B、Ti的重量百分比滿(mǎn)足以下關(guān)系式：Ti＝kB+Nb，且k取3-5，從而使Nb、B、Ti具有最優(yōu)的協(xié)同性能，避免N與B的結(jié)合同時(shí)形成了TiN和NbN，起到了凝固核心的作用，促進(jìn)了鋼球顯微組織的細(xì)化，進(jìn)一步提高了鋼球的強(qiáng)度和韌性，同時(shí)防止了粗大夾雜物的形成；同時(shí)加入了Ca和Ba，并將Ca+Ba的含量控制在0.015-0.018％的范圍內(nèi)，起到了細(xì)化鋼球的作用，使所得鋼球更圓整，同時(shí)有利于提高鋼球的強(qiáng)度和韌性；在制備方法中，具體選擇了淬火的溫度為880-900℃，保溫40-45min，另外，控制了淬火過(guò)程中升溫的速率和降溫的速率，使升溫速率A滿(mǎn)足A＝1.3+K₁C_Cr+K₂C_Mn，K₁取50-100，K₂取30-50，降溫速率B滿(mǎn)足B＝0.8+K₃C_Cr+K₄C_Mn，K₃取100-200，K₄取30-80，使珠光體析出減少，馬氏體組織逐漸增多，硬度增大，使鋼球的硬度和沖擊韌性達(dá)到最優(yōu)，增加了過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的穩(wěn)定性，增強(qiáng)了鋼的淬透性，提高了淬透層的硬度；當(dāng)超過(guò)900℃后組織開(kāi)始細(xì)化，硬度和沖擊韌性逐漸降低；之后降溫至250-300℃，控制了冷卻的速度，并在350-360℃中保溫30-50min，避免了非馬氏體類(lèi)組織轉(zhuǎn)變，賦予鋼球最佳性能；優(yōu)選方式中，將回火的溫度為設(shè)置為T(mén)i、Nb的重量百分比的關(guān)系式，即T＝328+K₅×C_Ti+K₆×C_Nb，其中，K₅取20000-35000，K₆取25000-40000，C_Ti、C_Nb分別為T(mén)i、Nb的重量百分比，從而使組織的析出物除了有大量彌散分布的ε-碳化物外，還出現(xiàn)了少量的(Nb,Ti)(C,N)粒子，這兩類(lèi)析出粒子的出現(xiàn)，使所得耐磨鋼球在保持極高的強(qiáng)度和硬度的同時(shí)，仍然具有較好的韌性，從而為其具備極高的耐磨性能提供了保障。

對(duì)本發(fā)明所述高韌性高強(qiáng)度耐磨鋼球進(jìn)行性能測(cè)試，其硬度為49-56HRC，沖擊韌性為31-36J/cm²，綜合性能良好。

具體實(shí)施方式

下面，通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1

本發(fā)明提出的一種高韌性高強(qiáng)度耐磨鋼球，其化學(xué)成分按重量百分比包括：C：0.47％、Si：0.25％、Mn：3％、Cu：0.03％、Cr：1.5％、B：0.003％、Mg：0.06％、Ti：0.01％、Zr：0.04％、Nb：0.03％、V：0.05％、Mo：0.2％、Ni：0.1％、Ca+Ba：0.018％、S：0.01％、P：0.02％、其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

本發(fā)明還提出的一種所述高韌性高強(qiáng)度耐磨鋼球的制備方法，包括以下步驟：

S1、將原料加入真空感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，扒渣、脫氧后得到合金液；

S2、待合金液冷卻至1430℃后澆注入金屬模具型腔中，待合金液溫度降至950℃時(shí)取出，冷卻至室溫得到耐磨球坯體；

S3、將耐磨球坯體升溫至880℃，保溫55min，降溫至250℃然后在360℃中保溫50min，空冷后回火得到所述高韌性高強(qiáng)度耐磨鋼球。

實(shí)施例2

本發(fā)明提出的一種高韌性高強(qiáng)度耐磨鋼球，其化學(xué)成分按重量百分比包括：C：0.35％、Si：0.4％、Mn：2％、Cu：0.04％、Cr：1％、B：0.005％、Mg：0.03％、Ti：0.03％、Zr：0.02％、Nb：0.01％、V：0.1％、Mo：0.05％、Ni：0.25％、Ca+Ba：0.015％、S：0.02％、P：0.01％、其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

本發(fā)明還提出的一種所述高韌性高強(qiáng)度耐磨鋼球的制備方法，包括以下步驟：

S1、將原料加入真空感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，扒渣、脫氧后得到合金液；

S2、待合金液冷卻至1450℃后澆注入金屬模具型腔中，待合金液溫度降至900℃時(shí)取出，冷卻至室溫得到耐磨球坯體；

S3、將耐磨球坯體升溫至900℃，保溫40min，降溫至300℃然后在350℃中保溫30min，空冷后回火得到所述高韌性高強(qiáng)度耐磨鋼球。

實(shí)施例3

本發(fā)明提出的一種高韌性高強(qiáng)度耐磨鋼球，其化學(xué)成分按重量百分比包括：C：0.43％、Si：0.28％、Mn：2.01％、Cu：0.031％、Cr：1.4％、B：0.0036％、Mg：0.055％、Ti：0.0258％、Zr：0.028％、Nb：0.015％、V：0.08％、Mo：0.17％、Ni：0.16％、Ca：0.013％、Ba：0.004％、S：0.018％、P：0.013％、其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

本發(fā)明還提出的一種所述高韌性高強(qiáng)度耐磨鋼球的制備方法，包括以下步驟：

S1、將原料加入真空感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，扒渣、脫氧后得到合金液；其中，在脫氧的過(guò)程中，所采用的脫氧劑的原料按重量份包括：鋁礬土50份、鈣粉10份、鐵粉20份、硅石2份、重晶石5份、焦炭2份；

S2、待合金液冷卻至1435℃后澆注入金屬模具型腔中，待合金液溫度降至940℃時(shí)取出，冷卻至室溫得到耐磨球坯體；

S3、將耐磨球坯體升溫至885℃，保溫52min，降溫至260℃然后在358℃中保溫36min，空冷后回火得到所述高韌性高強(qiáng)度耐磨鋼球；

其中，升溫至885℃的過(guò)程中，升溫速率為A℃/s，A＝1.3+K₁×C_Cr+K₂×C_Mn，其中，K₁取50，K₂取50，C_Cr、C_Mn分別為Cr和Mn的重量百分比，即A＝3.005℃/s；

降溫至260℃的過(guò)程中，降溫速度為B℃/s，B＝0.8+K₃×C_Cr+K₄×C_Mn，其中，K₃取200，K₄取30，C_Cr、C_Mn分別為Cr、Mn的重量百分比，即B＝4.203℃/s；

回火的溫度為T(mén)℃，且T＝328+K₅×C_Ti+K₆×C_Nb，其中，K₅取35000，K₆取40000，C_Ti、C_Nb分別為T(mén)i、Nb的重量百分比，即T＝343.03℃。

實(shí)施例4

本發(fā)明提出的一種高韌性高強(qiáng)度耐磨鋼球，其化學(xué)成分按重量百分比包括：C：0.36％、Si：0.37％、Mn：2.213％、Cu：0.038％、Cr：1.42％、B：0.004％、Mg：0.037％、Ti：0.03％、Zr：0.036％、Nb：0.01％、V：0.085％、Mo：0.1％、Ni：0.22％、Ca：0.0032％、Ba：0.0128％、S：0.015％、P：0.017％、其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

本發(fā)明還提出的一種所述高韌性高強(qiáng)度耐磨鋼球的制備方法，包括以下步驟：

S1、將原料加入真空感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，扒渣、脫氧后得到合金液；其中，在脫氧的過(guò)程中，所采用的脫氧劑的原料按重量份包括：鋁礬土35份、鈣粉15份、鐵粉5份、硅石10份、重晶石1份、焦炭10份；

S2、待合金液冷卻至1445℃后澆注入金屬模具型腔中，待合金液溫度降至920℃時(shí)取出，冷卻至室溫得到耐磨球坯體；

S3、將耐磨球坯體升溫至896℃，保溫43min，降溫至287℃然后在352℃中保溫43min，空冷后回火得到所述高韌性高強(qiáng)度耐磨鋼球；

其中，升溫至896℃的過(guò)程中，升溫速率為A℃/s，A＝1.3+K₁×C_Cr+K₂×C_Mn，其中，K₁取100，K₂取30，C_Cr、C_Mn分別為Cr和Mn的重量百分比，即A＝3.3839℃/s；

降溫至287℃的過(guò)程中，降溫速度為B℃/s，B＝0.8+K₃×C_Cr+K₄×C_Mn，其中，K₃取100，K₄取80，C_Cr、C_Mn分別為Cr、Mn的重量百分比，即B＝3.9904℃/s；

回火的溫度為T(mén)℃，且T＝328+K₅×C_Ti+K₆×C_Nb，其中，K₅取20000，K₆取25000，C_Ti、C_Nb分別為T(mén)i、Nb的重量百分比，即T＝336.5℃。

實(shí)施例5

本發(fā)明提出的一種高韌性高強(qiáng)度耐磨鋼球，其化學(xué)成分按重量百分比包括：C：0.38％、Si：0.32％、Mn：2.195％、Cu：0.035％、Cr：1.3％、B：0.004％、Mg：0.045％、Ti：0.028％、Zr：0.03％、Nb：0.01％、V：0.08％、Mo：0.16％、Ni：0.16％、Ca：0.008％、Ba：0.008％、S：0.01％、P：0.02％、其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

本發(fā)明還提出的一種所述高韌性高強(qiáng)度耐磨鋼球的制備方法，包括以下步驟：

S1、將原料加入真空感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，扒渣、脫氧后得到合金液；其中，在脫氧的過(guò)程中，所采用的脫氧劑的原料按重量份包括：鋁礬土42份、鈣粉13份、鐵粉10份、硅石8份、重晶石3份、焦炭7份；

S2、待合金液冷卻至1440℃后澆注入金屬模具型腔中，待合金液溫度降至930℃時(shí)取出，冷卻至室溫得到耐磨球坯體；

S3、將耐磨球坯體升溫至890℃，保溫50min，降溫至280℃然后在355℃中保溫40min，空冷后回火得到所述高韌性高強(qiáng)度耐磨鋼球；

其中，升溫至890℃的過(guò)程中，升溫速率為A℃/s，A＝1.3+K₁×C_Cr+K₂×C_Mn，其中，K₁取60，K₂取40，C_Cr、C_Mn分別為Cr和Mn的重量百分比，即A＝2.958℃/s；

降溫至280℃的過(guò)程中，降溫速度為B℃/s，B＝0.8+K₃×C_Cr+K₄×C_Mn，其中，K₃取160，K₄取50，C_Cr、C_Mn分別為Cr、Mn的重量百分比，即B＝3.9775℃/s；

回火的溫度為T(mén)℃，且T＝328+K₅×C_Ti+K₆×C_Nb，其中，K₅取30000，K₆取30000，C_Ti、C_Nb分別為T(mén)i、Nb的重量百分比，即T＝339.4℃。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。