一种半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球及制造方法

技术领域

本发明涉及金属材料生产技术领域，特别是涉及一种半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球及制造方法。

背景技术

在破碎与粉磨领域中，涉及到众多的耐磨件，其中与半自磨机相关的大尺寸磨球产量占到耐磨材料总量的80％左右，作为主要的耐磨损件，耐磨钢球已被广泛的应用于冶金、选矿、建材、电力等工业生产中。当前，市场上生产锻造钢球工艺是--火球，即利用锻后余热淬火。虽然这种生产工艺具有生产成本低等优势，但是所生产的钢球存在淬火后马氏体组织粗大、分布不均匀、钢球硬度、韧性低等问题。当面对高硬度的矿石时，这种劣势会立即体现出来，即钢球的破碎率显著提高，选矿成本增加。特别是湿式大型半自磨机的出现，对磨球的抗破碎性能、耐磨性能以及耐腐蚀性能提出了更高的要求。一般耐蚀性相同情况下，随着硬度的升高，磨球的韧性不断降低，而磨球的破碎概率随之增大；为了提高使磨球的淬透性，会添加更多的合金元素，但结果导致单个磨球的成本大大提高。因此，亟需研发一种具有成本低、耐腐蚀、高耐磨等优点的锻造磨球产品。

发明内容

本发明的目的是提供一种半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球及制造方法，以解决上述现有技术存在的问题，本发明通过设计钢球的组成成分，减少贵重金属元素的加入量，并调整钢球的生产工艺，从而降低生产成本、提高生产效率、改善钢球的耐磨性能及韧性、提高钢球的耐腐蚀能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明的技术方案之一：一种半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球，包括以下质量百分比的成分：C0.62～0.85％、Si1.50～2.00％、Mn0.8～1.50％、Cu0.52～1.0％、Cr0.5～1.0％、B0.002～0.0070％、P0.015～0.030％、S≤0.010％、余量为Fe及不避免的杂质。

C：在耐磨钢球中，碳是不可缺少的元素，并且含量较高。一方面碳在钢中是有效的固溶强化元素，另一方面可以形成各种碳化物，在耐磨钢球中，要保证充足的碳化物含量用以保证耐磨性。但碳含量过高时会使钢的韧性降低，尤其在形成粗大共晶碳化物时，对韧性的影响更严重。通过研究确定C的加入范围为0.62～0.85％。

Si：炼钢过程的脱氧元素，在钢中具有较强的固溶强化效果，能提高钢的强度，对提高钢的耐磨性以及淬透性有促进作用。通过研究确定Si的加入范围为1.50～2.00％。

Mn：适量的Mn可以延缓钢种铁素体和珠光体转变，增加钢种淬透性，改善韧性。通过研究确定Mn加入范围为0.8～1.50％。

Cu：能提高钢中奥氏体的稳定性，从而提高钢的淬透性，对提高钢球的耐磨性有利，同时，铜的加入可以增加钢球的耐腐蚀性能。通过研究确定Cu的加入范围为0.52～1.0％。

Cr：铬可以增加钢的淬透性，提高回火稳定性，并产生二次硬化现象；铬是中强碳化物形成元素，在钢中与碳可以形成碳化物，也可溶于固溶体与Fe

B：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。通过研究确定B的加入范围为0.002～0.0070％。

P：磷在钢液凝固时形成微观偏析，随后在奥氏体化温度加热时在晶界处偏聚，使钢的韧性降低，脆性增大。但是适量的磷与铜联合使用时会增加钢的耐腐蚀性能。通过研究确定P的加入范围为0.015～0.030％。

S：有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造时造成裂纹，含量越低越好。

本发明的技术方案之二：一种上述半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球的制造方法，包括以下步骤：

按照所述半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球的成分质量百分比称取原料，依次经冶炼、浇铸、轧制、热剪、锻造、在线热处理，得到所述半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球。

进一步地，所述半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球的制造方法，包括以下步骤：

(1)按照所述半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球的成分质量百分比称取原料，混合后进行冶炼，转炉挡渣出钢(出钢后渣层厚度≤50mm)，得到钢水，然后将钢水浇铸成连铸坯；

(2)对连铸坯进行轧制，得到轧制热圆钢；

(3)将轧制热圆钢热剪分段成圆棒，然后锻造成钢球；

(4)对钢球进行一次淬火处理和吹风处理，然后进行热处理和二次淬火处理，最后进行回火处理，得到所述半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球。

进一步地，步骤(1)中，所述冶炼的温度为1490℃；所述浇铸时的中间包钢水过热度≤30℃。

进一步地，步骤(2)中，所述轧制的开轧温度为1150～1250℃，终轧温度为1000～1050℃；所述轧制热圆钢的直径为85～100mm。

进一步地，步骤(3)中，所述热剪分段的温度为950～1000℃，每段的长度为180～220mm。

进一步地，步骤(3)中，所述钢球的直径为120～160mm。

进一步地，步骤(4)中，所述一次淬火处理的温度为900～950℃，时间为30～60s，出水温度为500～700℃；所述吹风处理的时间为30～60min，吹至钢球表面温度为160～260℃。

进一步地，步骤(4)中，所述热处理的温度为900～950℃，保温时间为60～120min；所述二次淬火处理的温度为800～850℃，时间为4～6min，出水温度为40～80℃。

进一步地，步骤(4)中，所述回火处理的温度为180～240℃，保温时间为4～6h。

本发明公开了以下技术效果：

(1)本发明通过设计大型半自磨机用大尺寸耐磨钢球的成分，减少贵重金属元素的加入量，并调整大尺寸耐磨钢球的生产工艺，从而降低生产成本、提高生产效率、改善大尺寸耐磨钢球的耐磨性能及韧性、提高钢球的耐腐蚀能。

(2)本发明耐磨钢球的表面平均硬度达到62.5HRC，心部平均硬度达到61.5HRC，冲击功达到78J；腐蚀速率与普通锻球相比降低80％左右。

(3)在大型湿式半自磨机中，本发明制备的钢球与同等硬度的普通锻球相比，吨矿石磨球消耗量降低40～60％，吨矿石磨球破碎率降低30～50％。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

实施例1

一种半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球的制造方法：

半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球，由以下质量百分比的成分组成：C0.72wt％、Si1.65％、Mn1.25％、Cu0.59％、Cr0.65％、B0.0032％、P0.016％、S0.008％，余量为铁和不可避免的杂质。

(1)按成分质量百分比称取生铁、低碳锰铁、低碳铬铁、硅铁、含铜生铁，混合后在1490℃下进行冶炼，转炉挡渣出钢，出钢后渣层厚度为20mm。

(2)将冶炼完成的钢水浇铸成连铸坯，控制中间包钢水过热度为20℃。

(3)将连铸坯进行轧制，开轧温度1150℃，终轧温度1020℃，轧制完成后得直径(Φ)为85mm的轧制热圆钢。

(4)将轧制热圆钢进行热剪分段，每段长度为182mm，每段温度为980℃，得到圆棒。

(5)将圆棒在750kg空气锤上锻造成钢球(锻造用模具为球型，直径为125mm)。

(6)将刚锻造成的红热钢球沿辊道进入在线淬火槽中进行淬火，淬火温度925℃，淬火时间35s，钢球出水温度为570℃，然后使用风扇进行吹风处理，吹风处理的时间为30min，吹至钢球表面的温度为220℃，得到风冷的钢球。

(7)将风冷的钢球放入加热炉中再次加热，加热温度为900℃，保温时间为60min，加热完成后将高温高球沿辊道滑入淬火池中进行淬火，淬火温度为800℃，淬火时间为5min，使钢球温度降至40℃。

(8)将淬火完成的钢球进行回火，回火温度为180℃，保温时间为4h，回火完成后，得到半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球。

实施例2

一种半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球的制造方法：

半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球，由以下质量百分比的成分组成：C0.77wt％、Si1.75％、Mn1.32％、Cu0.65％、Cr0.86％、B0.0032％、P0.016％、S0.009％，余量为铁和不可避免的杂质。

(1)按成分质量百分比称取生铁、低碳锰铁、低碳铬铁、硅铁、含铜生铁，混合后在1490℃下进行冶炼，转炉挡渣出钢，出钢后渣层厚度为20mm。

(2)将冶炼完成的钢水浇铸成连铸坯，控制中间包钢水过热度为20℃。

(3)将连铸坯进行轧制，开轧温度1160℃，终轧温度1000℃，轧制完成后得直径(Φ)为95mm的轧制热圆钢。

(4)将轧制热圆钢进行热剪分段，每段长度为202mm，每段温度为950℃，得到圆棒。

(5)将圆棒在750kg空气锤上锻造成钢球(锻造用模具为球型，直径为140mm)。

(6)将刚锻造成的红热钢球沿辊道进入在线淬火槽中进行淬火，淬火温度900℃，淬火时间40s，钢球出水温度为590℃，然后使用风扇进行吹风处理，吹风处理的时间为50min，吹至钢球表面的温度为180℃，得到风冷的钢球。

(7)将风冷的钢球放入加热炉中再次加热，加热温度为950℃，保温时间为90min，加热完成后将高温高球沿辊道滑入淬火池中进行淬火，淬火温度为820℃，淬火时间为6min，使钢球温度降至50℃。

(8)将淬火完成的钢球进行回火，回火温度为220℃，保温时间为5h，回火完成后，得到半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球。

实施例3

一种半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球的制造方法：

半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球，由以下质量百分比的成分组成：C0.82wt％、Si1.95％、Mn1.49％、Cu0.75％、Cr1.0％、B0.0062％、P0.016％、S0.009％，余量为铁和不可避免的杂质。

(1)按成分质量百分比称取生铁、低碳锰铁、低碳铬铁、硅铁、含铜生铁，混合后在1490℃下进行冶炼，转炉挡渣出钢，出钢后渣层厚度为20mm。

(2)将冶炼完成的钢水浇铸成连铸坯，控制中间包钢水过热度为20℃。

(3)将连铸坯进行轧制，开轧温度1150℃，终轧温度1030℃，轧制完成后得直径(Φ)为95mm的轧制热圆钢。

(4)将轧制热圆钢进行热剪分段，每段长度为220mm，每段温度为960℃，得到圆棒。

(5)将圆棒在750kg空气锤上锻造成钢球(锻造用模具为球型，直径为160mm)。

(6)将刚锻造成的红热钢球沿辊道进入在线淬火槽中进行淬火，淬火温度920℃，淬火时间45s，钢球出水温度为610℃，然后使用风扇进行吹风处理，吹风处理的时间为60min，吹至钢球表面的温度为180℃，得到风冷的钢球。

(7)将风冷的钢球放入加热炉中再次加热，加热温度为950℃，保温时间为90min，加热完成后将高温高球沿辊道滑入淬火池中进行淬火，淬火温度为820℃，淬火时间为6min，使钢球温度降至80℃。

(8)将淬火完成的钢球进行回火，回火温度为240℃，保温时间为5h，回火完成后，得到半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球。

实施例4

一种半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球的制造方法：

半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球，由以下质量百分比的成分组成：C0.62wt％、Si1.50％、Mn0.8％、Cu0.52％、Cr0.5％、B0.0042％、P0.015％、S0.008％，余量为铁和不可避免的杂质。

(1)按成分质量百分比称取生铁、低碳锰铁、低碳铬铁、硅铁、含铜生铁，混合后在1490℃下进行冶炼，转炉挡渣出钢，出钢后渣层厚度为40mm。

(2)将冶炼完成的钢水浇铸成连铸坯，控制中间包钢水过热度为10℃。

(3)将连铸坯进行轧制，开轧温度1100℃，终轧温度1050℃，轧制完成后得直径(Φ)为100mm的轧制热圆钢。

(4)将轧制热圆钢进行热剪分段，每段长度为180mm，每段温度为950℃，得到圆棒。

(5)将圆棒在750kg空气锤上锻造成钢球(锻造用模具为球型，直径为120mm)。

(6)将刚锻造成的红热钢球沿辊道进入在线淬火槽中进行淬火，淬火温度950℃，淬火时间30s，钢球出水温度为500℃，然后使用风扇进行吹风处理，吹风处理的时间为30min，吹至钢球表面的温度为220℃，得到风冷的钢球。

(7)将风冷的钢球放入加热炉中再次加热，加热温度为900℃，保温时间为120min，加热完成后将高温高球沿辊道滑入淬火池中进行淬火，淬火温度为800℃，淬火时间为4min，使钢球温度降至50℃。

(8)将淬火完成的钢球进行回火，回火温度为180℃，保温时间为6h，回火完成后，得到半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球。

实施例5

一种半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球的制造方法：

半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球，由以下质量百分比的成分组成：C0.85wt％、Si2.00％、Mn1.50％、Cu1.0％、Cr1.0％、B0.0052％、P0.030％、S0.009％，余量为铁和不可避免的杂质。

(1)按成分质量百分比称取生铁、低碳锰铁、低碳铬铁、硅铁、含铜生铁，混合后在1490℃下进行冶炼，转炉挡渣出钢，出钢后渣层厚度为20mm。

(2)将冶炼完成的钢水浇铸成连铸坯，控制中间包钢水过热度为20℃。

(3)将连铸坯进行轧制，开轧温度1100℃，终轧温度1040℃，轧制完成后得直径(Φ)为85mm的轧制热圆钢。

(4)将轧制热圆钢进行热剪分段，每段长度为220mm，每段温度为1000℃，得到圆棒。

(5)将圆棒在750kg空气锤上锻造成钢球(锻造用模具为球型，直径为125mm)。

(6)将刚锻造成的红热钢球沿辊道进入在线淬火槽中进行淬火，淬火温度925℃，淬火时间60s，钢球出水温度为700℃，然后使用风扇进行吹风处理，吹风处理的时间为30min，吹至钢球表面的温度为260℃，得到风冷的钢球。

(7)将风冷的钢球放入加热炉中再次加热，加热温度为900℃，保温时间为110min，加热完成后将高温高球沿辊道滑入淬火池中进行淬火，淬火温度为850℃，淬火时间为5min，使钢球温度降至60℃。

(8)将淬火完成的钢球进行回火，回火温度为180℃，保温时间为4h，回火完成后，得到半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球。

对比例1

一种耐腐蚀高耐磨钢球，由以下质量百分比的成分组成：C0.54wt％、Si1.2％、Mn1.0％、Cu0.20％、Cr0.4％、B0.0022％、P0.030％、S0.009％，余量为Fe及不可避免的杂质。

(1)按成分质量百分比称取生铁、低碳锰铁、低碳铬铁、硅铁、含铜生铁，混合后在1490℃下进行冶炼，转炉挡渣出钢，出钢后渣层厚度为20mm；将冶炼完成的钢水浇铸成连铸坯，控制中间包钢水过热度30℃。

(2)将连铸坯进行轧制，开轧温度1050℃，终轧温度1030℃，轧制完成后得轧制热圆钢。

(3)将轧制热圆钢进行热剪分段，每段长度为220mm，每段温度为1000℃，得到圆棒。

(4)将圆棒在750kg空气锤上锻造成钢球，锻造温度为890℃(锻造用模具为球型，直径为125mm)。

(5)将钢球沿辊道缓冷到820℃，然后进行淬火，淬火时间为4.6min，使钢球温度降至60℃。

(6)将淬火完成的钢球进行回火，回火温度为180℃，保温时间为4h，回火完成后，得到耐腐蚀高耐磨钢球。

对比例2

一种耐腐蚀高耐磨钢球，由以下质量百分比的成分组成：C0.64wt％、Si1.23％、Mn1.1％、Cu0.26％、Cr0.5％、B0.0032％、P0.030％、S0.009％，余量为Fe及不可避免的杂质。

(1)按成分质量百分比称取生铁、低碳锰铁、低碳铬铁、硅铁、含铜生铁，混合后在1490℃下进行冶炼，转炉挡渣出钢，出钢后渣层厚度为20mm；将冶炼完成的钢水浇铸成连铸坯，控制中间包钢水过热度30℃。

(2)将连铸坯进行轧制，开轧温度1100℃，终轧温度1080℃，轧制完成后得轧制热圆钢。

(3)将轧制热圆钢进行热剪分段，每段长度为220mm，每段温度为1000℃，得到圆棒。

(4)将圆棒在750kg空气锤上锻造成钢球，锻造温度为890℃(锻造用模具为球型，直径为125mm)。

(5)将钢球沿辊道缓冷到820℃，然后进行淬火，淬火时间为4.6min，使钢球温度降至60℃。

(6)将淬火完成的钢球进行回火，回火温度为180℃，保温时间为4h，回火完成后，得到耐腐蚀高耐磨钢球。

对比例3

一种耐腐蚀高耐磨钢球，化学成分重量百分比为：C0.61wt％、Si1.13％、Mn1.2％、Cu0.26％、Cr0.5％、B:0.0032％，P0.030％、S0.009％，余量为Fe及不可避免的杂质。

(1)按成分质量百分比称取生铁、低碳锰铁、低碳铬铁、硅铁、含铜生铁，混合后在1490℃下进行冶炼，转炉挡渣出钢，出钢后渣层厚度为20mm；将冶炼完成的钢水浇铸成连铸坯，控制中间包钢水过热度30℃。

(2)将连铸坯进行轧制，开轧温度1110℃，终轧温度1080℃，轧制完成后得轧制热圆钢。

(3)将轧制热圆钢进行热剪分段，每段长度为220mm，每段温度为1000℃，得到圆棒。

(4)将圆棒在750kg空气锤上锻造成钢球，锻造温度为890℃(锻造用模具为球型，直径为125mm)。

(5)将钢球沿辊道缓冷到820℃，然后进行淬火，淬火时间为4.6min，使钢球温度降至60℃。

(6)将淬火完成的钢球进行回火，回火温度为180℃，保温时间为4h，回火完成后，得到半自磨机用耐腐蚀高耐磨大尺寸锻造钢球。

效果例1

测定本发明实施例和对比例制备的钢球的性能，结果见表1。

表1

从表1中可以看出，本发明制备的大尺寸锻造钢球的硬度高、韧性高、耐磨性好，而且更抗腐蚀。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。