高強韌性鋼球及其生產方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種鋼鐵材料，更具體地講，涉及一種高強韌性鋼球及其生產方法。
【背景技術】
[0002] 目前，球磨機領域廣泛應用的鍛軋鋼球多為碳含量0. 60% -0. 85%的鐵素體-珠 光體鋼或珠光體鋼，這類鋼的特點是碳含量高，輔以適量Si、Mn、Cr、V、Nb、Ti等元素，經淬 火及回火處理后，直徑80-150mm的鋼球表層硬度能夠達到60HRC以上，直徑80mm鋼球心部 硬度不低于55HRC、而直徑150mm鋼球心部硬度不低于40HRC，具有生產成本低、工藝簡單、 成材率高等特點，鋼球綜合性能基本滿足一般球磨機的研磨需要。
[0003] 然而，由于碳含量較高，這類鋼球顯著的特點是具有高強硬度的同時韌塑性特別 是沖擊韌性較低，一般在鋼球1/2半徑或球心部位無缺口試樣的沖擊韌性低于20J，在應用 過程中發生破裂的比例較高，需定時檢查、遴選、更換，對于球磨領域要求較高的行業，并非 最理想的選擇。因此，亟需一種強硬度與現有珠光體類鋼球相近，但韌塑性大幅提升的高性 能鋼球。

【發明內容】

[0004] 本發明針對上述問題，提供一種高強韌性鋼球，所得鋼球具有高硬度的同時具有 良好的沖擊韌性。
[0005] 本發明提供一種高強韌性鋼球，按重量百分比計，其成分含有0. 15% -0. 30%C、 1. 30-2. 00%Si、l. 50% -2. 50%Mn、0. 50% -1. 00%Cr、0. 20-0. 50%M〇,余量為Fe及不可 避免的雜質；其制備方法包括依次進行的以下步驟：
[0006] a、冶煉鋼水；
[0007] b、澆鑄以形成連鑄坯；
[0008] c、加熱鑄坯，然后軋制：將連鑄坯加熱至1150_1300°C并保溫l_4h后軋制；
[0009] d、切割經軋制后的鑄坯，形成鋼球坯；
[0010] e、將鋼球坯加熱至1100-1250°c并保溫10-60S，然后鍛造鋼球，終鍛溫度控制在 900-1050〇C；
[0011] f、將經鍛造后的鋼球空冷至其表層溫度為750?850°C，然后將鋼球坯以連續滾 動的方式在溫度為30-50°C的水中淬火，待鋼球坯表層降至60-80°C時從水中取出并迅速 置于溫度為200-250°C的機械油或機油中回火，回火4-10h后取出，隨后進行去油及精整處 理，得到鋼球。
[0012] 本發明的有益效果：
[0013] 采用本發明所述方法制得的鋼球，距離鋼球表層5mm處硬度60. 2-61. 1HRC、球心 部位硬度55. 8-57. 1HRC、1/2半徑處沖擊功50-72J、球心部位沖擊功56-78J，鋼球斷面硬度 分布均勻，隨著局里鋼球表層局里的增加并未出現硬度的顯著降低，鋼球獲得高硬度的同 時獲得了良好的沖擊韌性。
【附圖說明】
[0014] 圖1本發明中六組實施例及對比例斷面硬度分布。
【具體實施方式】
[0015] 本發明采用如下化學成分，以重量百分比計，含有0. 15% -0.30%C、1.30-2. 00% Si、l. 50% -2. 50%Mn、0. 50% -1. 00%Cr、0. 20-0. 50%Mo,余量為Fe及不可避免的雜質： 上述化學成分的鋼再軋制為鋼球，再熱軋空冷至室溫條件下，鋼球顯微組織為共析鐵素體+ 貝氏體+馬氏體+少量殘余奧氏體，不同于現有珠光體類鋼球室溫條件下以珠光體組織為 主，同時包含少量鐵素體的的組織。
[0016] 含有上述成分的鋼水采用轉爐或電爐冶煉，經過LF精煉及RH真空處理后澆鑄為 200mmX200mm-450mmX450mm連鑄坯：采用LF處理主要是為了降低鋼中S等有害元素含 量，提高鋼質純凈度；采用RH真空處理目的是進一步降低鋼中0、N、H等氣體元素含量，避 免鋼球因產生白點缺陷在使用過程中開裂。
[0017] 所得連鑄坯在加熱爐中重新加熱至1150-1300 °C并保溫l_4h后出爐軋制為 60mmX60mm-75mmX75mm方鋼：鋼還重新進行奧氏體化并保溫l_4h后，還料全斷面溫度分 布均勻，適宜軋制，鋼坯出爐后進行高壓水除磷，采用孔型法或萬能法將坯料軋制為一定長 度的60mmX60mm-75mmX75mm方鋼，具體方鋼尺寸以最終鋼球規格確定，完成乳制的方鋼 直接空冷至室溫。
[0018] 由于大型球磨機領域常用鋼球的直徑在80mm-150mm之間，依據方鋼斷面及鋼球 直徑換算結果，同時考慮氧化鐵皮等損耗，采用等離子切割機或鋸床切割成單個鋼球坯料 并依次置于感應加熱爐中進行加熱及保溫。當鋼球坯表層溫度達到ll〇〇-1250°C時保溫 10-60s后取出置于250kg或500kg空氣錘下鍛造為直徑80mm-150mm所需斷面鋼球，鍛造 過程中應采用鼓風機等設備去除氧化皮。上述參數及操作工序設定的原因是：加熱過程中， 如鋼球坯料表層溫度低于1100°C，奧氏體化程度不充分，在鍛造過程中隨著溫度的降低，變 形抗力顯著增加，鋼球的圓度難以保證；如鋼球坯料表層溫度高于1250°C，奧氏體晶粒將 面臨顯著長大甚至出現過熱、過燒的問題，性能顯著惡化；因此，鋼球坯料的加熱溫度選擇 1100-1250°C;保溫時間10-60s的原因是：奧氏體均勻化過程對鋼球最終性能影響很大， 相比于普通碳素鋼，由于本發明鋼中合金元素含量相對較高，鋼球坯料表層到達規定溫度 后續維持保溫一段時間，如保溫時間低于l〇s，坯料心部溫度較低，無法滿足鍛造要求；如 保溫時間高于60s，則增加電能消耗，對組織與性能也無顯著益處；因此，保溫溫度設定為 10-60S。鋼球坯料取出后，置于250kg或500kg空氣錘下均勻模鍛，鍛造過程采用鼓風機等 去除氧化鐵皮，避免壓入鋼球產生折疊等缺陷。
[0019] 鋼球終鍛后溫度在900-1050°C之間，一般隨著鋼球直徑的增加，終鍛溫度隨之提 高。將鋼球置于底部帶有通孔的臺架上靜置冷卻，當鋼球表層溫度降至750-850°C時投入 溫度為30-50°C的帶有水槽的流動清水中連續滾動淬火直至鋼球表層溫度降至60-80°C時 從水中取出，進行上述設置的原因是：如果淬火開始溫度高于850°C，由于鋼球入水后表面 劇烈氣化并形成水膜，降低了淬火介質的冷卻速度，鋼球心部性能較低；如果淬火開始溫度 低于750°C，則易形成先共析鐵素體等軟質相，同樣降低鋼球的硬度；因此，淬火開始溫度 介于750-850°C之間。水溫設定在30-50°C的原因是：如果溫度高于50°C，同樣導致鋼球硬 度偏低，無法滿足使用要求；如果水溫低于30°C，則鋼球因內應力過大易破裂。當鋼球表層 溫度降至60-80°C時，鋼球表層至一定深度內的相變已完成；同時，可有效降低應力，同樣 避免鋼球破裂。由于淬火后的鋼球含有馬氏體、殘余奧氏體等亞穩態組織，需通過回火處理 促進上述組織轉變為回火馬氏體等穩態組織，同時調整鋼球的硬度及韌性等綜合性能。采 用200-250°C機械油或機油中回火處理4-10h，取出進行去油及表面精整處理即得到成品 鋼球。
[0020] 在下文中，將結合實施例來具體描述本發明中一種高強韌性鋼球及其生產方法。
[0021] 實施例選用以下六組本發明所述鋼球化學成分，詳見表1，實施例1-6記為A1-A6。
[0022] 對比例選用現有高碳珠光體材質鋼球化學成分，詳見表2,對比例記為D1。
[0023] 表1本發明六組實施例化學成分
[0024]
【主權項】
1.高強初性鋼球，其特征在于，按重量百分比計，其成分含有0. 15% -0.30% C、 1. 30-2. 00% Si、l. 50% -2. 50% Mn、0. 50% -1. 00% Cr、0. 20-0. 50% Mo,余量為化及不可 避免的雜質；其制備方法包括依次進行的W下步驟： a、 冶煉鋼水； b、 誘鑄W形成連鑄巧； C、加熱連鑄巧，然后軸制；將連鑄巧加熱至1150-1300°C并保溫1-化后軸制； t切割經軸制后的鑄巧，形成鋼球巧； e、 將鋼球巧加熱至1100-1250°C并保溫10-60S，然后鍛造成鋼球，終鍛溫度控制在 900-1050°C ； f、 將經鍛造后的鋼球空冷至其表層溫度為750?850°C，然后將鋼球W連續滾動的 方式在溫度為30-50°C的水中澤火，當鋼球表層溫度降至60-80°C時取出并置于溫度為 200-250°C的機械油或機油中回火，回火4-1化后取出，隨后進行去油及精整處理，得到鋼 球。
【專利摘要】本發明涉及一種高強韌性鋼球及其生產方法。高強韌性鋼球，按重量百分比計，含有0.15％-0.3％C、1.3-2.0％Si、1.5％-2.5％Mn、0.5％-1.0％Cr、0.2-0.5％Mo，余量為Fe及不可避免的雜質；制備方法包括以下步驟：冶煉鋼水；澆鑄形成連鑄坯；加熱鑄坯然后軋制：連鑄坯加熱至1150-1300℃并保溫1-4h后軋制；形成鋼球坯；將鋼球坯加熱至1100-1250℃并保溫10-60s，然后鍛造成所需斷面鋼球，終鍛溫度900-1050℃；鍛造后的鋼球空冷至其表層溫度為750～850℃，然后水中淬火，當鋼球表層溫度降至60-80℃取出迅速進行回火處理，再進行去油及精整處理，得到鋼球。所得鋼球具有高硬度和良好的沖擊韌性。
【IPC分類】B23P15-00, B02C17-20, C22C38-38
【公開號】CN104532139
【申請號】CN201510005616
【發明人】韓振宇, 鄒明, 郭華, 汪淵, 鄧勇
【申請人】攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月7日