本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种节能耐磨的铸铁磨球及制备方法。
背景技术：
球磨机钢球是球磨机设备研磨物料介质，通过球磨机钢球之间、钢球与物料之间的碰撞摩擦产生磨削作用，从而将物料的粒径进一步减小。现有技术中，球磨机的磨介钢球主要是铬系合金、锰系合金等球磨铸钢件或球磨铸铁件，如高铬钢球、低铬钢球、多元合金钢球和钒钛铬合金钢球等，其工作对象多为水泥、煤炭、矿石、煤渣等。磨煤机钢球在使用时球的硬度和耐磨性是影响磨煤机整形效果的主要因素之一。为了提高破碎效率和钢球的耐用度，需要钢球表面有足够的硬度和耐磨度。同时，在研磨过程中，钢球与磨料、钢球与衬板以及钢球与钢球之间发生的冲撞不可避免，因此，还要求钢球有一定的韧性，避免破球，这就对钢球的成分提出高等级的要求。
现有高铬合金铸铁磨球按照《铸造磨球国家标准》（GB/T17445~2009），主要化学成份及含量如下（重量百分比％）： Ｃ：2.0～3.3，Si：≤1.2，Mn：0.3～1.50，Cr：18.0～30.0，Mo：0～3.0， Cu：0～1.2，Ni：0～1.5，Ｐ：≤0.10，Ｓ：≤0.06 其余为Fe；表面硬度/HRC≥58，碎球率≤1%。同时，按照实际检测和应用，球耗极少小于60g/t，一般在130 g/t以上。
不同的C含量，对金属铸造磨球的性能能够产生直接影响，即含碳量高，虽然磨球硬度高，但冲击韧度下降，易发生脆裂；现有技术在Ｃ的含量特别是热工艺处理上的影响，导致存有以下问题：1.磨球表面硬度偏低，≥58HRC，且硬度层较浅；2.碎球率较高，≤1%；3.冲击疲劳寿命短；4.球耗大，≥130g/t；5.在磨机同等出力的情况下，需要装载较大量的磨球，从而直接影响磨机的使用寿命和运行成本。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明提供一种节能耐磨的铸铁磨球，提高磨球的冲击韧度，使磨球不易发生脆裂。
本发明同时提供该铸铁磨球的制备方法。
本发明通过以下技术方案实现的：
一种节能耐磨的铸铁磨球，按重量百分比由以下组分配比而成：Ｃ 1.65～1.9%，Si ≤1.2%，Mn 0.3～1.50%，Cr 24～30.0%，Mo 0.5～0.7%，Cu 0～1.2%，Ni 0～1.5%，Ｐ≤0.10%，Ｓ≤0.06%，余量为Fe。
上述所述的铸铁磨球的制备方法，包括以下步骤：
（1）将各组分按重量配比称重混合，熔炼温度达到1600℃以上；
（2）加入碳酸钙，加入量为磨球总重量的0.1~0.2%，浇铸，自然冷却至680~720℃，取出半成品；
（3）半成品投入加温炉，加温至930～950 ℃，加入孕育剂，保温80~110min；
（4）取出半成品进入淬火剂中进行热处理50~80min，过程中要控制保持好淬火油温度在190~210℃；
（5）再加温至540～550℃，保温50~70min，自然冷却至95～100℃得到成品铸铁磨球。
优选地，所述步骤（3）中所述的孕育剂为碳酸锶和/或硫酸锶，加入量为磨球总重量的0.3%~0.5%。在铸造的过程中，会出现大量的缩孔等缺陷，加入孕育剂有利于晶核的形成，将缺陷部位填平，细化晶粒，组织致密，即起到提高韧性，又能提高铸铁磨球的耐磨性和硬度。
优选地，所述步骤（4）中的淬火剂按照质量百分数由以下组分组成：13%KOH、17%NaOH、1-2%甲基纤维素、3-5%聚乙烯吡咯烷酮、0.5-1.2%交联羟甲基淀粉钠、0.05-0.5%十七氟癸基三甲氧基硅烷、1-2%异丙醇、余量为水。
上述方法制成的成品铸铁磨球的硬度为65~70HRC，球耗小于20g/t，冲击韧性6~8J/cm2。
改变磨球C的含量，提高磨球的冲击韧度，使磨球不易发生脆裂。同时，通过改进热处理淬火技术，还有效提高了磨球的表面硬度，且硬度层加深，增加了耐磨性，极大降低球耗。磨煤机在装配较少量的磨球下，就能超过原磨煤机出力，从而提高了磨煤机的使用寿命，降低了运行成本。
本发明的有益成果：
1.本发明一种节能耐磨的铸铁磨球，降低了碳的加入量，提高磨球的冲击韧度。
2.在制备的过程中加入碳酸钙和孕育剂，使磨球表面硬度大，≥65HRC，且硬度层深；碎球率低，≤0.1%；冲击疲劳寿命长；球耗小，<20g/t；在磨机同等出力的情况下，需要装配较少量的磨球，从而能够节约电能38%以上；同时也使磨机及相关零部件磨损减轻，延长了其使用寿命，有效降低用户的设备维修成本。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的实质，下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的阐述。
实施例1
一种节能耐磨的铸铁磨球，按重量百分比由以下组分配比而成：Ｃ：1.65%，Si ：0.5%，Mn ：0.3%，Cr：24%，Mo：0.5%，Cu ：0.5%，Ni：0.5%，Ｐ：0.05%，Ｓ：0.01%，余量为Fe。
铸铁磨球的制备方法，包括以下步骤：
（1）将各组分按重量配比称重混合，熔炼温度达到1600℃以上；
（2）加入碳酸钙，加入量为磨球总重量的0.1%。浇铸，自然冷却至680℃，取出半成品；
（3）半成品投入加温炉，加温至930℃，加入孕育剂，保温80min；所述的孕育剂为碳酸锶，加入量为磨球总重量的0.3%。
（4）取出半成品进入淬火剂进行热处理50min，过程中要控制保持好淬火剂温度在190℃；淬火剂由以下物质按照质量百分数组成：13%KOH、17%NaOH、1%甲基纤维素、3%聚乙烯吡咯烷酮、0.5%交联羟甲基淀粉钠、0.05%十七氟癸基三甲氧基硅烷、1%异丙醇、余量为水。
（5）再加温至540℃，保温50min，自然冷却至95℃得到成品铸铁磨球。
实施例2
一种节能耐磨的铸铁磨球，按重量百分比由以下组分配比而成：Ｃ：1.7%，Si ：0.8%，Mn ：0.5%，Cr：25%，Mo：0.6%，Cu ：0.7%，Ni：0.7%，Ｐ：0.02%，Ｓ：0.03%，余量为Fe。
铸铁磨球的制备方法，包括以下步骤：
（1）将各组分按重量配比称重混合，熔炼温度达到1600℃以上；
（2）加入碳酸钙，加入量为磨球总重量的0.12%。浇铸，自然冷却至690℃，取出半成品；
（3）半成品投入加温炉，加温至940℃，加入孕育剂，保温90min；所述的孕育剂为硫酸锶，加入量为磨球总重量的0.4%。
（4）取出半成品进入淬火剂进行热处理60min，过程中要控制保持好淬火剂温度在200℃；淬火剂由以下物质按照质量百分数组成：13%KOH、17%NaOH、2%甲基纤维素、5%聚乙烯吡咯烷酮、1.2%交联羟甲基淀粉钠、0.5%十七氟癸基三甲氧基硅烷、2%异丙醇、余量为水。
（5）再加温至545℃，保温60min，自然冷却至98℃得到成品铸铁磨球。
实施例3
一种节能耐磨的铸铁磨球，按重量百分比由以下组分配比而成：Ｃ：1.8%，Si ：0.9%，Mn ：0.8%，Cr：26%，Mo：0.7%，Cu ：0.9%，Ni：0.9%，Ｐ：0.08%，Ｓ：0.04%，余量为Fe。
铸铁磨球的制备方法，包括以下步骤：
（1）将各组分按重量配比称重混合，熔炼温度达到1600℃以上；
（2）加入碳酸钙，加入量为磨球总重量的0.14%。浇铸，自然冷却至700℃，取出半成品；
（3）半成品投入加温炉，加温至950℃，加入孕育剂，保温100min；所述的孕育剂为碳酸锶，加入量为磨球总重量的0.5%。
（4）取出半成品进入淬火剂进行热处理70min，过程中要控制保持好淬火剂温度在210℃；淬火剂由以下物质按照质量百分数组成：13%KOH、17%NaOH、1.5%甲基纤维素、4%聚乙烯吡咯烷酮、0.8%交联羟甲基淀粉钠、0.1%十七氟癸基三甲氧基硅烷、1.5%异丙醇、余量为水。
（5）再加温至550℃，保温70min，自然冷却至100℃得到成品铸铁磨球。
实施例4
一种节能耐磨的铸铁磨球，按重量百分比由以下组分配比而成：Ｃ：1.85%，Si ：1.2%，Mn ：1.2%，Cr：27%，Mo：0.65%，Cu ：1.1%，Ni：1.2%，Ｐ：0.10%，Ｓ：0.06%，余量为Fe。
铸铁磨球的制备方法，包括以下步骤：
（1）将各组分按重量配比称重混合，熔炼温度达到1600℃以上；
（2）加入碳酸钙，加入量为磨球总重量的0.16%，浇铸，自然冷却至710℃，取出半成品；
（3）半成品投入加温炉，加温至935℃，加入孕育剂，保温110min；所述的孕育剂为碳酸锶与硫酸锶按照重量比1:1组成，加入量为磨球总重量的0.45%。
（4）取出半成品进入碱浴硝盐淬火剂进行热处理80min，过程中要控制保持好淬火剂温度在210℃；淬火剂由以下物质按照质量百分数组成：13%KOH、17%NaOH、1.8%甲基纤维素、3.5%聚乙烯吡咯烷酮、1.0%交联羟甲基淀粉钠、0.2%十七氟癸基三甲氧基硅烷、1.2%异丙醇、余量为水。
（5）再加温至545℃，保温70min，自然冷却至95℃得到成品铸铁磨球。
实施例5
一种节能耐磨的铸铁磨球，按重量百分比由以下组分配比而成：Ｃ：1.9%，Si ：0.8%，Mn ：1.5%，Cr：29%，Mo：0.55%，Cu ：0.2%，Ni：1.5%，Ｐ：0.01%，Ｓ：0.01%，余量为Fe。
铸铁磨球的制备方法，包括以下步骤：
（1）将各组分按重量配比称重混合，熔炼温度达到1600℃以上；
（2）加入碳酸钙，加入量为磨球总重量的0.18%，浇铸，自然冷却至720℃，取出半成品；
（3）半成品投入加温炉，加温至945℃，加入孕育剂，保温110min；所述的孕育剂为碳酸锶与硫酸锶按照重量比1:3组成，加入量为磨球总重量的0.5%。
（4）取出半成品进入淬火剂进行热处理70min，过程中要控制保持好淬火剂温度在200℃；淬火剂由以下物质按照质量百分数组成：13%KOH、17%NaOH、1.2%甲基纤维素、4.5%聚乙烯吡咯烷酮、0.6%交联羟甲基淀粉钠、0.3%十七氟癸基三甲氧基硅烷、1.5%异丙醇、余量为水。
（5）再加温至548℃，保温65min，自然冷却至95℃得到成品铸铁磨球。
实施例6
一种节能耐磨的铸铁磨球，按重量百分比由以下组分配比而成：Ｃ：1.8%，Si ：0.6%，Mn ：1.0%，Cr：30%，Mo：0.6%，Cu ：0.6%，Ni：0.5%，Ｐ：0.01%，Ｓ：0.01%，余量为Fe。
铸铁磨球的制备方法，包括以下步骤：
（1）将各组分按重量配比称重混合，熔炼温度达到1600℃以上；
（2）加入碳酸钙，加入量为磨球总重量的0.20%，浇铸，自然冷却至720℃，取出半成品；
（3）半成品投入加温炉，加温至950℃，加入孕育剂，保温100min；所述的孕育剂为碳酸锶与硫酸锶按照重量比3:1组成，加入量为磨球总重量的0.5%。
（4）取出半成品进入淬火剂进行热处理80min，过程中要控制保持好淬火剂温度在210℃；淬火剂由以下物质按照质量百分数组成：13%KOH、17%NaOH、1%甲基纤维素、5%聚乙烯吡咯烷酮、0.8%交联羟甲基淀粉钠、0.4%十七氟癸基三甲氧基硅烷、1.8%异丙醇、余量为水。
（5）再加温至548℃，保温70min，自然冷却至95℃得到成品铸铁磨球。
对比例1
一种节能耐磨的铸铁磨球，按重量百分比由以下组分配比而成：Ｃ：2.1%，Si ：0.6%，Mn ：1.0%，Cr：15%，Mo：0.6%，Cu ：0.6%，Ni：0.5%，Ｐ：0.01%，Ｓ：0.01%，余量为Fe。
铸铁磨球的制备方法，包括以下步骤：
（1）将各组分按重量配比称重混合，熔炼温度达到1600℃以上；
（2）浇铸，自然冷却至720℃，取出半成品；
（3）半成品投入加温炉，加温至950℃，保温100min；
（4）取出半成品进入油介质淬火剂进行热处理80min，过程中要控制保持好淬火剂温度在210℃；
（5）再加温至548℃，保温70min，自然冷却至95℃得到成品铸铁磨球。
对比例2
一种节能耐磨的铸铁磨球，按重量百分比由以下组分配比而成：Ｃ：2.3%，Si ：0.6%，Mn ：1.0%，Cr：25%，Mo：0.6%，Cu ：0.6%，Ni：0.5%，Ｐ：0.01%，Ｓ：0.01%，余量为Fe。
铸铁磨球的制备方法，包括以下步骤：
（1）将各组分按重量配比称重混合，熔炼温度达到1600℃以上；
（2）浇铸，自然冷却至720℃，取出半成品；
（3）半成品投入加温炉，加温至950℃，保温100min；
（4）取出半成品进入淬火剂水中进行热处理80min，过程中要控制保持好淬火剂温度在210℃；
（5）再加温至548℃，保温70min，自然冷却至95℃得到成品铸铁磨球。
性能测试：
将实施例1~6和对比例在同样的条件下进行性能测试，将实施例和对比例所制备的磨球应用于φ4.2m电厂煤磨磨球直径为φ60mm，应用于4.2M型煤磨机运行1年后，测定球耗及碎球率。
本发明属于冶金、电力、建材和化工等行业，用以粉碎和研磨矿石、煤和水泥等相关物料，在磨机同等出力的情况下，需要装配较少量的磨球，从而能够节约电能38%以上。同时也使磨机及相关零部件磨损减轻，延长了其使用寿命，有效降低用户的设备维修成本。