本发明涉及耐磨钢球技术领域，尤其涉及一种高硬度高冲击韧性的低铬耐磨钢球及其制备方法。
背景技术：
目前，在国内水泥行业应用的磨球中，普通锻钢磨球仍占有很大比例。球耗高达600克/吨水泥，每年磨耗数十万吨钢材。虽然近年来出现了铬、锰等各类合金磨球，但吨水泥耗球指标同发达国家相比有较大差距。普遍认为，耐磨性较好的铬系合金磨球在实际应用中，有相当部分球耗高于国家建材标准，而且碎球率较高，因此亟需设计一种高硬度高冲击韧性的低铬耐磨钢球来解决现有技术中的问题。
技术实现要素：
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种高硬度高冲击韧性的低铬耐磨钢球及其制备方法，制备得到的低铬耐磨球硬度高，冲击韧性好。
本发明提出的一种高硬度高冲击韧性的低铬耐磨钢球，其各组分的重量百分数如下：C：3.2-3.6％，Si：2.2-2.6％，Mn：3.0-4.0％，Cr：1.2-1.5％，Cu：0.8-1.0％，Mo：0.3-0.5％，Re：0.1-0.15％，V：0.01-0.03％，Ti：0.010-0.015％，W：0.045-0.080％，Ta：0.05-0.15％，Nb：0.05-0.06％，S＜0.03％，P＜0.1％，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，碳硅当量值(C+1/3Si)为3.93-4.47％。
优选地，Mn的含量与Cr的含量之比以重量比计，满足3.2＜(Mn/Cr)＜5.5。
优选地，Si的含量与Mn的含量之比以重量比计，满足5.2＜(Si/Mn)＜6.6。
优选地，Cr的含量与Cu和Mo合计含量之比以重量比计，满足0.80＜Cr/(Cu+Mo)＜1.36。
优选地，其各组分的重量百分数如下：C：3.3-3.5％，Si：2.3-2.5％，Mn：3.2-3.8％，Cr：1.3-1.4％，Cu：0.85-0.95％，Mo：0.35-0.45％，Re：0.11-0.14％，V：0.015-0.025％，Ti：0.011-0.014％，W：0.050-0.075％，Ta：0.08-0.12％，Nb：0.052-0.058％，S＜0.02％，P＜0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，其特征在于，其各组分的重量百分数如下：C：3.4％，Si：2.4％，Mn：3.5％，Cr：1.35％，Cu：0.9％，Mo：0.4％，Re：0.125％，V：0.02％，Ti：0.0125％，W：0.04225％，Ta：0.10％，Nb：0.055％，S：0.028％，P：0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明的一种高硬度高冲击韧性的低铬耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铁块、碳粉、硅粉、锰块、铬锭、铜块、钼锭、钒锭、钛粉、钨块、钽块、铌块、磷粉和硫粉进行熔炼，得到合金液，利用氩气罐喷吹氩气，将稀土均匀弥散分布在合金液中进行变质处理；
S2、向S1中经过变质处理过的合金液进行精炼脱硫、脱氧，进行检测，合金液按重量百分比包括如下组分：C：3.2-3.6％，Si：2.2-2.6％，Mn：3.0-4.0％，Cr：1.2-1.5％，Cu：0.8-1.0％，Mo：0.3-0.5％，Re：0.1-0.15％，V：0.01-0.03％，Ti：0.010-0.015％，W：0.045-0.080％，Ta：0.05-0.15％，Nb：0.05-0.06％，S＜0.03％，P＜0.1％，余量为Fe和不可避免的杂质；
S3、将S2中得到合金液进行浇注，经铸造成型，清理，得到铸件，将铸件在950-1050℃预热35-45min，再加热40-45min，保温2-3h，然后在清水中进行预冷处理，预冷处理的时间为3-4min，清水的温度为37-42℃；
S4、将S3中预冷处理后的铸件进行淬火处理，淬火处理的温度为760-780℃，淬火处理的时间为4-7min，将淬火处理后的铸件升温至180-210℃进行回火处理，回火处理的时间为5-6h，冷却到室温后得到高硬度高冲击韧性的低铬耐磨钢球。
碳：在低铬铸铁中，含碳量增加，共晶碳化物增多，而且呈网状分布，虽能提高耐磨性，但韧性不足，含碳量应为3.2-3.6％。
硅：增加硅含量可促使基体硬度增加，有利于提高碳化物分散度。但同时促进了石墨化，对淬透性有不利影响含硅量过高还使白口铸铁的脆性趋势增加在白口铁中含量不宜过高，控制其含量为2.2-2.6％。
锰：在低铬铸铁中适当控制含锰量可使铸态硬度、冲击韧性提高。控制其锰含量为3.0-4.0％。
铬：它使碳化物转为合金渗碳体(Fe·Cr)3C，提高碳化物显微硬度，提高耐磨性。控制其铬含量为1.2-1.5％。
铜：原铁水中不含铜，但若在铸铁球中加入适量的铜，将改善碳化物的分布、提高铸态硬度和冲击韧性，并使铸球心部及表面硬度基本上达到一致，故在成分的确定中加入0.8-1.0％的铜。
钼：钼能显著提高合金白口铁的淬透性，且钼能够溶于铁素体提高硬度，使珠光体索氏体化，另外，赋予碳化物以韧性，钼元素以钼铁的形式加入，考虑到目前钼的价格较高，钼的加入量为0.3-0.5％。
稀土：经稀土孕育处理后，可使铸态组织得到细化，改善碳化物分布状态，提高冲击韧性，增加耐磨性，控制其稀土含量为0.1-0.15％。
钒元素、钛元素、钨元素、铊元素和铌元素在耐磨钢球中均属于微量元素，这些元素均能与碳、氮结合形成高熔点化合物，它们可作为外来晶核细化晶粒，提高强度和韧性。它们的硬度大于M3C型碳化物，有利于提高材料的耐磨性。同时，这些元素固溶于基体，可延缓奥氏体向珠光体转变，有利于提高材料的淬透性。
本发明通过对高硬度高冲击韧性的低铬耐磨钢球的组分进行合理选择，控制了碳硅当量值，确保了本发明的低铬耐磨钢球的高硬度和高冲击韧性能。控制锰和镉的配比，使得锰在镉元素的前提下，控制在一定范围内，确保本发明耐磨钢球具有高硬度的前提下，同时具有优异的抗冲击韧性。控制硅和锰的配比，使硅元素在锰元素的前提下，控制在一定范围内，确保具有优异韧性的前提下，具有高硬度。控制铬元素与铜、钼元素的合计含量配比，确保铜、钼元素的合计含量在一定含量得前提下，铬元素的含量控制在一定范围内，确保本发明的耐磨钢球具有优异的耐磨性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做出详细说明，应当了解，实施例只用于说明本发明，而不是用于对本发明进行限定，任何在本发明基础上所做的修改、等同替换等均在本发明的保护范围内。
实施例1
本发明提出的一种高硬度高冲击韧性的低铬耐磨钢球，其各组分的重量百分数如下：C：3.4％，Si：2.4％，Mn：3.5％，Cr：1.35％，Cu：0.9％，Mo：0.4％，Re：0.125％，V：0.02％，Ti：0.0125％，W：0.04225％，Ta：0.10％，Nb：0.055％，S：0.028％，P：0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质。
实施例2
本发明的一种高硬度高冲击韧性的低铬耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铁块、碳粉、硅粉、锰块、铬锭、铜块、钼锭、钒锭、钛粉、钨块、钽块、铌块、磷粉和硫粉进行熔炼，得到合金液，利用氩气罐喷吹氩气，将稀土均匀弥散分布在合金液中进行变质处理；
S2、向S1中经过变质处理过的合金液进行精炼脱硫、脱氧，进行检测，合金液按重量百分比包括如下组分：C：3.2％，Si：2.6％，Mn：3.0％，Cr：1.5％，Cu：0.8％，Mo：0.5％，Re：0.1％，V：0.03％，Ti：0.010％，W：0.080％，Ta：0.05％，Nb：0.06％，S：0.02％，P：0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质；
S3、将S2中得到合金液进行浇注，经铸造成型，清理，得到铸件，将铸件在950℃预热45min，再加热40min，保温3h，然后在清水中进行预冷处理，预冷处理的时间为3min，清水的温度为42℃；
S4、将S3中预冷处理后的铸件进行淬火处理，淬火处理的温度为760℃，淬火处理的时间为7min，将淬火处理后的铸件升温至180℃进行回火处理，回火处理的时间为6h，冷却到室温后得到高硬度高冲击韧性的低铬耐磨钢球。
实施例3
本发明的一种高硬度高冲击韧性的低铬耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铁块、碳粉、硅粉、锰块、铬锭、铜块、钼锭、钒锭、钛粉、钨块、钽块、铌块、磷粉和硫粉进行熔炼，得到合金液，利用氩气罐喷吹氩气，将稀土均匀弥散分布在合金液中进行变质处理；
S2、向S1中经过变质处理过的合金液进行精炼脱硫、脱氧，进行检测，合金液按重量百分比包括如下组分：C：3.6％，Si：2.2％，Mn：4.0％，Cr：1.2％，Cu：1.0％，Mo：0.3％，Re：0.15％，V：0.01％，Ti：0.015％，W：0.045％，Ta：0.15％，Nb：0.05％，S：0.015％，P:0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质；
S3、将S2中得到合金液进行浇注，经铸造成型，清理，得到铸件，将铸件在1050℃预热35min，再加热45min，保温2h，然后在清水中进行预冷处理，预冷处理的时间为4min，清水的温度为37℃；
S4、将S3中预冷处理后的铸件进行淬火处理，淬火处理的温度为780℃，淬火处理的时间为4min，将淬火处理后的铸件升温至210℃进行回火处理，回火处理的时间为5h，冷却到室温后得到高硬度高冲击韧性的低铬耐磨钢球。
实施例4
本发明的一种高硬度高冲击韧性的低铬耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铁块、碳粉、硅粉、锰块、铬锭、铜块、钼锭、钒锭、钛粉、钨块、钽块、铌块、磷粉和硫粉进行熔炼，得到合金液，利用氩气罐喷吹氩气，将稀土均匀弥散分布在合金液中进行变质处理；
S2、向S1中经过变质处理过的合金液进行精炼脱硫、脱氧，进行检测，合金液按重量百分比包括如下组分：C：3.3％，Si：2.5％，Mn：3.2％，Cr：1.4％，Cu：0.85％，Mo：0.45％，Re：0.11％，V：0.025％，Ti：0.011％，W：0.075％，Ta：0.08％，Nb：0.058％，S：0.01％，P：0.07％，余量为Fe和不可避免的杂质；
S3、将S2中得到合金液进行浇注，经铸造成型，清理，得到铸件，将铸件在980℃预热42min，再加热41min，保温2.8h，然后在清水中进行预冷处理，预冷处理的时间为3.2min，清水的温度为41℃；
S4、将S3中预冷处理后的铸件进行淬火处理，淬火处理的温度为765℃，淬火处理的时间为6min，将淬火处理后的铸件升温至185℃进行回火处理，回火处理的时间为5.8h，冷却到室温后得到高硬度高冲击韧性的低铬耐磨钢球。
实施例5
本发明的一种高硬度高冲击韧性的低铬耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铁块、碳粉、硅粉、锰块、铬锭、铜块、钼锭、钒锭、钛粉、钨块、钽块、铌块、磷粉和硫粉进行熔炼，得到合金液，利用氩气罐喷吹氩气，将稀土均匀弥散分布在合金液中进行变质处理；
S2、向S1中经过变质处理过的合金液进行精炼脱硫、脱氧，进行检测，合金液按重量百分比包括如下组分：C：3.5％，Si：2.3％，Mn：3.8％，Cr：1.3％，Cu：0.95％，Mo：0.35％，Re：0.14％，V：0.015％，Ti：0.014％，W：0.050％，Ta：0.12％，Nb：0.052％，S：0.01％，P:0.07％，余量为Fe和不可避免的杂质；
S3、将S2中得到合金液进行浇注，经铸造成型，清理，得到铸件，将铸件在1020℃预热38min，再加热44min，保温2.2h，然后在清水中进行预冷处理，预冷处理的时间为3.8min，清水的温度为38℃；
S4、将S3中预冷处理后的铸件进行淬火处理，淬火处理的温度为775℃，淬火处理的时间为5min，将淬火处理后的铸件升温至205℃进行回火处理，回火处理的时间为5.2h，冷却到室温后得到高硬度高冲击韧性的低铬耐磨钢球。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。