专利名称：一种强耐磨、耐冲击合金钢球用钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及钢铁行业中的合金钢，具体涉及强耐磨、耐冲击的钢球用钢。
背景技术：
随着国内外矿山、建筑、冶金、化工、陶瓷、能源、电厂和水泥等行业的发展，市场对 各类研磨材料的需求量日益加大，钢球作为一种优良的研磨材料广泛应用于以上诸行业的 粉体制备与超细粉深加工。近年来，钢球用钢在国内外市场占有的份额越来越大，并且随着 球磨机的大型化趋势，钢球的工作环境更加恶劣，用户对钢球用钢的性能要求也越来越苛 刻，钢球用钢正在逐步向高技术含量、高附加值的方向发展。据统计，目前我国国内球磨钢 球年需求量约为150万吨；欧美、日本、澳大利亚以及东南亚一带是钢球的高消耗地区，仅 澳大利亚以及东南亚一带的年需求量就在500万吨左右。而钢球行业属劳动密集型产业， 工人劳动强度大，欧美、日本、澳大利亚一带劳动力资源严重不足，这些国家的钢球产品主 要依靠进口，这就为我国的钢球产品提供了广阔的国际市场。球磨钢球庞大的国内、国际市 场极大的带动了我国钢球用钢的发展。这不仅给我国带来了经济效益，同时也缓解了国内 的剩余劳动力就业问题和钢铁产能膨胀问题所带来的社会压力。因此，开发生产钢球用钢具有很好的经济效益和社会效益，有着广阔的市场前景。目前，国内使用的钢球用钢有高Si高Cr合金钢(如对比钢1)和碳素钢(如对比 钢2)，高Si高Cr合金钢的钢球其耐磨、耐冲击性能均优于碳素钢钢球，使用寿命一般都在 10-13周(碳素钢钢球耐磨性能差，使用寿命仅5周左右)，但由于Si和Cr的用量较大，材 料成本较高，同时，由于Si的含量高，其冶炼工艺性能差，在浇铸过程中很难控制，经常会 发生水口失控的情况，不仅影响浇铸的速度，而且导致钢水纯净度差，钢坯会出现裂纹、夹 杂及严重的缩孔、疏松等缺陷。钢球的制造工艺为棒材下料一加热一轧/锻球一钢球预热淬火一低温回火。对 于大断面钢球在淬火过程中极易产生淬火和回火裂纹，一旦产生这种缺陷，钢球必须报废， 因而会大幅度地增加成本，降低生产效率，因此，还由于对比钢中(对比钢DSi含量较高， 大大提高了材料的屈强比，降低了材料的塑性，因此钢球在淬火过程中更容易开裂。提高材 料的塑性，并提供一种热处理后具有较高的耐磨、耐冲击性能的材料是本钢种设计的关键。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种强耐磨、耐冲击合金钢球用钢，其耐磨、耐冲 击性能优越，冶炼工艺性能好、成本低。本发明通过以下技术方案实现一种强耐磨、耐冲击合金钢球用钢，其特征在于它的化学成分Wt %为 CO. 68-0. 84 %, SiO. 10-0. 40 %, Mn 0.68-0.88 %, Cr 0.40-0.60 %, Ni ≤ 0. 25 %, S ≤ 0. 030%, P ≤ 0. 030%, Cu ≤ 0. 25%，余为 Fe。本发明进一步改进方案是，一种强耐磨、耐冲击合金钢球用钢，其特征在于它的
03%，余为 Fe。表1目前国内使用的钢球用钢和本发明的成分对比(重量比％ )
元素CSiMnPSCrNiCu对比钢10. 601. 700. 600. 0150. 0050. 800. 020. 01对比钢20. 640. 220. 590. 0120. 0240. 040. 030. 08本发明0. 760. 260. 750. 0120. 0040. 500. 020. 01本发明是在常规的转炉或电炉中熔炼后，在精炼装置中进行精炼，在精炼后期进 行钡微合金化及终脱氧。精炼成分调整完成后，采用RH/VD进行脱气和去除夹杂物，也可以 在LF精炼前采用RH/VD进行脱气和去除夹杂物。本发明通过RH/VD工艺，可显著提高钢的 洁净度，从而显著提高钢的強韧性，提高材料的疲劳寿命，并通过采用转炉冶炼降低能耗， 节约成本。下面具体说明本发明一种强耐磨、耐冲击合金钢球用钢化学成分的限定理由。C :C能与多种元素一起形成不同的碳化物，并显著提高钢的强度，同时又可以提 高钢的淬透性和淬硬性，但也使钢的塑性恶化。C是提高钢的淬透性和淬硬性及提高钢的强 度和韧性的最廉价元素。如果C含量低于0. 68%，材料的硬度和耐磨性能均达不到客户使 用要求。如果C含量高于0. 84%，按照本发明方案，材料的塑性指标及淬火时的裂纹倾向性 大幅度提高，耐冲击性能也大大下降，所以本钢种C含量取0.68-0. 84%。对比钢1的C含 量均为0. 58% -0. 66%，使钢的淬硬性大大的降低，所以只能通过大幅度提高钢的Si和Cr 含量来提高材料的耐磨性能；而对比钢2的C含量范围也为0. 58-0. 66%，同样使钢的淬硬 性大大的降低，同时又未采用别的元素进行合金化，所以采用该材料制作的钢球耐磨性能 大大降低，导致钢球的寿命大幅度缩短(寿命只有3-5周)，间接提高了使用成本。这是本 发明的一大创新点。Si 在钢中不形成碳化物，而是以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体中。它提高 钢中固溶体的强度和冷加工变形硬化率的作用极强，仅次于P，但同时也在一定程度上降低 钢的韧性和塑性。Si易使钢呈带状组织，因而使钢材的横向性能低于纵向性能。尤其是在 共析、过共析钢中，Si虽然也提高钢的淬透性，但由于Si含量高了，易于产生石墨化现象和 增加表面的脱碳倾向，同时高的Si含量对钢中碳化物的硬度和钢的耐磨性并没有多大的 改善，反而因为石墨化的出现，降低了钢的塑性和耐冲击性能及淬硬性，因此仅用Si提高 共析钢和过共析钢淬透性的办法没有实际的意义。所以本发明按照钢球使用的各项性的要 求，适当采用低的Si含量。所以Si取值范围为0. 10-0.40%。与对比钢1相比，这是本发 明的一个显著的创新点。Mn :Mn和铁形成固溶体，提高铁素体和奥氏体的强度和硬度；同时又是碳化物形 成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。Mn在钢中由于降低钢的临界转变温度，所以起到
4细化珠光体的作用，也间接起到提高珠光体强度的作用；它使钢形成和稳定奥氏体组织的 能力仅次于Ni ；它也强烈增加钢的淬透性。当Mn含量低于0.68%时，材料的淬硬性能均很 难达到钢球用钢的使用要求，当Mn含量高于0. 88%时，大大增加了材料的淬火裂纹倾向， 所以Mn含量确定为0. 68-88 %。Cr :Cr和铁能形成连续固溶体，和多种碳化物，能显著提高材料的淬透性，同时能 提高钢的抗腐蚀和耐磨性。但Cr亦增加钢的回火脆性。Cr含量的增加对钢退火后的强度 和硬度提高的比较缓慢。这是因为Cr对于固溶强化铁素体本来就是很弱的元素，当退火 时，一部分Cr又形成碳化物，致使固溶于铁素体中的Cr减少，所以退火后对提高钢的强度 表现的较弱。考虑到钢的使用性能及成本，所以确定Cr含量为0. 400. 60%。对比钢1的范 围为0. 70-0. 90%，所取得的效果和本发明所述的钢种一致；而对于对比钢2，由于没有使 用该元素进行合金化，所以钢的耐磨性能大大减低，从而钢球的寿命大大缩短。所以，这也 是本发明的一个创新点。残余元素P、S、Cu、Ni等，上述元素都是作为杂质元素存在，只要控制不超过上限 即可保证材料的使用性能，这里不再一一叙述。按照本发明生产的钢球用钢，具有强的耐磨性能，制作的钢球经过780-820°C水淬 火，180-220°C水回火，钢球从8米高度连续使钢球做自由落体运动30小时的方法来检验钢 球的耐冲击性能，得到的冲击性能良好，而且钢球的耐磨寿命长(经使用证明，本发明的钢 球，使用寿命为10-13周)。本发明与现有技术相比，具有以下优点(1)本发明在大大降低Si和Cr含量的基础上，通过C、Mn含量的适当调整，在淬 火和低温回火的条件下，使材料的耐磨性能得到大幅度提升，满足了客户的使用要求。同 时，由于降低了 Si的含量，一是使钢的冶炼工艺性能好，生产过程稳定，钢坯不会出现裂纹 缺陷。二是降低了材料的屈强比，提高了材料的塑性，因此不会导致钢球在淬火过程中的开 裂现象发生。(2)本发明通过C、Mn含量的适当调整，采用最廉价的C元素来强化合金钢，不仅 节约了 Si和Cr，大大降低了材料的成本(吨钢成本降低80元左右)，而且使得钢的耐磨性 能、耐冲击性能得到大幅度提高。
具体实施例方式实施例1取C 0.82%, SiO. 32 %, Mn 0.82%, Cr 0. 55 %, Ni 0. 02 %, S 0. 004 %, P
0.012%, Cu 0.03%，余为Fe。在常规的转炉或电炉中熔炼后，在精炼装置中进行精炼，在 精炼后期进行钡微合金化及终脱氧。精炼成分调整完成后，采用RH/VD进行脱气和去除夹 杂物，也可以在LF精炼前采用RH/VD进行脱气和去除夹杂物。φ IOOmm棒材，热轧成钢球，钢球780-820°C水淬火，180_220°C水回火，钢球从8米 高度连续使钢球做自由落体运动30小时的方法来检验钢球的耐冲击性能和耐磨性能，检 验结果好。实施例2取C 0. 78 %, SiO. 30 %, Mn 0. 80 %, Cr 0. 50 %, Ni 0. 03 %, S 0. 005 %, P0. 012%, Cu 0. 03%，余为 Fe。Φ 90mm棒材，热轧成钢球，钢球780-820°C水淬火，180_220°C水回火，钢球从8米 高度连续使钢球做自由落体运动30小时的方法来检验钢球的耐冲击性能和耐磨性能，检 验结果好。其余实施如实施例1。实施例3取C 0.75%, Si 0.28%, Mn 0.75%, Cr 0.52%, Ni 0.04%, S 0.006 %，P 0. 015%, Cu 0. 03%，余为 Fe。Φ 80mm棒材，热轧成钢球，钢球780-820°C水淬火，180_220°C水回火，钢球从8米 高度连续使钢球做自由落体运动30小时的方法来检验钢球的耐冲击性能和耐磨性能，检 验结果好。其余实施如实施例1。本发明材料制造的钢球，经过矿山和耐火厂的使用，钢球的寿命达到10-13周，本 发明的材料使用性能得到使用商的广泛好评。
权利要求
一种强耐磨、耐冲击合金钢球用钢，其特征在于它的化学成分wt％为C0.68 0.84％，Si0.10 0.40％，Mn 0.68 0.88％，Cr 0.40 0.60％，Ni≤0.25％，S≤0.030％，P≤0.030％，Cu≤0.25％，余为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种强耐磨、耐冲击合金钢球用钢，其特征在于它的化 学成分 wt % 为C 0. 75-0. 82 %，SiO. 30-0. 32 %, Mn 0. 75-0. 82 %, Cr 0. 50-0. 55 %， Ni 彡 0. 04%, S 彡 0. 006%, P 彡 0. 015%, Cu 彡 0. 03%，余为 Fe。
全文摘要
本发明公开了一种强耐磨、耐冲击合金钢球用钢，其化学成分wt％为C0.68-0.84％，Si0.10-0.40％，Mn 0.68-0.88％，Cr 0.40-0.60％，Ni≤0.25％，S≤0.030％，P≤0.030％，Cu≤0.25％，余为Fe。本发明在大大降低Si和Cr含量的基础上，通过C、Mn含量的适当调整，不仅节约了Si和Cr，降低了材料的成本，而且使得钢的耐磨性能、耐冲击性能得到大幅度提高。同时使钢的冶炼工艺性能好，生产过程稳定，钢坯不会出现裂纹、夹杂及严重的缩孔、疏松等缺陷，提高了材料的塑性，不会导致钢球在淬火过程中的开裂现象发生。
文档编号C22C38/42GK101906589SQ201010230329
公开日2010年12月8日 申请日期2010年7月16日 优先权日2010年7月16日
发明者吴亚平, 尹修刚, 张银生, 王忠英, 袁敏, 陆萍 申请人:江苏沙钢集团淮钢特钢有限公司