专利名称：低碳铸钢丸的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种碳铸钢丸。更加详细地说，本发明涉及一种丸的形状均匀、金属组织与硬度的偏差较小且喷丸清理能力稳定的低碳铸钢丸。
背景技术：
以往，铸钢丸应用于广泛的用途。以铸件的清砂为首，将铸钢丸主要应用于铁系金属材料的毛刺去除、附着物去除、氧化膜去除等广泛的用途。铸钢丸大体上分为高碳铸钢丸和低碳铸钢丸，并对其化学组成以及质量实行了标准化，例如日本是在JIS Z0311 (2004年)中有规定。
由于高碳铸钢丸含有O. 80% I. 2%的C，能够提高淬火硬度，因此能够对其进行机械性粉碎而制造碎金属。由于碎金属大量应用在用于切断大理石等石材的大型排锯等中，因此高碳铸钢丸具有能够符合碎金属的需要的优点。由此，高碳铸钢丸在世界范围内最为普及。另一方面，低碳铸钢丸含有O. 08% O. 20%的C，为了提高淬火性而将Mn较高地设定为O. 35% I. 5%,从而具有在利用喷水(water jet)、离心力等粉碎熔融金属而制造丸粒的阶段中形成以贝氏体为主体的金属组织的这一特点，能够获得Hv390 520左右(维氏硬度)的硬度。因此，低碳铸钢丸具有不需要像高碳铸钢丸那样实施淬火、回火的热处理这样的优点。另外，在高碳铸钢丸的情况下，在利用喷水、离心力等粉碎熔融金属而制造丸粒的阶段，丸粒易于产生裂纹(淬火裂纹)，但由于在低碳铸钢丸的情况下难以产生裂纹，因此该低碳铸钢丸被公认为耐久性优良。低碳铸钢丸如上所述那样具有不需要实施热处理的优点，但与此相对，其较大地依赖于化学组成。但是，标准中所规定的化学组成的范围极广。在Jis Z0311 (2004年)中，以质量％计，化学组成为以下范围。C :0. 08 O. 20、Si :0. 10 2. O、Mn :0. 35 I. 5、P :0. 05 以下、S :0. 05 以下。另外，在中国的GB/T 18838. 4 (2008年)中，与JIS Z0311相同地对化学组成的范围实行了标准化。通常，对铸钢的淬火性影响最大的元素是C，随着C%的增加,淬火性以及淬火硬度上升。但是，由于在低碳铸钢丸中C%较低，因此出于提高淬火性的目的，取代C而较高地设定Mn、Si。然而，由于Mn、Si都是与氧的化合力极强的元素，熔融金属易于氧化，因此存在有如下问题，即，丸的形状较差，形成大致球形以外的纺锤形、棒状这样的非球状颗粒的比例较高，进而使喷丸清理能力不稳定。作为改良了低碳铸钢丸的化学组成的现有技术，提出有添加了 Ni的以下化学组成(专利文献I)。C 0. 15 O. 30、Si 0. 30 O. 80、Mn 0. 40 I. O、Ni 0. 80 I. 20。专利文献I的化学组成减少了作为易于氧化的元素的Si及Mn的添加量，并且新添加了 Ni，从而推断出该化学组成确保了淬火性。
专利文献I :美国专利第2670281号公报在具有JIS Z0311 (2004年)中所规定的化学组成的低碳铸钢丸中，为了提高淬火性而较高地设定Mn、Si，但是由于Mn、Si都是与氧的化合性极强的合金元素，熔融金属易于氧化，因此存在有如下问题，即，丸的形状较差，形成大致球形以外的纺锤形、棒状这样的非球状颗粒的比例较高。在专利文献I中，添加了 O. 80% I. 20%的Ni，但是Ni为价格相对较高的合金元素，从而存在有导致原料成本上升这样的问题。另外，虽然在专利文献I中记载有获得了HRC (洛氏硬度)45的硬度和优良的耐久性，但是并没有对丸的形状、金属组织进行记载，其详细情况不明。
发明内容
本发明的目的在于通过最佳化包括微量成分的含有量在内的化学组成，提供一种原料成本便宜且丸的形状均匀、金属组织、硬度的偏差较小并且喷丸清理能力稳定的低碳 铸钢丸。本发明是为了达成上述目的而做成的，发现较低地设定Si、Mn的添加量并且适量地添加Cr对于达成上述目的是极其有效的，从而完成了本发明。本发明的低碳铸钢丸的特征在于，该低碳铸钢丸具有如下化学组成以质量％计，C :0· 1% O. 25%、Si :0· 1% O. 3%、Mn :0· 40% L 0%、Cr :0· 3% L 0%、P :0· 05%以下、S :0. 05%以下，剩余部分仅由Fe及不可避免的杂质构成(技术方案I)。另外，更优选的是，本发明的低碳铸钢丸的特征在于，该低碳铸钢丸具有如下化学组成以质量％计，C 0. 13% O. 22%, Si 0. 15% O. 25%, Mn 0. 5% O. 90%, Cr O. 4% O. 8%、P :0. 03%以下、S :0. 03%以下，剩余部分仅由Fe以及不可避免的杂质构成(技术方案2)。另外，本发明的低碳铸钢丸的特征在于，该低碳铸钢丸具有如下化学组成以质量％计，C :0· 1% O. 25%、Si :0· 1% O. 3%、Mn :0· 40% I. 0%、Cr :0· 3% I. 0%、从由Ni及Cu构成的组中选出的一种以上元素的合计为O. 4% I. 0%,P 0. 05%以下、S O. 05%以下，剩余部分仅由Fe以及不可避免的杂质构成(技术方案3)。另外，本发明的低碳铸钢丸的特征在于，该低碳铸钢丸具有如下化学组成以质量％计，C :0· 1% O. 25%,Si 0. 1% O. 3%,Mn 0. 40% I. 0%Xr :0. 3% I. 0%,Mo O. 10% O. 30%,P 0. 05%以下、S :0. 05%以下，剩余部分仅由Fe以及不可避免的杂质构成(技术方案4)。另外，本发明的低碳铸钢丸的特征在于，该低碳铸钢丸具有如下化学组成以质量％计，C :0· 1% O. 25%,Si 0. 1% O. 3%,Mn 0. 40% I. 0%,Cr :0. 3% I. 0%、从由Ni及Cu构成的组中选出的一种以上元素的合计为O. 4% I. 0%,Mo 0. 10% O. 30%,P :0. 05%以下、S :0. 05%以下，剩余部分仅由Fe以及不可避免的杂质构成(技术方案5)。另外，本发明的低碳铸钢丸的特征在于，该低碳铸钢丸具有如下化学组成以质量％计，C :0· 1% O. 25%,Si 0. 1% 0·3%、Μη :0. 40% I. 0%Xr :0. 3% I. 0%,A1 O. 04% O. 12%,P 0. 05%以下、S :0. 05%以下，剩余部分仅由Fe以及不可避免的杂质构成(技术方案6)。
另外，本发明的低碳铸钢丸的特征在于，该低碳铸钢丸具有如下化学组成以质量％计，C :0· 1% O. 25%,Si 0. 1% O. 3%,Mn 0. 40% I. 0%,Cr :0. 3% I. 0%、从由Ni及Cu构成的组中选出的一种以上元素的合计为O. 4% I. 0%,Mo 0. 10% O. 30%,Al :0. 04% O. 12%, P :0. 05%以下、S :0. 05%以下，剩余部分仅由Fe以及不可避免的杂质构成(技术方案7)。另外，本发明的低碳铸钢丸的特征在于，该低碳铸钢丸具有如下化学组成以质量％计，C 0. 1% O. 25%、Si :0· 1% O. 3%、Mn :0· 40% I. 0%、Cr :0· 3% I. 0%、B :O. 001% O. 05%,P :0. 05%以下、S :0. 05%以下，剩余部分仅由Fe以及不可避免的杂质构成(技术方案8)。另外，本发明的低碳铸钢丸的特征在于，该低碳铸钢丸具有如下化学组成以质量％计，C :0. l% 0.25%、Si:0.1% 0.3%、Mn :0. 40% I. 0%、Cr :0. 3% I. 0%、从由Ni及Cu构成的组中选出的一种以上元素的合计为O. 4% I. 0%,Mo 0. 10% O. 30%,Al 0. 04% O. 12%, B 0. 001% O. 05%, P 0. 05% 以下、S 0. 05% 以下，剩余部分仅由 Fe以及不可避免的杂质构成(技术方案9)。另外，本发明的低碳铸钢丸的特征在于，该低碳铸钢丸具有如下化学组成以质量％计，C :0· 1% O. 25%,Si 0. 1% O. 3%,Mn 0. 40% I. 0%,Cr :0. 3% I. 0%、从由V、Nb以及Ti构成的组中选出的一种以上元素的合计为O. 05% O. 5%、P 0. 05%以下、S :0. 05%以下，剩余部分仅由Fe以及不可避免的杂质构成(技术方案10)。另外，本发明的低碳铸钢丸的特征在于，该低碳铸钢丸具有如下化学组成以质量％计，C :0· 1% O. 25%,Si 0. 1% O. 3%,Mn 0. 40% I. 0%,Cr :0. 3% I. 0%、从由Ni及Cu构成的组中选出的一种以上元素的合计为O. 4% I. 0%,Mo 0. 10% O. 30%,Al :0. 04% O. 12%,B :0. 001% O. 05%、从由V、Nb以及Ti构成的组中选出的一种以上元素的合计为O. 05% O. 5%、P :0. 05%以下、S :0. 05%以下，剩余部分仅由Fe以及不可避免的杂质构成(技术方案11)。本发明的低碳铸钢丸的特征在于，(I)该低碳铸钢丸具有如下化学组成以质量％计，含有 C :0· 1% O. 25%、Si :0· 1% O. 3%、Mn :0· 4% I. 0%、Cr :0· 3% I. 0%、P :O. 05%以下、S :0. 05%以下，剩余部分仅由Fe以及不可避免的杂质构成。另外，更优选的是，本发明的低碳铸钢丸的特征在于，(2)该低碳铸钢丸具有如下化学组成以质量％计，含有 C 0. 13% O. 22%,Si 0. 15% O. 25%,Mn 0. 5% O. 9%,Cr :0. 4% O. 8%, P :0. 03%以下、S :0. 03%以下，剩余部分仅由Fe以及不可避免的杂质构成。本发明还涉及，(3) —种上述(I)或(2)所述的低碳铸钢丸，以质量％计，该低碳铸钢丸以单独或合计含有Ni和Cu :0. 4% I. 0%。本发明还涉及，(4) 一种上述(I)所述的低碳铸钢丸，该低碳铸钢丸以质量％计，含有 Mo 0. 10% O. 30%。本发明还涉及，(5)—种上述(2)所述的低碳铸钢丸，该低碳铸钢丸以质量％计，含有 Mo 0. 10% O. 30%。本发明还涉及，(6)—种上述(3)所述的低碳铸钢丸，该低碳铸钢丸以质量％计，含有 Mo 0. 10% O. 30%。
本发明还涉及，(7)—种上述(I)所述的低碳铸钢丸，该低碳铸钢丸以质量％计，含有 Al 0. 04% O. 12%。本发明还涉及，(8)—种上述(2)所述的低碳铸钢丸，该低碳铸钢丸以质量％计，含有 Al 0. 04% O. 12%。本发明还涉及，(9) 一种上述(3)所述的低碳铸钢丸，该低碳铸钢丸以质量％计，含有 Al 0. 04% O. 12%。本发明还涉及，(10) —种上述(4)所述的低碳铸钢丸，该低碳铸钢丸以质量％计，含有 Al 0. 04% O. 12%。本发明还涉及，(11) 一种上述(1)、(2)、(4) (10)中任一项所述的低碳铸钢丸，该低碳铸钢丸以质量％计，含有B :0. 001% O. 05%。
本发明还涉及，(12) —种上述(1)、(2)、(4) (10)中任一项所述的低碳铸钢丸，该低碳铸钢丸以质量％计，含有V、Nb以及Ti中一种以上元素的合计为O. 05% O. 5%。本发明还涉及，(13)—种上述(11)所述的低碳铸钢丸，该低碳铸钢丸以质量％计，含有V、Nb以及Ti中一种以上元素的合计为O. 05% 0.5%。另外，本发明的低碳铸钢丸的特征在于，在利用喷水、离心力等粉碎熔融金属而制造丸粒的阶段形成有以贝氏体为主体的金属组织，从而获得Hv400 520左右(维氏硬度)的硬度。因此，低碳铸钢丸不需要像高碳铸钢丸那样实施淬火、回火的热处理，通过以130°C 280V左右的低温实施回火处理，能够去除在制造丸粒的阶段产生的残留应力，或者进行金属组织、硬度的微调整。根据本发明，该低碳铸钢丸为如下化学组成以质量％计，C :0. 1% O. 25%、Si
O.1% O. 3%、Mn :0· 40% I. 0%、Cr :0· 3% I. 0%、P :0· 05% 以下、S 0. 05% 以下，剩余部分仅由Fe以及不可避免的杂质构成，较低地设定若含有量较多则具有使丸的形状劣化的倾向的Si、Mn的含有量，并且适量添加提高淬火性的效果较高的Cr，谋求C、Si、Mn、Cr的含有量的最佳化，从而能够提供一种丸的形状均匀、金属组织、硬度的偏差较小且喷丸清理能力稳定的低碳铸钢丸。在本发明中，在C的含有量不足O. I %的情况下硬度变得不足Hv400，使喷丸清理能力降低，若C的含有量超过O. 25%则会在以贝氏体为主体的金属组织中马氏体增加，需要进行回火，因此将C的含有量设在O. I % O. 25%的范围内。另外，在Si的含有量不足O. I %的情况下，熔融金属的脱氧效果不充分而使内部缺陷(孔隙)增加，若Si的含有量超过O. 3%则丸的形状会逐渐劣化，因此将Si的含有量设在O. 1% O. 3%的范围内。而且，在Mn的含有量不足O. 40%的情况下，淬火性不充分而使丸的一部分含有柔软的珠光体组织，因此使硬度不足Hv400，若Mn的含有量超过I. O %则丸的形状急剧劣化，因此将Mn的含有量设在O. 40% 1.0%的范围内。除此以外，将Cr的含有量设定为稍微低于Si和Mn的含有量，以弥补降低的淬火性为目的对Cr的含有量进行了调查，其结果，在Cr的含有量不足O. 3%的情况下，提高淬火性的效果不充分，因此混入有硬度不足Hv400的丸，若Cr的含有量超过I. 0%则在金属组织中形成Cr的碳化物而使韧性降低，因此将Cr的含有量设在O. 3% I. 0%的范围内。另外，P和S都是使钢的韧性降低的有害元素，需要将其含有量抑制在O. 05%以下。另外，为了进一步稳定上述那样的丸的质量，优选的是，该低碳铸钢丸具有如下化学组成以质量％计，仅由 C 0. 13% O. 22%, Si 0. 15% O. 25%,Mn 0. 50% O. 9%,Cr :0. 4% O. 8%, P :0. 03%以下、S :0. 03%以下构成，剩余部分仅由Fe以及不可避免的杂质构成。本发明除预定比例的C、Si、Mn、Cr、P、S以外，还能含有Ni、Cu、Mo、Al、B、V、Nb以
及Ti中的一种以上元素。在本发明中，低碳铸钢丸以质量％计，含有从由Ni以及Cu构成的组中选出的一种以上元素的合计为O. 4% I. O %，从而能够在不使丸的形状劣化的情况下提高淬火性，并且改善韧性。虽然由添加Ni及Cu所带来的提高淬火性的效果并不如Cr那样显著，但是由于Ni及Cu是难以氧化的合金元素，因此确认到了其不会对丸的形状造成不良影响。在Ni和Cu的单独或合计的含有量不足O. 4%的情况下效果不充分，若Ni和Cu的含有量超 过I. 0%则会降低改善韧性的效果，因此将Ni和Cu的单独或合计的含有量设在O. 4%
I.0%的范围内。另外，在本发明中，低碳铸钢丸以质量％计，含有Mo :0. 10% O. 30%，从而能够进一步减少金属组织、硬度的偏差，能够使质量稳定。Mo是仅次于Mn可闻效地提闻钢的淬火性的有用的合金元素，但是由于从经济方面来说Mo的价格较高，在Mo的含有量不足O. 10%的情况下，效果不充分，若Mo的含有量超过O. 30%则仅获得成本上升的效果，因此将Mo的含有量设在O. 10% O. 30%的范围内。另外，在本发明中，低碳铸钢丸以质量％计，含有Al :0. 04% O. 12%，从而能够发挥由Al带来的适度的脱氧效果，若改善丸的形状则能够同时降低内部缺陷(孔隙)。在Al的含有量不足O. 04%的情况下，改善形状的效果不充分，若Al的含有量超过O. 12%则使形状劣化，因此将Al的含有量设在上述的范围内。另外，在本发明中，低碳铸钢丸以质量％计，含有B :0. 001% O. 05%，从而提高淬火性，并且使金属组织微细化而改善韧性。在B的含有量不足O. 001%的情况下，效果不充分，若B的含有量超过O. 05%则韧性略有降低，因此将B的含有量设在O. 001% O. 05%的范围内。另外，在本发明中，低碳铸钢丸以质量％计，含有从由V、Nb以及Ti构成的组中选出的一种以上元素的合计为O. 05% O. 5%，从而能够使晶粒微细化而改善韧性。当上述元素的含有量不足O. 05%的情况下效果不充分,若上述元素的含有量超过O. 5%则上述的元素形成碳化物而使韧性降低，因此将上述元素的含有量设在O. 05% O. 5%的范围内。
图I是表示本发明的低碳铸钢丸(实施例)与作为比较例的低碳铸钢丸的平均硬度、硬度的偏差范围(最大值 最小值)的图。
具体实施例方式以下，说明为了确认本发明的效果而进行的试验例(实施例·比较例)。试验例I
在本试验例中，为了调查C、Si、Mn、Cr、P、S、Ni以及Cu、Mo的影响，以钢屑、Fe—31、？6—111^6—(1^6—10、电解附、纯铜屑(电线)、增碳剂(日文加炭材)等为原材料，以形成期望成分的方式对原料配比进行调整，并使用以铁换算的熔融量IOOkg的实验用高频熔化炉来进行熔化。将熔化温度设为1650°C 1680°C,利用水喷散法制作丸。使获得的丸干燥之后对其进行筛分，取出Olmm (穿过I. 18mm的筛子而残留在I. OOmm的筛子中的丸)尺寸的丸，评价其质量等。其结果表示在表I中。 表I
权利要求
1.ー种低碳铸钢丸,其特征在于， 该低碳铸钢丸具有如下化学组成:以质量％计，C :0. 1% 0. 25%,Si :0. 1% 0. 3%,Mn :0. 40% I. 0%Xr :0. 3% I. 0%,P :0. 05% 以下、S :0. 05% 以下，剩余部分仅由 Fe 以及不可避免的杂质构成。
2.—种低碳铸钢丸,其特征在于， 该低碳铸钢丸具有如下化学组成以质量％计，C :0. 13% 0. 22%、Si :0. 15% 0.25%, Mn :0. 5% 0. 90%, Cr :0. 4% 0. 8%, P :0. 03% 以下、S :0. 03% 以下，剩余部分仅由Fe以及不可避免的杂质构成。
3.—种低碳铸钢丸,其特征在于，该低碳铸钢丸具有如下化学组成:以质量％计，C :0. 1% 0. 25%,Si :0. 1% 0. 3%,Mn :0. 40% 1.0%、Cr :0. 3% I. 0%、从由Ni及Cu构成的组中选出的ー种以上元素的合计为0.4% 1.0%、P 0. 05%以下、S :0. 05%以下，剩余部分仅由Fe以及不可避免的杂质构成。
4.ー种低碳铸钢丸,其特征在于， 该低碳铸钢丸具有如下化学组成:以质量％计，C :0. 1% 0. 25%,Si :0. 1% 0. 3%,Mn :0. 40% I. 0%,Cr :0. 3% I. 0%,Mo :0. 10% 0. 30%,P :0. 05% 以下、S :0. 05% 以下，剰余部分仅由Fe以及不可避免的杂质构成。
5.—种低碳铸钢丸,其特征在于， 该低碳铸钢丸具有如下化学组成:以质量％计，C :0. 1% 0. 25%,Si :0. 1% 0. 3%,Mn :0. 40% 1.0%、Cr :0. 3% I. 0%、从由Ni及Cu构成的组中选出的ー种以上元素的合计为0. 4% I. 0%,Mo 0. 10% 0. 30%,P :0. 05%以下、S :0. 05%以下，剩余部分仅由Fe以及不可避免的杂质构成。
6.—种低碳铸钢丸,其特征在于， 该低碳铸钢丸具有如下化学组成:以质量％计，C :0. 1% 0. 25%,Si :0. 1% 0. 3%,Mn :0. 40% I. 0%、Cr :0. 3% I. 0%、Al :0. 04% 0. 12%,P :0. 05% 以下、S :0. 05% 以下，剰余部分仅由Fe以及不可避免的杂质构成。
7.—种低碳铸钢丸,其特征在于， 该低碳铸钢丸具有如下化学组成:以质量％计，C :0. 1% 0. 25%,Si :0. 1% 0. 3%,Mn :0. 40% I. 0%,Cr :0. 3% I. 0%、从由Ni及Cu构成的组中选出的ー种以上元素的合计为 0. 4% I. 0%,Mo 0. 10% 0. 30%,Al :0. 04% 0. 12%,P :0. 05% 以下、S :0. 05%以下，剰余部分仅由Fe以及不可避免的杂质构成。
8.—种低碳铸钢丸,其特征在于， 该低碳铸钢丸具有如下化学组成:以质量％计，C :0. 1% 0. 25%,Si :0. 1% 0. 3%,Mn :0. 40% I. 0%、Cr :0. 3% I. 0%、B :0. 001% 0. 05%、P :0. 05% 以下、S :0. 05% 以下，剰余部分仅由Fe以及不可避免的杂质构成。
9.ー种低碳铸钢丸,其特征在于， 该低碳铸钢丸具有如下化学组成:以质量％计，C :0. 1% 0. 25%,Si :0. 1% 0. 3%,Mn :0. 40% 1.0%、Cr :0. 3% I. 0%、从由Ni及Cu构成的组中选出的ー种以上元素的合计为 0. 4% I. 0%, Mo :0. 10% 0. 30%, Al :0. 04% 0. 12%, B :0. 001% 0. 05%,P :0. 05%以下、S :0. 05%以下，剩余部分仅由Fe以及不可避免的杂质构成。
10.ー种低碳铸钢丸，其特征在于， 该低碳铸钢丸具有如下化学组成:以质量％计，C :0. 1% 0. 25%,Si :0. 1% 0. 3%,Mn :0. 40% I. 0%, Cr :0. 3% I. 0%、从由V、Nb以及Ti构成的组中选出的ー种以上元素的合计为0. 05% 0. 5%, P :0. 05%以下、S :0. 05%以下，剩余部分仅由Fe以及不可避免的杂质构成。
11.ー种低碳铸钢丸，其特征在于， 该低碳铸钢丸具有如下化学组成:以质量％计，C :0. 1% 0. 25%,Si :0. 1% 0. 3%,Mn :0. 40% 1.0%、Cr :0. 3% I. 0%、从由Ni及Cu构成的组中选出的ー种以上元素的合计为 0. 4% I. 0%, Mo :0. 10% 0. 30%, Al :0. 04% 0. 12%, B :0. 001% 0. 05%,从由V、Nb以及Ti构成的组中选出的ー种以上元素的合计为0. 05% 0. 5%、P :0. 05%以下、S :0. 05%以下,剩余部分仅由Fe以及不可避免的杂质构成。
全文摘要
本发明的目的在于通过最佳化包括微量成分的含有量在内的化学组成，提供一种原料成本便宜且丸的形状均匀、金属组织、硬度的偏差较小并且喷丸清理能力稳定的低碳铸钢丸。本发明提供一种低碳铸钢丸，其特征在于，该低碳铸钢丸具有如下化学组成以质量％计，C0.1％～0.25％、Si0.1％～0.3％、Mn0.40％～1.0％、Cr0.3％～1.0％、P0.05％以下、S0.05％以下，剩余部分仅由Fe以及不可避免的杂质构成。
文档编号C22C38/32GK102851593SQ20121022227
公开日2013年1月2日 申请日期2012年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者山本孝, 平井薰 申请人:新东工业株式会社