专利名称：强韧性高铬多元合金铸铁胶囊形(圆形)磨球及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种高铬铸铁研磨体，尤其是涉及强韧性高铬多元合金铸铁胶囊形(圆形)磨球及其制造方法。国际专利分类号为C22C37/06。
目前我国水泥工业正推广使用一种高效率的高细水泥磨机，这种磨机专门使用一种胶囊形磨球，以提高研磨效率。但就目前生产胶囊形磨球的技术工艺还比较落后，首先材质采用普通碳钢，砂型铸造，再经高温淬火十回火处理工艺;另外一种工艺是直接采用碳素钢经车床加工成形，再经高温淬火十回火处理工艺。其主要弊病是1、选材不合理，耐磨性差，即浪费大量钢材又束缚生产效率的提高。2、设备投资大，能源消耗高，生产周期长。
国外相关的现有技术有如下专利SU1082854A属于一种低韧性高铬铸铁材质，不适于铸造胶囊形磨球。所提供的传统热处理工艺也难以保证其使用性能。CN1051763A属于一种低韧性、低强度中铬合金铸铁材质，不适于铸造胶囊形磨球，否则会引起大面积破碎。其所述的生产工艺亦是一种传统的老工艺能源消耗大，产品质量波动。CN1038844A系本发明人发明的一种只适于铸造圆形而不适合铸造胶囊形磨球的高铬铸铁材质，否则亦会引起破碎。
从这一领域国内外现有技术分析，都已把材质的韧性与耐磨性的最佳配合作为主攻目标，但还未发现适合铸造胶囊形磨球的高铬铸铁材材质及生产工艺的报导。
本发明的目的就是要克服上述现有技术的不足，提供一种强韧性高铬多元合金铸铁胶囊形(圆形)磨球及其制造方法。
本发明人为适应我国水泥，矿山、电力工业球磨机大型化，高效率运转的要求，经过近几年实验研究和工业应用，发明了一种适合铸造胶囊形(圆形)磨球的强韧性高铬多元合金铸铁磨球及其铸造生产工艺，使磨球利用铸态余热消除应力，铸态下直接应用。以此省略高温热处理工艺，节约能源、降低成本，而又使产品的韧性与耐磨性兼优，这一发明与国内外现有技术比较具有明显的新颖性和创造性。通过工业实际应用证明，具有可靠的使用性和很高经济价值。
本发明强韧性高铬多元合金铸铁材质的化学成分(重量百分数)为1.5～2.6%C,1.0～2.0%Si,0.4～0.6%Mn,0.01～0.1%P,0.01～0.1%S,12～16%Cr,0.01～0.5%Mo,0.01～0.6%Cu,0.01%～0.2%W,0.002～0.01%B,0.01～0.6%V,0.01～0.4%Ti,0.01～0.1%RE,余量为Fe.
优选强韧性高铬多元合金铸铁材质的化学成分为1.8～2.4%C,1.4～1.8%Si,0.45～0.58%Mn,0.04～0.08%P,0.04～0.08%S,13～15%Cr,0.02～0.4Mo,0.02～0.5%Cu,0.015～0.18%W,0.004～0.009%B,0.02～0.4%V,0.02～0.3%Ti,0.04～0.08%RE,余为Fe.
特别优选的强韧性高铬多元合金铸铁材质的化学成分为2.01～2.2%C,1.45～1.75%Si,0.5～0.52%Mn,0.06～0.07%P,0.05～0.06%S,13.9～14.3%Cr,0.03～0.33%Mo,0.04～0.4%Cu,0.09～0.10%V,0.06～0.07%W,0.025～0.3%B,0.025～0.28%Ti,0.05～0.07%RE,余为Fe.
最佳强韧性高铬多元合金铸铁材质的化学组成为2.05%C,1.5%Si,0.5%Mn,0.05%P,0.06%S,14%Cr,0.26%Mo,0.3%Cu,0.1%W,0.006%B,0.31%V,0.21%Ti,0.06%RE,其余为Fe.
现将本发明强韧性高铬多元合金铸铁材质的有效化学成分设计依据及限定含量范围的理由综述如下(1)碳量在高铬铸铁中，C主要是和Cr、Fe组成各种晶型的复合碳化物，C决定碳化物的数量，故严重影响材质的韧性，随着C量升高。碳化物数量增加，材质韧性下降，但耐磨性升高。为了使材质具备强韧性、高耐磨特征，须将有效碳量限定在1.5～2.6%范围内，即可满足胶囊形磨球的要求。
(2)硅量Si是一种降低材质淬透性的元素，在高铬铸铁中Cr是一种提高淬透性的元素，它将使小截面的胶囊形磨球。在铸态下易获得铬奥氏体，而胶囊形磨球在服役过程中，由于几何形状的缘故，致使磨损表面得不到足够的冲击应力，即不能达到理想的加工硬化效果，因此铬氏体基体就不能发挥其潜在的抗磨优势，则会表现出磨损严重，早期变形。因此，要在铸态下使这种高温奥氏体完全转变成稳定组织结构，即避免铬奥氏体保留到室温。故须提高Si含量，但Si量不宜过高，过高的Si量将在γ-Fe中置换出一定量的C量，导致碳化物数量增加，降低韧性。故控制Si量在1.0～2.0%范围内。
(3)锰量Mn是一种扩大γ。提高材质淬透性的元素，但在铸态胶囊形磨球所要求的高铬铸铁中，避免奥氏体的出现，要使基体全部转变为稳定组织，须限制Mn量不能过高，要使Mn量控制在0.4～0.6%范围内。
(4)铬量Cr含量决定共晶碳化物的类型，并提高碳化物的数量，在Cr的碳化物系列中，以(Fe.Cr)7C3型为最优，显微硬度高(1500～1800HV)，立体形态为棒条状，完全不同于(Fe.Cr)3C型的片状，即大幅度地避免了对基体的切割作用，显著提高了材质的韧性，通过大量实验室研究证明，在Cr大量大于12%时，高铬铸铁的共晶碳化物类型开始以M7C3型为主。但又不能使磨球在铸态下获得铬奥氏体、铬铁素体、则控制Cr量在12～16%范围内。
(5)钼、钨、钒、钛、硼、铜含量Mo、W、V、Ti、B、Cu元素主要是用来补充由于铬大部分进入碳化物而使基体中铬量不足的缺陷，进一步提高基体的显微硬度，增强基体对碳化物的镶嵌能力，这此元素不能加入过量，避免形成新的碳化物。故采用这六种元素微量联合强化将它们的有效成分分别控制为0.01～0.5%Mo,0.01～0.2%w,0.01～0.6%V,0.01～0.4%Ti,0.002～0.01%B,0.01～0.6%Cu.
(6)稀土RE在合金液中能形成热力学稳定的氧化物、硫化物、氮化物、氢化物，且此重轻，易于排除，其形状大都为圆形，并具有一定的晶型构造，起着结晶核心的作用，因此，加入少量的RE有用来净化铁水，细化晶粒，提高铸态磨球强度和韧性，故将RE加入量控制在0.5～0.07%范围内。
(7)磷、硫含量在本发明中，将P、S视为杂质，是金属材料中带入的，不加特殊控制。
本发明的强韧性高铬多元合金铸铁胶囊形(圆形)磨球的制造方法如下1.将符合化学成分要求的铁水。在1380～1450℃浇注到金属型十砂型复合成型的磨球型腔中，待凝固定后开箱。
2.利用磨球的铸态余热等温(180～200℃)消除铸造应力铸态下直接应用。
图1和2是用发明配方及方法制造的胶囊形球硬度HRc图3和4圆球硬度HRc从图中可以看出，用发明配方及方法不论是制造胶囊形，还是制造圆形磨球，其铸态洛氏硬度都是在50～55HRc范围内，完全满足各类球磨机对研磨体的使用要求，即本发明磨球可实现铸态下应用。
利用本发明方法制造的磨球具有如下效果1.抗弯强度(δw)600～1000N/mm22.冲击值(αR)5～10J/cm23.洛氏硬度(HRc)50～55如图1、2所示下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的精神和范围。
实施例1
按本发明材质化学成分要求将配制的生铁、废钢、中间合金一起加入到电炉中熔化，待铁水符合下列化学成分并达到1500～1550℃时，出炉浇注，使其成分达到(重量百分数)2.0%C,1.3%Si,0.5%Mn,0.05%P,0.08%S,13%Cr,0.2%Mo,0.3%Cu,0.2%V,0.1%W,0.008%B,0.2%Ti,0.05%RE,余为Fe.
将铸出的胶囊形磨球按工艺要求利用铸态下自身余热消除应力，在180～200℃温度场保温并缓冷至室温。共铸出胶囊球12吨，直接装入水泥磨机应用，使用效果见表1实施例2按成分要求将配制的生铁、废钢、中间合金混合装入电炉内熔化，待铁水符合下列化学成分时即出炉浇注。有效成分范围为(重量百分数)2.2%C,1.5%Si,0.5%Mn,0.07%P,0.06%S,14%Cr,0.3%Mo,0.4%Cu,0.3%V,0.1%W,0.07%B,0.25%Ti,0.05%RE,余为Fe.
共铸出胶囊球10吨。铸态下直接应用，使用效果见表1。
实施例3按成分要求将配制的生铁、废钢、中间合金混合装入电炉内熔化，待铁水符合下列化学成分时即出炉浇注。有效成分范围为2.05%C,1.5%Si,0.5%Mn,0.05%P,0.06%S,14%Cr,0.26%Mo,0.3%Cu,0.31%V,0.1%W,0.006%B,0.21%Ti,0.06%RE,余为Fe.
铸出的胶囊球20吨，圆球31吨，分别装在水泥磨机和电厂粉煤磨机，使用效果见表1。
表1
通过工业应用证明，本发明磨球具备强韧性、高耐磨特征，是建材水泥，冶金选矿、火力发电等行业各类球磨机理想研磨体。应该明白，任何本领域技术人员都可在本发明范围内有所改变，但这些都在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种高韧性和高耐磨性铁基高铬多元合金铸铁材质的胶囊形(圆形)磨球，其特征在于，磨球化学成分(重量百分数)为1.5～2.6%C，1.0～2.0%Si，0.4～0.6%Mn， 0.01～0.1%P，0.01～0.1%S， 12～16%Cr， 0.01～0.5%Mo， 0.01～0.6%Cu，0.01～0.2%W， 0.002～0.01%B， 0.01～0.6%V， 0.01～0.4%Ti，0.01～0.1%RE， 余为Fe。
2.根据权利要求1所述的磨球，其特征在于，磨球的化学成分为1.8～2.4%C, 1.4～1.8%Si, 0.45～0.58%Mn,0.04～0.08%P, 0.04～0.08%S, 13～15%Cr,0.02～0.4Mo, 0.02～0.5%Cu, 0.015～0.18%W,0.004～0.009%B, 0.02～0.4%V, 0.02～0.3%Ti,0.04～0.08%RE, 余为Fe。
3.根据权利要求1所述的磨球，其特征在于，磨球化学成分为2.01～2.2%C, 1.45～1.75%Si, 0.5～0.52%Mn,0.06～0.07%P, 0.05～0.06%S, 13.9～14.3%Cr,0.03～0.33%Mo, 0.04～0.4%Cu, 0.09～0.10%V,0.06～0.07%W, 0.025～0.3%B, 0.025～0.28%Ti,0.05～0.07%RE,余为Fe。
4.根据权利要求1所述的磨球，其特征在于所述磨球的化学成分为2.05%C, 1.5%Si, 0.5%Mn, 0.05%P, 0.06%S,14%Cr, 0.26%Mo, 0.3%Cu 0.1%W,0.006%B, 0.31%V, 0.21%Ti, 0.06%RE,其余为Fe。
5.一种铁基高铬多元合金铸铁材质的胶囊形(圆形)磨球的生产工艺，其特征在于本发明成分的铁水，以1380～1450℃浇注到金属型十砂型复合成型的型腔中，再利用铸态余热进行等温(180～200℃)消除应力。
全文摘要
一种高韧性和高耐磨性铁基高铬多元合金铸铁材质的胶囊形(圆形)磨球，其特征在于，磨球化学成分(重量百分数)为1.5～2.6％C，1.0～2.0％Si，0.4～0.6％Mn，0.01～0.1％P，0.01～0.1％S，12～16％Cr，0.01～0.5％Mo，0.01～0.6％Cu，0.01～0.2％W，0.002～0.01％B，0.01～0.6％V，0.01～0.4％Ti，0.01～0.1％RE，余为Fe。一种铁基高铬多元合金铸铁材质的胶囊形(圆形)磨球的生产工艺其特征在于本发明成分的铁水，以1380～1450℃浇注到金属型+砂型复合成型的型腔中，再利用铸态余热进行等温(180～200℃)消除应力。
文档编号C22C37/06GK1071972SQ9211322
公开日1993年5月12日 申请日期1992年11月25日 优先权日1992年11月25日
发明者左贵平 申请人:河北工学院