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  导航：X技术最新专利金属材料;冶金;铸造;磨削;抛光设备的制造及处理,应用技术

  本专利针对传统耐磨球存在耐磨性差、冲击韧性不足及耐腐蚀性弱的问题，提出一种低铬耐磨球铸造工艺。通过优化原料配比（碳2.5-3.4%、铬1.5-2.1%等）与热处理工艺（球化处理+二次回火），明显提升材料硬度（64-66HRC）、芯部韧性（22-25J/cm²）及耐腐蚀和抗老化性能，实现破碎矿石时低消耗、少破碎的工业需求。

  耐磨球、段作为耐磨铸件行业中的基本的产品，其消耗量的耐磨铸件中占据着首位，占比达55％以上，被大范围的应用于冶金矿山、建材水泥、火力发电、磁性材料等行业的物料研磨生产环节。根据其生产的基本工艺的不同，目前国内常用耐磨球段的生产的基本工艺大体上分为两种：锻造和铸造。

  耐磨球、段的生产历史可以追溯到1883年，德国fag制造出世界上第一台磨球机，它的诞生开创了耐磨球段制造的先河。进入20世纪80年代以来，国外耐磨球、段生产企业通过兼并整合，逐步形成了主要品牌一枝独秀、垄断水平较高的局面，但这些大企业只有屈指可数的几家，其他厂家规模都较小。目前，全球磨球、段生产企业主要分布在欧美、日本、印度等国家或地区，主要厂商包括比利时马科托、印度vega、日本东洋铁球等。由于发展中国家对耐磨球、段的需求不断加大，国际知名厂商纷纷将市场向该地区转移。

  与国外耐磨球、段行业相比，我国耐磨球、段行业起步较晚，但发展十分迅速。从上世纪80年代起，我国多家耐磨球、段厂家先后从西德、日本引进了大量先进设备，在大批引进技术、设备、仪器的基础上，我国耐磨球、段的制造技术获得了明显的提高。从产品品种上看，自70年代后铬系列耐磨球、段迅速地占领市场，淘汰了技术大部分其他品种球、段，目前已形成低铬、中铬和高铬球、段等系列合金产品，规格齐平，产品性能铸件赶上甚至超过了国外同种类型的产品，已基本实现了替代进口。

  在使用耐磨球破碎大块矿石时，锻造耐磨球破碎少，但消耗高，变形率高；高铬耐磨球消耗低，但是有大量破碎现象；而现有的低铬耐磨球消耗和破碎率和消耗介于锻造钢球和高铬钢球之间，为了使低铬耐磨球可更好的应用于破碎大块矿石，需逐步优化其铸造工艺。

  本发明的目的是提供一种矿山专用低铬耐磨球的铸造工艺，耐磨球中各元素配比合理，并结合优化的铸造工艺，可使制得的低铬耐磨球具备优秀能力的耐磨性、硬度的同时冲击韧性高，并且抵抗腐蚀能力强，使用其破碎矿石时消耗小，破碎少，耐磨球常规使用的寿命长。

  (1)原料熔炼：将各原料加入中频感应电炉中进行熔炼，熔炼过程中钢水温度为1600-1640℃，检测铁水中各元素的含量，并调整各元素含量至符合配方要求；所述钢水中各元素成分的质量百分比为：碳2.5-3.4％，硅0.7-1.3％，锰0.6-0.9％，铬1.5-2.1％，钒2.2-3％，钼0.2-0.5％，镍0.3-0.65％，铜0.1-0.3％，钛0.05-0.11％，锆0.02-0.09％，硼0.04-0.08％，磷≤0.15，硫≤0.15；

  (2)球化处理及孕育处理：使用钢水质量1.5-2.1％的球化剂和钢水质量1.1-1.4％的一次孕育剂在1510-1530℃下球化孕育处理120-150s，并在浇铸时冲入钢水质量0.7-1％的二次孕育剂；

  (3)热处理：将铸造成型的耐磨球在700-720℃下出壳并进行喷雾冷却；将冷却后的铸件加热至900-930℃，保温2-4h，然后用20-25℃的饱和硝酸盐和亚硝酸盐混合介质进行连续冷却，并将所得耐磨球进行二次回火处理，其中第一次回火处理是将耐磨球加热至530-550℃，保温2-3h，空冷至室温，第二次回火处理是将耐磨球加热至220-250℃，保温1-2h，空冷至室温。

  优选地，所述步骤(1)中，钢水中各元素成分的质量百分比为：碳2.9％，硅1.15％，锰0.7％，铬1.9％，钒2.5％，钼0.3％，镍0.55％，铜0.22％，钛0.09％，锆0.07％，硼0.05％，磷≤0.15，硫≤0.15。

  优选地，所述一次孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅35-45％、钙1-3％、锆1.1-1.5％、钡0.8-2％，余量为铁；所述二次孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅50-60％、钡2.5-4％、铈0.3-0.8％，镧0.1-0.3％，余量为铁。

  优选地，所述步骤(2)中，一次孕育剂的加入量为钢水质量的1.25％，二次孕育剂的加入量为钢水质量的0.9％。

  本发明在合理设置球化剂以及一次孕育剂的加入量、时间以及球化孕育的温度，并结合在浇铸时冲入合适量的二次孕育剂，通过此球化孕育工艺，使低铬耐磨球中的石墨尺寸、形态及分布达到最佳，其中球状石墨尺寸细小且分布均匀，对金属基体的割裂作用小，咬合力较高，并使低铬耐磨球具备优秀能力的塑性变形协调能力。在热处理时，先将铸造成型的耐磨球在700-720℃下出壳并进行喷雾冷却，接着进行淬火处理以及二次回火处理，使耐磨球在表层表现出高硬度并具备优秀能力的耐磨性，而内部保持着高韧性，并且耐磨球还具备优秀能力的耐腐蚀性。

  本发明中，加入的较多含量的钒与碳结合形成碳化钒，碳化钒为高硬度碳化物，从而使耐磨球的耐磨性进一步提升，并可保证耐磨球的冲击韧性，同时适量的钒还可促使耐磨球内形成致密的细晶体组织，使强度进一提高。而铬与镍、钼协同作用，可使耐磨球淬透性明显地增强，并可有效提升耐磨球的疲劳极限以及抵抗腐蚀能力。而钼与铜协同可提高耐磨球的冲击韧性。

  本发明中各元素配比合理，结合优化的铸造工艺，可使制得的低铬耐磨球具备优秀能力的耐磨性、硬度的同时冲击韧性高，并且抵抗腐蚀能力强，使用其破碎矿石时消耗小，破碎少，耐磨球常规使用的寿命长。本发明产品质量高，工艺简单，成本低，适用于大规模加工生产。

  为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

  (1)原料熔炼：将各原料加入中频感应电炉中进行熔炼，熔炼过程中钢水温度为1620℃，检测铁水中各元素的含量，并调整各元素含量至符合配方要求；所述钢水中各元素成分的质量百分比为：碳2.9％，硅1.15％，锰0.7％，铬1.9％，钒2.5％，钼0.3％，镍0.55％，铜0.22％，钛0.09％，锆0.07％，硼0.05％，磷≤0.15，硫≤0.15。

  (2)球化处理及孕育处理：使用钢水质量1.8％的稀土镁合金球化剂和钢水质量1.25％的一次孕育剂在1510℃下球化孕育处理140s，并在浇铸时冲入钢水质量0.9％的二次孕育剂；

  上述一次孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅40％、钙2.5％、锆1.4％、钡1.5％，余量为铁；二次孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅52％、钡3％、铈0.55％，镧0.18％，余量为铁；

  (3)热处理：将铸造成型的耐磨球在720℃下出壳并进行喷雾冷却；将冷却后的铸件加热至930℃，保温3h，然后用23℃的饱和硝酸盐和亚硝酸盐混合介质进行连续冷却，并将所得耐磨球进行二次回火处理，其中第一次回火处理是将耐磨球加热至540℃，保温3h，空冷至室温，第二次回火处理是将耐磨球加热至250℃，保温1.5h，空冷至室温。

  (1)原料熔炼：将各原料加入中频感应电炉中进行熔炼，熔炼过程中钢水温度为1640℃，检测铁水中各元素的含量，并调整各元素含量至符合配方要求；所述钢水中各元素成分的质量百分比为：碳3.4％，硅1.15％，锰0.9％，铬1.9％，钒2.9％，钼0.5％，镍0.65％，铜0.1％，钛0.05％，锆0.06％，硼0.08％，磷≤0.15，硫≤0.15；

  (2)球化处理及孕育处理：使用钢水质量2.1％的稀土镁合金球化剂和钢水质量1.2％的一次孕育剂在1530℃下球化孕育处理150s，并在浇铸时冲入钢水质量0.85％的二次孕育剂；

  上述一次孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅45％、钙3％、锆1.2％、钡1.5％，余量为铁；二次孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅55％、钡3％、铈0.5％，镧0.2％，余量为铁；

  (3)热处理：将铸造成型的耐磨球在720℃下出壳并进行喷雾冷却；将冷却后的铸件加热至930℃，保温3h，然后用25℃的饱和硝酸盐和亚硝酸盐混合介质进行连续冷却，并将所得耐磨球进行二次回火处理，其中第一次回火处理是将耐磨球加热至540℃，保温3h，空冷至室温，第二次回火处理是将耐磨球加热至240℃，保温2h，空冷至室温。

  (1)原料熔炼：将各原料加入中频感应电炉中进行熔炼，熔炼过程中钢水温度为1620℃，检测铁水中各元素的含量，并调整各元素含量至符合配方要求；所述钢水中各元素成分的质量百分比为：碳2.5％，硅0.7％，锰0.85％，铬1.5％，钒2.2％，钼0.2％，镍0.38％，铜0.2％，钛0.11％，锆0.02％，硼0.07％，磷≤0.15，硫≤0.15；

  (2)球化处理及孕育处理：使用钢水质量1.8％的稀土镁合金球化剂和钢水质量1.1％的一次孕育剂在1510℃下球化孕育处理120s，并在浇铸时冲入钢水质量0.7％的二次孕育剂；

  上述一次孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅38％、钙2.5％、锆1.1％、钡2％，余量为铁；二次孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅60％、钡2.5％、铈0.3％，镧0.1％，余量为铁；

  (3)热处理：将铸造成型的耐磨球在700℃下出壳并进行喷雾冷却；将冷却后的铸件加热至920℃，保温2h，然后用20℃的饱和硝酸盐和亚硝酸盐混合介质进行连续冷却，并将所得耐磨球进行二次回火处理，其中第一次回火处理是将耐磨球加热至530℃，保温2.5h，空冷至室温，第二次回火处理是将耐磨球加热至220℃，保温1h，空冷至室温。

  (1)原料熔炼：将各原料加入中频感应电炉中进行熔炼，熔炼过程中钢水温度为1600-1640℃，检测铁水中各元素的含量，并调整各元素含量至符合配方要求；所述钢水中各元素成分的质量百分比为：碳3.1％，硅1.3％，锰0.6％，铬2.1％，钒3％，钼0.4％，镍0.3％，铜0.3％，钛0.09％，锆0.09％，硼0.04％，磷≤0.15，硫≤0.15；

  (2)球化处理及孕育处理：使用钢水质量1.5％的稀土镁合金球化剂和钢水质量1.4％的一次孕育剂在1515℃下球化孕育处理130s，并在浇铸时冲入钢水质量1％的二次孕育剂；

  上述一次孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅35％、钙1％、锆1.5％、钡0.8％，余量为铁；二次孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅50％、钡4％、铈0.8％，镧0.3％，余量为铁；

  (3)热处理：将铸造成型的耐磨球在700℃下出壳并进行喷雾冷却；将冷却后的铸件加热至900℃，保温4h，然后用22℃的饱和硝酸盐和亚硝酸盐混合介质进行连续冷却，并将所得耐磨球进行二次回火处理，其中第一次回火处理是将耐磨球加热至530℃，保温2h，空冷至室温，第二次回火处理是将耐磨球加热至250℃，保温1.5h，空冷至室温。

  (1)原料熔炼：将各原料加入中频感应电炉中进行熔炼，熔炼过程中钢水温度为1630℃，检测铁水中各元素的含量，并调整各元素含量至符合配方要求；所述钢水中各元素成分的质量百分比为：碳3.1％，硅0.7％，锰0.9％，铬1.6％，钒2.2％，钼0.32％，镍0.35％，铜0.28％，钛0.06％，锆0.06％，硼0.045％，磷≤0.15，硫≤0.15；

  (2)球化处理及孕育处理：使用钢水质量2.1％的稀土镁合金球化剂和钢水质量1.4％的一次孕育剂在1510℃下球化孕育处理130s，并在浇铸时冲入钢水质量1％的二次孕育剂；

  上述一次孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅42％、钙2.6％、锆1.2％、钡1.4％，余量为铁；二次孕育剂中各元素成分的质量百分比为：硅52％、钡3％、铈0.6％，镧0.15％，余量为铁；

  (3)热处理：将铸造成型的耐磨球在720℃下出壳并进行喷雾冷却；将冷却后的铸件加热至930℃，保温4h，然后用25℃的饱和硝酸盐和亚硝酸盐混合介质进行连续冷却，并将所得耐磨球进行二次回火处理，其中第一次回火处理是将耐磨球加热至550℃，保温3h，空冷至室温，第二次回火处理是将耐磨球加热至240℃，保温1.5h，空冷至室温。

  性能测试：对由实施例1-5所制得的矿山专用低铬耐磨球进行性能测试，经检测，本发明低铬耐磨球的表面硬度为64-66hrc，芯部硬度为56-59hrc，球化等级为1-2级，韧性为22-25j/cm2。落球冲击疲劳寿命≥17500次。

  以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案做修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

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