CN109266953B

CN109266953B - 一种低锰抗磨铸铁磨球或磨段及其制备方法

Info

Publication number: CN109266953B
Application number: CN201811278367.4A
Authority: CN
Inventors: 任立军; 肖志军
Original assignee: Hunan Huamin Holding Group Co Ltd
Current assignee: Hunan Huamin Holding Group Co Ltd
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2020-11-27
Anticipated expiration: 2038-10-30
Also published as: CN109266953A

Abstract

本发明涉及金属耐磨材料技术领域，尤其涉及一种低锰抗磨铸铁磨球或磨段及其制备方法。本发明的低锰抗磨铸铁磨球或磨段使用高碳锰铁、硅铁，废钢和增碳剂/生铁为制备原料，制备时按照化学成分质量百分数为：3.45～3.65％C，0.85～1.35％Mn，0.35～0.65％Si，≤0.06％S和P，其余为Fe，各元素总和为100％进行配料。将配好的制备原料装炉熔炼至1500℃～1550℃出炉，倒入吊包镇静至1450℃～1480℃，浇注到铸型内成形，冷却打磨后，装框推入回火炉回火，回火后为成品。本发明生产工艺简单、成本低、且能制造出使用性价比高的低锰抗磨铸铁磨球或磨段。

Description

一种低锰抗磨铸铁磨球或磨段及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属耐磨材料技术领域，尤其涉及一种低锰抗磨铸铁磨球或磨段及其制备方法。

背景技术

磨球广泛应用于矿山、火电、水泥及冶金等工业基础行业。而对于不同的应用工况，需要选择不同的材料制造磨球，目前制造磨球的主要材料有：低铬、中铬和高铬抗磨铸铁，多元低合金铸铁等，这些制造磨球的材料中，都是通过添加高含量合金或多种金属元素低/微合金化的方式，以提高磨球耐磨性和应用的性价比优势，但是上述材料中都有包含较高含量的铬元素或我国匮乏的合金元素，生产成本高，生产工艺较复杂，在应对不断变化的应用工况条件中，并不能体现很高的性价比优势。

专利CN 102828100 A公开了一种超低锰磨球或磨段的热处理方法，化学成分为：C：2.2～3.0％，Si：0.4～0.8％，Cr：10～10.5％，Mn：0.1～0.25％，Sc：1～4％，S、P≤0.005％，余量为铁。目标通过对上述成分磨球或磨段热处理工艺进行改进，以提高使用性能，同时降低生产工艺的复杂性，降低生产成本和实现节省锰资源。

专利CN 104004960 B公开了一种低铬钒钛铸铁磨球及其制备方法，化学成分为：C：2.8～3.1％，Si：0.8～1.0％，Mn：0.7～0.9％，V：0.20～0.25％，Ti：0.05～0.10％，Cr：1.0～2.0％，P≤0.10％，S≤0.10％，余量为铁和不可避免的杂质。目标是提供利用钒钛所具有的独特合金化作用，提高磨球的耐磨性和冲击韧性，在降低制造成本的同时，提高使用性能的一种低铬钒钛铸铁磨球。通过中温回火后，性能指标为：硬度48～52HRC，冲击韧度：2.5～3.0J/cm²。

专利CN 103014480 B公开了多元微合金化低铬白口铸铁磨球及其制造方法，化学成分为：C：2.4～2.7％，Si：0.5～0.8％，Mn：1.2～1.5％，Cr：2.4～2.8％，Mo：0.2～0.3％，W：0.08～0.15％，Cu：0.3～0.5％，V：0.08～0.14％，Ti：0.02～0.04％，B：0.015～0.03％，Y：0.08～0.12％％，Ce：0.05～0.08％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。目标是通过多元微合金化以及生产工艺调整相结合，保证磨球耐磨性，高硬度、高韧性和抗高冲击性，并能降低生产成本和节约有限资源。

综上所述，目前国内外开发的各种磨球普遍存在以下问题，性能好的磨球，其制造成本高。比如目前高铬抗磨铸铁磨球材料，以添加高含量铬合金或者添加多种微量的贵金属合金，以提高材料的耐磨性，但这样导致磨球的生产成本高，同时在应对我国当前多变的应用工况情况下，性价比优势低。且添加某些贵合金元素后，生产工艺复杂和热处理工艺参数控制严格，又进一步增高了生产成本。

而制造成本低的磨球，其使用性能差，磨耗高，特别是磨球的质量稳定性低。磨段也同理。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种工艺简单，成本低，且能使用性价比高的低锰抗磨铸铁磨球或磨段及其制备方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供一种低锰抗磨铸铁磨球或磨段，低锰抗磨铸铁磨球或磨段的化学成分质量百分数为：3.45～3.65％C，0.85～1.35％Mn，0.35～0.65％Si，≤0.06％S和P，其余为Fe,各化学成分质量百分数总和为100％。

根据本发明如上所述的一种低锰抗磨铸铁磨球或磨段，低锰抗磨铸铁磨球或磨段的化学成分质量百分数为：3.45％C，1.2％Mn，0.6％Si，0.04％S，0.04％P，其余为Fe，各化学成分质量百分数总和为100％；或者：

低锰抗磨铸铁磨球或磨段的化学成分的质量百分数为：3.65％C，1.35％Mn，0.5％Si，0.04％S，0.04％P，其余为Fe，各化学成分质量百分数总和为100％。

本发明提供一种低锰抗磨铸铁磨球或磨段制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：使用高碳锰铁、硅铁、废钢和增碳剂/生铁为所述低锰抗磨铸铁磨球或磨段的制备原料；

步骤S2：将步骤S1中的制备原料按照预定比例配制好后，以预设顺序加入到电炉中熔炼，熔炼至第一预设温度后出炉，得到熔融铁液，预定比例为：3.45～3.65％C，0.85～1.35％Mn，0.35～0.65％Si，≤0.06％S和P，其余为Fe，各化学成分质量百分数总和为100％；

步骤S3：将步骤S2得到的熔融铁液倒入吊包中镇静至第二预设温度；

步骤S4：将步骤S3中镇静好的熔融铁液浇入预制好的有金属型或砂型得型腔中，在金属型或砂型的型腔内形成磨球或磨段，待磨球或磨段完全消红后，打开型腔取出磨球或磨段；

步骤S5：待步骤S4中取出的磨球或磨段完全冷却后，对磨球或磨段进行打磨处理；

步骤S6：将步骤S5得到的磨球或磨段装框，并推入回火炉在第三预设温度下进行回火，形成低锰抗磨铸铁磨球或磨段。

根据本发明如上所述，步骤S2中制备原料加入到电炉中的所述预设顺序为：

先将废钢和增碳剂加入到电炉中，待废钢和增碳剂/生铁熔化后再加入锰铁，最后在出炉前5min加入硅铁，熔炼过程中适时除杂扒渣；

根据本发明如上所述，步骤S2中的第一预设温度为1500℃～1550℃；步骤S3中的第二预设温度为1450℃～1480℃；步骤S6中的第三预设温度为180℃～250℃。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

(1)本发明的低锰抗磨铸铁磨球或磨段使用我国资源丰富的锰合金作为主要的合金元素，锰元素一方面能够提高材料的淬透性，另一方面能保证磨球或磨段在使用过程中，具有良好的抗冲击性能，且磨损后排放自然无污染，与此同时，材料中高碳含量和合适的锰含量的配合，使本发明的低锰抗磨铸铁磨球或磨段在含有较多数量的碳化物而具有高耐磨性的情况下，还具备一定的抗冲击能力，从而使得本发明的低锰抗磨铸铁磨球或磨段耐磨性和冲击韧度有着良好的匹配，使用性价比高。

(2)本发明的制备方法中，制备原料采用高碳锰铁、硅铁、废钢和增碳剂/生铁，制备得到的低锰抗磨铸铁磨球或磨段化学成分质量百分数为：3.45～3.65％C，0.85～1.35％Mn，0.35～0.65％Si，≤0.06％S和P，其余为Fe，各化学成分总和为100％，其中不包含价格昂贵的金属元素，制备成本低，同时制备过程中仅采用简单的回火工艺，工艺流程简便，便于推广。

附图说明

图1为本发明低锰抗磨铸铁磨球或磨段的工艺流程图；

图2为本发明低锰抗磨铸铁磨球或磨段的制备方法流程图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

总体实施方案：

本发明的低锰抗磨铸铁磨球或磨段化学成分质量百分数为：3.45～3.65％C，0.85～1.35％Mn，0.35～0.65％Si，≤0.06％的S和P，其余为Fe，各化学成分质量百分数总和为100％进行配料，优选地，低锰抗磨铸铁磨球或磨段化学成分质量百分数选取为：3.45％C，1.2％Mn，0.6％Si，0.04％S，0.04％P，其余为Fe，各化学成分质量百分数总和为100％；或者：

3.65％C，1.35％Mn，0.5％Si，0.04％S，0.04％P，其余为Fe，各化学成分质量百分数总和为100％。

以上成分的低锰抗磨铸铁磨球或磨段通过如图1所示的工艺流程得到即：

(1)：先对低锰抗磨铸铁磨球或磨段进行配料；

(2)：将低锰抗磨铸铁磨球或磨段的配料加入电炉中熔炼，并事先预制好用于磨球或磨段浇注的造型；

(3)：将熔炼后得到的铁液倒入造型中进行浇注；

(4)：待浇注完成后放置一段时间浇注成型的待磨球或磨段消红后开模；

(5)：待开模取出的磨球或磨段完全冷却后进行打磨；

(6)：对打磨过后的磨球或磨段进行回火，最终得到本发明的低锰抗磨铸铁磨球或磨段。

但是本发明的低锰抗磨铸铁磨球或磨段具体以如图2所示的方法流程得到，步骤如下：

步骤S1：使用高碳锰铁、硅铁，废钢和增碳剂/生铁为本发明低锰抗磨铸铁磨球或磨段的制备原料，其中，高碳锰铁中的高碳指碳含量为2～8％，本发明的低锰抗磨铸铁磨球或磨段中的低锰指锰含量2％以下；

步骤S2：将步骤S1中配好的制备材料按照预定比例配制好后，以预设顺序添加到电炉内，熔炼过程中注意适时扒渣，熔炼至第一预设温度出炉，第一预设温度为1500℃～1550℃；

步骤S3：将步骤S2出炉的铁水倒入吊包中进行镇静，镇静至第二预设温度，第二预设温度为1450℃～1480℃；

步骤S4：将步骤S3中镇静好的铁水浇入金属型或砂型的型腔中，形成磨球或磨段，待金属型或砂型的型腔中磨球或磨段完全消红后开模，即将磨球从金属型或砂型的型腔中取出；

步骤S5：待磨球或磨段完全冷却后，对磨球或磨段进行打磨处理。

步骤S6：将步骤S5得到的低锰抗磨铸铁磨球或磨段装框，并推入回火炉在第三预设温度下进行回火，第三预设温度为180℃～250℃。

步骤S2中制备原料配制时的预定比例为：3.45～3.65％C，0.85～1.35％Mn，0.35～0.65％Si，≤0.06％的S和P，其余为Fe，各化学成分质量百分数总和为100％；进一步地，优选的预定比例为3.45％C，1.2％Mn，0.6％Si，0.04％S，0.04％P，其余为Fe，各化学成分质量百分数总和为100％，各化学成分质量百分数总和为100％；或者优选的预定比例为：3.65％C，1.35％Mn，0.5％Si，0.04％S，0.04％P，其余为Fe，各化学成分质量百分数总和为100％。

步骤S2中制备原料加入到电炉中的所述预设顺序为：1、先将废钢和增碳剂/生铁加入到电炉中；2、待废钢和增碳剂/生铁熔化后再加入锰铁；3、最后在出炉前5min加入硅铁，熔炼过程中适时除杂扒渣。

实施例1

本实施例是对上述总体实施方案中步骤S2～S6的具体实施条件进行限定，其余未限定部分参照上述总体方案的步骤进行。其中：

步骤S2中制备原料配制时的预定比例优选为：3.45％C，1.2％Mn，0.6％Si，0.04％S，0.04％P，其余为Fe，各化学成分质量百分数总和为100％，制备原料按照此化学成分质量百分数进行配制，并加入到电炉中熔融，在电炉中熔融的过程中，保持电炉中的各项化学成分为上述的预定比例。

步骤S2中的第一预设温度为1550℃；

步骤S3中的第二预设温度为1450℃；

本实施例最终得到的磨球的性能指标为：冲击韧度3.5J/cm²，硬度50～52HRC。

实施例2

步骤S2中制备原料配制时的预定比例优选为：3.65％C，1.35％Mn，0.5％Si，0.04％S，0.04％P，其余为Fe，各化学成分质量百分数总和为100％，制备原料按照此化学成分质量百分数进行配制，并加入到电炉中熔融，在电炉中熔融的过程中，保持电炉中的各项化学成分为上述的预定比例；

步骤S2中的第一预设温度为1550℃；

步骤S3中的第二预设温度为1450℃。

本实施例最终得到的低锰抗磨铸铁磨球的性能指标为：冲击韧度2.3J/cm²，硬度51～54HRC。

为更好说明本发明的效果，现根据实例2公布的化学成分制造出球径为Φ120和Φ80、Φ60规格的低锰抗磨铸铁磨球，在某矿山上与现今市面上常见的热轧磨球和低铬铸造磨球进行对比试验，将Φ120规格的热轧磨球和低锰抗磨铸铁磨球分别装入两个一段球磨机中，将Φ80和Φ60规格的低铬铸造磨球和低锰抗磨铸铁磨球分别装入两个二段球磨机中，将上述球磨机开机运行三个月后，从球磨机中分别取出相应规格的热轧磨球，低铬铸造磨球和低锰抗磨铸铁磨球，分别检测相应磨球的球耗。

检测情况如下表：

由上表能够得出，本实例二公布的低锰抗磨铸铁磨球，与一段磨机中的热轧磨球相比较，球耗降低了25％，与二段磨机中的低铬铸造磨球相比较，球耗降低了10％，生产成本总体降低了10％左右，体现了本方案的高性价比优势。

本发明的低锰抗磨铸铁磨球或磨段中高碳含量和合适的锰含量的配合，使本发明的低锰抗磨铸铁磨球或磨段在含有较多数量的碳化物而具有高耐磨性的情况下，还具备一定的抗冲击能力，使得本发明的低锰抗磨铸铁磨球或磨段耐磨性和冲击韧度有着良好的匹配，使用性价比高，与此同时，本发明采用当前常规的原料，不包含价格昂贵的金属元素，制备成本低，同时制备过程中仅采用简单的回火工艺，工艺流程简便，便于推广。

需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种低锰抗磨铸铁磨球或磨段，其特征在于：

所述低锰抗磨铸铁磨球或磨段化学成分质量百分数为：3.45％C，1.2％Mn，0.6％Si，0.04％S，0.04％P，其余为Fe，各化学成分质量百分数总和为100％；或者：

低锰抗磨铸铁磨球或磨段的化学成分的质量百分数为：3.65％C，1.35％Mn，0.5％Si，0.04％S，0.04％P，其余为Fe，各化学成分质量百分数总和为100％；

所述低锰抗磨铸铁磨球或磨段的制备方法包括以下步骤：

步骤S1：使用高碳锰铁、硅铁、废钢和增碳剂、生铁为所述低锰抗磨铸铁磨球或磨段的制备原料；

步骤S2：将步骤S1中的制备原料按照预定比例配制好后，以预设顺序加入到电炉中熔炼，熔炼至1500℃～1550℃后出炉，得到熔融铁液；所述预定比例为：3.45％C，1.2％Mn，0.6％Si，0.04％S，0.04％P，其余为Fe，各化学成分质量百分数总和为100％；或者为：

3.65％C，1.35％Mn，0.5％Si，0.04％S，0.04％P，其余为Fe，各化学成分质量百分数总和为100％；

步骤S3：将步骤S2得到的熔融铁液倒入吊包中镇静至1450℃～1480℃；

步骤S4：将步骤S3中镇静好的熔融铁液浇入预制好的金属型或砂型的型腔中，在金属型或砂型的型腔内形成磨球或磨段，待磨球或磨段完全消红后，打开型腔取出磨球或磨段；

步骤S6：将步骤S5得到的磨球或磨段装框，并推入回火炉在180℃～250℃下进行回火，形成所述低锰抗磨铸铁磨球或磨段。

2.根据权利要求1所述的一种低锰抗磨铸铁磨球或磨段，其特征在于：

步骤S2中制备原料加入到电炉中的所述预设顺序为：

先将废钢和增碳剂加入到电炉中，待废钢和增碳剂/生铁熔化后再加入锰铁，最后在出炉前5min加入硅铁，熔炼过程中适时除杂扒渣。