CN101857941B

CN101857941B - 一种中碳合金铸钢丸的制造方法

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Publication number: CN101857941B
Application number: CN2010101975477A
Authority: CN
Inventors: 殷凤仕; 韩庆吉; 蒋振峰
Original assignee: ZIBO TAA METAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ZIBO TAA METAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-06-02
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2030-06-02
Also published as: CN101857941A

Abstract

一种中碳合金铸钢丸的制造方法，其特征在于：其化学成分按质量百分比计为：碳：0.35％、硅：0.11％、锰：0.45％、铬：1.2％、硫：0.015％、磷：0.020％，其余为铁和不可避免的杂质；采用如下工艺步骤制造：配料、熔炼：将配比好的原料组合物熔炼成钢水，倒入中间包，采用脱氧剂脱氧；离心成型法成丸：将脱氧后的钢水浇入高速旋转的离心盘内，在离心力的作用下甩出落入冷却水池，捞出后烘干得成型的铸态钢丸；热处理：将成型的铸态钢丸加热到860-880℃保持20-40分钟后水冷淬火，然后在350-500℃下进行回火处理40-80分钟，回火后采用钢板振动筛水冷法快速冷却，制得中碳合金铸钢丸。既可以保证钢丸具有高的硬度，又可以避免离心成型和加热淬火过程中产生裂纹，从而增加韧性等优点。

Description

一种中碳合金铸钢丸的制造方法

技术领域

一种中碳合金铸钢丸的制造方法，属于金属磨料技术领域，具体涉及一种适用于钢材、铸件、锻件、热处理件的表面抛丸、喷丸清理和强化的中碳合金铸钢丸的制造方法。

背景技术

目前铸钢丸广泛应用于机械、造船、汽车、飞机及集装箱制造业零部件的表面清理、除锈、去漆及强化。随着航天、航空及特殊领域对结构件表面质量要求的日益提高以及人们的环境保护意识的增强，特种钢丸的研究开发是近年来研究的热点。原来用酸洗处理的大量钢件，目前大部分改为用抛喷丸清理代替以减少废酸和污水等的排放，使抛喷丸清理用铸钢丸的用量进一步增加。目前，国内外使用的铸钢丸产品主要有低碳和高碳两大类。高碳铸钢丸因含碳量高(0.8-1.2wt.％C)，经离心或雾化成丸后冷却到室温形成高碳片状马氏体组织，并产生大量裂纹，虽经再次加热淬火和回火处理，裂纹仍会存在，因而脆性大，不耐冲击，在表面抛丸、喷砂清理和喷丸强化过程中容易破碎，耗损量大。低碳铸钢丸含碳量低(小于0.2wt.％C)，韧性高，但硬度低，不耐磨，而且由于熔点高，钢液流动性差，收缩大，造成钢丸疏松和空心缺陷多，尽管通过100％替代法测定的ERVIN循环寿命比高碳钢丸高，但在钢件清理时由于低碳铸钢丸硬度低，清理效率低，清理时间长，清理相同量的钢件实际所消耗的低碳钢丸并没有减少，有时反而会增加。容易破碎和磨损的钢丸在继续抛打的过程中还会产生粉尘，使被清理钢件的表面清洁度降低。在进行喷丸强化处理提高疲劳强度时，破碎的高碳钢丸还会划伤工件的表面而使疲劳强度降低。中国专利200910016072.4公开了一种中碳铸钢丸，其原料组成为碳0.35-0.65％，硅0-0.3％，锰0.35-1.5％，磷0-0.05％，硫0-0.05％，其余为铁。相应的，其制备方法中，半成品铸态中碳铸钢丸加热温度为820-860℃，水冷淬火后回火温度为150-550℃。实验发现，通过该工艺中较高温度回火时，制备的中碳铸钢丸硬度较低；当采用较低温度回火时，硬度高但韧性明显不足，循环使用寿命短。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种既具有高硬度，又可避免在离心成型和加热淬火过程中产生裂纹，韧性高的中碳合金铸钢丸的制造方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该中碳合金铸钢丸，其特征在于其化学成分按质量百分比计为：碳0.35-0.45％，硅0-0.2％，锰0.45-0.5％，铬0.8-1.2％，硫0-0.015％，磷0-0.020％，其余为铁和不可避免的杂质。

优选的，所述原料组合物按下列质量百分比配比：碳：0.35％、硅：0.11％、锰：0.45％、铬：1.2％、硫：0.015％、磷：0.020％，其余为铁和不可避免的杂质。

该中碳合金铸钢丸的制造方法，采用如下工艺步骤制造：

1.1配料：将原料组合物按上述质量百分比配比

1.2熔炼：将配比好的原料组合物在中频感应炉或电弧炉中熔炼成钢水，倒入中间包，采用脱氧剂脱氧，脱氧剂为铝或含铝复合脱氧剂；

1.3离心成型法成丸：将脱氧后的钢水浇入高速旋转的离心盘内，在离心力的作用下甩出落入冷却水池，捞出后烘干得成型的铸态钢丸；

1.4热处理：将成型的铸态钢丸加热到860-880℃保持20-40分钟后水冷淬火，然后在350-500℃下进行回火处理40-80分钟，回火后采用钢板振动筛水冷法快速冷却，制得中碳合金铸钢丸；或将成型的铸态钢丸直接加热到350-500℃保持40-80分钟进行回火处理，回火后采用钢板振动筛水冷法快速冷却，制得中碳合金铸钢丸。

优选的，

所述热处理工艺是将成型的铸态钢丸加热到860℃保持40分钟后水冷淬火，然后在400℃下进行回火处理60分钟，回火后采用钢板振动筛水冷法快速冷却，制得中碳合金铸钢丸。

所述热处理工艺将成型的铸态钢丸直接加热到500℃保持50分钟进行回火处理，回火后采用钢板振动筛水冷法快速冷却，制得中碳合金铸钢丸。

铬是一种碳化物形成元素，与碳生成(Cr，Fe)3C型合金渗碳体，具有较高的硬度和热稳定性。当它以颗粒状弥散性分布在金属基体上时，能大大提高材料的强度、韧性和耐磨性。因此，在原料中加入Cr元素可有效提高铸钢丸的使用寿命。

传统中碳铸钢丸在高温回火时由于马氏体的分解，随着回火温度的升高，硬度降低较快。淬火钢在回火时，抵抗强度、硬度下降的能力称为回火稳定性。增加Cr元素可以有效提高铸钢丸的回火稳定性，在保持钢丸硬度的同时，可进一步提高回火温度，从而增加钢丸的韧性，延长钢丸的使用寿命。为了避免产生回火脆性，采用钢板振动筛水冷法使其快速冷却。所谓钢板振动筛水冷法就是将钢丸放在钢板上，钢板下面安装水循环冷却系统和振动筛结合，这样钢板上的钢丸在振动筛震动下向下流动，钢板的温度始终被水冷却到最低温度，而钢丸就会在大约三分钟内冷却到室温，从而起到快速冷却的效果。

与现有技术相比，本发明的中碳合金铸钢丸的制造方法所具有的有益效果是：中碳合金铸钢丸含碳量在0.35-0.45wt.％之间，既可以保证钢丸具有高的硬度，又可以避免离心成型和加热淬火过程中产生裂纹，从而增加韧性。同时铸钢丸中还含有0.8-1.2wt.％的铬，使钢丸中的碳化物类型由Fe3C型渗碳体变成(Fe，Cr)3C型合金渗碳体，这种合金渗碳体的硬度高，因而耐磨性好。此外，合金元素Cr的加入提高了钢丸的抗回火稳定性，可以使钢丸在更高温度下回火而不降低硬度，因而韧性进一步提高。根据国际通用的对钢丸疲劳寿命的检测方法-欧文寿命试验法进行检测，以S550规格钢丸(直径为1.7mm)为例，在硬度相同的情况下，本发明的中碳合金铸钢丸的平均寿命值比高碳钢丸高30％以上；在寿命相同的情况下，本发明的中碳合金铸钢丸比现有低碳铸钢丸硬度高15HRC以上。由于本发明的中碳合金铸钢丸强韧性好，不易破碎，耐磨损，可极大降低在抛、喷丸过程中的粉尘污染，不仅保证了被抛工件表面清洁度的要求，同时还提高了清理效率。制造方法先进，热处理效果好，为了避免产生回火脆性，采用钢板振动筛水冷法冷却，从而达到快速冷却的效果。经检测，热处理后钢丸的金相组织为回火屈氏体，采用100％替代法测定的ERVIN循环寿命可达5852次。

具体实施方式

实施例1

采用如下质量百分比的原料的组分配比原料组合物：C：0.35％、Si：0.11％、Mn：0.45％、Cr：1.2％、S：0.015％、P：0.020％，其余为Fe和不可避免的杂质；

熔炼：将构成元素的原料组合物按成分配料，配比好后在电弧炉中熔炼成钢液，然后倒入中间包，采用铝脱氧剂；

成型：将脱氧后的钢水浇入高速旋转的离心盘内，在离心力的作用下甩出落入冷却水池，然后捞出、烘干得成型的铸态钢丸；

热处理：将成型的铸态钢丸加热到880℃保持20分钟后水冷淬火，然后进行400℃保持60分钟回火处理，回火后采用钢板振动筛水冷法快速冷却，制得中碳合金铸钢丸。

经检测，热处理后钢丸的金相组织为回火屈氏体组织，硬度为44HRC，采用100％替代法测定的ERVIN循环寿命为5852次。

实施例2

采用如下质量百分比的原料的组分配比原料组合物：C：0.40％、Si：0.12％、Mn：0.5％、Cr：0.9％、S：0.012％、P：0.016％，其余为Fe和不可避免的杂质。

熔炼：将构成元素的原料组合物按成分配料，在中频感应炉中熔炼成钢液，然后倒入中间包，采用铝脱氧剂；

成型：将脱氧后的钢水浇入高速旋转的离心盘内，在离心力的作用下甩出落入冷却水池，然后捞出、烘干得铸态钢丸；

热处理：将成型的铸态钢丸加热到870℃保持40分钟后水冷淬火，然后进行450℃保持50分钟回火处理，回火后采用钢板振动筛水冷法快速冷却，制得中碳合金铸钢丸。

经检测，热处理后钢丸的金相组织为回火屈氏体组织组织，硬度为46HRC，采用100％替代法测定的ERVIN循环寿命为5235次。

实施例3

采用如下质量百分比的原料的组分配比原料组合物：C：0.45％、Si：0.20％、Mn：0.5％、Cr：1.2％、S：0.014％、P：0.014％，其余为Fe和不可避免的杂质。

熔炼：将构成元素的原料组合物按成分配料，在中频感应炉中熔炼成钢液，然后倒入中间包，采用含铝复合脱氧剂脱氧；

热处理：将成型的铸态钢丸加热到860℃保持30分钟后水冷淬火，然后进行350℃保持40分钟回火处理，回火后采用钢板振动筛水冷法快速冷却，制得中碳合金铸钢丸。

经检测，热处理后钢丸的金相组织为回火屈氏体组织组织，硬度为53HRC，采用100％替代法测定的ERVIN循环寿命为4732次。

实施例4

采用如下质量百分比的原料的组分配比原料组合物：C：0.40％、Si：0.18％、Mn：0.5％、Cr：1.2％、S：0.011％、P：0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质。

熔炼：将构成元素的原料组合物按成分配料，在电弧炉中熔炼成钢液，然后倒入中间包，采用铝脱氧；

热处理：将成型的铸态钢丸进行500℃保持50分钟回火处理，回火后采用钢板振动筛水冷法快速冷却，制得中碳合金铸钢丸。

经检测，热处理后钢丸的金相组织为回火索氏体组织组织，硬度为42HRC，采用100％替代法测定的ERVIN循环寿命为5125次。

实施例5

采用如下质量百分比的原料的组分配比原料组合物：C：0.37％、Si：0.17％、Mn：0.45％、Cr：1.1％、S：0.013％、P：0.018％，其余为Fe和不可避免的杂质。

熔炼：将构成元素的原料组合物按成分配料，在电弧炉中熔炼成钢液，然后倒入中间包，采用含铝复合脱氧剂脱氧；

热处理：将成型的铸态钢丸直接加热到400℃保持70分钟进行回火处理，回火后采用钢板振动筛水冷法快速冷却，制得中碳合金铸钢丸。

经检测，热处理后钢丸的金相组织为回火屈氏体组织组织，硬度为47HRC，采用100％替代法测定的ERVIN循环寿命为5455次。

实施例6

采用如下质量百分比的原料的组分配比原料组合物：C：0.45％、Si：0.11％、Mn：0.45％、Cr：0.9％、S：0.013％、P：0.012％，其余为Fe和不可避免的杂质。

热处理：将成型的铸态钢丸直接加热到350℃保持80分钟进行回火处理，回火后采用钢板振动筛水冷法快速冷却，制得中碳合金铸钢丸。

经检测，热处理后钢丸的金相组织为回火屈氏体组织组织，硬度为51HRC，采用100％替代法测定的ERVIN循环寿命为5142次。

实施例7

采用如下质量百分比的原料的组分配比原料组合物：C：0.42％、Si：0.15％、Mn：0.46％、Cr：0.8％、S：0.014％、P：0.013％，其余为Fe和不可避免的杂质。

热处理：将成型的铸态钢丸加热到860℃保持30分钟后水冷淬火，然后进行500℃保持40分钟回火处理，回火后采用钢板振动筛水冷法快速冷却，制得中碳合金铸钢丸。

经检测，热处理后钢丸的金相组织为回火索氏体，硬度为41HRC，采用100％替代法测定的ERVIN循环寿命为5552次。

实施例8

采用如下质量百分比的原料的组分配比原料组合物：C：0.43％、Si：0.12％、Mn：0.46％、Cr：0.85％、S：0.012％、P：0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质。

热处理：将成型的铸态钢丸加热到860℃保持30分钟后水冷淬火，然后进行370℃保持40分钟回火处理，回火后采用钢板振动筛水冷法快速冷却，制得中碳合金铸钢丸。

经检测，热处理后钢丸的金相组织为回火屈氏体，硬度为52HRC，采用100％替代法测定的ERVIN循环寿命为5377次。

实施例9

采用如下质量百分比的原料的组分配比原料组合物：C：0.4％、Si：0.11％、Mn：0.45％、Cr：1.0％、S：0.011％、P：0.010％，其余为Fe和不可避免的杂质。

热处理：将成型的铸态钢丸直接加热到500℃保持50分钟进行回火处理，回火后采用钢板振动筛水冷法快速冷却，制得中碳合金铸钢丸。

经检测，热处理后钢丸的金相组织为回火索氏体，硬度为43HRC，采用100％替代法测定的ERVIN循环寿命为5052次。

实施例10

采用如下质量百分比的原料的组分配比原料组合物：C：0.42％、Si：0.10％、Mn：0.5％、Cr：1.2％、S：0.013％、P：0.019％，其余为Fe和不可避免的杂质。

热处理：将成型的铸态钢丸直接加热到450℃保持40分钟进行回火处理，回火后采用钢板振动筛水冷法快速冷却，制得中碳合金铸钢丸。

经检测，热处理后钢丸的金相组织为回火屈氏体，硬度为46HRC，采用100％替代法测定的ERVIN循环寿命为4856次。

实施例11

采用如下质量百分比的原料的组分配比原料组合物：C：0.43％、Si：0.12％、Mn：0.45％、Cr：1.0％、S：0.011％、P：0.012％，其余为Fe和不可避免的杂质。

热处理：将成型的铸态钢丸直接加热到450℃保持60分钟进行回火处理，回火后采用钢板振动筛水冷法快速冷却，制得中碳合金铸钢丸。

经检测，热处理后钢丸的金相组织为回火屈氏体，硬度为47HRC，采用100％替代法测定的ERVIN循环寿命为4921次。

实施例12

采用如下质量百分比的原料的组分配比原料组合物：C：0.4％、Si：0.10％、Mn：0.45％、Cr：0.9％、S：0.013％、P：0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质。

热处理：将成型的铸态钢丸直接加热到470℃保持40分钟进行回火处理，回火后采用钢板振动筛水冷法快速冷却，制得中碳合金铸钢丸。

经检测，热处理后钢丸的金相组织为回火索氏体，硬度为42HRC，采用100％替代法测定的ERVIN循环寿命为5712次。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种中碳合金铸钢丸的制造方法，其特征在于：其化学成分按质量百分比计为：碳：0.35％、硅：0.11％、锰：0.45％、铬：1.2％、硫：0.015％、磷：0.020％，其余为铁和不可避免的杂质；采用如下工艺步骤制造：

1.1配料：将原料组合物按上述质量百分比配比；

1.4热处理：将成型的铸态钢丸加热到860℃保持40分钟后水冷淬火，然后在400℃下进行回火处理60分钟，回火后采用钢板振动筛水冷法快速冷却，制得中碳合金铸钢丸；或将成型的铸态钢丸直接加热到500℃保持50分钟进行回火处理，回火后采用钢板振动筛水冷法快速冷却，制得中碳合金铸钢丸。