本發(fā)明涉及耐磨鋼球技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高硬度高沖擊韌性的低鉻耐磨鋼球及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，在國內(nèi)水泥行業(yè)應(yīng)用的磨球中，普通鍛鋼磨球仍占有很大比例。球耗高達600克/噸水泥，每年磨耗數(shù)十萬噸鋼材。雖然近年來出現(xiàn)了鉻、錳等各類合金磨球，但噸水泥耗球指標同發(fā)達國家相比有較大差距。普遍認為，耐磨性較好的鉻系合金磨球在實際應(yīng)用中，有相當部分球耗高于國家建材標準，而且碎球率較高，因此亟需設(shè)計一種高硬度高沖擊韌性的低鉻耐磨鋼球來解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為解決背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種高硬度高沖擊韌性的低鉻耐磨鋼球及其制備方法，制備得到的低鉻耐磨球硬度高，沖擊韌性好。
本發(fā)明提出的一種高硬度高沖擊韌性的低鉻耐磨鋼球，其各組分的重量百分數(shù)如下：C：3.2-3.6％，Si：2.2-2.6％，Mn：3.0-4.0％，Cr：1.2-1.5％，Cu：0.8-1.0％，Mo：0.3-0.5％，Re：0.1-0.15％，V：0.01-0.03％，Ti：0.010-0.015％，W：0.045-0.080％，Ta：0.05-0.15％，Nb：0.05-0.06％，S＜0.03％，P＜0.1％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
優(yōu)選地，碳硅當量值(C+1/3Si)為3.93-4.47％。
優(yōu)選地，Mn的含量與Cr的含量之比以重量比計，滿足3.2＜(Mn/Cr)＜5.5。
優(yōu)選地，Si的含量與Mn的含量之比以重量比計，滿足5.2＜(Si/Mn)＜6.6。
優(yōu)選地，Cr的含量與Cu和Mo合計含量之比以重量比計，滿足0.80＜Cr/(Cu+Mo)＜1.36。
優(yōu)選地，其各組分的重量百分數(shù)如下：C：3.3-3.5％，Si：2.3-2.5％，Mn：3.2-3.8％，Cr：1.3-1.4％，Cu：0.85-0.95％，Mo：0.35-0.45％，Re：0.11-0.14％，V：0.015-0.025％，Ti：0.011-0.014％，W：0.050-0.075％，Ta：0.08-0.12％，Nb：0.052-0.058％，S＜0.02％，P＜0.08％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
優(yōu)選地，其特征在于，其各組分的重量百分數(shù)如下：C：3.4％，Si：2.4％，Mn：3.5％，Cr：1.35％，Cu：0.9％，Mo：0.4％，Re：0.125％，V：0.02％，Ti：0.0125％，W：0.04225％，Ta：0.10％，Nb：0.055％，S：0.028％，P：0.08％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明的一種高硬度高沖擊韌性的低鉻耐磨鋼球的制備方法，包括如下步驟：
S1、將鐵塊、碳粉、硅粉、錳塊、鉻錠、銅塊、鉬錠、釩錠、鈦粉、鎢塊、鉭塊、鈮塊、磷粉和硫粉進行熔煉，得到合金液，利用氬氣罐噴吹氬氣，將稀土均勻彌散分布在合金液中進行變質(zhì)處理；
S2、向S1中經(jīng)過變質(zhì)處理過的合金液進行精煉脫硫、脫氧，進行檢測，合金液按重量百分比包括如下組分：C：3.2-3.6％，Si：2.2-2.6％，Mn：3.0-4.0％，Cr：1.2-1.5％，Cu：0.8-1.0％，Mo：0.3-0.5％，Re：0.1-0.15％，V：0.01-0.03％，Ti：0.010-0.015％，W：0.045-0.080％，Ta：0.05-0.15％，Nb：0.05-0.06％，S＜0.03％，P＜0.1％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
S3、將S2中得到合金液進行澆注，經(jīng)鑄造成型，清理，得到鑄件，將鑄件在950-1050℃預熱35-45min，再加熱40-45min，保溫2-3h，然后在清水中進行預冷處理，預冷處理的時間為3-4min，清水的溫度為37-42℃；
S4、將S3中預冷處理后的鑄件進行淬火處理，淬火處理的溫度為760-780℃，淬火處理的時間為4-7min，將淬火處理后的鑄件升溫至180-210℃進行回火處理，回火處理的時間為5-6h，冷卻到室溫后得到高硬度高沖擊韌性的低鉻耐磨鋼球。
碳：在低鉻鑄鐵中，含碳量增加，共晶碳化物增多，而且呈網(wǎng)狀分布，雖能提高耐磨性，但韌性不足，含碳量應(yīng)為3.2-3.6％。
硅：增加硅含量可促使基體硬度增加，有利于提高碳化物分散度。但同時促進了石墨化，對淬透性有不利影響含硅量過高還使白口鑄鐵的脆性趨勢增加在白口鐵中含量不宜過高，控制其含量為2.2-2.6％。
錳：在低鉻鑄鐵中適當控制含錳量可使鑄態(tài)硬度、沖擊韌性提高?？刂破溴i含量為3.0-4.0％。
鉻：它使碳化物轉(zhuǎn)為合金滲碳體(Fe·Cr)3C，提高碳化物顯微硬度，提高耐磨性?？刂破溷t含量為1.2-1.5％。
銅：原鐵水中不含銅，但若在鑄鐵球中加入適量的銅，將改善碳化物的分布、提高鑄態(tài)硬度和沖擊韌性，并使鑄球心部及表面硬度基本上達到一致，故在成分的確定中加入0.8-1.0％的銅。
鉬：鉬能顯著提高合金白口鐵的淬透性，且鉬能夠溶于鐵素體提高硬度，使珠光體索氏體化，另外，賦予碳化物以韌性，鉬元素以鉬鐵的形式加入，考慮到目前鉬的價格較高，鉬的加入量為0.3-0.5％。
稀土：經(jīng)稀土孕育處理后，可使鑄態(tài)組織得到細化，改善碳化物分布狀態(tài)，提高沖擊韌性，增加耐磨性，控制其稀土含量為0.1-0.15％。
釩元素、鈦元素、鎢元素、鉈元素和鈮元素在耐磨鋼球中均屬于微量元素，這些元素均能與碳、氮結(jié)合形成高熔點化合物，它們可作為外來晶核細化晶粒，提高強度和韌性。它們的硬度大于M3C型碳化物，有利于提高材料的耐磨性。同時，這些元素固溶于基體，可延緩奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變，有利于提高材料的淬透性。
本發(fā)明通過對高硬度高沖擊韌性的低鉻耐磨鋼球的組分進行合理選擇，控制了碳硅當量值，確保了本發(fā)明的低鉻耐磨鋼球的高硬度和高沖擊韌性能?？刂棋i和鎘的配比，使得錳在鎘元素的前提下，控制在一定范圍內(nèi)，確保本發(fā)明耐磨鋼球具有高硬度的前提下，同時具有優(yōu)異的抗沖擊韌性?？刂乒韬湾i的配比，使硅元素在錳元素的前提下，控制在一定范圍內(nèi)，確保具有優(yōu)異韌性的前提下，具有高硬度?？刂沏t元素與銅、鉬元素的合計含量配比，確保銅、鉬元素的合計含量在一定含量得前提下，鉻元素的含量控制在一定范圍內(nèi)，確保本發(fā)明的耐磨鋼球具有優(yōu)異的耐磨性能。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做出詳細說明，應(yīng)當了解，實施例只用于說明本發(fā)明，而不是用于對本發(fā)明進行限定，任何在本發(fā)明基礎(chǔ)上所做的修改、等同替換等均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
實施例1
本發(fā)明提出的一種高硬度高沖擊韌性的低鉻耐磨鋼球，其各組分的重量百分數(shù)如下：C：3.4％，Si：2.4％，Mn：3.5％，Cr：1.35％，Cu：0.9％，Mo：0.4％，Re：0.125％，V：0.02％，Ti：0.0125％，W：0.04225％，Ta：0.10％，Nb：0.055％，S：0.028％，P：0.08％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
實施例2
本發(fā)明的一種高硬度高沖擊韌性的低鉻耐磨鋼球的制備方法，包括如下步驟：
S1、將鐵塊、碳粉、硅粉、錳塊、鉻錠、銅塊、鉬錠、釩錠、鈦粉、鎢塊、鉭塊、鈮塊、磷粉和硫粉進行熔煉，得到合金液，利用氬氣罐噴吹氬氣，將稀土均勻彌散分布在合金液中進行變質(zhì)處理；
S2、向S1中經(jīng)過變質(zhì)處理過的合金液進行精煉脫硫、脫氧，進行檢測，合金液按重量百分比包括如下組分：C：3.2％，Si：2.6％，Mn：3.0％，Cr：1.5％，Cu：0.8％，Mo：0.5％，Re：0.1％，V：0.03％，Ti：0.010％，W：0.080％，Ta：0.05％，Nb：0.06％，S：0.02％，P：0.05％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
S3、將S2中得到合金液進行澆注，經(jīng)鑄造成型，清理，得到鑄件，將鑄件在950℃預熱45min，再加熱40min，保溫3h，然后在清水中進行預冷處理，預冷處理的時間為3min，清水的溫度為42℃；
S4、將S3中預冷處理后的鑄件進行淬火處理，淬火處理的溫度為760℃，淬火處理的時間為7min，將淬火處理后的鑄件升溫至180℃進行回火處理，回火處理的時間為6h，冷卻到室溫后得到高硬度高沖擊韌性的低鉻耐磨鋼球。
實施例3
本發(fā)明的一種高硬度高沖擊韌性的低鉻耐磨鋼球的制備方法，包括如下步驟：
S1、將鐵塊、碳粉、硅粉、錳塊、鉻錠、銅塊、鉬錠、釩錠、鈦粉、鎢塊、鉭塊、鈮塊、磷粉和硫粉進行熔煉，得到合金液，利用氬氣罐噴吹氬氣，將稀土均勻彌散分布在合金液中進行變質(zhì)處理；
S2、向S1中經(jīng)過變質(zhì)處理過的合金液進行精煉脫硫、脫氧，進行檢測，合金液按重量百分比包括如下組分：C：3.6％，Si：2.2％，Mn：4.0％，Cr：1.2％，Cu：1.0％，Mo：0.3％，Re：0.15％，V：0.01％，Ti：0.015％，W：0.045％，Ta：0.15％，Nb：0.05％，S：0.015％，P:0.05％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
S3、將S2中得到合金液進行澆注，經(jīng)鑄造成型，清理，得到鑄件，將鑄件在1050℃預熱35min，再加熱45min，保溫2h，然后在清水中進行預冷處理，預冷處理的時間為4min，清水的溫度為37℃；
S4、將S3中預冷處理后的鑄件進行淬火處理，淬火處理的溫度為780℃，淬火處理的時間為4min，將淬火處理后的鑄件升溫至210℃進行回火處理，回火處理的時間為5h，冷卻到室溫后得到高硬度高沖擊韌性的低鉻耐磨鋼球。
實施例4
本發(fā)明的一種高硬度高沖擊韌性的低鉻耐磨鋼球的制備方法，包括如下步驟：
S1、將鐵塊、碳粉、硅粉、錳塊、鉻錠、銅塊、鉬錠、釩錠、鈦粉、鎢塊、鉭塊、鈮塊、磷粉和硫粉進行熔煉，得到合金液，利用氬氣罐噴吹氬氣，將稀土均勻彌散分布在合金液中進行變質(zhì)處理；
S2、向S1中經(jīng)過變質(zhì)處理過的合金液進行精煉脫硫、脫氧，進行檢測，合金液按重量百分比包括如下組分：C：3.3％，Si：2.5％，Mn：3.2％，Cr：1.4％，Cu：0.85％，Mo：0.45％，Re：0.11％，V：0.025％，Ti：0.011％，W：0.075％，Ta：0.08％，Nb：0.058％，S：0.01％，P：0.07％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
S3、將S2中得到合金液進行澆注，經(jīng)鑄造成型，清理，得到鑄件，將鑄件在980℃預熱42min，再加熱41min，保溫2.8h，然后在清水中進行預冷處理，預冷處理的時間為3.2min，清水的溫度為41℃；
S4、將S3中預冷處理后的鑄件進行淬火處理，淬火處理的溫度為765℃，淬火處理的時間為6min，將淬火處理后的鑄件升溫至185℃進行回火處理，回火處理的時間為5.8h，冷卻到室溫后得到高硬度高沖擊韌性的低鉻耐磨鋼球。
實施例5
本發(fā)明的一種高硬度高沖擊韌性的低鉻耐磨鋼球的制備方法，包括如下步驟：
S1、將鐵塊、碳粉、硅粉、錳塊、鉻錠、銅塊、鉬錠、釩錠、鈦粉、鎢塊、鉭塊、鈮塊、磷粉和硫粉進行熔煉，得到合金液，利用氬氣罐噴吹氬氣，將稀土均勻彌散分布在合金液中進行變質(zhì)處理；
S2、向S1中經(jīng)過變質(zhì)處理過的合金液進行精煉脫硫、脫氧，進行檢測，合金液按重量百分比包括如下組分：C：3.5％，Si：2.3％，Mn：3.8％，Cr：1.3％，Cu：0.95％，Mo：0.35％，Re：0.14％，V：0.015％，Ti：0.014％，W：0.050％，Ta：0.12％，Nb：0.052％，S：0.01％，P:0.07％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
S3、將S2中得到合金液進行澆注，經(jīng)鑄造成型，清理，得到鑄件，將鑄件在1020℃預熱38min，再加熱44min，保溫2.2h，然后在清水中進行預冷處理，預冷處理的時間為3.8min，清水的溫度為38℃；
S4、將S3中預冷處理后的鑄件進行淬火處理，淬火處理的溫度為775℃，淬火處理的時間為5min，將淬火處理后的鑄件升溫至205℃進行回火處理，回火處理的時間為5.2h，冷卻到室溫后得到高硬度高沖擊韌性的低鉻耐磨鋼球。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。