[发明专利]贝氏体基研磨介质及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种贝氏体基研磨介质及其制备方法和应用。其中方法包括：熔炼并调整钢液成分，得到钢水；其中，采用Nb‑Ti复合微合金化设计成分体系；将所述钢水锻造成型，经冷却得到钢球；对所述钢球进行低温回火热处理，得到高强高韧的贝氏体基研磨介质。本发明通过合金化设计和锻造控冷及低温回火热处理同步优化金相组织，可提升锻球的强韧性匹配，延长锻球使用寿命、降低吨耗，提升磨矿经济效益，从而解决了现有球磨机研磨介质用锻球的强韧性匹配不佳和生产环节热处理工艺复杂、能耗高等问题。

技术领域

本发明涉及磨矿介质制备技术领域，特别是涉及一种贝氏体基研磨介质及其制备方法和应用。

背景技术

磨矿分级是选矿工艺中不可或缺的一环，对选矿工艺技术指标起到关键作用，磨矿效率的高低与选矿经济效益更是息息相关。球磨机是磨矿工序中广泛使用的高细磨机械之一，作为磨矿介质的钢球是球磨机运动必不可少的搭档，是磨矿作业的实施者和能量的传递者，对工艺指标、最终磨矿细度等起着至关重要的作用。钢球作为磨矿主要消耗件，损耗费用可达磨矿成本的40％～50％。随着矿业经济的繁荣，矿石处理量急剧增长，钢球介质等消耗品的成本控制成为了影响单个矿体开发利润的关键环节。

钢球不同的制造工艺决定了其质量的不同，钢球的质量好坏既影响生产率的高低，也影响球耗的高低，进而影响磨矿成本的大小。研磨介质钢球按制备工艺可分为：模具浇注成型的铸造磨球，轧辊斜轧成形的轧制磨球，锻模锻打成形的锻造磨球。

其中，铸造磨球最常见的是铬系合金铸造磨球，因其淬透性差一般不进行热处理，常以铸态使用，内部组织为网状分布的(Cr,Fe)₃C型共晶碳化物+二次碳化物+珠光体或共晶碳化物+二次碳化物+回火马氏体+残余奥氏体，而网状碳化物的存在会使铬系铸铁磨球韧性较差，用于破碎高硬度、高强度的矿物时，易出现表层剥落、破碎等现象，不能满足较高工况条件下磨球应同时具有高耐磨性及冲击韧性的要求。

相比铸造成型，锻造成型和轧制成型具有生产效率高、生产环境好等优点；尤其是锻造成型，其可通过控制锻造比来提升钢球性能，相比轧制成型，锻造成型具有较高的形变量。锻造钢球的表面质量好、取材方便、制备工艺简单、比高铬铸球价格低。其中，中高碳低合金钢锻球具有较深的淬硬层、较高的硬度、较好的冲击韧性、较低的破碎率、能适应球磨机的大型化发展需求的优点被广泛应用。

但是，目前能够应用于矿山行业的耐磨锻球，硬度和冲击韧性两种性能之间往往存在矛盾。整体高硬度的条件下很难保证高的冲击韧性，主流产品中，整体硬度能够达到60HRC以上的，冲击韧性基本都低于20J/cm²，无法完全满足使用需求。因此，提升锻造磨球的强韧性匹配，从而提高其使用寿命，具有非常重要的社会价值和经济意义。

现有的球磨机研磨介质用锻球的制备均存在一定的缺陷。例如，中国专利CN111733365 B提出“一种高硬高韧耐磨锻球的生产方法”，其采用锻后调质、二次淬回火的工艺，虽然经多次调质可一定程度上改善锻球的强韧性匹配，但热处理环节多、能耗高。中国申请CN 113061692 A提出“一种大型半自磨机矿用耐磨钢球锻后正火预处理工艺”，虽然锻后仅需正火，但其组织为珠光体，这种块状铁素体基体+渗碳体片层的结构容易产生应力集中，不利于强韧性匹配的进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种贝氏体基研磨介质及其制备方法和应用，以解决了现有球磨机研磨介质用锻球的强韧性匹配不佳和生产环节热处理工艺复杂、能耗高等问题。本发明贝氏体基研磨介质具有高强高韧性能。本发明的上述目的可以通过以下技术方案实现：

根据本发明的一个方面，本发明提供的一种贝氏体基研磨介质的制备方法，包括：熔炼并调整钢液成分，得到钢水；其中，采用Nb-Ti复合微合金化设计成分体系；将所述钢水锻造成型，经冷却得到钢球；对所述钢球进行低温回火热处理，得到贝氏体基研磨介质。

可选地，回火温度为200℃～240℃，回火时间为1h～3h，