[发明专利]高淬透性热轧钢球及其热处理方法

说明书

本发明属于一种球磨机研磨各种物料用钢球，特别涉及一种高淬透性热轧钢球及其热处理方法。

在日特开昭60-232259专利文献中公开了一种钢球，其成分中Si、Mn含量低，而Cr含量高，为了提高淬透性加入B，因此成本高，而且Φ80mm以上的钢球中心硬度仅为HRC57.5。清华大学的钢球Φ100mm的中心硬度仅为HRC56.2。秘鲁的钢球虽然Cr、Mo含量也较低，使成本下降，但是Φ50mm以下的钢球可以淬透，而用量较大的Φ65mm和Φ80mm的钢球均不能淬透，其表面硬度为HRC60-61，而中心硬度仅为HRC45。

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处而提供一种成本低、钢球硬度高且中心与表面硬度差小的高淬透性热轧钢球的配方及其热处理方法。

本发明的目的可以通过以下措施实现：

高淬透性热轧(锻)钢球的成分为(重量％)：

C  0.40～0.85％   Cr 0.20～0.79％  Si 1.51～2.0％

Cu 0.001～0.70％  Mn 1.81～2.9％   Mo 0.001～0.15％

Ce 0.0005～0.05％ S≤0.05％ P≤0.04％ 余量为Fe。

钢球成分中还可加入下列一种或几种元素，可使轧(锻)钢球的淬透性、强韧性和切削加工性进一步提高，  V  0.001～0.3％   Ti 0.001～0.10％  Ca 0.001～0.1％  Nb 0.001～0.05％  S  0.001～0.30％  Zr 0.001～0.10％  Pb 0.001～0.10％。

锻(轧)后的钢球热处理工艺是：轧(锻)后的钢球在800～950℃时，进入水中(或喷水)冷却至250～400℃时出水，空气自然冷却至150～220℃时，保温回火2～6小时。

对于采用水冷质量不易控制、直径小于Φ50mm的热轧小钢球，轧(锻)后也可采取直接空气冷却加保温回火处理的方法。火温度150～220℃，回火时间2～6小时。

对于要求韧性高、直径大于Φ80mm以上的大钢球和要求高硬度的小钢球，轧(锻)后也可采取直接空气冷却，再重新加热淬火—回火处理的方法，其淬火—回火的工艺条件是：

(1)钢球淬火加热温度 850～930℃

(2)钢球淬火进水温度 850～750℃

(3)钢球出水温度     250～400℃

(4)钢球回火温度     150～220℃

(5)钢球回火时间     2～6小时。

本发明钢球成分配比中各元素的作用及其用量限定范围的意义如下：

碳(C)，C是钢中的主要强化元素，可以显著提高钢球的硬度和耐磨性，但含量过高会使韧性下降。本发明对Φ50mm以下的小钢球C的用量取0.55～0.85％。对Φ60mm以上的钢球，C的用量取0.40～0.60％。

硅(Si)，Si的作用是强化基体，提高抗回火软化能力，使钢球在工作环境温度不超过300℃情况下，硬度不易降低，且保持较高的耐磨性。此外，Si和Mn、Cr、Ce及其它元素的配合可提高钢的淬透性，使大直径钢球全面硬化，缩小表面和中心的硬度差。

锰(Mn)，Mn的主要作用是提高钢的淬透性，减小钢球表面和中心的硬度差。

铬(Cr)，Cr可提高钢的淬透性和耐腐蚀性，对于矿山用湿法磨球有重要意义。

钼(Mo)，Mo是推迟珠光体转变最显著的元素，含Mo的钢连续冷却中容易得到贝氏体。钢中加入少量的Mo可提高钢的淬透性和耐热性，使钢球在较高温度工作时不易软化。此外，Mo可降低晶界能，可防止回火脆性的发生。

铜(Cu)，Cu的加入对减小矿山用钢球的腐蚀磨损有重要意义，同时也可提高钢的淬透性。

铈(Ce)，Ce可和钢中的杂质(如S)形成弥散的稳定化合物，克服杂质对钢的危害，细化组织，提高钢的强韧性。Ce还易于向奥氏体晶界偏聚，降低晶界能，阻止珠光体的形成，从而提高钢的淬透性。特别是Ce和Mo联合加入这一作用更为显著。

本发明与现有技术相比有如下优点：

1、成本低。本发明成分中采取了高Si、Mn的最廉价合金元素，低Cr、Mo贵重元素，而且无B，因此成本低。

2、抗回火软化能力强。由于配方中Si的含量较高且含有少量Mo，因此提高了钢球的抗回火软化能力。