低偏析低碳铸造钢丸.pdf

低偏析低碳铸造钢丸，属于金属磨料生产技术领域，具体涉及一种表面喷丸和清理用低偏析低碳铸造钢丸。其特征在于：其质量百分组成为碳0.08％～0.20％，硅0.10％～0.20％，锰1.0％～1.5％，硫≤0.020％，磷≤0.025％，其余为铁和不可避免的杂质。本发明制作的低偏析低碳铸造钢丸内部缺陷少，无缩松、裂纹等缺陷，金相组织为低碳板条状回火马氏体，具有高的强度和韧性以及耐冲击破碎性，使用寿命长。

1.  低偏析低碳铸造钢丸，其特征在于：其质量百分组成为碳0.08％～0.20％，硅0.10％～0.20％，锰1.0％～1.5％，硫≤0.020％，磷≤0.025％，其余为铁和不可避免的杂质。

2.  根据权利要求1所述的低偏析低碳铸造钢丸，其特征在于：所述钢丸的洛氏硬度为44～47HRC。

3.  根据权利要求1所述的低偏析低碳铸造钢丸，其特征在于：其质量百分组成为碳0.16％，硅0.14％，锰1.3％，硫0.011％，磷0.013％，其余为铁和不可避免的杂质。

4.  根据权利要求1或3所述的低偏析低碳铸造钢丸，其特征在于：采用如下工艺步骤制造：

4.  1将钢水在电弧炉内进行熔炼，熔炼温度为1650℃；

4.  2采用离心成型法成丸，离心盘距离水面高度为1.5m～2.5m，离心盘转速为700转/分～1000转/分，钢水的浇注温度为1600℃～1630℃；

4.  3成丸后热处理：将钢丸加热到890℃～920℃，保温15～40min后水冷淬火，然后在180℃～260℃保温60～80min回火处理，回火后空冷。

低偏析低碳铸造钢丸
技术领域
低偏析低碳铸造钢丸，属于金属磨料生产技术领域，具体涉及一种表面喷丸和清理用低偏析低碳铸造钢丸。
背景技术
国际海事组织于2006年11月29日～12月8日在土耳其伊斯坦布尔召开第82届海上安全委员会会议并通过了《船舶专用海水压载舱和散货船双舷侧处所保护涂层性能标准》(PSPC标准)。为保证保护涂层性能的要求，PSPC标准对涂装前的表面清理质量包括粗糙度、灰尘和盐分值提出了更高的要求：表面粗糙度30～75um，盐分值相当于氯化钠≤50mg/m²，清洁度达到Sa2.5级以上。Sa2.5级清洁度要求工件表面应不可见油腻、污垢、氧化皮、锈皮、油漆、氧化物、腐蚀物和其它外来物质(疵点除外)，但疵点限定为不超过每平方米表面的3％。
目前清理钢板表面用的铸钢丸内部组织缺陷较多，在使用的时候容易破碎或不耐磨，因而使用寿命短。高碳钢丸因含碳量高脆性大，100％替代法测定的ERVIN循环寿命只有2000～2800次，低碳钢丸尽管韧性高，但不耐磨，100％替代法测定的ERVIN循环寿命也只有2971次[高洪举等，抛喷丸清理用低碳铸钢丸ERVIN循环寿命的研究，中国铸造装备与技术，2009年，第3期，第11页]。破碎的钢丸和容易磨损的钢丸在继续抛打的过程中就会产生粉尘，粉尘量大使钢板的表面清洁度达不到要求。
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，提供一种内部缺陷少，无缩松、裂纹等缺陷，金相组织为低碳板条状回火马氏体，具有高的强度和韧性以及耐冲击破碎性，使用寿命长的低偏析低碳铸造钢丸。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该低偏析低碳铸造钢丸，其特征在于：其质量百分组成为碳0.08％～0.20％，硅0.10％～0.20％，锰1.0％～1.5％，硫≤0.020％，磷≤0.025％，其余为铁和不可避免的杂质。
所述钢丸的洛氏硬度为44～47HRC。
其质量百分组成为碳0.16％，硅0.14％，锰1.3％，硫0.011％，磷0.013％，其余为铁和不可避免的杂质。
通过控制钢中易偏析的元素硫和磷的含量，使硫≤0.020％，磷≤0.025％，从而合金凝固偏析程度大大降低，避免了钢丸内部裂纹的产生，提高钢丸的性能。在传统的低碳铸造钢丸中，其杂质元素硫和磷的质量百分比含量都是控制在0.050％以下，在钢丸成型过程中，硫和磷偏聚在钢丸内最后凝固区造成疏松和开裂。硫和磷在凝固过程中偏析到最后凝固区，降低最后凝固区的凝固温度，在晶界上形成FeS与γ～Fe的低熔点(985℃)共晶。在钢丸落入水中时，硫和磷的偏聚区如果没有凝固，奥氏体向马氏体转变产生的相变应力就可能使该区域开裂造成裂纹。当硫含量质量百分数大于0.020％，磷含量的质量百分数大于0.025％时，就容易产生硫和磷的偏聚区，降低钢丸使用寿命。
采用如下工艺步骤制造：
1将钢水在电弧炉内进行熔炼，熔炼温度为1650℃；
2采用离心成型法成丸，离心盘距离水面高度为1.5m～2.5m，离心盘转速为700转/分～1000转/分，钢水的浇注温度为1600℃～1630℃，通过控制离心盘距离水面高度，使钢丸成型后在空中的飞行时间恰好冷却到硫、磷偏聚区的凝固温度以下，从而抑制由于入水后奥氏体向马氏体转变产生的相变应力引起的开裂。如果离心盘距离水面高度低于1.5m，钢丸成型后在空中的飞行时间短，钢丸入水时，钢丸内部硫、磷的偏聚区处于液相状态，强度低，易开裂，降低钢丸使用寿命；
3成丸后热处理：将钢丸加热到890℃～920℃，保温15～40min后水冷淬火，然后在180℃～260℃保温60～80min回火处理，回火后空冷，经回火处理的钢丸金相组织为低碳板条状回火马氏体，具有较高的硬度(43～48HRC)和良好的韧性。淬火温度选取890～920℃范围，其目的是为了在淬火加热时获得全部奥氏体，冷却后获得全部板条状马氏体，保证钢丸具有高的硬度和耐磨性。淬火后的低温回火是为了增加韧性，提高钢丸的抗冲击破碎能力。如果淬火温度低于890℃，淬火后的显微组织中会出现块状铁素体，降低钢丸的硬度和耐磨性，从而缩短其使用寿命。
与现有技术相比，本发明低偏析低碳铸造钢丸所具有的有益效果是：经该工艺制作的低偏析低碳铸造钢丸内部缺陷少，无缩松、裂纹等缺陷，金相组织为低碳板条状回火马氏体，具有高的强度和韧性以及耐冲击破碎性，因而使用寿命长。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，高碳钢丸的寿命值约为2600～2800次，本发明的低偏析低碳铸钢丸的平均寿命值达5000次以上。由于本发明的低偏析低碳铸钢丸强韧性好，不易破碎，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，同时还减少了环境污染。
附图说明
图1是本发明低偏析低碳铸造钢丸热处理后的金相组织，采用3％硝酸酒精腐蚀。
图2是传统钢丸硫和磷在低碳铸钢丸晶界上偏析形成的低熔点共晶照片，未侵蚀。
参照图1，
低偏析低碳铸造钢丸的金相组织为低碳板条状回火马氏体，内部缺陷少，无缩松、裂纹等缺陷，从金相照片上几乎看不到硫、磷偏析。
参照图2
传统钢丸硫、磷含量较高，硫的质量百分数大于0.020％，磷的质量百分数大于0.025％，在钢丸成型过程中，硫和磷偏聚在钢丸内，凝固偏析到最后凝固区，易造成疏松和开裂。降低最后凝固区的凝固温度，会在晶界上形成FeS与γ～Fe的低熔点(985℃)共晶。
具体实施方式
实施例1
低偏析低碳铸造钢丸的化学成分(质量百分比)：C0.16％、Si0.14％、Mn1.3％、S0.011％、P0.013％
在电弧炉内进行熔炼，熔炼温度为1650℃。采用离心成型法成丸，钢水的浇注温度为1610℃，离心盘距离水面高度2.5m，离心盘转速820转/分。钢丸的热处理工艺：在滚筒炉内加热到920℃保持25分钟后水冷淬火，然后在240℃保持60分钟回火处理，回火后空冷。经热处理后的钢丸按粒度进行筛分处理和包装。热处理后钢丸的金相组织为板条状回火马氏体组织，硬度为44HRC，采用100％替代法测定的ERVIN循环寿命为6121次。
实施例2
低偏析低碳铸造钢丸的化学成分(质量百分比)：C0.15％、Si0.11％、Mn1.2％、S0.013％、P0.018％
在电弧炉内进行熔炼，熔炼温度为1650℃。采用离心成型法成丸，钢水的浇注温度为1610℃，离心盘距离水面高度1.6m，离心盘转速870转/分。钢丸的热处理工艺：在滚筒炉内加热到900℃保持25分钟后水冷淬火，然后在220℃保持65分钟回火处理，回火后空冷。经热处理后的钢丸按粒度进行筛分处理和包装。热处理后钢丸的金相组织为板条状回火马氏体组织，平均硬度为47HRC，采用100％替代法测定的ERVIN循环寿命为5215次。
实施例3
低偏析低碳铸造钢丸的化学成分(质量百分比)：C0.12％、Si0.15％、Mn1.7％、S0.012％、P0.016％
在电弧炉内进行熔炼，熔炼温度为1650℃。采用离心成型法成丸，钢水的浇注温度为1630℃，离心盘距离水面高度2.0m，离心盘转速960转/分。钢丸的热处理工艺：在滚筒炉内加热到890℃保持30分钟后水冷淬火，然后在240℃保持70分钟回火处理，回火后空冷。经热处理后的钢丸按粒度进行筛分处理和包装。热处理后钢丸的金相组织为板条状回火马氏体组织，硬度为45HRC，采用100％替代法测定的ERVIN循环寿命为5540次。
实施例4
低偏析低碳铸造钢丸的化学成分(质量百分比)：C0.18％、Si0.11％、Mn1.1％、S0.015％、P0.020％
在电弧炉内进行熔炼，熔炼温度为1650℃。采用离心成型法成丸，钢水的浇注温度为1600℃，离心盘距离水面高度1.5m，离心盘转速750转/分。钢丸的热处理工艺：在滚筒炉内加热到920℃保持15分钟后水冷淬火，然后在200℃保持80分钟回火处理，回火后空冷。经热处理后的钢丸按粒度进行筛分处理和包装。热处理后钢丸的金相组织为板条状回火马氏体组织，平均硬度为46HRC，采用100％替代法测定的ERVIN循环寿命为5152次。
比较例1
传统低碳铸造钢丸的化学成分(质量百分比)：C0.15％、Si0.15％、Mn1.2％、S0.033％、P0.030％。
在电弧炉内进行熔炼，熔炼温度为1650℃。采用离心成型法成丸，钢水的浇注温度为1610℃，离心盘距离水面高度1.8m，离心盘转速820转/分。钢丸的热处理工艺：在滚筒炉内加热到890℃保持20分钟后水冷淬火，然后在240℃保持70分钟回火处理，回火后空冷。经热处理后的钢丸按粒度进行筛分处理和包装。热处理后钢丸的金相组织为板条状回火马氏体组织，硬度为44HRC，采用100％替代法测定的ERVIN循环寿命为3115次。
比较例2
传统低碳铸造钢丸的化学成分(质量百分比)：C0.19％、Si0.16％、Mn1.7％、S0.028％、P0.031％。
在电弧炉内进行熔炼，熔炼温度为1650℃。采用离心成型法成丸，钢水的浇注温度为1610℃，离心盘距离水面高度1.3m，离心盘转速850转/分。钢丸的热处理工艺：在滚筒炉内加热到890℃保持20分钟后水冷淬火，然后在240℃保持70分钟回火处理，回火后空冷。经热处理后的钢丸按粒度进行筛分处理和包装。热处理后钢丸的金相组织为板条状回火马氏体组织，硬度为44HRC，采用100％替代法测定的ERVIN循环寿命为3015次。
比较例3
传统低碳铸造钢丸的化学成分(质量百分比)：C0.17％、Si0.13％、Mn1.4％、S0.031％、P0.041％。
在电弧炉内进行熔炼，熔炼温度为1650℃。采用离心成型法成丸，钢水的浇注温度为1610℃，离心盘距离水面高度2.0m，离心盘转速890转/分。钢丸的热处理工艺：在滚筒炉内加热到880℃保持20分钟后水冷淬火，然后在240℃保持70分钟回火处理，回火后空冷。经热处理后的钢丸按粒度进行筛分处理和包装。热处理后钢丸的金相组织为板条状回火马氏体组织，硬度为38HRC，采用100％替代法测定的ERVIN循环寿命为2915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。