一种低碳耐腐蚀高强度耐磨钢球及其制备方法技术领域
本发明涉及研磨机械技术领域，尤其涉及一种低碳耐腐蚀高强度耐磨钢球及其制
备方法。
背景技术
耐磨钢球已被广泛的应用于冶金、选矿、建材、化工、电力等工业生产中。耐磨钢球
在使用过程中，会经受多种物质的腐蚀，为了使耐磨钢球具有较高的腐蚀性能，可以通过调
整碳、铬等元素的含量，来增加耐磨钢球的耐腐蚀性能。
降低碳含量，可以增加耐磨钢球的耐腐蚀性能，但是会降低耐磨钢球的硬度、强
度；提高碳含量虽然可以增加耐磨钢球的强度、硬度，但是会降低耐磨钢球的韧性和耐腐蚀
性能，导致耐磨钢球的耐腐蚀性能、韧性、硬度、强度不能协调兼具，从而限制了耐磨钢球的
使用。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种低碳耐腐蚀高强度耐磨钢球及
其制备方法，本发明通过各元素以合适比例相互配合，并以合适热处理方式，使得钢球内部
奥氏体、铁素体、马氏体、贝氏体以合适配比，均匀分散，从而使得本发明具有很好的耐腐蚀
性能、强度、硬度和韧性，并能相互协调。
本发明提出的一种低碳耐腐蚀高强度耐磨钢球，其各组分的重量百分比如下：C：
0.1-0.2％，Si：1-1.2％，Mn：1.5-2％，Cr：7-9％，Ni：0.2-0.3％，Mo：0.2-0.25％，Al：0.1-
0.14％，B：0.01-0.03％，Ti：0.04-0.06％，Nb：0.05-0.1％和V，余料为Fe；
其中，满足“V＝0.95％-3.3C-0.7Nb”的表达式。
优选地，其各组分的重量百分比如下：C：0.12-0.18％，Si：1.05-1.15％，Mn：1.6-
1.8％，Cr：7.5-8.5％，Ni：0.22-0.28％，Mo：0.22-0.24％，Al：0.11-0.13％，B：0.015-
0.025％，Ti：0.045-0.055％，Nb：0.07-0.09％和V，余料为Fe。
优选地，其各组分的重量百分比如下：C：0.15％，Si：1.1％，Mn：1.7％，Cr：8％，Ni：
0.25％，Mo：0.23％，Al：0.12％，B：0.02％，Ti：0.05％，Nb：0.08％和V，余料为Fe。
本发明还提出了上述低碳耐腐蚀高强度耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：
S1、铸造：将废钢熔炼，加入碳、硅、锰、铬、镍、钼、铝、硼、钛、铌、钒，精炼，出炉浇
铸，空冷得到满足上述成分的球形铸件；
S2、热处理：取S1中得到的球形铸件，升温至T1℃，保温1-2h，用水淬火后，冷却至
室温，升温至T2℃，保温1-3h，冷却至室温，再升温至600-650℃，保温40-50min，冷却至室
温，然后升温至550-580℃，保温40-50min，冷却至室温得到低碳耐腐蚀高强度耐磨钢球，其
中，T1＝800+100×(134C+78Mn+113Ni)，T2＝690+100×(892Nb-43C)，其中，C、Mn、Ni、Nb依
次为碳、锰、镍、铌在低碳耐腐蚀高强度耐磨钢球中的重量百分比。
优选地，在S2中，用水淬火后，以4-6℃/s的速度冷却至室温。
优选地，在S2中，以8-10℃的速度升温至T2℃。
本发明通过限定碳在较低含量，增加本发明的耐大气腐蚀性能；并通过限定V＝
0.95％-3.3C-0.7Nb的关系式，使得C、V、Nb按合适含量相互配合，形成碳化物，提高本发明
耐腐蚀性能，并能防止奥氏体晶间腐蚀，从而大大增加本发明的耐腐蚀性能；并且C、V、Nb与
Cr、Ti、Al相互配合，进一步增加本发明的抗氧化、耐腐蚀性能；通过限定T1＝800+100×
(134C+78Mn+113Ni)的关系式，升温至T1保温，用水淬火后，钢球内部形成大量马氏体，然后
以适宜的速度冷却至室温，使得钢球内的马氏体渐渐向贝氏体转变得到马氏体和板条贝氏
体的复合相，并通过限定T2＝690+100×(892Nb-43C)的关系式，在T2温度下，一次回火，使
得钢球中的部分马氏体、贝氏体向铁素体转变，形成铁素体、马氏体/板条贝氏体均匀分布
的两相组织，并且C、Mn、Ni、Nb可以在奥氏体中富集，并随着冷却至室温奥氏体转变成马氏
体和贝氏体，从而得到高合金含量的马氏体和贝氏体，并与两相组织相互配合，大大增加本
发明的强度、硬度和韧性；然后二次回火，使得马氏体、贝氏体部分转化成奥氏体，并通过
Nb、Ti、V的相互作用，细化奥氏体晶粒，使得奥氏体均匀弥散在铁素体、马氏体/板条贝氏体
中，三者以合适含量相互配合，大大增加本发明的强度、硬度和韧性；最后三次回火，通过
Mo、Mn、Ni、Nb相互配合，进一步细化晶粒，形成析出相，进一步增加本发明的强度，并且能增
加奥氏体的稳定性，阻止奥氏体向铁素体转变，并配合Si、Al阻止渗碳体的析出，促进各元
素保持奥氏体稳定并形成析出相，从而进一步增加本发明的强度、硬度和韧性。本发明通过
各元素以合适比例相互配合，并以合适热处理方式，使得钢球内部奥氏体、铁素体、马氏体、
贝氏体以合适配比，均匀分散，从而使得本发明具有很好的耐腐蚀性能、强度、硬度和韧性，
并能相互协调。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种低碳耐腐蚀高强度耐磨钢球，其各组分的重量百分比如下：C：0.15％，Si：
1.1％，Mn：1.7％，Cr：8％，Ni：0.25％，Mo：0.23％，Al：0.12％，B：0.02％，Ti：0.05％，Nb：
0.08％，V：0.399％，余料为Fe。
上述低碳耐腐蚀高强度耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：
S1、铸造：将废钢熔炼，加入碳、硅、锰、铬、镍、钼、铝、硼、钛、铌、钒，精炼，出炉浇
铸，空冷得到满足上述成分的球形铸件；
S2、热处理：取S1中得到的球形铸件，升温至981℃，保温1.5h，用水淬火后，冷却至
室温，升温至755℃，保温2h，冷却至室温，再升温至625℃，保温45min，冷却至室温，然后升
温至565℃，保温45min，冷却至室温得到低碳耐腐蚀高强度耐磨钢球。
实施例2
一种低碳耐腐蚀高强度耐磨钢球，其各组分的重量百分比如下：C：0.1％，Si：
1.2％，Mn：1.5％，Cr：9％，Ni：0.2％，Mo：0.25％，Al：0.1％，B：0.03％，Ti：0.04％，Nb：
0.1％，V：0.55％，余料为Fe。
上述低碳耐腐蚀高强度耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：
S1、铸造：将废钢熔炼，加入碳、硅、锰、铬、镍、钼、铝、硼、钛、铌、钒，精炼，出炉浇
铸，空冷得到满足上述成分的球形铸件；
S2、热处理：取S1中得到的球形铸件，升温至953℃，保温1h，用水淬火后，以6℃/s
的速度冷却至室温，以8℃的速度升温至775℃，保温3h，冷却至室温，再升温至600℃，保温
50min，冷却至室温，然后升温至550℃，保温50min，冷却至室温得到低碳耐腐蚀高强度耐磨
钢球。
实施例3
一种低碳耐腐蚀高强度耐磨钢球，其各组分的重量百分比如下：C：0.2％，Si：1％，
Mn：2％，Cr：7％，Ni：0.3％，Mo：0.2％，Al：0.14％，B：0.01％，Ti：0.06％，Nb：0.05％，V：
0.225％，余料为Fe。
上述低碳耐腐蚀高强度耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：
S1、铸造：将废钢熔炼，加入碳、硅、锰、铬、镍、钼、铝、硼、钛、铌、钒，精炼，出炉浇
铸，空冷得到满足上述成分的球形铸件；
S2、热处理：取S1中得到的球形铸件，升温至1017℃，保温2h，用水淬火后，以4℃/s
的速度冷却至室温，以10℃的速度升温至726℃，保温1h，冷却至室温，再升温至650℃，保温
40min，冷却至室温，然后升温至580℃，保温40min，冷却至室温得到低碳耐腐蚀高强度耐磨
钢球。
实施例4
一种低碳耐腐蚀高强度耐磨钢球，其各组分的重量百分比如下：C：0.12％，Si：
1.15％，Mn：1.6％，Cr：8.5％，Ni：0.22％，Mo：0.24％，Al：0.11％，B：0.025％，Ti：0.045％，
Nb：0.09％，V：0.491％，余料为Fe。
上述低碳耐腐蚀高强度耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：
S1、铸造：将废钢熔炼，加入碳、硅、锰、铬、镍、钼、铝、硼、钛、铌、钒，精炼，出炉浇
铸，空冷得到满足上述成分的球形铸件；
S2、热处理：取S1中得到的球形铸件，升温至966℃，保温1.2h，用水淬火后，以5.5
℃/s的速度冷却至室温，以8.5℃的速度升温至765℃，保温2.5h，冷却至室温，再升温至620
℃，保温48min，冷却至室温，然后升温至560℃，保温48min，冷却至室温得到低碳耐腐蚀高
强度耐磨钢球。
实施例5
一种低碳耐腐蚀高强度耐磨钢球，其各组分的重量百分比如下：C：0.18％，Si：
1.05％，Mn：1.8％，Cr：7.5％，Ni：0.28％，Mo：0.22％，Al：0.13％，B：0.015％，Ti：0.055％，
Nb：0.07％，V：0.307％，余料为Fe。
上述低碳耐腐蚀高强度耐磨钢球的制备方法，包括如下步骤：
S1、铸造：将废钢熔炼，加入碳、硅、锰、铬、镍、钼、铝、硼、钛、铌、钒，精炼，出炉浇
铸，空冷得到满足上述成分的球形铸件；
S2、热处理：取S1中得到的球形铸件，升温至996℃，保温1.8h，用水淬火后，以4.5
℃/s的速度冷却至室温，以9.5℃的速度升温至744℃，保温1.5h，冷却至室温，再升温至630
℃，保温42min，冷却至室温，然后升温至570℃，保温42min，冷却至室温得到低碳耐腐蚀高
强度耐磨钢球。
对实施例1-5进行性能检测，结果如下：
项目
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
实施例5
表面硬度HRC
65
64
62
63
66
冲击韧性J/cm2
15
16
15
15
17
落球冲击疲劳试验
8597次
8431次
8667次
8742次
8865次
由上表可以看出，本发明硬度高，强度高，韧性好。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，
任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其
发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。