在表面处理行业中，不锈钢丸泛指304不锈钢丸、430不锈钢丸、410不锈钢丸、210不锈钢丸等牌号的不锈钢丸；狭义上一般默认为304不锈钢丸，410和430则为不锈铁丸。

bevictor伟德体育官网知道在抛丸清理和喷丸强化中，使用的钢丸种类其实比较多，一般有铸钢丸、高低碳钢丝切丸，不锈钢丸、锌丸、铝丸、铜丸等，但由于各类钢丸等材质不同、密度不同、抗冲击不同，以及喷丸抛丸强化后表面粗糙度、光泽、抗氧化等性能不同，bevictor伟德体育官网在实际使用过程中，往往会多方面考虑，选择合适的钢丸磨料，作为抛丸清理强化介质，而不锈钢丸是目前应用广泛、选择比较多的钢丸种类，那么它具体有哪些优势呢？

第一，不锈钢丸密度较铸钢丸要高，能够在相同速度下，获得更大的动能，冲击工件表面，清理和强化效果好；

第二，不锈钢丸欧文循环寿命长，不锈钢丸是一种高质量不锈钢丝切丸，内部具有很高的致密性，抗冲击能力强，不易粉碎，不易产生灰尘，使用寿命长，具有很好的经济性；

第三，运输方便，相对于堆积密度小的铸钢丸，以及其他钢丸，它密度较大，运输占用体积小，运输更为方便；

第四，具有一定的抗氧化、防锈能力，比起传统的金属丸粒，不锈钢丸在对工件表面抛丸清理或者喷丸强化后，工件表面具有一定的防锈性能，为工件后续处理提供了较好的防护；

第五，不锈钢丸抛丸后，金属工件会凸显金属色泽，能够起到增加金属光泽以及光整的效果；

第六，相对于铜丸等，不锈钢丸在一些抛喷丸处理过程中具有价格优势。

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对钢材实施抛?(喷?)丸处理?,能最大限度地去除其表面的锈迹 。过去?,多重视抛?(喷?)丸设备及清理效果?,?忽视了对钢丸自身磨损过程的研究?,因而其清理效果 往往不尽人意。清理效果除了直接与钢丸自身的质 量,如成分、硬度、粒度和密度等有关外,还与其欧 文寿命和磨损过程有关 。为此?,本工作用欧文寿命试 验机模拟抛?(喷?)丸清理设备?,用?100%替代法测定高 碳铸钢丸的欧文寿命?,并观察其磨损失效形式?,分析 讨论磨损失效的过程?,为提高钢丸的品质做了前期基 础工作 。

1?试 验

1. 1?试样的选用

选用离心雾化成型的铸态高碳铸钢丸?(简称钢 丸),化学成分?(质量分数):0. 930%C,0. 640%Si, 0. 650%Mn,0. 019%S,0. 044%P,余量为?Fe。钢丸经?840?°C二次淬火?, 550?°C回火后?,取无异形、裂纹、气孔和收缩缺陷的颗粒作为试样,其主要性能参数见表表?1?。

1.2 测试方法

选取?20 g钢丸试样?,用欧文寿命试验机模拟钢丸 清理过程?,抛射速度为?61 m / s, 100%替代法测试其欧 文寿命为?2 995次。假设?3 000次时钢丸已完全消耗?,?则循环次数最大为?2 500?次?,从?500?次开始?,每隔?500?次为?1个周期?,得到?5组磨损样品。用?40目筛筛分每 周期磨损后的钢丸?,去除细小粉末?,用?JSM?26700F型扫 描电子显微镜?(?SEM?)观察形貌?,分析磨损失效形式?,在10倍放大镜下观察各磨损失效形式的比例?(质量比?)?,?用?HP SJ8250型扫描仪记录钢丸粒度和形貌的变化。

2?结果与分析

2. 1磨损失效形貌

对?5组磨损样品用扫描电镜观察后发现:在不同 循环次数下?,钢丸样品的磨损失效形式可归纳为表层 剥落和心部脱落?2大类?,属于冲击磨损?,具有不同的磨 损形貌和产生机理?,导致不同的磨损速度 。

2. 1. 1?表层剥落

钢丸磨损样品呈多面球形?,其磨损失效形式为表层剥落?(见图?1a)。钢丸在欧文寿命机内循环被高速抛到硬靶(硬度?>63HRC)上,其动能除转化为热量外,?大部分被钢丸自身及碰撞的靶表面层所吸收?,引起钢 丸球面的局部塑性变形并形成?1个“小平面 ”结构?,此 处为压应力,每次抛打都会随机出现?1个不同的小平 面?,使钢丸呈多面球形。表层位错滑移形变发生加 工硬化?,引起钢丸表面硬度和强度提高,塑性和冲击 韧性降低 。两侧小平面所受压应力方向和大小不同?,?小平面交界处呈现拉应力。当拉应力大于抗拉强度或 剪切强度时?,表层出现横向裂纹?,局部表层撕裂而翘起(见图?1b)。多次抛打冲击后,裂纹继续横向扩展并相 互贯通?,发生表层剥落?(见图?1c)。从图?1d可以看 出?,断裂韧窝比较平整?,说明裂纹横向扩展并导致受力 表面与基体发生撕裂?,表层的剥落是低周次疲劳韧性 断裂。

2. 1. 2?心部脱落

钢丸磨损样品中有的心部缺损或呈半状的碎粒?,其磨损失效形式为心部脱落?(见图?2a)。钢丸虽经回火 热处理?,硬度降低?,冲击韧性提高?,但仍然会因造粒雾 化成丸急冷凝固时心部发生碳析反应?,在高温下析出?C O ,?形 成 严 重 气 孔 、疏 松 、夹 杂 物 等 缺 陷?,?使 组 织 致 密 性 降低??。当钢丸受力时?,韧性比较好的表层部分发生 剥落?,受到表层形变的影响?,心部会产生裂纹?,且极易 沿心部缺陷纵向扩展?,使心部逐渐松动?,当裂纹扩展至 表层?,且表层所受交变负荷超过材料疲劳极限时?,表层 将发生破裂而引起钢丸破碎?(见图?2b)。图?2c为图?2b?中表层端口处的等轴韧窝形貌?,可见表层为裂纹纵向 扩展引起的韧性断裂 。松动的心部会沿破碎处呈块状 脱落?,形成?1个空心钢丸?(见图?2d)?,脱落后碎粒的外表 面会再次发生表层剥落 。

2. 2?磨损前后粒度及形貌变化

钢丸以一定动能抛?(喷?)到欧文寿命机的硬靶上?,最 明显的变化是平均粒度的减小。图?3是扫描仪记录的 磨损过程中钢丸粒度及形貌的变化图 。从图中可以看 出?,磨损前钢丸呈均匀的球形?,平均粒度为?1. 7 mm;经过500次循环后?,约有?40%颗粒破碎并产生块状颗粒及更 小的碎粒粉?,发生心部脱落?,但大部分颗粒呈多面球形?,?发生表层剥落?,平均粒度降低幅度不大?;循环次数增加到1 000次时?,只有约?20%的颗粒呈多面球形?,粒度大于?1. 0mm ,大部分颗粒粒度小于?0. 5 mm ,降幅明显?,显然是表 层剥落的颗粒破碎?,引起了心部脱落?;当循环次数增加到?2 500次时只有约?1%的颗粒呈球形?,其粒度在?0. 5 mm以下?,说明心部脱落引起了粒度的大幅度降低 。

2. 3?磨损失效形式比例及损耗量比例?

设钢丸磨损前的原始质量为?m?t?,磨损各阶段的损耗量为?mm l?,表层剥落颗粒质量为?m?s?,心部脱落颗粒质 量为?mc?,用?ms?/mt?和?mc?/mt?分别表征相同循环次数下?2种磨损失效形式的比例。图?4为?2种磨损失效形式 比例和损耗量比例与循环次数的关系。可见?, 2种磨损 形式的比例均呈现先增加后降低的趋势?,但其峰值出 现的位置不一样?,?m?s?/m?t?在?500次循环时达到峰值?,而?mc?/mt在1000次才达到峰值,即在较低循环次数时以 表层剥落为主?,随循环次数增加?,心部脱落比例增加?,?占主导地位。500次之内?,ms?/mt?和?mc?/mt?均呈上升趋 势?,是由于新钢丸在低周次循环时不断发生表层剥落?,?其中只有小部分发生表层剥落的钢丸所受应力超过低 周疲劳极限而发生心部脱落;在?500~1 000次内循环 时?,ms?/mt?骤然下降?,mc?/mt?上升且占主导地位?,说明大 部分表层剥落的颗粒已经发展为心部脱落?,发生心部 脱落的颗粒数量相对增加?; 1 000?~2 500次循环时?,?ms?/mt和?mc?/mt?均下降?,但?mc?/mt?占主导?,说明此阶段 不但表层剥落的颗粒不断发生心部脱落?,而且心部脱 落的颗粒也明显地破碎损耗?,但?m?c?/m?t?下降的幅度要 明显大于?m?s?/m?t?,说明心部脱落引起了较高的破碎率 。

损耗量包括欧文寿命机内被除尘袋除去的小于 0. 300 mm 的碎屑和磨损后通过 0. 425 mm 筛孔筛下的 碎粒 。图 4中的损耗量比例曲线显示了损耗量与循环 次数的关系 ,呈逐渐上升的类抛物线状 ,损耗量随循环 次数的增加而不断增加 , 500次和 1 000次时损耗量占 原始总量的 10. 5%和 18. 1%,而 1 500次时达到 43. 1%,2 000次和 2 500次后分别达到 61. 1%和 84. 2%;曲线的斜率代表了磨损速率 ,可见 1 000次以 前磨损较慢 , 1 500次以后磨损速度加快 ,这也说明在 较低周次 m s /m t 占主导地位时 ,引起的损耗量较小 ,而

在较高周次mc /mt占主导地位时,引起的损耗量大。 由上可知 ,钢丸的磨损失效属于冲击磨损 ,循环初 期表现为表层剥落 ,随着循环次数的增加 ,钢丸所受应 力累加 ,超过其低周疲劳极限时 ,发生破碎 ,产生心部 脱落 ,从而引起了粒度明显降低和损耗量明显增加 ,直至大部分表层剥落转变为心部脱落 。高品质的钢丸磨 损失效形式应以表层剥落为主 。

3 结 论

(1)经二次淬火?+回火处理的高碳铸钢丸,其抛?(喷?)丸产生冲击磨损?,磨损失效形式包括表层剥落和心部脱落 。

(2)用?100%替代法测得钢丸样品的欧文寿命为2 995次?;随循环次数的增加?,平均粒度逐渐降低?,损耗 量明显增加?, 0~500次循环磨损较慢?, 1 000~1 500次 循环磨损速度较快 。

(3)钢丸的磨损失效过程为低周次时破碎率较低 , 出现表层剥落 ,随着循环次数增加 ,所受应力累加 ,当 其超过低周疲劳极限时 ,表面剥落的颗粒逐渐发展为 破碎率较高的心部脱落颗粒 ,直至钢丸失效 。

本研究是在保证产品有足够硬度的基础上 ，提高 钢丸的韧性 ，既提高钢丸的清理效率 ，同时又延长钢?丸的使用寿命。通过调整钢丸的化学成分进行微合金 化，采用等温淬火热处理工艺获得下贝氏体为主的混 合组织 ，达到提高钢丸性能 、延长钢丸使用寿命的 目的 ， 获 得 高 韧 性 钢 丸 。 选 择 合 适 的 淬 火 介 质 ， 确 保 奥 氏体 的转 变温 度和保 温 时间 。借助 于显微 镜 ，观察 钢 丸的金相组织 ，分析下贝氏体的含量与分布。测试分 析等温淬火钢丸的力学性能 ，主要包括钢丸的韧性和耐磨性 ，并与高碳钢丸进行比较。

1 研究过程

钢丸的生产工艺流程 :熔炼造粒一粗分一淬火一 精 分 一 包 装 。

1.1 化学成分设计
在钢丸中 ，碳元素可 以形成碳化物和固溶强化 ，提高钢丸的耐磨性和强度。降低铁碳合金的熔点 ，增 加钢液的表面张力，增加成丸的分散度，减小颗粒度， 提 高 钢 丸 的 圆 度 。 硅 元 素 的 含 量 在 0 .4 % 范 围 内 有 以 下 优点，降低熔点，改善流动性，并起钢液脱氧作用; 固溶强化提高钢的强度 ，改善钢 的热裂倾 向，但是 ， 含量过高时，则引起断面收缩率下降，特别是冲击韧 性显著降低 ，增加钢丸脆性 ，容易破碎 ，因此 ，含硅 量应控制在 0.60%~1.50%之间。锰元素可以与铁元素 形成无限固溶体 ，产生固溶强化 ，提高钢的强度和硬度 ;另一方面 ，可以增加流动性 ，缩小结 晶温度范围， 与硅一起发挥钢液复合脱氧作用 。锰元 素可提高硅 、?铝的脱氧效果 ，也可以与硫形成硫化物 ，去除硫的有害作用。磷元素是有害元素，虽然有较强 的固溶强化?作用 ，能提高钢的强度和硬度 ，但是磷化物可以强烈 地降低钢的韧性 ，增加低温脆性 ，增加钢丸的破碎率 ， 应该严格控制 。硫元素也是有害元素 ，硫只溶于钢液 中，而且在固溶体 中的溶解度很小 ，凝固过程中产生?严重的硫偏析 ，导致钢的热脆性 。钨元素是碳化物形?成元素 ，提高材料的硬度和耐磨性 ，提高奥氏体稳定 性 ，促进 C曲线右移。钼元素类似于钨元素 ，也是碳 化物形成元素 ，提高材料的硬度和耐磨性 ，提高奥 氏 体稳定性 ，促进 C曲线右移。铝起钢液脱氧作用及细 化晶粒 ，可以提高抗氧化性能及抗氧化性酸类 的腐蚀?作用 ，在钢液 中加人一定 的铝 ，能够排 除气体杂质 ， 防止钢丸产生气孔及疏松，提高致密度。通过查 阅大量技术资料，最终确定钢 丸的成分控 制范围 (质量分数):0.85% 1.20%C，0.60%~1.50%Si，?0.60%~1.50% Mn，0.10%~0.45% W ，0.10%~0.45% Mo， P ≤ 0 .0 4 % . S ≤ 0 .0 4 % 。

1.2 钢丸的熔炼造粒工艺

1.2.1 熔炼

采用中频感应 电炉熔炼 ，准备成分 比较纯净 的碳素 钢 废 料 料2~3t;铁合金:硅铁，锰铁，钨铁，钼铁。考虑到 铁合金 中的合金元素含量多少 ，分别按照 目标成分进?行 配 料 ， 见 表 1。

为了确保成分的准确性 ，每炉不要熔炼太多 ，1t 左 右 为 宜 ， 出 钢 温 度 ( 1 6 0 0 +_ 3 0 ) °C ， 注 意 脱 氧 处 理 。分别按照三个 目标成分 各熔炼 1t钢液并进行造粒 。

1.2.2 造粒

采用高压 喷水 装置进 行造粒口]，造粒 前注 意把水 池 中的其他钢丸清理干净 ，不要与其他钢丸混淆。对应 上述三种目标成分钢液分三组 1、2、3造粒，并且分类保存。
水喷法时高压水流的喷射方 向和金属流流动方向的夹角可以成垂直，如图 1所示 。外部水流经高压水 泵加压后喷射出来 ，把金属流破碎成颗粒状液滴 。这?些金属液滴在飞行过程中，由于表面张力的作用而变?成球形 ，然后落入水中冷却 、凝 固。水喷法控制的喷?射 压 力 为 0 .7 – 0 .2 5 M P a 。

1.2_3 筛 分

使用筛分设备 ，分别把 1、2、3钢丸进行筛分，按照 不 同的粒 度大小进 行分类存放 。

1.3 钢丸的等温淬火

1.3.1 等温淬火的理论基础

过冷奥氏体组织将要发生分解和转变 ，随着过冷?度的不同，转变产物也不同，如图 2所示，共析钢当 过冷度较小时 ，奥氏体在较高温度范围内分解 ，产物 为珠光体;过冷度很大时，奥氏体转变为马氏体;在?二者之间的温度范围内发生中温转变 ，形成贝氏体组?织。加入适 当的合金元素会使 C曲线右移 ，延长奥氏 体的孕育期 ，保证过 冷奥 氏体转变的进行 。

珠光体组织塑性、韧性好，而硬度、耐磨性不足， 马氏体结构硬度高，但韧性差 、脆性大。贝氏体分为 上贝氏体和下贝氏体。上贝氏体形成温度在 550~350°C 之间 ，上贝氏体是成束平行排列 的条状铁素体和条 间 渗碳体所组成的非层状组织 ;下贝氏体的形成温度是 350°C至Ms点之间，下贝氏体是片状铁素体内部有碳?化物沉淀的组织。贝氏体的强度和硬度随着形成温度?的降低而提高 ，并且随着含碳量 的增加而上升，高碳 下贝氏体的强度和硬度高于上贝氏体 ，并且下贝氏体 的韧性远远高于上 贝氏体 ，下贝氏体 能获得高强度 、 高 硬 度 和 高 韧 性 的 配 合 。 以 30CrM nSi钢 为 例 ， 对 于下贝氏体为主的混合组织,可以获得更好的硬度和韧性匹配,如图3所示。

1.3.2等温淬火装置
淬火加热炉采用自制的90KW电阻炉,不锈钢内胆,炉体环绕电阻丝。加热炉旁边放置淬火槽,也是采用电阻丝加热。带有镍铬镍硅自动控温仪。
1.3.3等温淬火工艺
钢丸的等温淬火工艺如图4所示,对1″、2″、 3″钢丸分别进行淬火加热,淬火过程如下。
(1)淬火加热温度: (800±20) ℃。在淬火加热炉内把钢丸加热到预定温度,并且保温1h,使奥氏体均匀化。
(2)淬火介质:硝酸钾和亚硝酸钠, 55%
KNO,+45%NaNO20
(3)淬火介质加热:设计制造一个介质加热装置,包括炉子和淬火槽,把介质加热到300-350℃,恒温。
(4)等温淬火过程:把加热好的钢丸放入淬火介质中,保温20 min,然后取出空冷。放入过程要快速平稳,防止淬火介质飞溅烫人。不要一次放入钢丸太多,防止介质升温。保温过程中要监控温度。

1.4 钢丸的后处理

淬火后的钢丸要进行冷却、清洗、干燥,然后包装。钢丸经过保温20min等温淬火后,放在空气中自然冷却到室温状态,其间不要用水激冷,以免产生氧化现象。淬火冷却后的钢丸,表面粘有少量淬火介质,用温水去除。冲洗干净的钢丸可以自然凉干,也可以通干燥空气风干,或者在红外线加热炉内干燥,干燥温度不能太高,几十度为宜。

2研究结果及分析

2.1 化学成分分析
分析钢丸的化学成分,检验是否符合目标成分,分析结果见表2,可以看出,实际化学成分,与表1中的目标成分基本接近。

2.2金相组织观察
用OLYMPUS倒置式金相显微镜观测淬火钢丸S50的组织形貌,分析下贝氏体的形貌和分布,如图5所示。图中,上、中、下每两幅图片分别代表1″、23″钢丸在不同放大倍数下的金相组织,可以看出,三种钢丸的组织都是以贝氏体为主的混合组织,其中,1″钢丸含有下贝氏体相比例较大, 2″钢丸马氏体含量稍多, 3″钢丸马氏体含量最多。因而, 1″、2″钢丸具有较好的韧性、硬度适中, 3″钢丸韧性较差、硬度较高,这在后续性能实验中得到证实。

2.3性能测试
(1)硬度测试。每炉检测10个钢丸的硬度,测试的结果如表 3所示。

(2)韧性检测 。在寿命试验机上 ，检测钢丸的循?环 使 用 次 数 。 传 统 钢 丸 S550 的 循 环 次 数 为 2 980、?3020、3050， 平 均 循 环 次 数 3016次 ; 1 高 韧 性 钢 丸S550的循环 次数 为 4120、4110、4080，平 均 循环 次 数 4 103 次 。 高 韧 性 钢 丸 的 平 均 使 用 寿 命 是 传 统 钢 丸 1 .3 6 倍 。 2 钢 丸 的 循 环 次 数 与 】 钢 丸 比 较 接 近 ， 3 钢?丸 的 平 均 循 环 次 数 相 对 较 低 ， 为 3 766 次 ， 但 仍 然 高?于 传 统 钢 丸 S550。

3结论

(1)确定了钢丸合适 的化学成分 ，成分控制范围 (质 量 分 数 ) : 0.85% ~ 1.20% C ， 0.60% ~ 1.50% Si，?0 .6 0 % ~ 1 .5 0 % M n ， 0 .1 0 % – 0 .4 5 % W ， 0 .1 0 % – 0 .4 5 % M o ，P ≤ 0 .0 4 % ， S ≤ 0 .0 4 % 。 在 此 范 围 内 ， 可 以 把 碳 及 合 金?元 素 控 制 得 低 一 些 ， 有 利 于 优 化 钢 丸 的 组 织 和 性 能 。

(2)制订了合理的等温淬火工艺和淬火工艺参数， 钢丸淬火加热温度 (800+20)°C，淬火介质 55% K N O 3+ 4 5 % N a N O 2 ， 介 质 加 热 温 度 3 0 0 ~ 3 5 0 °C ， 淬 火 保 温 时 间 20min。

(3)通过微合金化和等温淬火工艺，获得 以下贝氏 体为主的混合组织 ，在保证适 当硬度的基础上 ，提高

了钢 丸的韧性 。 (4)高韧性钢丸可以替代一般高碳钢丸 ，保证了清

理效果，使用寿命是高碳钢丸的1.36倍。节约了资 源，具有 良好的经济效益和社会效益。

1 .1 不 锈 钢 表 面 除 鳞

不锈钢表面氧化铁鳞的结构与普通碳钢相 比 ， 金 属 基 体 表 面 有 一 层 含 Fe、cr、Ni、O、Si成 分 的 致 密 的尖 晶石结构 ，只用酸洗的方法很难在短时间内去 除 干 净 ，必 须 通 过 机 械 除 鳞 (抛 丸 )加 化 学 除 鳞 (酸

洗 )的方法来去除。为了缩短不锈钢除鳞时间，一般 都 采 用 高 强 度 的 抛 丸 工 艺 ，去 掉 原 料 表 面 80% ~90% 以上氧化铁鳞后再进行酸洗 。

抛丸生产时，利用抛头的旋转离心力将钢丸以 70~80m/s的 速 度 击 打 在 钢 板 表 面 ，以 较 大 的 冲 击 力 清除原料表面氧化铁鳞 ;原料表面氧化铁鳞清洁程 度及表面除鳞后 的粗糙度都是影响轧制后不锈钢成 品表面质量 的关键 。清洁度和粗糙度都直接受抛丸 覆盖率 的影响。抛丸覆盖率是指钢板表面直接受抛 丸抛打面积与钢板总表面积的比率。一般覆盖率要 达到 98%以上才能获得 比较理想的表面清洁度 (IS08501Sa2.5级 )和粗糙度。抛丸覆盖率是由抛 丸介质的粒度分布决定 的。所以 ，不锈钢表面抛丸除 鳞介质及工艺控制是 目前不锈钢冷轧生产工序 中最重要 的工艺环节之一 。

1.2 抛丸介质的种类

1)高 碳 钢 磨 料 :铸 钢 丸 (亚 共 析 钢 )、钢 砂 (破 碎再加工的钢丸)、混合磨料 (钢丸与钢砂的混 合 )、钢 丝 切 丸 。

2)低 碳 钢 磨 料 :低 碳 钢 丸 (低 碳 贝 氏 体 钢 丸 )。

3)铸铁磨料:铁丸、铁砂 (不用于不锈钢行 业 ) 。

不锈钢热板除鳞 抛丸介质通常使用 s10粒度 的 高 碳 铸 钢 丸 ， 有 的 厂 家 也 使 用 S1 10 和 S170 的 混 合 。考 虑 抛 打 后 的 粗 糙 度 ，S170 以 上 的 钢 丸 已 很 少 有 厂 家 用 在 不 锈 钢 冷 板 行 业 。 s 1 10 的 S A E J4 4 4 标 准 尺寸所占比例情况为:0.50mln的不大于 10%，烈).30 mm的不小于80%， .18mm的不小于10%。用于 不锈钢的除鳞介质必须具有良好的硬度 (‰ 为 45~53)及 较 长 的 疲 劳 寿 命 (150 0次 以 上 )。

1.3 抛丸除鳞介质的制造工艺

高碳铸钢丸的生产通常有 以下几种方式 :

1)离 心 法 。 钢 水 通 过 高 速 旋 转 的 带 孑L的 碗 状 离 心器 ，在离心力的作用下铁水呈粒状甩到水池 中，这 种制造工艺的钢丸形状好 ，但钢丸在收缩过程 中容 易将空气包裹进去 ，形成很多气孔 ，有气孔钢丸约 占 产 量 的 30% ，同 时 有 缩 松 、裂 纹 产 生 ，密 度 较 低 ，在7 .2 以 下 。

2)气雾 法 。用一定 压力 的氮气 吹散流动 的钢水 ，形成钢丸。丸粒的缺陷相对较少 ，但氮气成本较高。 3 )水 雾 法 。 用 一 定 压 力 的 水 吹 散 流 动 的 钢 水 ，形 成 钢 丸 。 这 种 工 艺 形 成 的 小 丸 粒 的 比 例 高 ，$ 1 10 可 达 到 8%，但钢丸的脱尾、缩孔、裂纹和异形钢丸较多。水 雾 法 钢 丸 的 空 心 率 较 低 ，密 度 较 高 ，一 般 在 7.5 左 右 。

4 )钢 丝 切 丸 。 用 拉 拔 硬 化 后 的 弹 簧 钢 丝 或 者 从 废旧轮胎 中回收的旧钢丝切成 圆柱形丸粒形成的抛 丸介质。用弹簧钢丝制作的钢丝切丸寿命长 ，但成本 高、粒度单一、硬度偏高、尖角需预抛后才能使用 ，主 要 用 于 齿 轮 ，弹 簧 等 的 强 化 处 理 。用 废 旧 轮 胎 钢 丝 制作的钢丝切丸寿命长,但硬度偏低,一般用于表面处理要求不高的钢结构和铸造行业。

5)钢砂。大粒度的铸钢丸经过多级破碎形成小粒度的钢砂,磨料的内在缺陷相对较少,硬度可以根据工艺需要进行生产,一般钢砂有三种硬度:CH,GL和GP, CH钢砂主要用于石材切割和表面强化等行业;GL和GP钢砂可用于铸造行业、造船行业、钢铁行业等进行表面清砂和除鳞。

2.高碳铸钢丸在不锈热轧板除鳞的应用

采用以高碳铸钢丸为介质的除鳞工艺,是不锈钢行业使用的主要除鳞介质。目前热板酸洗工厂主要采用S110 (钢丸直径以0.3mm为主)与S170 (钢丸直径以0.425 mm为主)两种钢丸(见图1),考虑用户对表面的要求越来越高,大多数厂家已减少了对S170使用。采用传统的S110和S170钢丸有以下特性。

2.1优点
1)流动性好。由于是以一定粒度范围的球体权成,流动性要优于钢砂或钢丝切丸。
2)工艺控制简单。钢丸90%以上是圆形,异型钢丸不能超过10%,带尖角的钢丸少(使用过程中破碎的钢丸硬度相对偏低),不用考虑补充料时单次投入量太大造成钢板表面损伤的问题。
3)不造成带钢表面局部损伤。不用控制丸粒大小构成的混合比,新钢丸在投入时即使一次投入量很大,也不会在钢板表面造成局部深点。
4)对抛丸机抛头叶片和护板损伤小。铸钢丸的硬度相对偏小,抛打过程中钢丸破碎后形成的尖角硬度也相对偏低,再加上投入的新钢丸不含尖角,抛头叶片和抛丸室护板的损耗相对小。
2.2缺点
1)钢丸质量不稳定。由于铸钢丸形成S110的产出率在4%-8%之间,厂家为追求小粒度的比例,增加了喷水压力,钢丸中含裂纹、尖角、砂眼、连体、破碎、畸形和尺寸不均的异型钢丸的比例增多(见图2和图3),不仅降低了疲劳寿命,影响到抛打后的钢板质量,也大大增加了钢丸的消耗量。

通过对国内大多数钢丸制造企业的产品检验,异型钢丸的比例均超出不大于5%的SAE标准,疲劳寿命仅1400次,低于实际使用2300次的要求,导致钢板表面除鳞效率差。除了上述原因外,很多国内企业为了节约成本,省略了最终热处理环节,也造成疲劳寿命降低;甚至有些企业掺入铸铁丸(肉眼很难区分),使抛丸过程中产生大量粉尘,钢丸消耗成倍增加。

质量差的钢丸在较短的时间内破碎,不能有效的清除氧化铁皮和达到正常的使用寿命,同时产生的大量粉尘,增加了除尘系统的负荷及维护成本,也增加了失火的隐患。

2)钢丸尺寸偏大。按照工艺及表面要求,原料除鳞应采用S110的钢丸,但国内钢丸厂家实际提供的大都在S110和S170之间,小粒度的钢丸偏少,对降低喷丸后的表面粗糙度是不利的,一般除鳞后的原料表面粗糙度( Ra)在5-7 um,对冷轧后的不锈钢成品表面质量产生了不良影响。

3)钢丸消耗量大。由于钢丸的在成型过程中会产生裂纹,钢丸在反复抛打过程中沿裂纹破碎,影响使用寿命,导致钢丸的消耗量一般都在4kg/t以上。采用完全符合标准的钢丸,消耗量可控制在2.5 kglt以内。

4)供应不足。按照冷轧不锈钢表面粗糙度要求,原料除鳞需全部采用S110的钢丸,但S110的高碳铸钢丸的产出率仅4%-8%,生产的小粒度钢丸越多,国内不锈钢除鳞所需的S110钢丸每月在2000t以上,而达到SA标准的S110钢丸有60%以上的缺口,大量此粒度范围的钢丸是代理商将很多钢丸厂的少量钢丸搜集到一起得到的,质量基本无法保证。有些钢丸甚至是将各种抛打铸件、结构件等破碎后的钢丸重新筛分后凑起来的,寿命很低。资源问题紧张。

3.砂和钢丸的混合磨料在不锈热轧板除鳞的应用

钢砂主要用于设备构件、铸件、管道等的表面氧青理和石材切割,是使用优质的钢丸经锻压、筛热处理后产出,其材质也是高碳铸钢,与钢丸不是其呈菱形(见图4),并在使用过程中通过在肌内的循环使棱角磨掉成为圆形。在不锈钢的余鳞工艺中,一般不直接使用钢砂。大多使用一列优质钢砂和钢丸的混合物,以提高其在抛丸沙管内的流动性。

3.1优点：
1)菱形尖角能高效地清除工件表面的氧化皮。钢砂的粒度呈连续型正态分布,有利于提高钢板表里的覆盖率,从而提高清洁度。
2 )使用寿命长。钢砂是将一定粒度范围内的钢率后得到的,在碾压过程中,破裂会优先选择铸内的微裂纹处进行,因此钢砂的内在裂纹很少,寿命长。
3)粗糙度相对较低。由于抛打寿命长,钢砂经百次的循环,渐渐的形成尺寸为S110偏下或更寸的均勺的圆形钢丸(见图5、图6),能更有效氐除鳞后的产品表面粗糙度(见图7)。

4)丸粒硬度在循环抛打的强化过程中得到提高 (见图8),寿命得到延长,达到降低消耗的目的。

5)质量稳定。钢砂为大颗粒钢丸(如S230)碾压、筛分及热处理后的产品,产量高,供应商很集中,对其产品质量容易控制。
3.2缺点
1)流动性差。钢砂呈菱形,如果100%使用钢砂,在抛丸机的传输及抛打过程中流动性较差。为解决这一问题,要将一定比例的钢丸与之混合形成混合磨料(见下页图9),或先将钢砂进行预抛,以改善其流动性。
2)工艺控制难度大。为提高除鳞效率,带钢在刚开始抛打时适宜用带棱角的钢砂,这样更容易切入坚硬的不锈钢鳞皮,以提高除鳞效率。但后续的抛打适宜用抛圆的钢丸,否则,棱角会损伤带钢表面,使表面出现零星的深点。为防止这一缺陷的产生,混合磨料的一次添加量不能太大,而且只能从第一台抛丸机投入新磨料,这样后几台的抛丸机内基本是抛圆的不同粒度混合的钢丸，通过控制新磨料的投 入量、频次以及除尘能力的大小可得到不同粒度钢 丸的混合 比例 ，钢板 的粗糙度也低。也可以说混合磨 料更适合用在多台串联的抛丸机 ，单台抛丸机用混 合磨料不适合生产高档不锈钢面板 ，如果生产此类 产 品，必须在过程中补充钢砂抛圆后的钢丸。

3)抛丸机叶片和护板的消耗 比普通钢丸略高。

3.3 使用效果对比

混合磨料在一条热线的使用效果对比，抛丸机 为 三 台 串 联 ，试 验 期 间 初 装 量 为 75 t，全 部 为 钢 丸 ， 以后逐渐用混合磨料全部替换。试验数据如下:

1)粗糙度。由试验前的5 m以上降低至4vm 以 下 ( 见 图 1 O 和 表 1 ) 。 通 过 不 断 的 工 艺 改 进 ，控 制 抛 丸机内的混合 比，粗糙度逐 步降低并趋 于稳定 ，基 本 控 制 在 2 .5 ~ 3 -5 m 。

2 )消 耗 量 。试 验 期 间 小 钢 丸 消 耗 量 趋 势 见 表 2。

4 其他抛丸介质的应用

1)低碳贝氏体钢丸。为解决高碳铸钢丸的疲劳 寿命问题，国外在批量生产一种低碳钢丸，德国最早 开发出此类产品，随后美国也有能力生产一定批量 的低碳钢丸。此工艺是淬火后的低碳钢丸经过热处 理后得到下贝氏体组织，具备接近高碳回火马氏体 的硬度 ，冲击韧性明显增加 ，具备更长的使用寿命 。 此钢丸的缺点是成型后钢丸的现状差 ，缩孑L、脱尾和 异型钢丸多 ，反而消耗量 比高碳钢丸的优势不明显。 抛打后钢板表面的粗糙度与高碳钢丸相 当。同时也 存在 S170粒度以下的钢丸产量 比例小的问题。

2 )钢 丝 切 丸 。 中 碳 钢 或 轴 承 钢 经 拉 拔 后 硬 度 会 大幅度提高，切成圆柱形的颗粒后主要用于金属的 表面强化 。质量较低的钢丝切丸有用于热轧中厚板 的除鳞 。目前有的厂家将几种直径 的钢丝切丸混合 后进行预抛 ，基本已消除了切后的尖角 ，可作为钢丸 使 用 ，疲 劳 寿 命 可 提 高 30% ，但 此 种 钢 丸 抛 打 后 加 工 硬化明显 ，钢板表面硬度会显著提高 ，对抛丸机叶片 和护板损伤严重。由于粒度分布单一 ，钢板的粗糙度 不易控制，目前在不锈钢冷板还没有广泛应用。

5 国内外的使用情况

在国内其他不锈钢生产企业，冷轧原料的机械除鳞大多采用弯曲破鳞加高碳铸钢丸高速抛打钢板 表 面 来 进 行 ，目 前 市 场 提 供 的 钢 丸 在 尺 寸 、质 量 、性 能及产量上很难稳定地满足大规模不锈钢生产的需 要 ，为 了 解 决 这 个 问 题 ，目 前 国 内 已 有 60% 的 企 业 开 始使 用钢砂和钢丸的混合磨料 越 大 ，H D 作 用 越 强 ;偏 差 越 小 ，H D 作 用 越 弱 。因 此 ， 即便设备性能不是很稳定 ，也能实现对转速的精确 控制。但也有其缺点 :如果要求响应时间快 ，比例参 数P值须增大，则扰动较大;如果要求调节比较平滑 ，积分参数 ，值要增大 ，则要牺牲响应速度 。

1 试验材料、仪器与方法

试验材料为江苏奥力斯特科技有限公司生产 的 低 碳 铸 钢 丸 成 品 ， 规 格 为 $5 50 (直 径 为 1.7 m m )，球 形 ，粒 度 分 布 均 匀 ，无 异 型 。 用 721分 光 光 度 计及碳硫分析仪 、岛津 M型显微硬度计及排无水酒 精法分别测定化学成分 、硬度及密度 ;用尼康光学金相 显 微 镜 观 察 金 相 组 织 ;用 ERVIN 金 属 磨 料 寿 命 试 验机 (ErvinTestMachine)，按美国汽车工程协会 SAE J4 45A 金 属 磨 料 机 械 性 能 测 试 标 准 1O0% 替 代 法进行 ERVIN循环寿命测定 ，以表征抛喷丸清理设 备中金属磨料的真实使用寿命 。

100% 替 代 法 测 定 时 ，向 ERVIN 循 环 寿 命 试 验 机 中 加 入 100 g低 碳 铸 钢 丸 ，以 61 m/s的 速 度 抛 打 到转 动 的 靶 上 ，500 次 循 环 后 取 出 磨 料 ， 用 0.425 mm 筛子筛分 ，记 录重量损失 ，并补加新低碳铸钢丸 ，使 加 人 总 量 达 到 100 g，重 新 装 人 重 复 上 述 步 骤 ，累 积 损 失 超 过 100 g 时 ，停 止 试 验 ，按 公 式 :E R V IN 循 环 寿命 (次数)=总循环次数一(每次测试次数/最后损 失 % )X (累 计 损 耗 % 一 10 0 )，计 算 循 环 寿 命。

2 试验结果与分析

2.1 低碳铸钢丸的成分、密度及硬度

低碳铸钢丸的化学成分 、密度 、硬度见表 l。通过 降低碳含量来提高韧性 。硅含量在一定 范围内可同 时提高强度和韧性，主要是含硅的钢经奥氏体化并 连续冷却后 ，可形成与典型上 、下贝氏体不 同的贝氏体组织，其特点是不析出碳化物 ，而存在稳定的残余 奥 氏 体 膜 或 M —A 小 岛 ，从 而 促 进 韧 性 的 提 高 和 良 好 的 强 韧 性 配 合 ，超 过 2% 后 ，出 现 块 状 铁 素 体 ，使 韧 性 下降 。锰含量增加使钢的铁素体c曲线不断右移， 贝氏体 c曲线则显著 向低温方向移动 ，即降低的 B 点温度增 多 ，而 M 点又降低较少 ，从而使贝氏体的 强化效果更加显著 ，同时锰还可以增加韧性 和淬透 性。 SAE J21751标 准 同中 硬 度 范 围 为 HRC40~50， ISO11124— 4的 硬 度 范 围 HV390~520，本 实 验 得 到 的低碳铸钢丸的硬度为 HV453.75/HRC46.3，硬度适 中，具有 良好的综合抛喷丸清理效能 ;ISO124—4 标 准 中 低 碳 铸 钢 丸 的 表 观 密 度 应 大 于 7.0 g/cm ， 本 实 验 得 到 的 低 碳 铸 钢 丸 的 密 度 为 7.5 g/cm。，说 明 低碳铸钢丸的组织致密性较好。

2.2 低碳铸钢丸金相组织
经熔炼 、离心雾化成丸后落人水 中(淬火 )得到的 低 碳 铸 钢 丸 金 相 组 织 如 图 1(a)和 (b)所 示 。原 凝 固 后的树枝状奥 氏体转变为无碳贝氏体 (条状铁素体+ 少 量 残 余 奥 氏 体 )与 板 条 马 氏 体 ，无 碳 贝 氏 体 形 貌 与板条马氏体形貌较难区别 。由于最大规格低碳钢 丸直径小于 2.5 ITlm ，在 较 低含碳 量 情 况 下 ，可 完 全 淬透 ，全部获得无碳 贝氏体与板条马 氏体 ，密度高 、 形变时位错活动性强 ，具有高塑性 、高韧性及相应较 高 的 强 度 ， 心 部 到 表 面 硬 度 非 常 均 匀 ， H R C 4 6 . 3 ， 此硬度兼顾 了清理速度与冲击韧性及耐磨性 ，具有 较 好 的 综 合 力 学 性 能。

2.3 低碳铸钢丸 ERVIN循环寿命测定结果及分析

100% 替 代 法 ERV IN 循 环 寿 命 的 测 定 结 果 见 表 2，ERVIN 循 环 寿 命 次 数 为 2971次 ，即 表 明 在 实 际 现 场抛喷丸清理作业 中，全部低碳铸钢丸消耗完 ，并补 加 到 原 始 量 ，可 重 复 使 用 2971 次 ，破 碎 的 粉 尘 失 去 清理功效而被除尘系统除去。现在市场 中销售 的高碳铸钢丸的欧文循环寿命为 20~280次 ，可见低 碳铸钢丸的寿命较高 ，这是 由于低碳铸钢丸的显微 组 织 中 无 疏 松 、偏 析 、气 孔 等 缺 陷 ，晶 粒 尺 寸 小 。 低 碳 铸钢丸 的金相组织为无碳贝氏体与低碳 马氏体的复 合组织，具有良好的强度与韧性。

3 结论

(1)低 碳 铸 钢 丸 的 化 学 成 分 为 (质 量 分 数 ，% ):0.14C、0.38Si、1.13Mn、0.046S及 0.O18P;密 度 为 7.5 g/cm，硬度 HRC46.3;金相组织为无碳贝氏体+板条马氏体组织，具有优良的综合力学性能。
(2)低 碳 铸 钢 丸 100% 替 代 法 ERVIN 循 环 寿 命 为2971次 ，表征实际抛喷丸清理操作 中平均每粒低 碳 铸 钢 丸 可 使 用 2971次 ，是 理 想 的 铸 件 抛 喷 丸 清 理的金属磨料。

1.钢 丸 材 质

低 贝钢丸采用电弧炉炼钢 ，利用电弧炉可调 节成分的特性 ，通过脱碳、脱硫、脱磷 ，以及提 升钢丸的塑性和冲击韧度 ，降低脆性 ;通过加入 C r、 C u等 元 素 ， 显 著 提 高 钢 丸 的 强 度 、 硬 度 和 耐 磨 性 ; 通 过 加 入 M o 、 A 1等 元 素 能 够 细 化 晶 粒 ， 提 高钢 丸显微组织的致 密性 ，提高冲击性能 。并通过 造渣 、除渣来净化钢液 ，减少钢液内杂 质含量 ，从 而使钢丸获得最佳的材 质。不同材质钢丸的化学成 分 和 金 相 组 织 见 表 1。

2.磨料的金相组织和硬度

低贝钢丸一般均采用独特的等温二次淬火和低温回火工艺，对淬火冷却介质和温度进行了特别控制 ，使钢丸获得了更耐冲击的贝氏体+马氏体 的复相 组织 。从 图1中可以看 出 ，高碳钢丸晶界处有碳析 出，以至于抛丸过程中钢丸接触到铸件瞬间 (钢丸 速度78m/s) ，沿晶界会产生非常大的切 向力 ，钢 丸在抛打过程中极 易破碎 ;低贝钢丸是复相组织 ， 组织结构非常致密，抛打过程中钢丸撞击到铸件瞬 间，内部受力是均匀的 ，不会产生应力集中现象 ， 因此低贝钢丸的使用次数较高碳钢丸有大幅提升。

低 贝 钢 丸 硬 度 为 4 2 ~ 4 8H R C 。 硬 度 是 钢 丸 工 作 过程中的关键性能，对工作效率及消耗具有很大的 影响。钢丸的显微组织状态决定 了其抗疲劳性能的 高低 ，良好的显微组织能使其具 有更高的耐冲击性能 ，从而具有更长的使用寿命 。

图2为硬度与清理效率 的关 系，图3为硬 度与反弹性的关系。从图中可以发现 ，硬度过高时钢丸的 抗 冲击性能非常差 ，容易产生内部应力集中，抛丸 过程中易破碎，无法满足清理高效率的要求，并且 钢丸的消耗升高 ;硬度过低时钢 丸在碰撞中变形 ， 不能有效地抛打铸件本体 ，从而也影响清理效率 。以上两种情况都无法将铸件表面清理干净，因此只有在钢丸硬度适中的情况下，对铸造件抛丸清理时，才能有效对工件本体惊醒有效对清理，而且钢丸可以不断循环使用，减少损耗，能够有效的降低铸造件抛丸成本。

3.钢丸寿命（循环次数）是其经济性和综合效率的体现

在抛丸清理中，钢丸是一个逐渐磨损的过程 ，在反复的冲击过程 中，每次冲击钢丸会发生一次形变 ，表面会脱落一层。钢丸外形近似于多边形 ，每个角度对铸件的冲击效果是相等的，在使用 中钢丸会不断变小 。高质量的钢 九变小的过程缓慢 ，低 质量的钢丸变小的速度很快。

由于低 贝钢丸的材质为低碳合金钢材质 ，且经 过热处理 ，因此使用中不易破碎 ，其磨损形式是逐步变小。bevictor伟德体育官网采用 国际通用的美 国欧文寿命试验机对高碳钢丸 、低碳钢 丸、低 贝钢 丸进行残 留量对 比试 验 ， 结 果 见 表 2、 图 4。

在 相 同 条 件 下 ， 经 过 精 确 的 磨 料 消 耗 对 比 试验 ，可以看 出低贝钢丸在抛打过程中使用寿命明显 高 于 其 他 两 种 钢 丸 ， 消 耗 量 明 显 降 低 。

二 、生产性 试验

选 定 两 台 DIsADV2— 450抛 丸 机 OP30A- OP30B，将 OP30A抛 丸机 内 的原 用钢 丸 全部 清 空 ， 加 入 级 配 低 贝 钢 丸 并 记 录 初 次 装 机 量 ， O P30B 继 续 添加普通钢丸，调试好机器后 ，开始生产试验 。

在抛头 电流稳定的状态下 ，根据监控两 台机器 中不同粒度钢丸混合比 (见图5)情况加料，保证 抛丸清理在最佳的混合比状态下进行，分别记录两 台抛丸机每天添加钢丸的数量和清理产量 ，经过41 天的试验 ，将两台抛丸机的加料数量和清理产量进 行汇总，得出最终试验数据 (见表3)。

由数据分 析可得 ，低 贝钢丸 比普通钢 丸消 耗 降低了41%，在 抛丸清理过程 中大幅减少 了钢丸消耗 ，降低 了清理成本。

三、结论

(1)低贝钢丸内部组织致密 (晶粒细化)， 抛丸过程中逐步破碎 ，使用寿命延长 ，消耗降低。 (2 ) 低 贝 钢 丸 相 比 普 通 钢 丸 硬 度 更 平 均 ， 且 更适 合铸件表 面清理工作 ，钢丸 的清理效率 大幅 提 升 。

铸钢丸：

铸钢丸，也称铸造钢丸、铸钢钢丸，是一种选用高品质钢材碎料，经熔化，高压水喷射成型、热处理后得到的钢丸；

在铸造成型后，bevictor伟德体育官网参照SAE标准，对丸粒进行分类刷选，得到11个不同等级的铸钢丸（依照牌号和尺寸分类）；

铸钢丸目前主要用作抛丸机和喷丸机的处理介质，作为抛丸清理和喷丸强化的中间介质，在各类汽车部件、航空材料的处理上得到广泛应用。

铸钢丸标准参数：

铸钢丸优势：

• 铸造钢丸表面圆润，没有明显棱角，喷丸强化和抛丸清理时不会造成对工件损伤；
• 抗冲击强度大于普通钢丸，不易碎，欧文寿命比普通钢丸要多，经济效益好；
• 铸钢丸具有一定的弹性，喷丸效果好，可在工件表面压出大小、轮廓均匀的压应力层；
• 由于喷丸时铸造钢丸的接触面大而均匀，可有效减少重复喷丸次数，提高喷丸效率。

铸钢丸应用：

铸钢丸目前广泛应用于汽车零部件，航空部件、铝压铸、锻造件的抛丸清理去毛刺，和喷丸强化，各类吊钩式抛丸机、通过式抛丸机等喷抛丸机均可使用。

铸钢丸的包装：

25KG/袋牛皮纸或者编织袋包装，也可根据客户的工艺需要定制包装规格。