CN110106438A - 高体积硬度软芯轧制磨球用钢、生产方法及磨球生产方法 - Google Patents
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Abstract
高体积硬度软芯轧制磨球用钢，其化学成分组成及质量百分数为：C：0.6～0.7%、Si：0.5～0.6%、Mn：0.8～0.9%、Cr：0.4～0.6%、S≤0.025%、P≤0.025%，其余为Fe和其他不可避免的杂质。采用转炉炼钢+LF精炼+RH真空处理+连铸工艺流程，获得280mm×320mm矩形坯或300mm×300mm的方坯或更大截面积的连铸坯，轧制成直径65～85mm圆钢。将60mm～85mm的圆钢，通过轧制及轧后余热淬火+低温回火，生产的磨球1/4R处到磨球表面范围内的微观组织为回火马氏体+少量残余奥氏体，磨球芯部到1/4R范围内的微观组织为回火马氏体+贝氏体或珠光体。轧球平均体积硬度达到58HRC以上，表面硬度≥60HRC，磨球芯部到1/4R范围内硬度在45～55HRC。通过轧制生产的磨球耐磨性好，抗冲击破碎性能良好，磨矿效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种高碳低合金钢，尤其是一种高高体积硬度软芯轧制磨球用钢、生产方法及磨球生产方法。
背景技术
磨球是重要的矿磨介质，属于使用量很大的损耗品。对于直径85mm以下磨球，是球磨机用主要研磨介质，主要采用轧制工艺生产。球磨机用磨球主要使用性能为高的耐磨性和抗破碎性能。目前国内外65mm、80mm磨球广泛采用的磨球钢有两种，其中一种化学成分为：C为0.75～0.85％、Si为0.17～0.37％、Mn为0.7～1％、Cr为0.4～0.7％，所轧制磨球的韧性为4J～6J，抗破碎能力低，磨机中普遍存在较大尺寸的剥落掉块现象。另一种磨球钢的化学成分为：C为0.58～0.66％、Si为1.6～1.9％、Mn为0.65～0.88％、Cr为0.7～0.95％，淬透性过剩，所轧制磨球的硬度过高，并存在轧制磨球表面质量差，严重降低轧辊的使用寿命的问题。CN103498103A公布了“一种高淬透性大直径65MnCr磨球及其制备方法”，该磨球化学成分为C为0.55～0.75％、Si为0.1～0.5％、Mn为1～3％、Cr为0.5～1.5％、Al为0.01～0.1％、P≤0.1％、S≤0.01％和N≤0.01％，采用轧制工艺制成的磨球，其表面硬度较低，破碎率较高，难以满足实际工况需求。球磨机内的磨球由于不断磨损，尺寸逐渐变小，当尺寸减小到一定数值后（直径15mm～20mm范围），其磨矿作用消失。此时，如果硬度很高，芯部会成为“难磨颗粒”，将在磨机内滞留时间长，占用磨机有效空间，增大耗能，甚至还会造成对有效磨球和衬板的副作用磨损。另外，还会因冲击疲劳产生剥落掉块，形成的尖锐的“刀片”，如果从球磨机排出，还会割坏球磨机后部旋流器设备的橡胶内衬，影响系统运行。因此，磨球被磨损成小尺寸时，硬度应降低，应尽快磨损消失，同时由于硬度降低，提高了疲劳寿命，避免由于剥落掉块形成的尖锐“刀片”（ 现有技术生产的直径60mm～85mm磨球，表面硬度≥60HRC，有效工作层具有高硬度（56HRC以上），其微观组织主要为回火马氏体；当磨球磨损到直径15mm～20mm范围，硬度降低到45HRC～55HRC，其组织为回火马氏体+贝氏体或珠光体。磨球的体积硬度达到58HRC以上，落球次数>15000次）。因此，研究一种高高体积硬度软芯轧制磨球用钢、生产方法及磨球生产方法，是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高体积硬度软芯轧制磨球用钢、生产方法及磨球生产方法。
本发明解决其技术问题的高体积硬度软芯轧制磨球用钢成分技术方案是：
高体积硬度软芯轧制磨球用钢,其化学成分的质量百分数为C：0.6～0.7%、Si：0.5～0.6%、Mn：0.8～0.9%、Cr：0.4～0.6%、S≤0.025%、P≤0.025%，其余为Fe和其他不可避免的杂质。
本发明解决其技术问题的高体积硬度软芯轧制磨球用钢生产技术方案是：
高体积硬度软芯轧制磨球用钢的生产方法，其工艺步骤为：⑴首先根据高体积硬度软芯轧制磨球用钢的化学组成成分，在考虑合金元素合理损耗的情况下进行配料，⑵然后将配好的料采用转炉炼钢+LF精炼+RH真空处理+连铸的工艺，获得适合钢球轧制的连铸坯，⑶将连铸坯进行轧制获得直径与磨球公称直径相同的圆钢。
作为本发明高体积硬度软芯轧制磨球用钢的一种优选方案，所述的磨球的公称直径为60mm～85mm，所述的圆钢的直径为60mm～85mm，用于轧制60mm～85mm圆钢的连铸坯为280mm×320mm矩形坯或300mm×300mm的方坯或更大截面积的连铸坯。
本发明解决其技术问题的高体积硬度软芯轧制磨球的生产方法技术方案是：
高体积硬度软芯轧制磨球的生产方法，其工艺步骤为：⑴首先将圆钢加热到980～1080℃，⑵然后进入轧机轧制磨球，⑶轧制的磨球经过可调速度的输送装置，在790～830℃时进行轧后余热淬火，控制水中时间，使磨球出水后，对于直径75mm～85mm的磨球，返温达到120℃～140℃；对于直径60mm～75mm的磨球，返温达到130℃～150℃，经降温，进入连续回火炉回火，采用200℃～250℃连续回火1小时。
作为本发明高体积硬度软芯轧制磨球的生产方法的一种优选方案，所述的磨球直径为60mm～85mm，磨球1/4R处到磨球表面范围内的微观组织为回火马氏体+少量残余奥氏体，磨球芯部到1/4R范围内的微观组织为回火马氏体+贝氏体或珠光体；磨球平均体积硬度达到58HRC以上，磨球芯部到1/4R范围内硬度在45～55HRC。
本发明高体积硬度软芯磨球用钢各主要元素的作用和限定用量如下：
碳含量决定了淬火组织中马氏体的亚结构，在低碳、中碳范围内，当含碳量上升后，淬火后的硬度会显著提高；但当含碳含量超过0.6%后，这种提高作用会显著降低，同时钢的韧性也会逐渐下降。对于要求高硬度和高抗破碎性的磨球产品，过高的碳含量容易造成冲击疲劳破坏。因此，本发明钢的碳含量为0.6～0.7%。
硅作为钢中常用的元素，在目前已有磨球钢中没有得到合理设计。钢中添加适量的硅，可以配合其他合金元素提高钢的淬透性，但过高的硅含量，例如超过1%，提高淬透性作用降低，反而增大钢在高温加热下的脱碳倾向和过热倾向，提高高温变形抗力，对磨球生产并没有益处。因此，本申请的硅含量为0.5～0.6%。
锰是钢中提高淬透性最显著的廉价合金元素，也是磨球钢中最常用的合金元素。锰在磨球钢中添加量一般不超过1.2%，当锰含量过高时，容易造成偏析和增加开裂倾向，同时也会增加淬火过程中残余奥氏体量，使磨球的硬度降低。因此，本申请的锰含量为0.8～0.9%。
铬的添加主要配合硅、锰，提高钢的淬透性。添加适当的铬，可以减轻表面氧化脱碳倾向，添加铬还有助于提高磨球在湿磨条件下的耐腐蚀性。因此，本申请的铬含量为0.4～0.6%。
与目前普遍应用的从球芯到表面均为高硬度的磨球相比，本申请技术方案生产的磨球，在保证磨球具有有效工作层高硬度，即高体积硬度的前提下，保证了磨球具有高的耐磨性。同时，当磨球磨损到直径15mm～20mm范围时，由于硬度降低，避免了现有传统磨球在磨球直径较小时硬度过高所造成的“难磨颗粒”、在磨机内长时间滞留、占用磨机有效空间，增大耗能、尖锐的“刀片”割坏球磨机后部旋流器设备的橡胶内衬等问题，有效提高了磨矿效率。本专利技术在保证磨球具有有效工作层高硬度，即高体积硬度的前提下，降低芯部硬度，有效工作层磨损之后，磨球在磨机内磨损速度加快，避免了在磨球直径较小时硬度过高所造成的上述副作用。同时本申请高体积硬度软芯磨球用钢中含有少量的硅、锰、铬元素，具有较低的成本。
具体实施方式
实施例1
高体积硬度软芯轧制磨球用钢，采用转炉炼钢+LF精炼+RH真空处理+连铸，其熔炼后最终成分（组成按质量百分数）为C：0.65%、Si：0.55%、Mn：0.87%、Cr：0.51%、S：0.021%、P：0.017%，其余为Fe和其他不可避免的杂质。获得280mm×320mm矩形坯或300mm×300mm的方坯或更大截面积的连铸坯，轧制成直径80mm圆钢。将80mm圆钢由天然气加热炉加热到1000℃，由轧机轧制成Φ80mm球。然后磨球空冷至820℃后，水淬，回火250℃×60min。回火后磨球的硬度如表1所示。
实施例2
高体积硬度软芯轧制磨球用钢，采用转炉炼钢+LF精炼+RH真空处理+连铸，其熔炼成分（组成按质量百分数）为C：0.6%、Si：0.6%、Mn：0.83%、Cr：0.58%、S：0.022%、P：0.017%，其余为Fe和其他不可避免的杂质。获得280mm×320mm矩形坯或300mm×300mm的方坯或更大截面积的连铸坯，轧制成直径65mm圆钢。将65mm圆钢由天然气加热炉加热到980℃，由轧机轧制成Φ65mm球。然后磨球空冷至790℃后，水淬，回火200℃×60min。回火后磨球的硬度如表1所示。
实施例3
高体积硬度软芯轧制磨球用钢，采用转炉炼钢+LF精炼+RH真空处理+连铸，其熔炼成分（组成按质量百分数）为C：0.7%、Si：0.52%、Mn：0.89%、Cr：0.43%、S：0.018%、P：0.019%，其余为Fe和其他不可避免的杂质。获得280mm×320mm矩形坯或300mm×300mm的方坯或更大截面积的连铸坯，轧制成直径85mm圆钢。将85mm圆钢由天然气加热炉加热到1080℃，由轧机轧制成Φ85mm球。然后磨球空冷至830℃后，水淬，回火250℃×60min。回火后磨球的硬度如表1所示。
实施例4
高体积硬度软芯轧制磨球用钢，采用转炉炼钢+LF精炼+RH真空处理+连铸，其熔炼成分（组成按质量百分数）为C：0.69%、Si：0.5%、Mn：0.9%、Cr：0.4%、S：0.017%、P：0.017%，其余为Fe和其他不可避免的杂质。获得280mm×320mm矩形坯或300mm×300mm的方坯或更大截面积的连铸坯，轧制成直径75mm圆钢。将75mm圆钢由天然气加热炉加热到1050℃，由轧机轧制成Φ75mm球。然后磨球空冷至800℃后，水淬，回火210℃×60min。回火后磨球的硬度如表1所示。
实施例5
高体积硬度软芯轧制磨球用钢，采用转炉炼钢+LF精炼+RH真空处理+连铸，其熔炼成分（组成按质量百分数）为C：0.7%、Si：0.55%、Mn：0.9%、Cr：0.47%、S：0.008%、P：0.017%，其余为Fe和其他不可避免的杂质。获得280mm×320mm矩形坯或300mm×300mm的方坯或更大截面积的连铸坯，轧制成直径70mm圆钢。将70mm圆钢由天然气加热炉加热到1050℃，由轧机轧制成Φ70mm球。然后磨球空冷至800℃后，水淬，回火210℃×60min。回火后磨球的硬度如表1所示。
实施例6
高体积硬度软芯轧制磨球用钢，采用转炉炼钢+LF精炼+RH真空处理+连铸，其熔炼成分（组成按质量百分数）为C：0.61%、Si：0.58%、Mn：0.88%、Cr：0.6%、S：0.017%、P：0.009%，其余为Fe和其他不可避免的杂质。获得280mm×320mm矩形坯或300mm×300mm的方坯或更大截面积的连铸坯，轧制成直径80mm圆钢。将80mm圆钢由天然气加热炉加热到990℃，由轧机轧制成Φ80mm球。然后磨球空冷至820℃后，水淬，回火240℃×60min。回火后磨球的硬度如表1所示。
实施例7
高体积硬度软芯轧制磨球用钢，采用转炉炼钢+LF精炼+RH真空处理+连铸，其熔炼成分（组成按质量百分数）为C：0.62%、Si：0.5%、Mn：0.8%、Cr：0.6%、S：0.025%、P：0.016%，其余为Fe和其他不可避免的杂质。获得280mm×320mm矩形坯或300mm×300mm的方坯或更大截面积的连铸坯，轧制成直径85mm圆钢。将85mm圆钢由天然气加热炉加热到1030℃，由轧机轧制成Φ85mm球。然后磨球空冷至810℃后，水淬，回火210℃×60min。回火后磨球的硬度如表1所示。
实施例8
高体积硬度软芯轧制磨球用钢，采用转炉炼钢+LF精炼+RH真空处理+连铸，其熔炼成分（组成按质量百分数）为C：0.69%、Si：0.53%、Mn：0.81%、Cr：0.45%、S：0.017%、P：0.017%，其余为Fe和其他不可避免的杂质。获得280mm×320mm矩形坯或300mm×300mm的方坯或更大截面积的连铸坯，轧制成直径65mm圆钢。将65mm圆钢由天然气加热炉加热到1050℃，由轧机轧制成Φ65mm球。然后磨球空冷至790℃后，水淬，回火200℃×60min。回火后磨球的硬度如表1所示。
实施例9
高体积硬度软芯轧制磨球用钢，采用转炉炼钢+LF精炼+RH真空处理+连铸，其熔炼成分（组成按质量百分数）为C：0.60%、Si：0.55%、Mn：0.83%、Cr：0.43%、S：0.017%、P：0.017%，其余为Fe和其他不可避免的杂质。获得280mm×320mm矩形坯或300mm×300mm的方坯或更大截面积的连铸坯，轧制成直径60mm圆钢。将60mm圆钢由天然气加热炉加热到1050℃，由轧机轧制成Φ60mm球。然后磨球空冷至790℃后，水淬，回火220℃×60min。回火后磨球的硬度如表1所示。
实施例10
高体积硬度软芯轧制磨球用钢，采用转炉炼钢+LF精炼+RH真空处理+连铸，其熔炼成分（组成按质量百分数）为C：0.64%、Si：0.57%、Mn：0.86%、Cr：0.5%、S：0.017%、P：0.017%，其余为Fe和其他不可避免的杂质。获得280mm×320mm矩形坯或300mm×300mm的方坯或更大截面积的连铸坯，轧制成直径70mm圆钢。将70mm圆钢由天然气加热炉加热到1050℃，由轧机轧制成Φ70mm球。然后磨球空冷至790℃后，水淬，回火220℃×60min。回火后磨球的硬度如表1所示。
实施例11
高体积硬度软芯轧制磨球用钢，采用转炉炼钢+LF精炼+RH真空处理+连铸，其熔炼成分（组成按质量百分数）为C：0.65%、Si：0.5%、Mn：0.87%、Cr：0.4%、S：0.017%、P：0.017%，其余为Fe和其他不可避免的杂质。获得280mm×320mm矩形坯或300mm×300mm的方坯或更大截面积的连铸坯，轧制成直径60mm圆钢。
将60mm圆钢由天然气加热炉加热到1050℃，由轧机轧制成Φ60mm球。然后磨球空冷至800℃后，水淬，回火230℃×60min。回火后磨球的硬度如表1所示。
实施例12
高体积硬度软芯轧制磨球用钢，采用转炉炼钢+LF精炼+RH真空处理+连铸，其熔炼成分（组成按质量百分数）为C：0.68%、Si：0.58%、Mn：0.82%、Cr：0.45%、S：0.017%、P：0.017%，其余为Fe和其他不可避免的杂质。获得280mm×320mm矩形坯或300mm×300mm的方坯或更大截面积的连铸坯，轧制成直径60mm圆钢。将60mm圆钢由天然气加热炉加热到1050℃，由轧机轧制成Φ60mm球。然后磨球空冷至810℃后，水淬，回火220℃×60min。回火后磨球的硬度如表1所示。
表1 高体积硬度软芯磨球产品性能
上面对本申请进行了示例性描述，显然本申请具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.高体积硬度软芯轧制磨球用钢，其特征在于，其化学组成成分的质量百分数为：C：0.6～0.7%、Si：0.5～0.6%、Mn：0.8～0.9%、Cr：0.4～0.6%、S≤0.025%、P≤0.025%，其余为Fe和其他不可避免的杂质。
2.权利要求所述的高体积硬度软芯轧制磨球用钢的生产方法，其特征在于，其工艺步骤为：⑴首先根据高体积硬度软芯轧制磨球用钢的化学组成成分，在考虑合金元素合理损耗的情况下进行配料，⑵然后将配好的料采用转炉炼钢+LF精炼+RH真空处理+连铸的工艺，获得适合钢球轧制的连铸坯，⑶将连铸坯进行轧制获得直径与磨球公称直径相同的圆钢。
3.根据权利要求2所述的高体积硬度软芯轧制磨球用钢的生产方法，其特征在于，所述的磨球的公称直径为60mm～85mm，所述的圆钢的直径为60mm～85mm，用于轧制60mm～85mm圆钢的连铸坯为280mm×320mm矩形坯或300mm×300mm的方坯。
4.高体积硬度软芯轧制磨球的生产方法，其特征在于，其工艺步骤为：⑴首先将圆钢加热到980～1080℃，⑵然后进入轧机轧制磨球，⑶轧制的磨球在790～830℃时进行轧后余热淬火，再将淬火后的磨球加热至200℃～250℃进行连续低温回火1小时。
5.根据权利要求4所述的高体积硬度软芯轧制磨球的生产方法，其特征在于，所述的磨球直径为60mm～85mm，磨球1/4R处到磨球表面范围内的微观组织为回火马氏体+少量残余奥氏体，磨球芯部到1/4R范围内的微观组织为回火马氏体+贝氏体或珠光体；磨球平均体积硬度达到58HRC以上，磨球芯部到1/4R范围内硬度在45～55HRC。
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