CN101792885B

CN101792885B - 一种高碳锰铬磨球用热轧圆钢及其制造方法

Info

Publication number: CN101792885B
Application number: CN201010134775XA
Authority: CN
Inventors: 翟正龙; 戈文英; 房宽军; 申景霞; 徐锡坤; 秦东; 孙丰军; 马丙涛; 卢栋; 卢爱风
Original assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: CN101792885A

Abstract

本发明涉及一种高碳锰铬磨球用热轧圆钢及其制造方法，钢的组成按质量百分数为：C 0.75～0.85％，Si 0.17～0.35％，Mn 0.70～0.90％，Cr 0.40～0.60％，S0.001～0.020％，Cu 0.01～0.20％，Ni 0.01～0.20％，Al 0.010～0.060％，P0.005～0.025％，余为Fe和不可避免的杂质。制造方法包括冶炼及合金化、浇注、轧制，电炉冶炼终点[C]≥0.40％、P≤0.015％，钢水温度达到1630～1670℃出钢；采用连铸浇注铸坯，控制连铸中间包钢水温度为1480～1495℃，连铸拉坯速度为0.90～1.25m/min，钢坯在加热炉的均热温度为1180～1220℃，开轧温度1080～1140℃，终轧温度850～1000℃。所得磨球用钢用于滚轧工艺生产中小规格磨球，本发明钢具有高强度、高硬度、高耐磨性特点。

Description

一种高碳锰铬磨球用热轧圆钢及其制造方法

技术领域

本发明属于合金结构钢技术领域，具体涉及一种球磨机磨球用热轧圆钢及其制造方法。

背景技术

耐磨材料的使用遍布冶金、矿山、建材、火电及机械行业的各个部门，种类多，数量大。高锰钢耐磨件是长期以来普遍使用的磨球用料，已被国外淘汰的高锰钢耐磨件占据我国使用量的很大比例，但在冲击工况不大的情况下，其耐磨性和寿命得不到充分发挥，也即在低应力冲击磨料磨损条件下，高锰钢耐磨件不能发挥材料性能优势，增加了不必要的生产成本。

因此，根据磨损工况实际需要研究开发新型耐磨材料具有十分重要的意义。谢敬佩等著《耐磨铸钢及熔炼》一书表明中、高碳低合金耐磨钢和中、高碳中合金耐磨钢的研发逐渐替代高锰钢应用于中低冲击或无冲击的磨损工况，并显示了良好的使用性能。例如ZG50SiMn2Mo耐磨钢是针对冶金、水泥等行业使用的球磨机、破碎机的磨球、锤头等耐磨件的新型耐磨材料，该钢有下列百分比的元素组成：0.4～0.6％C，1.5～2.0％Si，2.0～3.0％Mn，0.2～0.5％Mo，微量B、V、RE，余量为Fe和不可避免的杂质；该钢铸造在大于850℃取出空冷后得到以贝氏体为主的组织，是一种Mn-B系贝氏体耐磨铸钢。ZG30CrMn2SiREB马氏体耐磨铸钢是针对非强烈冲击工况而研制的一种代替高锰钢的新型耐磨材料，是一种Cr-Mn-Si系钢，该钢有下列百分比的元素组成：0.27～0.33％C，0.8～1.1％Si，1.0～1.5％Mn，0.8～1.2％Cr，0.1～0.15％RE，0.005～0.007％B，余量为Fe和不可避免的杂质。ZG50SiMn2Mo耐磨钢设计主要是采用成分设计实现空冷后得到贝氏体组织，但是这种成分设计成本高；ZG30CrMn2SiREB马氏体耐磨铸钢碳含量不高，有足够的韧性储备，适于磨料硬度中等的耐磨件。本发明是一种高碳锰铬新型耐磨材料，碳含量高，钢的硬度高，耐磨性好，采用锰铬搭配合金化，钢具有优良的淬透性，适于磨料硬度高的耐磨件。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种球磨机工况为低应力冲击磨料磨损条件下的磨球专用钢，本发明还提供该磨球专用钢的制造方法。

术语说明：低应力冲击磨料磨损，又称刮伤磨料磨损或冲刷磨损，即研磨应力不超过被磨矿物的抗压强度。

本发明的技术方案如下：

一种低应力冲击磨料磨损条件下的磨球用钢，其特征在于，是一种高碳锰铬热轧圆钢，钢的组成按质量百分数为：

C：0.75～0.85％，Si：0.17～0.35％，Mn：0.70～0.90％，Cr：0.40～0.60％，S：0.001～0.020％，Cu：0.01～0.20％，Ni：0.01～0.20％，Al：0.010～0.060％，P：0.005～0.025％，余为Fe和不可避免的杂质。

本发明的技术特点之一在于成分的优化设计，为了有足够的硬度和较好的耐磨性，同时承受一定的冲击载荷，设计C：0.75～0.85％；为提高钢的淬透性，采用Mn、Cr搭配合金化，设计Mn：0.70～0.90％，Cr：0.40～0.60％，Cr作为碳化物形成元素，形成的合金渗碳体并部分溶入固溶体，强化基体。

在上述优化设计基础上，为保证钢的性能稳定一致，进一步优选的，钢的组成按质量百分数为：

C：0.75～0.82％，Si：0.17～0.30％，Mn：0.75～0.85％，Cr：0.45～0.55％，P：0.005～0.025％，S：0.001～0.020％，Cu：0.01～0.10％，Ni：0.01～0.10％，Al：0.010～0.040％，余为Fe和不可避免的杂质。

最优选的，钢的组成按质量百分数为：

C：0.79-0.81％，Si：0.20-0.25％，Mn：0.80-0.83％，Cr：0.51-0.55％，P：0.010-0.012％，S：0.005-0.008％，Al：0.028-0.035％，Cu：0.05-0.06％，Ni：0.04-0.05％，余为Fe和不可避免的杂质。

本发明的特点之二在于合理的生产工艺，以确保钢的性能质量。本发明提供以下优选的工艺步骤及条件，所述的百分比按本领域惯例均为质量百分比：

一种本发明上述磨球用钢的制备方法，钢的化学成分设计要求如上所述，包括冶炼及合金化、浇注、轧制，优选工艺步骤及条件如下：

(1)冶炼及合金化

采用电炉冶炼，终点[C]≥0.40％、P≤0.015％，残余元素含量符合设计要求，且钢水温度达到1630～1670℃出钢；

LF炉外精炼，精炼渣碱度3.0-3.5，白渣保持时间15-20min；

VD真空脱气处理，真空度小于67Pa保持时间12-15分钟，VD后软吹氩时间10-15分钟。

(2)浇注

采用连铸浇注铸坯，控制连铸中间包钢水温度为1480～1495℃，连铸拉坯速度为0.90～1.25m/min，以保证铸坯质量。

(3)轧制

钢坯在加热炉的均热温度为1180～1220℃，加热时间为2.5～3.2h，开轧温度1080～1140℃，终轧温度850～1000℃。制得热轧圆钢。

本发明的产品是热轧圆钢，适用于滚轧工艺生产中小规格磨球，磨球直径φ10～100mm。

以上制备方法中未加限定的工艺条件均可参照本领域常规技术。

与现有技术相比，本发明的技术方案有下列优点：

1.本发明钢是一种热轧圆钢，牌号为B2，适用于滚轧工艺生产磨球。与传统铸造工艺生产磨球相比，具有生产效率高，能耗低的优点。

2.本发明钢成分设计采用高碳提高钢的硬度和耐磨性，采用Mn、Cr搭配合金化提高钢的淬透性，提高了钢的使用性能和寿命，具有成本低廉的优点。

3.本发明钢具有高强度、高硬度、高耐磨性特点。

具体实施方式

下面结合实施例来具体说明本发明的技术方案，但不限于此。

本发明高碳锰铬磨球用钢是采用UHP(超过功率电炉)，LF(炉外精炼)，VD真空脱气处理工艺冶炼，连铸浇注铸坯，热轧制成材工艺生产。实施例是以Φ50mm规格钢材的生产工艺来具体说明本发明是如何实施的。

高碳锰铬磨球用钢(牌号为B2)的生产工艺步骤如下：

(1)冶炼及合金化

电炉冶炼，终点[C]≥0.40％、P≤0.015％，残余元素含量符合设计要求，且钢水温度达到1630～1670℃出钢；LF炉外精炼，精炼渣碱度3.2，白渣保持时间16min；VD真空脱气处理，真空度65Pa保持时间15分钟，VD后软吹氩时间15分钟。

(2)浇注

采用连铸浇注铸坯，控制连铸中间包钢水温度为1483～1490℃，连铸拉坯速度为1.05-1.2m/min。

(3)轧制

钢坯在加热炉的均热温度为1190～1210℃，加热时间为2.7～3.1h，开轧温度1100～1120℃，终轧温度950～980℃。

具体工艺参数见表1和表2。表1是实施例高碳锰铬磨球用钢化学成分，表2是连铸中间包钢水温度、拉坯速度、钢坯加热温度、时间及轧制温度。

表1：高碳锰铬磨球用钢实施例化学成分(质量，％)

实施例	C	Si	Mn	Cr	P	S	Al	Cu	Ni	Fe
											1	0.80	0.20	0.80	0.51	0.010	0.005	0.028	0.05	0.04	余量
2	0.81	0.21	0.82	0.53	0.012	0.008	0.030	0.05	0.05	余量
											3	0.79	0.25	0.83	0.55	0.011	0.006	0.035	0.06	0.04	余量

表2：连铸中间包钢水温度、拉坯速度、钢坯加热温度、时间及轧制温度

实施例	连铸中间包钢水温度，℃	连铸拉坯速度，m/min	钢坯均热温度，℃	加热时间，h	开轧温度，℃	终轧温度，℃
							1	1483	1.15	1210	3.1	1120	950
2	1489	1.05	1200	2.7	1100	980
							3	1490	1.20	1190	3.0	1110	960

应用情况如下：

将实施例1-3的圆钢采用滚轧工艺生产大规格磨球，磨球直径分别为φ20，φ50mm，φ100mm。利用轧制后在线余热淬火处理后水冷却入保温箱，对生产的磨球测试不同位置的硬度，热处理制度：810℃/水淬+200℃回火，有关数据列于表3。

表3：不同规格直径磨球的物理指标数据情况

磨球直径，mm	距离表面2mm硬度，HRC	3/4半径硬度，HRC	1/2半径硬度，HRC	1/4半径硬度，HRC	心部硬度，HRC
						φ20	62	62	61.5	61.5	60
φ50	62	62	61	61	59.5
						φ100	61	61.5	61.5	60	59

Claims

1.一种低应力冲击磨料磨损条件下的磨球用钢，钢的组成按质量百分数为：

C：0.79-0.81％，Si：0.20-0.25％，Mn：0.80-0.83％，Cr：0.51-0.55％，P：0.010-0.012％，S：0.005-0.008％，Al：0.028-0.035％，Cu：0.05-0.06％，Ni：0.04-0.05％，余为Fe和不可避免的杂质；

是按以下方法制备的，包括冶炼及合金化、浇注、轧制，其中，

(1)采用电炉冶炼，终点[C]≥0.40％、P≤0.015％，残余元素含量符合设计要求，且钢水温度达到1630～1670℃出钢；

LF炉外精炼，精炼渣碱度3.0-3.5，白渣保持时间15-20min；

VD真空脱气处理，真空度小于67Pa保持时间12-15分钟，VD后软吹氩时间10-15分钟；

(2)采用连铸浇注铸坯，控制连铸中间包钢水温度为1480～1495℃，连铸拉坯速度为0.90～1.25m/min；

(3)钢坯在加热炉的均热温度为1180～1220℃，加热时间为2.5～3.2h，开轧温度1080～1140℃，终轧温度850～1000℃，制得热轧圆钢。

2.权利要求1所述磨球用钢的应用，用于滚轧工艺生产中小规格磨球，磨球直径φ10～100mm。