CN101792889B

CN101792889B - 一种中碳多元合金化耐磨热轧圆钢及其制造方法

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Publication number: CN101792889B
Application number: CN2010101347853A
Authority: CN
Inventors: 翟正龙; 戈文英; 徐锡坤; 庄辉; 房宽军; 秦东; 周艳丽; 申景霞; 王学利; 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: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: CN101792889A

Abstract

本发明涉及一种中碳多元合金化耐磨热轧圆钢及其制造方法，钢的组成按重量百分数为：C 0.55～0.65％，Si 0.20～0.37％，Mn 0.75～0.90％，Cr 0.85～1.20％，V0.03～0.20％，Mo 0.05～0.20％，Ti 0.010～0.060％，P 0.005～0.025％，S0.001～0.020％，Cu 0.01～0.20％，Ni 0.01～0.20％，Al 0.010～0.060％，余为Fe和不可避免的杂质。制造时电炉冶炼终点[C]≥0.30％、P≤0.015％，钢水温度达1630～1670℃出钢；LF炉外精炼，采用连铸浇注铸坯，控制连铸中间包钢水温度为1500～1520℃，连铸拉坯速度为0.55～0.75m/min，钢坯在加热炉的均热温度为1200～1220℃，加热时间为2.5～3h。本发明的钢质量稳定，具有不易破损、使用寿命长等优点，适于用滚轧工艺生产高应力冲击磨料磨损条件下的磨球。

Description

一种中碳多元合金化耐磨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，具体涉及一种中碳多元合金化耐磨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。在国外，中、低合金耐磨钢多为Cr、Mo或Cr、Ni、Mo系合金钢，我国曾有一段时间着力开发符合我国合金资源情况的Si、Mn系合金钢，其典型钢种是30Si2Mn。但随着技术研究及生产实践中的不断创新，人们逐渐认识到采用多元合金化是提高耐磨钢淬透性、强韧性、硬度和耐磨性的行之有效的方法。因此，近年来，中、低合金耐磨钢大多采用多元合金化的途径。我国在20世纪80年代之后在这方面取得了一系列成果。较典型的耐磨钢种是30CrMnSiMoNi、Cr5Mo钢，用于制造球磨机衬板、磨球以及锤破机锤头等典型耐磨件，取得了良好的使用效果。这一时期还有关于V、Ti、Nb、Re、B等微量元素在耐磨钢中的应用研究，进一步提高了耐磨钢的综合性能和使用寿命。

CN1626695A公开了一种高硬度高韧性易火焰切割的耐磨钢板，其特征在于：该钢板含有铁和下述重量百分比的添加元素：0.10％～0.17％C，0.05％～0.55％Si，0.80％～1.60％Mn，0.01％～0.10％Nb，0.005％～0.03％Ti，0.0005％～0.003％B，0.05％～1.0％Cr，另外还可以含有至少一种选自下组的添加元素：0.05％～0.8％Ni，0.05％～0.60％Mo，0.01％～0.06％Al，0.05％～0.50％Cu，0.01％～0.10％V，0.00001％～0.006％Ca，0.00001％～0.02％REM，0.00001.％～0.006％Mg。采用轧后在线直接冷却淬火或者轧后离线淬火工艺，以至少10℃/秒的冷速从不低于Ar3转变点的温度淬火至至少低至Ms转变点的淬火终了温度。获得了硬度HB≥320，冲击韧性Akv-40℃≥30J。上述发明碳含量为低碳钢耐磨钢板，采用Mn、Cr、Nb、Ti等多元合金化方式。本发明是热轧圆钢，碳含量设计在中碳范围，碳含量高，保证了钢的硬度和耐磨性，是一种低廉的磨球用钢。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种中碳多元合金化耐磨热轧圆钢，是一种球磨机工况为高应力冲击磨料磨损条件下的磨球用钢，本发明还提供该钢的制造方法。

术语说明：高应力冲击磨料磨损，又称研磨磨料磨损，即研磨应力超过被磨矿物的抗压强度。

本发明的技术方案如下：

一种高应力冲击磨料磨损条件下的磨球用钢，其特征在于，是一种中碳多元合金化耐磨热轧圆钢，其组成按质量百分数为：

C：0.55～0.65％，Si：0.20～0.37％，Mn：0.75～0.90％，Cr：0.85～1.20％，V：0.03～0.20％，Mo：0.05～0.20％，Ti：0.010～0.060％，P：0.005～0.025％，S：0.001～0.020％，Cu：0.01～0.20％，Ni：0.01～0.20％，Al：0.010～0.060％，余为Fe和不可避免的杂质。

本发明的技术特点之一在于采用多元合金化成分设计。碳含量对冲击韧度和硬度的影响较大，针对高应力冲击磨料磨损，为满足硬度和冲击性能的合理匹配，设计C：0.55～0.65％；为提高钢的淬透性，采用Mn、Cr搭配合金化，设计Mn：0.75～0.90％，Cr：0.85～1.20％，Cr作为碳化物形成元素，形成高硬度的颗粒状碳化物，有利于提高钢的硬度；Mo能显著提高钢的淬透性，与Cr、Mn等导致回火脆性的元素合理搭配，能抑制或降低钢的回火脆性；设计Mo：0.05～0.20％；微量合金元素V、Ti加入主要是为了细化晶粒，提高钢的综合性能和耐磨性能。

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

C：0.55～0.62％，Si：0.20～0.35％，Mn：0.80～0.90％，Cr：1.00～1.10％，V：0.03～0.10％，Mo：0.05～0.10％，Ti：0.010～0.060％，P：0.005～0.025％，S：0.001～0.020％，Cu：0.01～0.20％，Ni：0.01～0.20％，Al：0.020～0.050％，余为Fe和不可避免的杂质。

最优选的，钢的组成按重量百分数为：

C：0.55～0.60％，Si：0.25～0.28％，Mn：0.85～0.90％，Cr：1.05～1.10％，V：0.08～0.10％，Mo：0.08～0.10％，Ti：0.040～0.060％，P：0.010～0.015％，S：0.006～0.09％，Cu：0.05～0.0.06％，Ni：0.04～0.05％，Al：0.035～0.045％，余为Fe和不可避免的杂质。

本发明的技术特点之二在于合理的生产工艺，保证钢的性能质量。

本发明的中碳多元合金化耐磨钢的制备方法，钢的化学成分设计要求如上所述，包括以下步骤：

(1)冶炼及合金化

采用电炉冶炼，终点[C]≥0.30％、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，白渣保持时间大于20-30min；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1500～1520℃，连铸拉坯速度为0.55～0.75m/min，以保证铸坯质量。

(3)轧制

采用热轧工艺将钢坯轧制成圆钢，控制钢坯在加热炉的均热温度为1200～1220℃，加热时间为2.5～3h，开轧温度1080～1120℃，终轧温度850～1000℃。轧成制热轧圆钢。

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。

本发明的产品是热轧圆钢，可适用于先进的滚轧工艺生产大规格磨球，磨球直径φ90～φ150mm。商品牌号为B3钢。

与现有技术相比，本发明的技术方案的优良效果如下：

1.本发明钢成分设计采用中碳、多元合金化方式提高钢的硬度、耐磨性和耐冲击性能，

2.本发明钢具有高淬透性、高硬度、高耐磨性以及良好的综合性能，钢经热处理后强韧性良好，其使用特点是不断裂、不变形、耐磨损，采用发明钢生产的磨球适于应用在高冲击磨料磨损工况。

3.采用热轧工艺将本发明钢轧制成圆钢，适用于国内先进滚轧工艺生产大规格磨球，由于本发明钢具有良好的淬透性，利用滚轧工艺余热淬火即可获得良好性能。与传统铸造或锻造工艺生产磨球相比，具有生产效率高，能耗低的优点。

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。

本发明中碳多元合金化耐磨钢是采用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，加热轧制成材工艺生产钢材。实施例是以Φ110mm规格钢材的生产工艺来具体说明本发明是如何实施的。

中碳多元合金化耐磨钢的生产工艺步骤为：

(1)冶炼及合金化：采用电炉冶炼，终点[C]≥0.30％、P≤0.015％，残余元素含量符合设计要求，且钢水温度达到1650～1660℃出钢；LF炉外精炼，精炼渣碱度3.2，白渣保持时间20min；VD真空脱气处理，真空度65Pa保持时间12分钟，VD后软吹氩时间12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1510～1520℃，连铸拉坯速度为0.65～0.71m/min，保证铸坯质量。

(3)轧制：采用热轧工艺，钢坯在加热炉的均热温度为1200～1210℃，加热时间为2.8～3h，开轧温度1100～1120℃，终轧温度960～980℃。

具体工艺参数见表1和表2。表1是实施例中碳多元合金化耐磨钢化学成分，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：中碳多元合金化耐磨钢实施例化学成分(质量，％)

实施例	C	Si	Mn	Cr	V	Mo	Al	Ti	P	S	Cu	Ni	Fe
														1	0.56	0.27	0.85	1.05	0.09	0.10	0.040	0.05	0.011	0.008	0.05	0.04	余量
2	0.59	0.25	0.89	1.10	0.10	0.09	0.045	0.04	0.010	0.009	0.05	0.05	余量
														3	0.60	0.28	0.90	1.10	0.08	0.08	0.035	0.06	0.012	0.006	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	1515	0.65	1200	2.9	1110	960
2	1510	0.69	1210	2.8	1100	970
							3	1520	0.71	1210	3.0	1120	980

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φ90，φ120mm，φ150mm。利用余热淬火后水冷却后保温，测试磨球的不同半径位置的硬度，热处理制度：830℃/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
						φ90	66	66	65	64	63.5
φ120	66	65.5	65	64.5	64
						φ150	65.5	65.5	64.5	64	63.5

Claims

1.一种高应力冲击磨料磨损条件下的磨球用钢，其特征在于，是一种中碳多元合金化耐磨热轧圆钢，其组成按质量百分数为：

C：0.55～0.60％，Si：0.25～0.30％，Mn：0.85～0.90％，Cr：1.05～1.10％，V：0.08～0.10％，Mo：0.08～0.10％，Ti：0.040～0.060％，P：0.010～0.015％，S：0.006～0.09％，Cu：0.05～0.06％，Ni：0.04～0.05％，Al：0.035～0.045％，余为Fe和不可避免的杂质。

2.权利要求1所述磨球用钢的制备方法，包括以下步骤：

(1)冶炼及合金化

采用电炉冶炼，终点[C]≥0.30％、P≤0.015％，钢水温度达到1630～1670℃出钢；LF炉外精炼，精炼渣碱度3.0-3.5，白渣保持时间大于20-30min；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1500～1520℃，连铸拉坯速度为0.55～0.75m/min；

(3)轧制

采用热轧工艺将钢坯轧制成圆钢，控制钢坯在加热炉的均热温度为1200～1220℃，加热时间为2.5～3h，开轧温度1080～1120℃，终轧温度850～1000℃；轧制成热轧圆钢。

3.权利要求1所述磨球用钢的应用，用于滚轧工艺生产大规格磨球，磨球直径φ90～150mm。