CN101906589A

CN101906589A - 一种强耐磨、耐冲击合金钢球用钢

Info

Publication number: CN101906589A
Application number: CN 201010230329
Authority: CN
Inventors: 王忠英; 张银生; 尹修刚; 陆萍; 吴亚平; 袁敏
Original assignee: Jiangsu Shagang Group Huaigang Special Steel Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Shagang Group Huaigang Special Steel Co Ltd
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2010-12-08

Abstract

本发明公开了一种强耐磨、耐冲击合金钢球用钢，其化学成分wt％为：C0.68-0.84％，Si0.10-0.40％，Mn 0.68-0.88％，Cr 0.40-0.60％，Ni≤0.25％，S≤0.030％，P≤0.030％，Cu≤0.25％，余为Fe。本发明在大大降低Si和Cr含量的基础上，通过C、Mn含量的适当调整，不仅节约了Si和Cr，降低了材料的成本，而且使得钢的耐磨性能、耐冲击性能得到大幅度提高。同时使钢的冶炼工艺性能好，生产过程稳定，钢坯不会出现裂纹、夹杂及严重的缩孔、疏松等缺陷，提高了材料的塑性，不会导致钢球在淬火过程中的开裂现象发生。

Description

一种强耐磨、耐冲击合金钢球用钢

技术领域：

本发明涉及钢铁行业中的合金钢，具体涉及强耐磨、耐冲击的钢球用钢。

背景技术：

随着国内外矿山、建筑、冶金、化工、陶瓷、能源、电厂和水泥等行业的发展，市场对各类研磨材料的需求量日益加大，钢球作为一种优良的研磨材料广泛应用于以上诸行业的粉体制备与超细粉深加工。近年来，钢球用钢在国内外市场占有的份额越来越大，并且随着球磨机的大型化趋势，钢球的工作环境更加恶劣，用户对钢球用钢的性能要求也越来越苛刻，钢球用钢正在逐步向高技术含量、高附加值的方向发展。据统计，目前我国国内球磨钢球年需求量约为150万吨；欧美、日本、澳大利亚以及东南亚一带是钢球的高消耗地区，仅澳大利亚以及东南亚一带的年需求量就在500万吨左右。而钢球行业属劳动密集型产业，工人劳动强度大，欧美、日本、澳大利亚一带劳动力资源严重不足，这些国家的钢球产品主要依靠进口，这就为我国的钢球产品提供了广阔的国际市场。球磨钢球庞大的国内、国际市场极大的带动了我国钢球用钢的发展。这不仅给我国带来了经济效益，同时也缓解了国内的剩余劳动力就业问题和钢铁产能膨胀问题所带来的社会压力。

因此，开发生产钢球用钢具有很好的经济效益和社会效益，有着广阔的市场前景。

目前，国内使用的钢球用钢有高Si高Cr合金钢(如对比钢1)和碳素钢(如对比钢2)，高Si高Cr合金钢的钢球其耐磨、耐冲击性能均优于碳素钢钢球，使用寿命一般都在10-13周(碳素钢钢球耐磨性能差，使用寿命仅5周左右)，但由于Si和Cr的用量较大，材料成本较高，同时，由于Si的含量高，其冶炼工艺性能差，在浇铸过程中很难控制，经常会发生水口失控的情况，不仅影响浇铸的速度，而且导致钢水纯净度差，钢坯会出现裂纹、夹杂及严重的缩孔、疏松等缺陷。

钢球的制造工艺为：棒材下料→加热→轧/锻球→钢球预热淬火→低温回火。对于大断面钢球在淬火过程中极易产生淬火和回火裂纹，一旦产生这种缺陷，钢球必须报废，因而会大幅度地增加成本，降低生产效率，因此，还由于对比钢中(对比钢1)Si含量较高，大大提高了材料的屈强比，降低了材料的塑性，因此钢球在淬火过程中更容易开裂。提高材料的塑性，并提供一种热处理后具有较高的耐磨、耐冲击性能的材料是本钢种设计的关键。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种强耐磨、耐冲击合金钢球用钢，其耐磨、耐冲击性能优越，冶炼工艺性能好、成本低。

本发明通过以下技术方案实现：

一种强耐磨、耐冲击合金钢球用钢，其特征在于它的化学成分wt％为：C0.68-0.84％，Si0.10-0.40％，Mn 0.68-0.88％，Cr 0.40-0.60％，Ni≤0.25％，S≤0.030％，P≤0.030％，Cu≤0.25％，余为Fe。

本发明进一步改进方案是，一种强耐磨、耐冲击合金钢球用钢，其特征在于它的化学成分wt％为：C 0.75-0.82％，Si0.30-0.32％，Mn 0.75-0.82％，Cr0.50-0.55％，Ni≤0.04％，S≤0.006％，P≤0.015％，Cu≤0.03％，余为Fe。

表1目前国内使用的钢球用钢和本发明的成分对比(重量比％)

元素	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu
									对比钢1	0.60	1.70	0.60	0.015	0.005	0.80	0.02	0.01
对比钢2	0.64	0.22	0.59	0.012	0.024	0.04	0.03	0.08
									本发明	0.76	0.26	0.75	0.012	0.004	0.50	0.02	0.01

本发明是在常规的转炉或电炉中熔炼后，在精炼装置中进行精炼，在精炼后期进行钡微合金化及终脱氧。精炼成分调整完成后，采用RH/VD进行脱气和去除夹杂物，也可以在LF精炼前采用RH/VD进行脱气和去除夹杂物。本发明通过RH/VD工艺，可显著提高钢的洁净度，从而显著提高钢的強韧性，提高材料的疲劳寿命，并通过采用转炉冶炼降低能耗，节约成本。

下面具体说明本发明一种强耐磨、耐冲击合金钢球用钢化学成分的限定理由。

C：C能与多种元素一起形成不同的碳化物，并显著提高钢的强度，同时又可以提高钢的淬透性和淬硬性，但也使钢的塑性恶化。C是提高钢的淬透性和淬硬性及提高钢的强度和韧性的最廉价元素。如果C含量低于0.68％，材料的硬度和耐磨性能均达不到客户使用要求。如果C含量高于0.84％，按照本发明方案，材料的塑性指标及淬火时的裂纹倾向性大幅度提高，耐冲击性能也大大下降，所以本钢种C含量取0.68-0.84％。对比钢1的C含量均为0.58％-0.66％，使钢的淬硬性大大的降低，所以只能通过大幅度提高钢的Si和Cr含量来提高材料的耐磨性能；而对比钢2的C含量范围也为0.58-0.66％，同样使钢的淬硬性大大的降低，同时又未采用别的元素进行合金化，所以采用该材料制作的钢球耐磨性能大大降低，导致钢球的寿命大幅度缩短(寿命只有3-5周)，间接提高了使用成本。这是本发明的一大创新点。

Si：在钢中不形成碳化物，而是以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体中。它提高钢中固溶体的强度和冷加工变形硬化率的作用极强，仅次于P，但同时也在一定程度上降低钢的韧性和塑性。Si易使钢呈带状组织，因而使钢材的横向性能低于纵向性能。尤其是在共析、过共析钢中，Si虽然也提高钢的淬透性，但由于Si含量高了，易于产生石墨化现象和增加表面的脱碳倾向，同时高的Si含量对钢中碳化物的硬度和钢的耐磨性并没有多大的改善，反而因为石墨化的出现，降低了钢的塑性和耐冲击性能及淬硬性，因此仅用Si提高共析钢和过共析钢淬透性的办法没有实际的意义。所以本发明按照钢球使用的各项性的要求，适当采用低的Si含量。所以Si取值范围为：0.10-0.40％。与对比钢1相比，这是本发明的一个显著的创新点。

Mn：Mn和铁形成固溶体，提高铁素体和奥氏体的强度和硬度；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。Mn在钢中由于降低钢的临界转变温度，所以起到细化珠光体的作用，也间接起到提高珠光体强度的作用；它使钢形成和稳定奥氏体组织的能力仅次于Ni；它也强烈增加钢的淬透性。当Mn含量低于0.68％时，材料的淬硬性能均很难达到钢球用钢的使用要求，当Mn含量高于0.88％时，大大增加了材料的淬火裂纹倾向，所以Mn含量确定为0.68-88％。

Cr：Cr和铁能形成连续固溶体，和多种碳化物，能显著提高材料的淬透性，同时能提高钢的抗腐蚀和耐磨性。但Cr亦增加钢的回火脆性。Cr含量的增加对钢退火后的强度和硬度提高的比较缓慢。这是因为Cr对于固溶强化铁素体本来就是很弱的元素，当退火时，一部分Cr又形成碳化物，致使固溶于铁素体中的Cr减少，所以退火后对提高钢的强度表现的较弱。考虑到钢的使用性能及成本，所以确定Cr含量为0.400.60％。对比钢1的范围为0.70-0.90％，所取得的效果和本发明所述的钢种一致；而对于对比钢2，由于没有使用该元素进行合金化，所以钢的耐磨性能大大减低，从而钢球的寿命大大缩短。所以，这也是本发明的一个创新点。

残余元素P、S、Cu、Ni等，上述元素都是作为杂质元素存在，只要控制不超过上限即可保证材料的使用性能，这里不再一一叙述。

按照本发明生产的钢球用钢，具有强的耐磨性能，制作的钢球经过780-820℃水淬火，180-220℃水回火，钢球从8米高度连续使钢球做自由落体运动30小时的方法来检验钢球的耐冲击性能，得到的冲击性能良好，而且钢球的耐磨寿命长(经使用证明，本发明的钢球，使用寿命为10-13周)。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本发明在大大降低Si和Cr含量的基础上，通过C、Mn含量的适当调整，在淬火和低温回火的条件下，使材料的耐磨性能得到大幅度提升，满足了客户的使用要求。同时，由于降低了Si的含量，一是使钢的冶炼工艺性能好，生产过程稳定，钢坯不会出现裂纹缺陷。二是降低了材料的屈强比，提高了材料的塑性，因此不会导致钢球在淬火过程中的开裂现象发生。

(2)本发明通过C、Mn含量的适当调整，采用最廉价的C元素来强化合金钢，不仅节约了Si和Cr，大大降低了材料的成本(吨钢成本降低80元左右)，而且使得钢的耐磨性能、耐冲击性能得到大幅度提高。

具体实施方式：

实施例1

取C 0.82％，Si0.32％，Mn 0.82％，Cr 0.55％，Ni 0.02％，S 0.004％，P 0.012％，Cu 0.03％，余为Fe。在常规的转炉或电炉中熔炼后，在精炼装置中进行精炼，在精炼后期进行钡微合金化及终脱氧。精炼成分调整完成后，采用RH/VD进行脱气和去除夹杂物，也可以在LF精炼前采用RH/VD进行脱气和去除夹杂物。

φ100mm棒材，热轧成钢球，钢球780-820℃水淬火，180-220℃水回火，钢球从8米高度连续使钢球做自由落体运动30小时的方法来检验钢球的耐冲击性能和耐磨性能，检验结果：好。

实施例2

取C 0.78％，Si0.30％，Mn 0.80％，Cr 0.50％，Ni 0.03％，S 0.005％，P 0.012％，Cu 0.03％，余为Fe。

φ90mm棒材，热轧成钢球，钢球780-820℃水淬火，180-220℃水回火，钢球从8米高度连续使钢球做自由落体运动30小时的方法来检验钢球的耐冲击性能和耐磨性能，检验结果：好。其余实施如实施例1。

实施例3

取C 0.75％，Si 0.28％，Mn 0.75％，Cr 0.52％，Ni 0.04％，S 0.006％，P 0.015％，Cu 0.03％，余为Fe。

φ80mm棒材，热轧成钢球，钢球780-820℃水淬火，180-220℃水回火，钢球从8米高度连续使钢球做自由落体运动30小时的方法来检验钢球的耐冲击性能和耐磨性能，检验结果：好。其余实施如实施例1。

本发明材料制造的钢球，经过矿山和耐火厂的使用，钢球的寿命达到10-13周，本发明的材料使用性能得到使用商的广泛好评。

Claims

1.一种强耐磨、耐冲击合金钢球用钢，其特征在于它的化学成分wt％为：C0.68-0.84％，Si0.10-0.40％，Mn 0.68-0.88％，Cr 0.40-0.60％，Ni≤0.25％，S≤0.030％，P≤0.030％，Cu≤0.25％，余为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种强耐磨、耐冲击合金钢球用钢，其特征在于它的化学成分wt％为：C 0.75-0.82％，Si0.30-0.32％，Mn 0.75-0.82％，Cr 0.50-0.55％，Ni≤0.04％，S≤0.006％，P≤0.015％，Cu≤0.03％，余为Fe。