CN104073724B - 一种棒磨机钢棒的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种棒磨机钢棒的制备方法，该发明属于耐磨材料领域。该棒磨机钢棒的成分质量百分数为：C：0.6-0.85％，Si：0.17-0.37％，Mn：0.7-1.2％，P：≤0.035％，S：≤0.035％，Cr：≤0.6％，Nb：0.01-0.02％。磨棒的制备工艺为：冶炼、圆坯连续铸造、TMCP工艺轧制成直径φ50-120mm、定尺为2m-7m的圆钢，利用轧后余热直接在水中淬火5-10min，再低温回火。该工艺可以获得具有梯度硬度，表面硬度达到HRC60，心部硬度为HB200的磨棒，表面硬度高耐磨性好，心部韧性较高，硬度和韧性匹配良好的钢棒。本发明工艺简单，高效率、低能耗、低成本，可实现实际工业生产应用。

Description

一种棒磨机钢棒的制备方法

技术领域

本发明属于耐磨材料领域，涉及到一种棒磨机钢棒的制备方法，具体涉及到一种具有硬度梯度、硬度与韧性匹配良好的棒磨机钢棒的生产。

背景技术

棒磨机钢棒是专业应用于棒磨机的一种耐磨材料，在棒磨机中对矿石及其他物料进行细碎和研磨作业，将物料加工至合适的粒度，为下一环节的生产工作做准备。棒磨机钢棒的应用范围广泛，在矿山选矿及各种建材、新型染料生产领域尤为明显，主要在铝土矿、钼镍矿、水泥厂、火电厂、硅砂厂、石英砂厂、砂加气厂、加气混凝土、水煤浆及钾长石、钠长石等非金属矿物的研磨中应用。

棒磨机一般为卧式筒形旋转装置，外沿齿轮传动。物料由进料装置经入料中空轴螺旋均匀地进入磨机舱内，该仓内有阶梯衬板或波纹衬板，内装不同规格钢棒，筒体转动产生离心力将钢棒带到一定高度后落下，对物料产生重击和研磨作用，完成粉磨作业，粉状物通过卸料箅板排出(磨煤机钢棒)。不难看出，要想提高棒磨机效率，磨棒的选配是至关重要的。

目前国内许多棒磨机直接采用45#圆钢或者40Mn、40Cr、65Mn圆钢作为棒磨机的磨棒，圆钢作为棒磨机钢棒使用时，长时间受到棒磨机中物料的反作用力后，由于本身韧性低，受到冲击产生形变后不能自动调整，进而弯曲失直，并且容易出现断裂、失效等问题。而且一般圆钢的硬度较低只有HRC20左右，作为棒磨机的主要磨耗损部件根本就不耐磨，圆钢消耗快，需经常停机换棒，导致生产成本极高。

圆钢在生产中断裂，主要原因为：圆钢本身是一种工业原材料，并非终端产品，钢棒本身内部疏松，质量低劣。在棒磨机中工作时，钢棒会不断受到来自物料及其他钢棒的冲击，若钢材内部结构疏松不紧密，甚至有气泡，必然会在遭受长时间冲击后断裂，直接报废。其次，圆钢内部疏松是由于钢坯的问题，只有特大型钢厂才能达到内部紧密的技术要求，尤其是直径70mm以上的，大部分钢厂的钢坯虽然能完成造型，但压缩比低、组织粗大，导致圆钢的力学性能不高。

另外一方面圆钢硬度很低，只有12-25HRC，正因为如此，圆钢用作磨棒会出现磨耗很大，容易出现弯曲、断裂、缠绕、两头尖细、产量低、达不到预期合格率、后续磁选环节工作量大等问题。

最近磨棒生产有的厂家出现了井式电炉加热后再放入水中淬火的处理的方法，也有部分采用箱式加热炉连续加热后水中淬火的方法，目的都是为了提高钢棒的硬度以及耐磨性。但是这两种处理方法劳动强度大、生产成本较高、生产效率低。

为了提高棒磨机钢棒的工作效率、降低消耗，还需要在成分设计以及工艺设计上下足功夫，是钢棒的硬度与韧性达到良好的匹配，提高钢棒的综合性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种棒磨机钢棒及其制备方法，该方法通过合理的合金成分设计以及工艺设计，在65Mn钢的基础上通过成分改进加入合金元素Nb，通过TMCP技术有效控制晶粒尺寸和终轧温度，并采用轧后余热淬火的技术得到具有梯度硬度，表面硬度达到HRC60，心部硬度为HB200的磨棒，表面硬度高耐磨性好，心部韧性较高，硬度和韧性匹配良好的钢棒。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种棒磨机钢棒，化学成分质量百分比为：C：0.6-0.85％，Si：0.17-0.37％，Mn：0.7-1.2％，P：≤0.035％，S：≤0.035％，Cr：≤0.6％，Nb：0.01-0.02％。其余为Fe和不可避免的杂质.

磨棒的制备工艺为：冶炼、圆坯连续铸造、TMCP工艺轧制成直径φ50-120mm、定尺为2m-7m的圆钢，利用轧后余热直接在水中淬火5-10min，再低温回火。

具体制备步骤如下：

1)冶炼：为了保证质量要求，由大型钢厂进行冶炼、连铸、热轧工艺；首先按照上述棒磨机钢棒的化学成分质量百分比配比成分；采用转炉—LF炉工艺进行钢水冶炼，该过程中必须保证成分配比准确，严格控制S、P杂质元素的含量；

2)连铸：冶炼完成后在弧形圆坯连铸机上进行连铸操作，连铸得到φ210-350mm的圆坯；

3)热轧：根据不同的尺寸要求，将直径为φ210-350mm的圆坯经过多道次热轧，轧制为直径为φ50-120mm的圆钢；该过程中通过TMCP同时控制每道次的压下率、开轧温度、终轧温度；开轧温度控制在1070-1120℃，终轧温度控制在760-800℃，第一道次压下率在35-45％，随着道次的增加逐渐降低道次压下率，终轧道次压下率控制在10％以下；

4)余热淬火；

5)回火。

连铸圆柱坯经过TMCP(控轧控冷)轧制得到晶粒细小的组织，根据交货需求轧制为直径为φ50-120mm的圆棒，并按照不同型号的棒磨机使用的磨棒的长度切割成长度为2m-7m不同长度的钢棒；

轧制完成后利用轧件的余热直接进行淬火，轧件入水温度为760-800℃，淬入温度为10-40℃的冷却水中5-10min，然后在200-220℃炉中保温4-6小时，取出后空冷至室温。

本发明主要的化学成分的作用分析如下：

1)C：硬度增加的主要来源，碳是影响材料硬度、韧性及耐磨性的至关重要的元素，碳含量过高，热处理时容易形成裂纹，材料脆性大；碳含量过低，淬火后硬度低、耐磨性不佳。在保证淬硬性和淬透性的基础上，尽量降低C含量。

2)Si：有固溶强化的作用，也有强的亲氧性，可以作为脱氧剂，同时在一定程度上阻止了碳化物的形成。提高钢的淬透性和抗回火性，对钢的综合机械性能，特别是弹性极限有利，还可增强钢在自然条件下的耐蚀性。为弹簧钢和低合金高强度钢中常用的合金元素。

3)Mn：良好的脱氧剂和脱硫剂，能消除或减弱因S所引起的热脆性，从而改善钢的热加工性能，可降低临界冷却速度，促进马氏体形成。提高钢的淬透性的作用强，能提高钢的耐磨性，但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利倾向。

4)S：在钢中偏析严重，恶化钢的质量。以熔点较低的FeS的形式存在时，将导致钢的热脆现象发生，须严格控制硫元素含量。

5)P：最大的害处是偏析严重，增加回火脆性，显著降低钢的塑性和韧性。磷是有害元素，应严加控制。

6)Nb：强碳化物及氮化物形成元素部分元素进入固溶体，固溶强化作用很强。固溶于奥氏体，显著提高钢的淬透性；但以碳化物及氧化物微细颗粒形态存在时，却细化晶粒并降低钢的淬透性。增加钢的回火稳定性，有二次硬化作用。本发明加入微量铌可以在不影响钢的塑性或韧性的情况下，细化晶粒提高钢的强度。

制备工艺说明：

1)冶炼：为了保证质量要求，由大型钢厂进行冶炼、连铸、热轧工艺。首先按照棒磨机钢棒的化学成分质量百分比：C：0.6-0.85％，Si：0.17-0.37％，Mn：0.7-1.2％，P：≤0.035％，S：≤0.035％，Cr：≤0.6％，Nb：0.01-0.02％配比成分。可采用转炉—LF炉工艺进行钢水冶炼，该过程中必须保证成分配比准确，严格控制S、P等杂质元素的含量；

2)连铸：冶炼完成后在弧形圆坯连铸机上进行连铸操作，连铸得到φ210-350mm的圆坯；

3)热轧：根据不同的尺寸要求，将直径为φ210-350mm的圆坯经过多道次热轧，轧制为直径为φ50-120mm的圆钢。该过程中通过TMCP同时控制每道次的压下率、开轧温度、终轧温度等。开轧温度控制在1070-1120℃，终轧温度控制在760-800℃，第一道次压下率在35-45％，随着道次的增加逐渐降低道次压下率，终轧道次压下率控制在10％以下；

4)余热淬火：轧制完成后利用轧件的余热直接进行淬火，轧件入水温度为760-800℃，淬入温度为10-40℃的冷却水中5-10min；

5)回火：将淬火后的钢棒在200-220℃炉中保温4-6小时，取出后空冷至室温。

本发明的有益效果：

1)具备优异的耐磨性能。该工艺可以获得具有梯度硬度，表面硬度达到HRC60，心部硬度为HB200的磨棒，表面硬度高耐磨性好，心部韧性较高，硬度和韧性匹配良好的钢棒。

2)操作可行，工艺简单。本发明都采用常规的冶炼和轧钢以及热处理设备，而且加工工艺和热处理工艺控制简易可行，采用水作为淬火冷却介质，节约成本。

3)应用前景广泛。本发明制备出高品质的棒磨机钢棒可以广泛应用在矿山选矿及各种建材、新型染料生产领域。并且产品种类丰富，可以生产直径为φ50-120mm的圆棒，还可以根据供货需求定尺定做。

4)节约能源、提高效率、成本低廉。与钢棒成分相比本发明材料中只添加了Mn和少量Nb，与其他热处理工艺相比，利用了轧后余热直接在760-800℃进行淬火处理，降低能耗，节约成本。

附图说明：

图1为该发明棒磨机钢棒的制备流程；

图2为棒磨机钢棒的轧后余热淬火和回火工艺示意图；

图3为轧后余热淬火装置示意图，钢棒淬火由起吊装置吊入水中，冷却水由循环冷却系统控制水温在10-40℃。

具体实施方式：

实施例1

尺寸：根据MBS1530型号棒磨机的尺寸参数：筒体直径1500mm、筒体长度3000mm，确定该棒磨机配套的磨棒尺寸为长度为2850mm、直径为105mm。

成分：质量百分比按照C：0.6-0.85％，Si：0.17-0.37％，Mn：0.7-1.2％，P：≤0.035％，S：≤0.035％，Cr：≤0.6％，Nb：0.01-0.02％配比；

1)冶炼：为了保证质量要求，由大型钢厂进行冶炼、连铸、热轧工艺。首先按照棒磨机钢棒的化学成分质量百分比配比成分。可采用转炉-LF炉工艺进行钢水冶炼，该过程中必须保证成分配比准确，严格控制S、P等杂质元素的含量；

2)连铸：冶炼完成后在弧形圆坯连铸机上进行连铸操作，连铸得到φ310mm的圆坯；

3)热轧：将直径为φ310mm的圆坯经过多道次热轧，轧制为直径为φ105mm的圆棒。该过程中通过TMCP同时控制每道次的压下率、开轧温度、终轧温度等。开轧温度控制在1070-1120℃，终轧温度控制在760-800℃，第一道次压下率在35-45％，随着道次的增加逐渐降低道次压下率，终轧道次压下率控制在10％以下；

4)余热淬火：轧制完成后利用轧件的余热直接进行淬火，轧件入水温度为760-800℃，淬入温度为10-40℃的冷却水中7-8min；

5)回火：将淬火后的钢棒在200-220℃炉中保温5小时，取出后空冷至室温。

对比实施例2：

尺寸：根据MBS3245型号棒磨机的尺寸参数：筒体直径3200mm、筒体长度4500mm，确定该棒磨机配套的磨棒尺寸为长度为4300mm、直径为120mm；

成分：质量百分比按照C：0.6-0.85％，Si：0.17-0.37％，Mn：0.7-1.2％，P：≤0.035％，S：≤0.035％，Cr：≤0.6％，Nb：0.01-0.02％配比。

1)冶炼：为了保证质量要求，由大型钢厂进行冶炼、连铸、热轧工艺。首先按照棒磨机钢棒的化学成分质量百分比配比成分。可采用转炉-LF炉工艺进行钢水冶炼，该过程中必须保证成分配比准确，严格控制S、P等杂质元素的含量；

2)连铸：冶炼完成后在弧形圆坯连铸机上进行连铸操作，连铸得到φ350mm的圆坯；

3)热轧：将直径为φ350mm的圆坯经过多道次热轧，轧制为直径为φ120mm的圆棒。该过程中通过TMCP同时控制每道次的压下率、开轧温度、终轧温度等。开轧温度控制在1070-1120℃，终轧温度控制在760-800℃，第一道次压下率在35-45％，随着道次的增加逐渐降低道次压下率，终轧道次压下率控制在10％以下；

4)余热淬火：轧制完成后利用轧件的余热直接进行淬火，轧件入水温度为760-800℃，淬入温度为10-40℃的冷却水中8-10min；

5)回火：将淬火后的钢棒在200-220℃炉中保温6小时，取出后空冷至室温。

Claims (2)

1.一种棒磨机钢棒的制备方法，其特征在于：所述棒磨机钢棒其化学质量百分比组成如下，包括：C：0.6-0.85％，Si：0.17-0.37％，Mn：0.7-1.2％，P：≤0.035％，S：≤0.035％，Cr：≤0.6％，Nb：0.01-0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质；磨棒的制备工艺为：冶炼、圆坯连续铸造、TMCP工艺轧制成直径φ50-120mm、定尺为2m-7m的圆钢，利用轧后余热直接在水中淬火5-10min，再低温回火；

具体制备步骤如下：

1)冶炼：为了保证质量要求，由大型钢厂进行冶炼、连铸、热轧工艺；首先按照上述棒磨机钢棒的化学成分质量百分比配比成分；采用转炉—LF炉工艺进行钢水冶炼，该过程中必须保证成分配比准确，严格控制S、P杂质元素的含量；

2)连铸：冶炼完成后在弧形圆坯连铸机上进行连铸操作，连铸得到φ210-350mm的圆坯；

3)热轧：根据不同的尺寸要求，将直径为φ210-350mm的圆坯经过多道次热轧，轧制为直径为φ50-120mm的圆钢；该过程中通过TMCP同时控制每道次的压下率、开轧温度、终轧温度；开轧温度控制在1070-1120℃，终轧温度控制在760-800℃，第一道次压下率在35-45％，随着道次的增加逐渐降低道次压下率，终轧道次压下率控制在10％以下；

4)余热淬火；

5)回火。

2.如权利要求1所述的一种棒磨机钢棒的制备方法，其特征在于：利用轧后余热在760-800℃直接淬火至温度为10-40℃的冷却水中5-10min，然后在200-220℃炉中低温回火，保温4-6小时，取出后空冷至室温。