CN104762562A - 一种大直径磨球用钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大直径磨球用钢及其制造方法,其组成按质量百分数为:C:0.71%-0.79%、Si:0.25%-0.35%、Mn:0.80%-0.95%、Cr:0.80%-0.90%、P:≤0.025%、S:≤0.025%、Ni:0.05%-0.10%、Mo:0.03%-0.08%、Al:0.020%-0.050%、Cu:≤0.40%、Ti≤0.030%,其余为Fe和不可避免的杂质。其制备方法采用电炉冶炼、LF精炼+VD真空脱气处理、连铸全保护浇注生产圆坯;轧制制得圆钢。采用本发明制得的大规格磨球圆钢具有良好的冲击性和耐磨性。
Description
技术领域
本发明属于合金结构钢技术领域,具体涉及一种大直径磨球用钢及其制造技术。
背景技术
耐磨球作为耐磨铸件行业中的主要产品,其消耗量在耐磨铸件中占据着首位,目前,国内磨球的消耗量在250万吨以上,占比达55%,被广泛应用于冶金矿山、建材水泥、火力发电、磁性材料等行业的物料研磨生产环节。经济的持续快速发展推动我国矿山、建材水泥、电力等行业的不断发展,大型水利工程、高速铁路、大规模保障性安居工程等重大项目的建设使矿山、建材水泥、火力发电等各行业对耐磨球的需求量显著增加。随着矿石品位的降低,国内外球磨机都有向大型化方向发展的趋势,特别是大型半自磨机的直径高达10m以上,磨球直径大于100mm,对磨球的硬度及尺寸提出更高的要求。要求磨球硬度在60HRC以上,要有良好的抗冲击性能。而目前国内市场使用的中高碳大直径锻造磨球,主要存在硬度偏低,硬度分布不均匀,耐磨性差等问题,导致磨球使用寿命低。
本发明针对磨球用钢的使用要求,通过合理的成分设计和工艺控制,提供了一种大直径磨球用钢及其制造技术。
发明内容
针对磨球用钢高硬度、良好冲击性和耐磨性的要求,本发明提供一种大直径磨球用钢及其制造技术,通过采用Mn、Cr、Ni、Mo、Ti、Al多元合金化,合理设计材料的化学成分和生产工艺,使材料具有高硬度、良好的冲击性、耐磨性,及良好的硬度均匀性。
本发明的技术方案如下:
本发明的大直径磨球用钢,其化学成分质量百分比为:C:0.71%-0.79%、Si:0.25%-0.35%、Mn:0.80%-0.95%、Cr:0.80%-0.90%、P:≤0.025%、S:≤0.025%、Ni:0.05%-0.10%、Mo:0.03%-0.08%、Al:0.020%-0.050%、Cu:≤0.40%、Ti≤0.030%,其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明的技术特点之一在于合理的成分设计,采用Mn、Cr、Ni、Mo、Ti和Al多元合金化,使材料具有高硬度、良好的冲击性和耐磨性。
考虑材料高硬度、高耐磨性的要求,采用高碳设计,碳含量控制在0.71wt%-0.79wt%;采用Mn、Cr、Ni、Mo、Ti和Al多元合金化,锰起到固溶强化的作用,可提高钢的强度和韧性,改善钢的加工性能,将Mn含量控制在0.80wt%-0.95wt%;铬能显著的提高钢的强度、抗氧化性,Cr含量控制在0.80wt%-0.90wt%;Mo可细化晶粒,提高淬透性和热强性能,在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力,Mo含量控制在0.03wt%-0.08wt%;Ni可提高钢的硬化能力,Ni含量控制在0.05wt%-0.10wt%;钛是钢中强脱氧剂,它能使钢的内部组织致密,细化晶粒,降低时效敏感性和冷脆性,Ti含量控制在0.030wt%以内;铝是脱氧的主要元素,同时可以起到细化晶粒的作用,Al:0.020wt%-0.050wt%。
在上述优化设计基础上,为保证钢的性能稳定一致,优选的,本发明的大直径磨球用钢的组成按质量百分数为:C:0.72%-0.74%、Si:0.27%-0.34%、Mn:0.90%-0.95%、Cr:0.85%-0.90%、P:≤0.020%、S:≤0.015%、Ni:0.05%-0.07%、Mo:0.04%-0.06%、Al:0.020%-0.035%、Cu:≤0.20%、Ti:0.01%-0.03%,其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述的“大直径”磨球钢,其优选的直径范围为Φ100mm-Φ180mm。
本发明的技术特点之二在于合理的生产工艺,提高钢的纯净度,加强材料的均匀性控制,使钢具有良好的硬度均匀性及综合性能,大大提高钢材的使用寿命。
本发明的上述磨球用钢的制备方法,包括以下步骤:
(1)冶炼:
采用电炉冶炼终点[C]=0.15%-0.25%、[P]≤0.015%,钢水的出钢温度1600-1640℃;LF精炼,精炼渣碱度3.0-3.5,喂入Al线1.5-3.5m/t钢,全程保持白渣,出钢前,喂入钛线1.5-2.5m/t钢和钙线1.5-3.5m/t钢;精炼后真空处理,真空度小于67Pa,真空处理时间27-30分钟,VD后软吹氩时间20-25分钟;
(2)浇注:
采用连铸浇注铸坯,控制中间包钢水温度1488-1498℃,圆坯拉速0.10-0.45m/min,铸坯进拉矫机温度850-950℃;铸坯缓冷,出缓冷温度≤100℃;
(3)轧制:
控制加热炉均热温度1150-1200℃,Φ500mm圆坯加热时间11-15h,Φ650mm圆坯加热时间14-18h;开轧温度1090-1190℃,终轧温度900-1000℃;轧制后钢材缓冷,缓冷时间60-65h,出缓冷温度≤200℃,制得热轧圆钢。
根据本发明所述的制备方法,优选地,步骤(1)所述电炉出钢过程加钢芯铝2.0-3.0kg/t钢。
根据本发明所述的制备方法,优选地,步骤(1)所述LF精炼采用碳粉调渣。
根据本发明所述的制备方法,优选地,步骤(2)所述连铸中采用电磁搅拌。
根据本发明所述的制备方法,优选地,步骤(2)所述铸坯缓冷,Φ500mm圆坯缓冷时间56-60h,Φ650mm圆坯缓冷时间96-100h。
根据本发明所述的制备方法,优选地,步骤(3)所述加热的高温扩散时间3-5小时。
具体地,本发明大直径磨球用钢的制备方法,钢的化学成分设计要求如上所述,包括以下步骤:
(1)冶炼
采用电炉冶炼,电炉冶炼过程造好泡沫渣,均匀脱碳,减少吸氮;终点[C]=0.15-0.25%、[P]≤0.015%,残余元素含量符合设计要求,钢水的出钢温度1600-1640℃;电炉出钢过程加钢芯铝2.0-3.0kg/t钢,出钢过程严禁下渣;LF精炼,采用碳粉调渣,精炼渣碱度3.0-3.5,加强脱硫操作,喂入Al线1.5-3.5m/t钢,全程保持白渣;出钢前,喂入钛线1.5-2.5m/t钢、钙线1.5-3.5m/t钢;精炼后真空处理,真空度小于67Pa,真空处理时间27-30分钟,VD后软吹氩时间20-25分钟;
(2)浇注
采用连铸浇注铸坯,连铸中应采用电磁搅拌;控制中间包钢水温度1488-1498℃,圆坯拉速根据规格控制0.10-0.45m/min,铸坯进拉矫机温度850-950℃;铸坯需入坑缓冷,Φ500mm圆坯缓冷时间56-60h,Φ650mm圆坯缓冷时间96-100h,出缓冷坑温度≤100℃,以保证铸坯质量;
(3)轧制
控制加热炉均热温度1150-1200℃,Φ500mm圆坯加热时间11-15h,Φ650mm圆坯加热时间14-18h,其中高温扩散时间3-5小时;开轧温度1090-1190℃,终轧温度900-1000℃;轧制后钢材快速收集缓冷,缓冷时间60-65h,出缓冷坑温度≤200℃,制得热轧圆钢。
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。
本发明采用Mn、Cr、Ni、Mo、Ti和Al多元合金化的成分设计,合理控制成分含量,注重材料的综合性能,在生产过程中严格控制材料的均匀性、纯净度及内部组织的致密性,保证钢材的内部质量,使钢具有良好的硬度均匀性及综合性能,大大提高钢材的使用寿命。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例:
本发明的大直径磨球用钢及其制造方法。采用UHP超高功率电炉、LF精炼、VD真空脱气处理工艺冶炼,连铸浇注铸坯、轧制成材工艺生产钢材。实施例是以Φ120mm规格钢材的生产工艺来具体说明本发明是如何实施的。
钢的组成按质量百分数为:
C:0.72%-0.74%、Si:0.27%-0.34%、Mn:0.90%-0.95%、Cr:0.85%-0.90%、P:≤0.020%、S:≤0.015%、Ni:0.05%-0.07%、Mo:0.04%-0.06%、Al:0.020%-0.035%、Cu:≤0.20%、Ti:0.01-0.03%,其余为Fe和不可避免的杂质。
生产工艺如下:
(1)冶炼
采用电炉冶炼,电炉冶炼过程造好泡沫渣,均匀脱碳,减少吸氮;终点[C]=0.20-0.25%、[P]≤0.010%,残余元素含量符合设计要求,钢水的出钢温度1620-1640℃;电炉出钢过程加钢芯铝2.5-3.0kg/t钢,出钢过程严禁下渣;LF精炼,采用碳粉调渣,精炼渣碱度3.0-3.5,加强脱硫操作,喂入Al线2-3m/t钢,全程保持白渣;出钢前,喂入钛线1.5-2m/t钢、钙线2-3m/t钢;精炼后真空处理,真空度小于67Pa,真空处理时间27-30分钟,VD后软吹氩时间20-25分钟;
(2)浇注
采用连铸浇注铸坯,连铸中应采用电磁搅拌。控制中间包钢水温度1490-1495℃,圆坯拉速0.30-0.38m/min,铸坯进拉矫机温度900-950℃;铸坯入坑缓冷,缓冷时间58-60h,出缓冷坑温度≤100℃,以保证铸坯质量;
(3)轧制
控制加热炉均热温度1180-1200℃,加热时间12-14h,其中高温扩散时间4-4.5小时;开轧温度1100-1150℃,终轧温度900-950℃;轧制后钢材快速收集缓冷,缓冷时间60-65h,出缓冷坑温度≤100℃,制得热轧圆钢。
表1是实施例大直径磨球用钢化学成分,表2是连铸及轧钢过程参数,表3为实施例低倍组织、非金属夹杂物检验结果,表4为实施例的力学性能和硬度。
表1 实施例化学成分(重量,%)
实施例 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Ni | Ti | Cu | Alt | Fe |
1 | 0.74 | 0.29 | 0.92 | 0.013 | 0.0026 | 0.88 | 0.045 | 0.056 | 0.018 | 0.037 | 0.026 | 其余 |
2 | 0.73 | 0.27 | 0.91 | 0.017 | 0.0016 | 0.86 | 0.047 | 0.052 | 0.017 | 0.042 | 0.031 | 其余 |
3 | 0.73 | 0.30 | 0.92 | 0.012 | 0.0029 | 0.86 | 0.045 | 0.053 | 0.014 | 0.038 | 0.029 | 其余 |
表2 连铸及轧钢过程参数
表3 低倍、非金属夹杂物检验结果(级)
表4 冲击功、硬度检验结果
实施例 | 冲击功,J | 硬度,HRC |
1 | 46/52/49 | 61/63/61 |
2 | 51/49/53 | 62/60/63 |
3 | 47/45/49 | 60/63/61 |
从实施例可以看出,本发明生产的大直径磨球用钢化学成分控制稳定,钢材组织均匀,纯净度高;低倍组织优良,非金属夹杂物控制良好;具有良好的冲击性能和耐磨性,材料硬度高、且硬度均匀性好,可显著提高钢材的使用寿命,满足磨球用钢的使用要求。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本发明,而并非用作为对本发明的限定,只要在本发明的实质精神范围内,对以上所述实施例的变化、变形都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (8)
1.一种大直径磨球用钢,其组成按质量百分比为:
C:0.71%-0.79%、Si:0.25%-0.35%、Mn:0.80%-0.95%、Cr:0.80%-0.90%、P:≤0.025%、S:≤0.025%、Ni:0.05%-0.10%、Mo:0.03%-0.08%、Al:0.020%-0.050%、Cu:≤0.40%、Ti≤0.030%,其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的大直径磨球用钢,钢的组成按质量百分数为:
C:0.72%-0.74%、Si:0.27%-0.34%、Mn:0.90%-0.95%、Cr:0.85%-0.90%、P:≤0.020%、S:≤0.015%、Ni:0.05%-0.07%、Mo:0.04%-0.06%、Al:0.020%-0.035%、Cu:≤0.20%、Ti:0.01-0.03%,其余为Fe和不可避免的杂质。
3.一种权利要求1或2所述的大直径磨球用钢的制备方法,包括以下步骤:
(1)冶炼:
采用电炉冶炼,终点[C]=0.15%-0.25%、[P]≤0.015%,钢水的出钢温度1600-1640℃;LF精炼,精炼渣碱度3.0-3.5,喂入Al线1.5-3.5m/t钢,全程保持白渣,出钢前,喂入钛线1.5-2.5m/t钢和钙线1.5-3.5m/t钢;精炼后真空处理,真空度小于67Pa,真空处理时间27-30分钟,VD后软吹氩时间20-25分钟;
(2)浇注:
采用连铸浇注铸坯,控制中间包钢水温度1488-1498℃,圆坯拉速0.10-0.45m/min,铸坯进拉矫机温度850-950℃;铸坯缓冷,出缓冷温度≤100℃;
(3)轧制:
控制加热炉均热温度1150-1200℃,Φ500mm圆坯加热时间11-15h,Φ650mm圆坯加热时间14-18h;开轧温度1090-1190℃,终轧温度900-1000℃;轧制后钢材缓冷,缓冷时间60-65h,出缓冷温度≤200℃,制得热轧圆钢。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述电炉出钢过程加钢芯铝2.0-3.0kg/t钢。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述LF精炼采用碳粉调渣。
6.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述连铸中采用电磁搅拌。
7.根据权利要求3或6所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述铸坯缓冷,Φ500mm圆坯缓冷时间56-60h,Φ650mm圆坯缓冷时间96-100h。
8.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述加热的高温扩散时间3-5小时。
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