CN104762562B - 一种大直径磨球用钢及其制造方法 - Google Patents

一种大直径磨球用钢及其制造方法 Download PDF

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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

一种大直径磨球用钢及其制造方法
技术领域
[0001] 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
[0002] 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l〇 m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。
[0003] 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
[0004] 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,通过采用此、0、附、]\/[0、11、41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。
[0005] 本发明的技术方案如下:
[0006] 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%、]«〇 :0.03%-0.08%、八1:0.020%-0.050%、〇1:彡0.40%、11彡0.030%,其 余为Fe和不可避免的杂质。
[0007] 本发明的技术特点之一在于合理的成分设计,采用1]1、0、附、]\/[0、11和41多元合金 化,使材料具有高硬度、良好的冲击性和耐磨性。
[0008] 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0.71^%_ 0.79wt % ;采用Mn、Cr、Ni、Mo、Ti和A1多元合金化,猛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Μη含量控制在0.80wt.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0.05¥七%-0.10¥七%;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,A1:0.020wt % -0.050wt %。
[0009] 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。
[0010] 本发明所述的"大直径"磨球钢,其优选的直径范围为Φ lOOmm-Φ 180mm。
[0011] 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。
[0012] 本发明的上述磨球用钢的制备方法,包括以下步骤:
[0013] ⑴冶炼:
[0014] 采用电炉冶炼终点[(:]=0.15%-0.25%、[?]<0.015%,钢水的出钢温度1600-1640°C ; LF精炼,精炼渣碱度3.0-3.5,喂入A1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;
[0015] ⑵浇注:
[0016] 采用连铸浇注铸坯,控制中间包钢水温度1488-1498 °C,圆坯拉速0.10-0.45m/ min,铸坯进拉矫机温度850-950°C ;铸坯缓冷,出缓冷温度<100°C ;
[0017] ⑶乳制:
[0018] 控制加热炉均热温度1150-1200°C,Φ500πιπι圆坯加热时间ll-15h,Φ650ιήπι圆坯加 热时间14-18h;开乳温度1090-1190°C,终乳温度900-1000°C ;乳制后钢材缓冷,缓冷时间 60-65h,出缓冷温度彡200°C,制得热乳圆钢。
[0019] 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。
[0020] 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。
[0021] 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。
[0022]根据本发明所述的制备方法,优选地,步骤(2)所述铸坯缓冷,Φ500πιπι圆坯缓冷时 间56-60h,Φ 650mm圆坯缓冷时间96-100h〇
[0023] 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。
[0024] 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:
[0025] (1)冶炼
[0026] 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[(:]=0.15_ 0.25%、[?]<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 . Okg/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A1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;
[0027] (2)浇注
[0028]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°C, 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°C ;铸坯需入坑缓冷, Φ500ιήπι圆坯缓冷时间56-60h,Φ650ιήπι圆坯缓冷时间96-100h,出缓冷坑温度彡100°C,以保 证铸坯质量;
[0029] (3)乳制
[0030] 控制加热炉均热温度1150-1200°C,Φ500πιπι圆坯加热时间ll-15h,Φ650ιήπι圆坯加 热时间14-18h,其中高温扩散时间3-5小时;开乳温度1090-1190°C,终乳温度900-1000°C ; 乳制后钢材快速收集缓冷,缓冷时间60_65h,出缓冷坑温度<200°C,制得热乳圆钢。
[0031 ]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。
[0032] 本发明采用Mn、Cr、Ni、Mo、Ti和A1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
[0033]下面结合实施例对本发明作进一步说明。
[0034] 实施例:
[0035]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、乳制成材工艺生产钢材。实施例是以Φ 120mm规格钢材 的生产工艺来具体说明本发明是如何实施的。
[0036]钢的组成按质量百分数为:
[0037] 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。
[0038] 生产工艺如下:
[0039] (1)冶炼
[0040] 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[(:]=0.20_ 0.25%、[?]<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 . Okg/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A1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;
[0041] (2)浇注
[0042]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°C, 圆坯拉速0.30-0.38m/min,铸坯进拉矫机温度900-950°C ;铸坯入坑缓冷,缓冷时间58-60h, 出缓冷坑温度<l〇〇°C,以保证铸坯质量;
[0043] (3)乳制
[0044]控制加热炉均热温度1180-1200°C,加热时间12-14h,其中高温扩散时间4-4.5小 时;开乳温度1100-1150°C,终乳温度900-950°C ;乳制后钢材快速收集缓冷,缓冷时间60-65h,出缓冷坑温度<100°C,制得热乳圆钢。
[0045]表1是实施例大直径磨球用钢化学成分,表2是连铸及乳钢过程参数,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。
[0046]表1实施例化学成分(重量,% )
Figure CN104762562BD00061
[0048] 表2连铸及乳钢过程参数
[0049]
Figure CN104762562BD00062
[0050]表3低倍、非金属夹杂物检验结果(级)
[0051]
Figure CN104762562BD00063
[0052]表4冲击功、硬度检验结果
Figure CN104762562BD00064
[0054] 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。
[0055] 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%-0.047%^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%-0.047%^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. -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]彡0.015 %,钢水的出钢温度1600-1640 °C ; LF精炼,精炼渣碱度3.0-3.5,喂入A1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°C,圆坯拉速0.10-0.45m/min,铸 坯进拉矫机温度850-950°C ;铸坯缓冷,出缓冷温度<100°C ; (3) 乳制: 控制加热炉均热温度1150-1200°C,Φ500πιπι圆坯加热时间ll-15h,Φ650ιήπι圆坯加热时 间14-18h;开乳温度1090-1190°C,终乳温度900-1000°C;乳制后钢材缓冷,缓冷时间60-65h,出缓冷温度彡200°C,制得热乳圆钢。
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,Φ500πιπι圆 坯缓冷时间56-60h,Φ 650mm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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