CN104762562B

CN104762562B - 一种大直径磨球用钢及其制造方法

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Publication number: CN104762562B
Application number: CN201510201330.1A
Authority: CN
Inventors: 梁娜; 袁淑君; 戈文英; 翟正龙
Original assignee: Shandong Iron and Steel Group Co Ltd SISG
Current assignee: Shandong Iron and Steel Group Co Ltd SISG
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2035-04-23
Also published as: CN104762562A

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

一种大直径磨球用钢及其制造方法

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

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。

3.一种权利要求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：

(3)轧制：

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。