CN108085602B - 一种耐磨钢球用钢及该钢球的轧制加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐磨钢球用钢及该钢球的轧制加工方法，属于球形钢材加工技术领域，其技术要点是：一种耐磨钢球用钢，所述耐磨钢球的化学成分中各主要合金元素的质量百分比为碳0.70‑0.78%，硅0.15‑0.35%，锰0.80‑0.90%，磷≤0.03%，硫≤0.03%，铬0.5‑0.6%，镍≤0.25%，铜≤0.25%。其工艺流程包括转炉、LF精炼、VD精炼、连铸、矫直、酸洗、中和、轧制、淬火回火以及打包入库后制得耐磨钢球。本发明通过采用轧制的方式制得的钢球不仅生产效率高，而且钢球质量较高；轧制工艺采用连轧机进行，减轻了工人的劳动强度，改善了劳动环境；全过程自动化控制，钢球硬度均匀，心部硬度高，破碎率低，钢球冲击值大。

Description

一种耐磨钢球用钢及该钢球的轧制加工方法

技术领域

本发明属于球形钢材加工技术领域，更具体地说，它涉及一种耐磨钢球用钢及该钢球的轧制加工方法。

背景技术

随着经济的发展和人们生活水平的不断提升，耐磨钢球是一种用于球磨机中的粉碎介质，在粉碎磨机中的物料中受到相关领域人员的密切关注。在建材、冶金、矿山、陶瓷以及电力等行业使用的耐磨钢球分为铸造钢球和锻轧钢球两大类。其中，铸造钢球主要有第铬钢球、高铬钢球和铬钢钢球等。

一般来说，铸球可称为耐“热”球，适合干磨，在选矿中尤其是半自磨机或100mm以上的球，铸球容易碎裂，耐磨性能和硬度均较差。使用寿命短，需要定期更换，增大了生产的成本。

另外，还有用火车轱辘下料锻打而成，这种钢球成本低，但钢球心部硬度低，易破碎，耐磨性能差。因此需要提出一种新的技术方案来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供一种耐磨钢球用钢，提高了耐磨钢球的耐磨性能和机械强度，延长了其使用寿命。

为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案：一种耐磨钢球用钢，所述耐磨钢球的化学成分中各主要合金元素的质量百分比为碳0.70-0.78％，硅0.15-0.35％，锰0.80-0.90％，磷≤0.03％，硫≤0.03％，铬0.5-0.6％，镍≤0.25％，铜≤0.25％。

通过采用上述技术方案，加入硅Si后，使其具有高的热强性和弹性极限，导磁率高，涡流损失少的优点；同时硅的含量小于0.5％，使其还能具有较大的脱氧能力。而锰Mn能够提高轧钢球的强度和耐磨性能。并且锰和硫作用，还能够抵消硫对铁的红脆影响。

磷P和硫S由于其切屑发脆而可得到非常光泽的表面而加进快削钢，所以可用于制要求负荷不大而具高表面光洁度的钢制件。而铬Cr具有高硬度、高强度、屈服点、高的耐磨性而对塑性、韧性影响又不大，高的抗氧化性和耐蚀性，同时还能提高其电阻和导磁率。

通过添加镍Ni轧制线材杆具有高的强度、高的韧性和良好的淬透性、高电阻、以及高的耐腐蚀性的优点。此外，在轧钢球中添加一定含量的铜Cu后能够有效提高低合金钢的强度和抗大气腐蚀能力；此外0.25％含量左右的铜，因其在轧钢球表面能够形成薄膜，该薄膜的成分为铜、硫和氧等元素，所以得到的轧钢球还能具有一定的抑制氢脆发生的效果，进一步提高了其稳定性和抗腐蚀性能。

通过采用上述比例制得的钢球，提高了机械强度、耐磨性能、稳定性和抗腐蚀性能。

本发明进一步设置为：所述耐磨钢球的化学成分中各主要合金元素的质量百分比为碳0.73-0.77％，硅0.20-0.30％，锰0.80-0.90％，磷≤0.03％，硫≤0.03％，铬0.5-0.6％，镍≤0.25％，铜≤0.25％。

通过采用上述技术方案，缩小了碳和硅的质量百分比范围，使其更加接近最佳的目标值，进一步优化了轧制的钢球的耐磨性能，延长了其使用寿命。

针对现有技术存在的不足，本发明的目的二在于提供一种耐磨钢球的轧制加工方法，提高了钢球的耐磨系数和耐腐蚀强度，延长了钢球的使用寿命。

为实现上述目的二，本发明提供了如下技术方案：一种耐磨钢球的轧制加工方法，包括以下操作步骤，

步骤S1、转炉：将高炉铁水，以及其他干燥处理后的原材料硅铁、硅锰、高碳铬铁、低氮碳粉以及废钢经熔融还原后按照配比依次投入到转炉中进行冶炼，加热温度≥1250℃，出钢温度控制在1630-1650℃，得到钢水；

步骤S2、LF精炼：将转炉中炼得的钢水转移到钢包中，在还原气氛和氩气搅拌下，同时利用白渣在LF炉中进行LF精炼处理；

步骤S3、VD精炼：将步骤S2的钢包进入VD炉后，VD炉底部进行吹氩气处理，其中氩气的流量为100-200L/min，压力为0.3-0.4MPa，接着合盖后进行真空脱气处理，真空保持20min以上，真空脱气后在VD炉中进行精炼处理；

步骤S4、连铸：在氩气的保护下，将精炼后的钢水不断地通过水冷结晶器，浇注后得到铸坯；

步骤S5、将步骤S4中得到的铸坯进入拉矫机进行疏松铸坯表层和板形矫直处理；

步骤S6、酸洗：步骤S5制得的铸坯放置在清洗设备中，接着采用硝酸和氟化物作为酸洗液进行酸洗处理，然后用去离子水冲洗三次，脱水待用；

步骤S7、将步骤S6中经过酸洗处理后的铸坯采用10％(质量分数)NaOH和4％(质量分数)KMnO₄的混合溶液中浸泡5-60min，温度控制在70-82℃，以除去酸洗残渣，然后用去离子水冲洗三次后干燥待用；

步骤S8、铸坯经过检查、称重和测长处理后投入加热炉中进行加热处理，然后将其在孔型斜轧机上轧制成型；其轧制方法具体分为三个步骤：首先将加热后的连铸坯在初轧机进行初轧制处理，其开轧的温度为1050-1100℃；接着将轧制后的连铸坯经过飞剪进行切头或尾处理后，在在孔型斜轧机上进行连续轧制成钢球坯；随后再经过精轧机进行精轧处理，其精轧机入口温度为940-960℃，冷却后得到钢球；

步骤S9、将步骤S8中得到的钢球进行筛选后进行淬火和回火处理，淬火温度为830-860℃；

步骤S10、收集、称重处理后打包入库。

通过采用上述技术方案，在步骤S1中，将高炉铁水、废钢以及和铁合金等会其他原材料依次加入到转炉中进行冶炼，在不借助外加能源的基础下，仅靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程，节约能源和降低成本。同时在转炉的过程中能够有效脱去大量的硫，即通过增加钙和镁离子，使其与硫结合生产硫化物，从而别炉渣吸附、去除即可达到脱硫的作用。

在步骤S2中，将脱硫后的钢水进行LF精炼，利用白渣机进行精炼，因为白渣在LF炉内具有很强的还原性，可以降低钢中氧、硫及夹杂物含量，由此通过白渣对氧化物的吸附作用从而达到脱氧脱硫的目的。

在步骤S3中，VD炉即真空脱气炉(真空脱气炉是在真空下吹氧、脱碳、真空除气、真空下合金成分微调)完成脱气、搅拌等任务，可以对钢水进行真空脱气处理以及真空合金成分微调。

在步骤S4中，将成分微调后的钢水在连铸机上进行浇注制得铸坯，接着在步骤S5中将铸坯在拉矫机上进行矫直处理，同时还能疏松铸坯表层的氧化物，为后期的酸洗和轧制做好的准备。

接着在步骤S6中通过酸洗液进行酸洗，有利于提高铸坯的耐腐蚀强度；然后在步骤S7中添加碱液可以中和上面多余的酸液，提高了其抗腐蚀性能。

在步骤S8中采用孔型斜轧机进行轧制后得到的钢球，不仅生产效率高，而且还能质量好，在孔型斜轧机的挤压过程中，使得钢球中各种夹杂物在高温下具有一点的塑性，能够沿着变形方向伸长呈纤维状分布的组织，有进一步提高了上述钢球的机械性能，使得金属组织致密，晶粒细化。

在步骤S9中进行淬火和回火处理，有效提高了钢球的硬度和耐磨性能。接着再在步骤S10中进行收集称重后即可打包入库。

本发明进一步设置为：在步骤S1中，原材料还包括辅料石灰、白云石以及脱氧剂；其添加顺序依次为碳粉、脱氧剂、硅锰、硅铁和高碳铬铁。

通过采用上述技术方案，石灰是生石灰的俗称，主要成分是氧化钙(CaO)；而白云石属三方晶系的碳酸盐矿物，其化学成分为CaMg(CO₃)₂，可含有Fe、Mn、Pb、Zn等元素；此外，脱氧剂是指可吸收氧气、减缓氧化作用的添加剂，通过添加脱氧剂能够改变钢中夹杂物形态分布，细化晶粒，改善钢的加工性能，具有提高钢材质量的作用。

本发明进一步设置为：所述脱氧剂为硅铝钡，其用量为1.5-1.6kg/t。

通过采用上述技术方案，硅铝钡合金是具有较强的脱氧、脱硫能力，对改变钢中夹杂物形态分布，细化晶粒，改善钢的加工性能，提高钢材质量具有重要作用。使用硅铝钡合金比单独使用铝块和硅铁等单一合金效果更显著，提高了合金利用率，炼钢成本降低，有较好的经济效益。

本发明进一步设置为：在步骤S1中，转炉的进站温度为1520-1540℃。

通过采用上述技术方案，将进站的温度控制在1520-1540℃时，同时控制好精炼中合金的成分比例以及钢渣的稳定氧位，为精炼快速化渣、尽早成渣创造条件，为快速深脱硫和氧奠定了良好的基础。

本发明进一步设置为：在步骤S2中，在出钢结束后喂包芯线200-250m/炉，喂线的速度为3-5m/s，所述包芯线采用铁钙线。

通过采用上述技术方案，钙铁包芯线是炼钢过程中一种添加剂，是由铁粉和钙粒按配比物理混匀的钙铁包芯线，主要作为炼钢过程中的脱氧和脱硫剂。在炼钢过程中加入包芯线后，可以避免形成长条状的硫化物夹杂，从而改善了钢的各向异性，减轻了水口堵塞，起到脱硫、脱氧以及去夹杂的作用，同时能够过对化学成分进行微调，能使金属及稀土元素提高收率，减少贵重元素的加入量，降低精炼成本。

本发明进一步设置为：喂线的同时在线吹氩底气，出钢过程吹氩气的流量为100-350L/min，氩气压力为0.3-0.4MPa。

通过采用上述技术方案，在钢包的底部吹氩气搅拌对钢水的传质、传热起着重要作用，底部吹氩气能使得钢包内的铁水处于搅拌状态，一方面加快了钢水的传质传热，使成分均匀，加快反应速度；另一方面使钢水温度更加均匀，通过控制吹入的氩气流量，保证钢水不裸露，杜绝了钢水二次氧化，防止TiN的产生具有积极作用，弥补了顶部吹入氩气的缺点。

本发明进一步设置为：抽真空处理时，保持VD炉底部的氩气流量为7-12m³/h，压力为0.4-0.6MPa。

通过采用上述技术方案，在真空条件下底部吹氩气流会对钢液冲击形成一种沸腾现象。当采用氩气流量为7-12m³/h，压力为0.4-0.6MPa下进行吹氩气，会促使钢液成分和温度均匀，加快了钢中夹杂和气体的减少速度，在较短的时间内获得纯洁度很高的钢液，对钢水质量的提高会有很大的帮助。

本发明进一步设置为：在步骤S6轧制后进行酸洗处理，在钢球的表面形成一层致密的钝化膜，所述钝化膜的主要成分为CrO₃、FeO和NiO。

通过采用上述技术方案，在对钢球进行酸洗后能够提高钢球的耐腐蚀性能，使其在钢球的表面形成一层极薄的(约1mm)致密的钝化膜，这层膜1n腐蚀介质隔离，是不锈钢防护的基本屏障。同时还能有效防止产品污染与获得美观的作用。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过采用轧制的方式制得的钢球不仅生产效率高，而且钢球质量较高；

2、轧制工艺采用连轧机进行，减轻了工人的劳动强度，改善了劳动环境；

3、全过程自动化控制，钢球硬度均匀，心部硬度高，破碎率低，钢球冲击值大。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

一种耐磨钢球用钢，耐磨钢球的化学成分中各主要合金元素的质量百分比为碳0.70-0.78％，硅0.15-0.35％，锰0.80-0.90％，磷≤0.03％，硫≤0.03％，铬0.5-0.6％，镍≤0.25％，铜≤0.25％。

工艺流程为：一种耐磨钢球的轧制加工方法，包括以下操作步骤：

步骤S1、转炉：将高炉铁水，以及其他干燥处理后的原材料硅铁、硅锰、高碳铬铁、低氮碳粉以及废钢经熔融还原后按照配比依次投入到转炉中进行冶炼，加热温度≥1250℃，出钢温度控制在1630-1650℃，得到钢水。

步骤S2、LF精炼：将转炉中炼得的钢水转移到钢包中，在还原气氛和氩气搅拌下，同时利用白渣在LF炉中进行LF精炼处理。

步骤S3、VD精炼：将步骤S2的钢包进入VD炉后，VD炉底部进行吹氩气处理，其中氩气的流量为100-200L/min，压力为0.3-0.4MPa，接着合盖后进行真空脱气处理，真空保持20min以上，真空脱气后在VD炉中进行精炼处理。

步骤S4、连铸：在氩气的保护下，将精炼后的钢水不断地通过水冷结晶器，浇注后得到铸坯，连铸二冷水分配比为35/35/30/0/0，连铸拉速为0.35-0.40m/min。

步骤S5、将步骤S4中得到的铸坯进入拉矫机进行疏松铸坯表层和板形矫直处理。

步骤S6、酸洗：步骤S5制得的铸坯放置在清洗设备中，接着采用硝酸和氟化物作为酸洗液进行酸洗处理，然后用去离子水冲洗三次，脱水待用。

步骤S7、将步骤S6中经过酸洗处理后的铸坯采用10％(质量分数)NaOH和4％(质量分数)KMnO₄的混合溶液中浸泡5-60min，温度控制在70-82℃，以除去酸洗残渣，然后用去离子水冲洗三次后干燥待用。

步骤S8、铸坯经过检查、称重和测长处理后投入加热炉中进行加热处理，然后将其在孔型斜轧机上轧制成型；其轧制方法具体分为三个步骤：首先将加热后的连铸坯在初轧机进行初轧制处理，其开轧的温度为1050-1100℃；接着将轧制后的连铸坯经过飞剪进行切头或尾处理后，在在孔型斜轧机上进行连续轧制成钢球坯；随后再经过精轧机进行精轧处理，其精轧机入口温度为940-960℃，冷却后得到钢球。

步骤S9、将步骤S8中得到的钢球进行筛选后进行淬火和回火处理，淬火温度为830-860℃。

步骤S10、收集、称重处理后打包入库。

一、生产数据：

表1转炉终点控制数据

备注：转炉终点C≥0.15％，合格率为50％，出钢温度要求≥1580℃，合格率为100％。

表2转炉进站成分、温度控制数据

备注：转炉进站成分合格率为100％，进站温度要求1520-1540℃，合格率0％。

表3精炼时LF炉的控制数据

	炉次	VD要钢温度	吊包温度	冶炼周期	通电时间/min
						1	7C-00249	1620	1635	60	33
2	7C-00250	1585	1597	56	29
						3	7C-00251	1585	1600	57	27
4	7C-00252	1585	1593	53	27
						5	7C-00253	1580	1590	55	26
6	7C-00254	1585	1592	56	23

备注：精炼工序，LF炉受进战温度低的影响，通电升温幅度较大，通电时间平均为27min，最长为33min。与铸机周期基本匹配；LF炉冶炼周期平均为56min，最长为60min，最短为53min。

表4精炼时VD炉的控制数据

	炉次	铸机要钢温度	软吹时间	吊包温度	真空时间	周期
							1	7C-00249	1555	18	1556	20	44
2	7C-00250	1525	24	1524	21	55
							3	7C-00251	1520	20	1519	23	54
4	7C-00252	1520	20	1520	21	48
							5	7C-00253	1520	21	1520	22	53
6	7C-00254	1520	17	1523	23	52

备注：VD周期紧张，后期跟不上铸机。

表5铸机操作数据

备注：铸机浇筑过程良好，可浇性、拉速等操作指标控制较好，均满足工艺要求；铸坯表面酸洗样良好；分配比、拉速变动后，铸坯进拉矫机温度明显升高，达到预期目的。

表6铸坯拉矫数据

二、实施例1-6：

表7实施例1-6的化学成分及其质量百分比

三、检测结果：如表8-12可知，

1、根据CB/T226-1991《钢的低倍组织及缺陷酸侵实验法》，低倍组织满足标准要求；

2、根据CB/T224-2008《钢的脱碳层深度检测法》可知，组织为正常索氏体和珠光体，脱碳层效率1.5％D，各项指标均瞒住标准要求；

3、[O]含量满足标准要求；

4、截止2017年2月10日，跟踪本批次材料入库检验合格率情况，剔除轧钢缺陷及结疤等缺陷，综合合格率为99.3％；

5、如表12可知，耐磨钢球子2月份开始开发以来，总体质量稳定，生产检验判定量达到5397t，合格率均在99％以上，用户使用反馈良好，未发生质量异议问题反馈。

表8低倍组织检测数据

表9非金属夹杂物检测数据

表10气体含量检测数据

表11成品总质量检测数据

入库量/t	合格量/t	合格率/％	裂纹/t	结疤/t	轧钢缺陷/t
						511.798	504.931	99.3	3.468	0.543	2.856

表12质量稳定与逐月合格率情况

月份	入库量/t	合格量/t	合格率/％	裂纹/t	结疤/t	轧钢缺陷/t
							2	1169.13	1165	99.65	4.13	4.76	5.56
3	1258.963	1255.74	99.74	3.22	20.34	18.79
							4	2962.27	2953.67	99.47	15.6	23.4	63.39
汇总	5397.36	5374.41	99.57	22.95	48.5	87.74

具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种耐磨钢球的轧制加工方法，其特征在于：

所述耐磨钢球的化学成分中各主要合金元素的质量百分比为碳0.73-0.77%，硅0.20-0.30%，锰0.80-0.90%，磷≤0.03%，硫≤0.03%，铬0.5-0.6%，镍≤0.25%，铜≤0.25%；

其具体加工方法包括以下操作步骤，

步骤S1、转炉：将高炉铁水，以及其他干燥处理后的原材料硅铁、硅锰、高碳铬铁、低氮碳粉以及废钢经熔融还原后按照配比依次投入到转炉中进行冶炼，加热温度≥1250℃，出钢温度控制在1630-1650℃，得到钢水；

步骤S2、LF精炼：将转炉中炼得的钢水转移到钢包中，在还原气氛和氩气搅拌下，同时利用白渣在LF炉中进行LF精炼处理；

步骤S3、VD精炼：将步骤S2的钢包进入VD炉后，VD炉底部进行吹氩气处理，其中氩气的流量为100-200 L/min，压力为0.3-0.4 MPa，接着合盖后进行真空脱气处理，真空保持20min以上，真空脱气后在VD炉中进行精炼处理；

步骤S4、连铸：在氩气的保护下，将精炼后的钢水不断地通过水冷结晶器，浇注后得到铸坯；

步骤S5、将步骤S4中得到的铸坯进入拉矫机进行疏松铸坯表层和板形矫直处理；

步骤S6、酸洗：步骤S5制得的铸坯放置在清洗设备中，接着采用硝酸和氟化物作为酸洗液进行酸洗处理，然后用去离子水冲洗三次，脱水待用；

步骤S7、将步骤S6中经过酸洗处理后的铸坯采用10%质量分数的NaOH和4%质量分数的KMnO₄的混合溶液中浸泡5-60 min，温度控制在70-82℃，以除去酸洗残渣，然后用去离子水冲洗三次后干燥待用；

步骤S8、铸坯经过检查、称重和测长处理后投入加热炉中进行加热处理，然后将其在孔型斜轧机上轧制成型；其轧制方法具体分为三个步骤：首先将加热后的连铸坯在初轧机进行初轧制处理，其开轧的温度为1050-1100℃；接着将轧制后的连铸坯经过飞剪进行切头或尾处理后，在在孔型斜轧机上进行连续轧制成钢球坯；随后再经过精轧机进行精轧处理，其精轧机入口温度为940-960℃，冷却后得到钢球；

步骤S9、将步骤S8中得到的钢球进行筛选后进行淬火和回火处理，淬火温度为830-860℃；

步骤S10、收集、称重处理后打包入库。

2.根据权利要求1所述的一种耐磨钢球的轧制加工方法，其特征在于：在步骤S1中，原材料还包括辅料石灰、白云石以及脱氧剂；其添加顺序依次为碳粉、脱氧剂、硅锰、硅铁和高碳铬铁。

3.根据权利要求2所述的一种耐磨钢球的轧制加工方法，其特征在于：所述脱氧剂为硅铝钡，其用量为1.5-1.6 kg/t。

4.根据权利要求3所述的一种耐磨钢球的轧制加工方法，其特征在于：在步骤S1中，转炉的进站温度为1520-1540℃。

5.根据权利要求4所述的一种耐磨钢球的轧制加工方法，其特征在于：在步骤S2中，在出钢结束后喂包芯线200-250 m/炉，喂线的速度为3-5 m/s，所述包芯线采用铁钙线。

6.根据权利要求5所述的一种耐磨钢球的轧制加工方法，其特征在于：喂线的同时在线底吹氩气，出钢过程吹氩气的流量为100-350 L/min，氩气压力为0.3-0.4 MPa。

7.根据权利要求6所述的一种耐磨钢球的轧制加工方法，其特征在于：抽真空处理时，保持VD炉底部的氩气流量为7-12 m³/h，压力为0.4-0.6 MPa。

8.根据权利要求7所述的一种耐磨钢球的轧制加工方法，其特征在于：在步骤S6轧制后进行酸洗处理，在钢球的表面形成一层致密的钝化膜，所述钝化膜的主要成分为CrO₃、FeO和NiO。