CN108315647B - 磨球钢材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磨球钢材料及其制备方法。该磨球钢材料由以下质量分数的元素组成:碳0.72‑0.82%、硅0.15‑0.35%、锰0.80‑0.90%、磷≤0.020%、硫≤0.010%、铬0.50‑0.60%、钼≤0.05%、镍≤0.05%、铜≤0.25%、铝0.010‑0.030%，余量为铁。本发明的有益效果：该磨球钢材料在具有良好硬度的同时具有良好的塑性，从而便于进行热轧加工成热轧钢球。

Description

磨球钢材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢制品材料，特别涉及一种磨球钢材料及其制备方法。
背景技术
耐磨钢球是一种用于球磨机中的粉碎介质，用于粉碎磨机中的物料。根据加工原料的不同，耐磨钢球分成四种。其中一种耐磨钢球是用钢厂产的圆钢热轧而成的钢球，这种耐磨钢球也被称作热轧钢球，钢厂产的圆钢也被称作磨球钢。
市面上存在多种组分各异的磨球钢。其中一种磨球钢由如下质量分数的组分组成：C：0.40-0.85、Si：1.51-2.0、Mn：1.81-2.9、Cr：0.20-0.79、Cu：0.001-0.70、Mo：0.001-0.15、Ce：0.0005-0.05、S：≤0.05、P：≤0.04，其余为Fe。
在该磨球钢的组分中，硅含量达到1.51-2.0％。硅含量的增加虽然会增加磨球钢硬度，但是会降低磨球钢的塑性。对于磨球钢来说，磨球钢作为生产热轧钢球的原料，在生产热轧钢球的过程中，磨球钢需要经过热轧处理，对磨球钢的塑性要求较高，因此需要对上述磨球钢进行改进，进一步提升磨球钢的塑性。
发明内容
本发明的目的是提供一种磨球钢材料。该磨球钢材料在具有良好硬度的同时具有良好的塑性，从而便于进行热轧加工成热轧钢球。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种磨球钢材料，由以下质量分数的元素组成：碳0.72-0.82％、硅0.15-0.35％、锰0.80-0.90％、磷≤0.020％、硫≤0.010％、铬0.50-0.60％、钼≤0.05％、镍≤0.05％、铜≤0.25％、铝0.010-0.030％，余量为铁。
通过采用上述技术方案，硅含量达到0.15-0.35％，接近为硅含量为1.51-2.0％的十分之一，硅含量显著下降。而硅含量的降低能够增加磨球钢材料的塑形。铝的加入能够细化晶粒，从而提升磨球钢材料的综合性能，抵消磨球钢材料中因为硅含量降低而导致的硬度降低，提升磨球钢材料的强度。因此，磨球钢材料在具有良好的塑形的同时也具有良好的硬度，便于进行热轧加工成热轧钢球。
本发明另一发明目的在于提供一种上述磨球钢材料的制备方法，包括如下步骤：
铁水预处理、转炉熔炼、LF炉精炼、VD炉精炼、连铸、连铸坯热装、轧制、缓冷、精整；
所述转炉熔炼和LF炉精炼步骤中均加入造渣剂，所述造渣剂包括如下重量份数的组分：
石灰70-80份、萤石5-10份、二氧化钛5-10份、铝矾土3-5份、二氧化锰3-5份、电石3-5份、白云石3-5份、碳化钨0.5-1份。
通过采用上述技术方案，石灰是以氧化钙为主要成分的气硬性无机胶凝材料，能够提高炉渣的碱度，增强与二氧化硫和二氧化碳的结合能力，降低二氧化硫和二氧化碳的分压，促进硫和碳进一步氧化后分别生成二氧化硫和二氧化碳。萤石的主要成分为氟化钙，而氟化钙能够使炉渣中的氧化钙熔点降低，加速炉渣熔化。二氧化钛能够提高对于碳和硫的吸附能力，降低碳和硫含量。铝矾土的主要成分为氧化铝，在950℃左右会生成Y-Al2O3，而Y-Al2O3是一种表面疏松、多细孔结构的比表面大的活性氧化铝。二氧化锰能够降低炉渣的粘度，改善炉渣对石灰的润湿程度和提高炉渣在石灰空隙中的渗透能力，减少石灰表面生成2CaO·SiO2壳层的生成，从而促进石灰熔化速度。电石的主要成分为碳化钙，能够与氧气反应生成氧化钙，一方面脱除铁水中的氧气，另一方面又起到补充氧化钙的作用。白云石是碳酸盐矿物，主要成分为碳酸钙和碳酸镁，增加炉渣中氧化镁含量，减少炉衬中氧化镁向炉渣中转移，促进前期化渣。碳化钨的作用是增加炉渣的脱碳和脱硫能力。
本发明进一步设置为：所述转炉熔炼、LF炉精炼和VD炉精炼步骤中，全程底吹氩气。
通过采用上述技术方案，底吹的氩气在钢水里上升的过程中加强对钢水的搅拌，使钢水的温度均匀。
本发明进一步设置为：在转炉熔炼步骤中，往铁水中加入废钢、转炉合金和脱氧剂；所述废钢和铁水的重量比为1∶10，所述转炉合金包括硅铁、硅锰、高碳铬铁、人造石墨，所述硅铁和铁水的比例为1∶20kg/t，所述硅锰和铁水的比例为1∶1kg/t，所述高碳铬铁和铁水的比例为1∶5kg/t，所述人造石墨和铁水的比例为5∶1kg/t，所示脱氧剂包括硅铝钡和铝条，所述硅铝钡的用量与混合物重量之比为1.0-1.5kg/t，所述铝条的用量与混合物重量之比为0.2-0.4kg/t，所述混合物包括铁水、废钢和转炉合金。
通过采用上述技术方案，废钢的加入能够降低成本，提高资源利用率，同时进行降温。转炉合金的加入一方面能够和氧反应，达到脱氧的目的，另一方面合金能够改善钢材的性能。硅铁能够增大强度和硬度；硅锰能够增加淬透性、提高韧性，降低硫的危害；高碳铬铁能够增加强度、韧性和耐腐蚀性能；人造石墨控制钢材强度和硬度。硅铝钡和铝条能够起到脱氧的作用。
本发明进一步设置为：所述转炉合金和脱氧剂的加入顺序依次为人造石墨、硅铝钡和铝条、硅锰和硅铁、高碳铬铁。
本发明进一步设置为：所述转炉熔炼步骤中供氧方式为顶吹。
通过采用上述技术方案，顶吹的氧气能够和碳反应生成二氧化碳，用于除去碳杂质。
本发明进一步设置为：所述LF炉精炼步骤中，往转炉熔炼步骤得到的钢水中加入LF炉合金，LF炉合金包括硅铁、硅锰、高碳铬铁、低氮碳粉，所述硅铁和转炉熔炼步骤得到的钢水的比例为1∶20kg/t，所述硅锰和转炉熔炼步骤得到的钢水的比例为1∶1kg/t，所述高碳铬铁和转炉熔炼步骤得到的钢水的比例为1∶5，所述低氮碳粉和转炉熔炼步骤得到的钢水的比例为5∶1kg/t。
通过采用上述技术方案，硅铁能够增大强度和硬度；硅锰能够增加淬透性、提高韧性，降低硫的危害；高碳铬铁能够增加强度、韧性和耐腐蚀性能；低氮碳粉抗氧化性强、低灰、低硫、低磷、高机械强度、高化学活性、高精煤回收率等特点，可用来调整钢液的碳含量和氧含量，改变其刚性和韧性，从而提高钢液的形核能力和钢坯的内在质量。
本发明进一步设置为：所述LF炉精炼步骤中，喂铁钙线，喂线速度为3-5m/s。
通过采用上述技术方案，铁钙线能够起到良好的脱氧脱磷作用改善钢材性能，提高合金的收得率。
本发明进一步设置为：所述VD炉精炼步骤中，往LF炉精炼步骤得到的钢水中加入低氮碳粉，所述低氮碳粉和LF炉精炼步骤得到的钢水的重量比为1∶5。
通过采用上述技术方案，低氮碳粉抗氧化性强、低灰、低硫、低磷、高机械强度、高化学活性、高精煤回收率等特点，可用来调整钢液的碳含量和氧含量，改变其刚性和韧性，从而提高钢液的形核能力和钢坯的内在质量。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
硅含量的降低能够增加磨球钢材料的塑形。铝的加入能够细化晶粒，从而提升磨球钢材料的综合性能，抵消磨球钢材料中因为硅含量降低而导致的硬度降低，提升磨球钢材料的强度。因此，磨球钢材料在具有良好的塑形的同时也具有良好的硬度，便于进行热轧加工成热轧钢球。
具体实施方式
实施例1-5用于说明制备本发明磨球钢材料时所添加的造渣剂的制备方法。实施例1-5的造渣剂的组分表见表1。
表1、实施例1-5造渣剂的组分表
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
石灰/份 75 72 70 77 80
萤石/份 5 9 10 8 7
二氧化钛/份 10 9 7 6 5
铝矾土/份 5 3 5 4 3
二氧化锰/份 3 4 4 4 5
电石/份 4 5 5 3 3
白云石/份 4 5 5 4 3
碳化钨/份 1 0.5 0.6 0.8 0.7
注：单位“份”均指重量份。
以下详细说明实施例1中造渣剂的制备方法，实施例2-5同实施例1。造渣剂的制备方法具体如下：
Step1：称取石灰、萤石、二氧化钛、铝矾土、二氧化锰、电石、白云石、碳化钨，加入碾轮混砂机中磨碎并混合搅拌均匀，得到的混合物的粒度在0.9mm；
Step2：将混合物加入到对称压球机中，在对称压球机的压力为15MPa的条件下，挤压出直径为15mm的球团，将球团自然干燥48h，并在温度为300℃的条件下焙烧0.5h，得到球团形造渣剂。
实施例6-10用于说明制备本发明磨球钢材料的制备方法。以下详细说明实施例6中磨球钢材料的制备方法，实施例7-10同实施例1。
一种磨球钢材料的制备方法，包括如下步骤：
铁水预处理、转炉熔炼、LF炉精炼、VD炉精炼、连铸、连铸坯热装、轧制、缓冷、精整、检验入库。
铁水预处理后，铁水的参数如下：温度≥1250℃，磷≤0.120％，硫≤0.040％，含渣量≤0.5％。
在转炉熔炼步骤中，往铁水中加入废钢、转炉合金和脱氧剂。其中，废钢的要求参照GB/T 4223-2004《废钢铁》，废钢和铁水的重量比为1∶10。转炉合金包括硅铁、硅锰、高碳铬铁、人造石墨，所述硅铁和铁水的比例为1∶20kg/t，所述硅锰和铁水的比例为1∶1kg/t，所述高碳铬铁和铁水的比例为1∶5kg/t，所述人造石墨和铁水的比例为5∶1kg/t。脱氧剂包括硅铝钡和铝条，硅铝钡的用量与混合物重量比为1.0-1.5kg/t，铝条的用量与混合物重量比为0.2-0.4kg/t；其中，混合物包括铁水、废钢和转炉合金。转炉合金和脱氧剂的加入顺序依次为人造石墨、硅铝钡和铝条、硅锰和硅铁、高碳铬铁。在转炉熔炼步骤中，供氧方式为顶吹。
在LF炉精炼步骤中，往转炉熔炼步骤得到的钢水中加入LF炉合金和喂铁钙线；LF炉合金包括硅铁、硅锰、高碳铬铁、低氮碳粉，所述硅铁和转炉熔炼步骤得到的钢水的比例为1∶20kg/t，所述硅锰和转炉熔炼步骤得到的钢水的比例为1∶1kg/t，所述高碳铬铁和转炉熔炼步骤得到的钢水的比例为1∶5，所述低氮碳粉和转炉熔炼步骤得到的钢水的比例为5∶1kg/t。
在转炉熔炼步骤和LF炉精炼步骤中，均加入造渣剂，控制每吨钢的总渣量为10kg。
在VD炉精炼步骤中，往VD炉精炼步骤得到的钢水中加入低氮碳粉，低氮碳粉与VD炉精炼步骤得到的钢水的重量为1∶5。
表2、实施例6-10磨球钢材料的制备方法参数
按照实施例6-10制备的磨球钢材料的组分表见表3。
表3、实施例6-10磨球钢材料的组分表
实施例6 实施例7 实施例8 实施例9 实施例10
碳/％ 0.72 0.75 0.78 0.8 0.82
硅/％ 0.2 0.15 0.25 0.3 0.35
锰/％ 0.85 0.83 0.9 0.8 0.88
磷/％ 0.01 0.02 0.005 0.015 0.001
硫/％ 0.005 0.01 0.001 0.003 0.008
铬/％ 0.5 0.52 0.55 0.58 0.6
钼/％ 0.02 0.03 0.05 0.04 0.01
镍/％ 0.02 0.01 0.03 0.05 0.04
铜/％ 0.2 0.05 0.1 0.15 0.25
铝/％ 0.03 0.02 0.03 0.02 0.01
铁/％ 97.435 97.58 97.304 97.242 97.031
注：％均指质量分数
对比例1
一种磨球钢材料由如下质量分数的组分组成：C：0.40-0.85、Si：1.51-2.0、Mn：1.81-2.9、Cr：0.20-0.79、Cu：0.001-0.70、Mo：0.001-0.15、Ce：0.0005-0.05、S：≤0.05、P：≤0.04，其余为Fe。
参照GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验方法》对实施例6-10和对比例1测试延伸率和断面收缩率。
表4、实施例6-10和对比例1的延伸率和断面收缩率记录表
Figure BDA0001575311580000061
从表4可知，相对于对比例1，实施例6-10的延伸率和断面收缩率均大于对比例1，可见本发明的塑性优于对比例1，从而便于进行热轧加工成热轧钢球。
由此可见，实施例1-5的硅含量接近为对比例1的十分之一，硅含量显著下降，增加本发明磨球钢材料的塑性。而铝的加入抵消磨球钢材料中因为硅含量降低而导致的硬度降低，提升本发明磨球钢材料的强度。因此，磨球钢材料在具有良好的塑形的同时也具有良好的硬度，便于进行热轧加工成热轧钢球。
本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 (6)

1.一种磨球钢材料，其特征是：由以下质量分数的元素组成:碳0.72-0.82%、硅0.15-0.35%、锰0.80-0.90%、磷≤0.020%、硫≤0.010%、铬0.50-0.60%、钼≤0.05%、镍≤0.05%、铜≤0.25%、铝0.010-0.030%，余量为铁；
磨球钢材料的制备方法，包括如下步骤：
铁水预处理、转炉熔炼、LF炉精炼、VD炉精炼、连铸、连铸坯热装、轧制、缓冷、精整；
在转炉熔炼步骤中，往铁水中加入废钢、转炉合金和脱氧剂；所述废钢和铁水的重量比为1:10，所述转炉合金包括硅铁、硅锰、高碳铬铁、人造石墨，所述硅铁和铁水的比例为1:20kg/t，所述硅锰和铁水的比例为1:1kg/t，所述高碳铬铁和铁水的比例为1:5kg/t，所述人造石墨和铁水的比例为5:1kg/t，所述脱氧剂包括硅铝钡和铝条，所述硅铝钡的用量与混合物重量之比为1.0-1.5kg/t，所述铝条的用量与混合物重量之比为0.2-0.4kg/t，所述混合物包括铁水、废钢和转炉合金；
所述转炉熔炼和LF炉精炼步骤中均加入造渣剂，所述造渣剂包括如下重量份数的组分：
石灰70-80份、萤石5-10份、二氧化钛5-10份、铝矾土3-5份、二氧化锰3-5份、电石3-5份、白云石3-5份、碳化钨0.5-1份；
在LF炉精炼步骤中，往转炉熔炼步骤得到的钢水中加入LF炉合金，LF炉合金包括硅铁、硅锰、高碳铬铁、低氮碳粉，所述硅铁和转炉熔炼步骤得到的钢水的比例为1:20kg/t，所述硅锰和转炉熔炼步骤得到的钢水的比例为1:1kg/t，所述高碳铬铁和转炉熔炼步骤得到的钢水的比例为1:5 kg/t，所述低氮碳粉和转炉熔炼步骤得到的钢水的比例为5:1kg/t。
2.根据权利要求1所述的磨球钢材料的制备方法，其特征是：所述转炉熔炼、LF炉精炼和VD炉精炼步骤中，全程底吹氩气。
3.根据权利要求1所述的磨球钢材料的制备方法，其特征是：所述转炉合金和脱氧剂的加入顺序依次为人造石墨、硅铝钡和铝条、硅锰和硅铁、高碳铬铁。
4.根据权利要求1所述的磨球钢材料的制备方法，其特征是：所述转炉熔炼步骤中供氧方式为顶吹。
5.根据权利要求1所述的磨球钢材料的制备方法，其特征是：所述LF炉精炼步骤中，喂铁钙线，喂线速度为3-5m/s。
6.根据权利要求1所述的磨球钢材料的制备方法，其特征是：所述VD炉精炼步骤中，往LF炉精炼步骤得到的钢水中加入低氮碳粉，所述低氮碳粉和LF炉精炼步骤得到的钢水的重量比为1:5 kg/t。
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