CN108342645A - 一种过共析磨球用钢及其制备方法 - Google Patents

一种过共析磨球用钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种过共析磨球用钢及其制备方法，所述过共析磨球用钢的化学成分质量百分比为：C：0.90‑0.96％，Si：0.20‑0.30％，Mn：0.91‑0.98％，Cr：0.35‑0.45％，P：≤0.025％，S：≤0.015％，Ni：≤0.10％，Cu：≤0.30％，Mo：≤0.05％，Ti：0.010‑0.050％，Al：≤0.030％，其余为Fe和不可避免的杂质，且DI取值范围为2.5‑3.5，所述DI定义为(0.062+0.409C‑0.135C2)×(1+3.333Mn)×(1+0.7Si)×(1+2.16Cr)×(1+3Mo)×(1+0.363Ni)×(1+0.365Cu)。本发明采用电炉冶炼、LF精炼、真空处理、软吹工艺冶炼，采用连铸浇注铸坯，在轧制过程控制加热均热温度、加热时间、开轧温度、终轧温度、轧后缓冷时间，制得热轧圆钢。

Description

一种过共析磨球用钢及其制备方法
技术领域
本发明属于矿山机械用钢技术领域，具体涉及一种过共析磨球用钢及其制造技术。
背景技术
磨球是广泛应用于冶金、矿山、建材和电力等行业的主要易损件，全球年消耗量在500万吨以上。伴随着矿山开采业的飞速发展，对磨球用钢的质量提出了较高的要求，要求其具有良好的内部质量及耐磨性，整体硬度的均匀性要好，并且要有良好的韧性，以降低在矿料破碎中耐磨材料的消耗。
如下为现有技术中设计磨球用钢的一些报道：
CN107574380A公开了一种高硬度细晶粒大规格锻造磨球用钢，其包括的化学成分组成及质量百分数为：C：0.70～0.85％、Mn：1.0～1.3％、Cr：0.8～0.95％、Si：0.6～0.8％、Mo：0.08～0.3％、Nb：0.02～0.06％、Al：0.01～0.06％、Cu：≤0.01％、S：≤0.025％、P：≤0.025％、其余为铁。
CN106834959A公开了一种高硬度耐磨球料用钢，其化学组分按质量百分数包括C0.55～0.70％、Si1.65～1.90％、Mn0.60～0.80％、P≤0.025％、S≤0.025％、Al≤0.020％、Cr0.60～0.90％、Ni≤0.03％、Mo≤0.02％、Cu≤0.025％、As≤0.020％、Sn≤0.020％、Sb≤0.004％、Pb≤0.0025％，其它为Fe和杂质。
CN104762562B公开了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。
CN103627955A公开了一种高碳耐磨球料用钢，其材料的化学成分的质量百分含量包括：C 0.67～0.82％、Si 0.45～0.78％、Mn 0.89～1.30％、P≤0.040％、S≤0.040％、V0.03～0.10％、Cr≤0.20％、Ni≤0.30％、Cu≤0.30％、Mo≤0.15％，其余为Fe和杂质。
CN101792885B公开了高碳锰铬磨球用热轧圆钢及其制造方法，钢的组成按质量百分数为：C0.75～0.85％，Si0.17～0.35％，Mn0.70～0.90％，Cr0.40～0.60％，S0.001～0.020％，Cu0.01～0.20％，Ni0.01～0.20％，Al0.010～0.060％，P0.005～0.025％，余为Fe和不可避免的杂质。
CN102703816B公开了一种高碳低合金耐磨球用钢，它的化学成分重量百分比(wt％)为：C0.95-1.05％，Si0.15-0.35％，Mn1.00-1.20％，Cr0.45-0.65％，Al0.020-0.045％，Ni≤0.25％，Mo≤0.25％，S≤0.025％，P≤0.025％，Cu≤0.25％，余为Fe。
磨球用钢对钢材的洁净度、均匀性、硬度、耐磨性等均有严格的要求，要求钢材的性能一致性要好。目前涉及碳含量在0.9％以上的磨球用钢及其生产方法的专利较少，针对磨球用钢高耐磨性、良好的硬度均匀性的要求，提供一种过共析磨球用钢及其制备方法是十分必要的。
发明内容
针对现有技术中磨球用钢存在的一些技术问题，本发明提供一种过共析磨球用钢及其制造方法，通过控制材料的化学成分和合理的生产工艺来控制钢材的洁净度、均匀性，使材料具有良好的综合性能。
本发明首先提供了一种过共析磨球用钢，其化学成分质量百分比为：C：0.90-0.96％，Si：0.20-0.30％，Mn：0.91-0.98％，Cr：0.35-0.45％，P：≤0.025％，S：≤0.015％，Ni：≤0.10％，Cu：≤0.30％，Mo：≤0.05％，Ti：0.010-0.050％，Al：≤0.030％，其余为Fe和不可避免的杂质，且DI取值范围为2.5-3.5，所述DI定义为(0.062+0.409C-0.135C2)×(1+3.333Mn)×(1+0.7Si)×(1+2.16Cr)×(1+3Mo)×(1+0.363Ni)×(1+0.365Cu)。
本发明提供的磨球用钢热轧后显微组织为珠光体和渗碳体，由于含有较多的碳，钢材的强度和硬度较高，采用不完全淬火后，这些渗碳体以粒状分布在马氏体的基体内，能够显著提高钢的耐磨性。
为了保证过共析磨球用钢性能的稳定性，其化学成分质量百分比可进一步为：C：0.90-0.93％、Si：0.23-0.28％、Mn：0.91-0.95％、Cr：0.35-0.40％、P：≤0.025％、S：≤0.015％、Ni：≤0.10％、Cu：≤0.10％、Mo：≤0.05％、Ti：0.010-0.030％、Al：0.015-0.030％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明采用了合理的成分设计，采用Mn、Cr、Ti多元合金化的方法，低P、S及低残余、适量Al的低成本窄成分设计，DI＝2.5～3.5。
本发明均采用常见的、低成本的元素进行成分设计。采用Mn、Cr、Ti多元合金化，为了提高钢的强度、硬度及耐磨性能，设计Mn：0.91-0.98％、Cr：0.35-0.45％；为保证钢材高的洁净度和低的冷脆性，采用低P、S和低残余成分设计，P：≤0.025％、S：≤0.015％；为细化晶粒，提高钢的强度、韧性等综合性能，Ti：0.010-0.050％、Al：≤0.030％，整体材料的窄成分设计保证材料的质量稳定性，DI＝2.5～3.5以满足钢材的性能要求。
此外，本发明还通过合理的生产工艺，提高钢的纯净度、均匀性，使钢具有良好的强度、硬度、耐磨性等综合性能。
作为上述过共析磨球用钢一种更好的选择，所述热轧态钢材硬度均匀控制在280-350HB范围内，将更好的满足钢材耐磨性的要求。
本发明还提供了一种过共析磨球用钢的制备方法，该制备方法包括：
1)冶炼：采用电炉冶炼，铁水加入比例50-80％，电炉出钢终点[C]≥0.20％、[P]≤0.015％，出钢温度1620-1650℃，造渣料按10-15kg/t钢加入；
LF精炼，按1-2.5m/t喂入铝线，1.5-3m/t喂入钛线，1.0-2.0m/t喂入钙线；
2)浇注：采用连铸浇注铸坯，采用GCr15保护渣，采用整体中间包、结晶器和末端电磁搅拌；
3)轧制：控制加热炉均热温度1160～1210℃，加热时间3.5～4.0小时，开轧温度1120～1200℃，终轧温度900～1000℃，轧后收集缓冷，缓冷时间16-24h，制得热轧圆钢。
作为上述方法一种更好的选择，所述冶炼步骤中，进行真空处理，真空度小于67Pa的保持时间≥10分钟，真空处理后软吹氩时间≥15分钟。
作为上述方法一种更好的选择，所述浇注步骤中，控制中间包温度1473-1483℃，拉速180mm×220mm坯型按照0.90～1.15m/min控制，铸坯进矫直机温度900～960℃，铸坯入坑缓冷时间24-36h，出坑温度不大于250℃。
在本发明的实施例内采用如下的方法进行过共析磨球用钢的制备：
(1)冶炼
采用电炉冶炼，铁水加入比例50-80％，电炉出钢终点[C]≥0.20％、[P]≤0.015％，出钢温度1620-1650℃，造渣料按10-15kg/t钢加入。
LF精炼，按1-2.5m/t喂入铝线，1.5-3m/t喂入钛线，1.0-2.0m/t喂入钙线。
为保证钢材的洁净度，进行真空处理，真空度小于67Pa的保持时间≥10分钟，真空处理后软吹氩时间≥15分钟，以保证夹杂物充分上浮、去除。
(2)浇注
采用连铸浇注铸坯，采用GCr15保护渣，采用整体中间包、结晶器和末端电磁搅拌。控制中间包温度1473-1483℃，拉速180mm×220mm坯型按照0.90～1.15m/min控制，铸坯进矫直机温度900～960℃，以保证铸坯质量。铸坯入坑缓冷时间24-36h，出坑温度不大于250℃。
(3)轧制
控制加热炉均热温度1160～1210℃，加热时间3.5～4.0小时，开轧温度1120～1200℃，终轧温度900～1000℃，轧后收集缓冷，缓冷时间16-24h，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。
与现有技术相比，本发明的技术方案的优良效果如下：
1、采用Mn、Cr、Ti多元合金化的方法，低P、S及低残余、适量Al、DI＝2.5～3.5的低成本窄成分设计，使钢材具有优良的综合性能。
2、本发明在生产过程中，通过制造工艺优化及对过程的严格控制，使P、S、残余等有害元素控制在较低的范围内，并通过真空处理、软吹、整体中间包、电磁搅拌等工艺，大大的提高了钢的纯净度和均匀性，为钢材的性能稳定性提供良好的保证。
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1-3：
一种过共析磨球用钢。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、轧制成材生产钢材。实施例1-3是以Φ45mm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：0.90-0.93％、Si：0.23-0.28％、Mn：0.91-0.95％、Cr：0.35-0.40％、P：≤0.025％、S：≤0.015％、Ni：≤0.10％、Cu：≤0.10％、Mo：≤0.05％、Ti：0.010-0.030％、Al：0.015-0.030％，其余为Fe和不可避免的杂质。DI＝(0.062+0.409C-0.135C2)×(1+3.333Mn)×(1+0.7Si)×(1+2.16Cr)×(1+3Mo)×(1+0.363Ni)×(1+0.365Cu)＝2.5～3.5。
生产工艺如下：
(1)冶炼
采用电炉冶炼，铁水加入比例60-70％，电炉出钢终点[C]≥0.20％、[P]≤0.015％，出钢温度1620-1650℃，造渣料按12-15kg/t钢加入。
LF精炼，按1.5-2.5m/t喂入铝线，1.5-2.5m/t喂入钛线，1.0-2.0m/t喂入钙线。
为保证钢材的洁净度，进行真空处理，真空度小于67Pa的保持时间10～15分钟，真空处理后软吹氩时间18～25分钟。
(2)浇注
采用连铸浇注铸坯，采用GCr15保护渣，采用结晶器和末端电磁搅拌。控制中间包温度1473-1483℃，拉速180mm×220mm坯型按照1.00～1.05m/min控制，铸坯进矫直机温度900～940℃，以保证铸坯质量。铸坯入坑缓冷时间24-30h，出坑温度150-200℃。
(3)轧制
控制加热炉均热温度1180～1210℃，加热时间3.5～4.0小时，开轧温度1150～1180℃，终轧温度930～960℃，轧后收集缓冷，缓冷时间16-20h，制得热轧圆钢。
具体的工艺参数见表1～表3所示。表1是1-3实施例过共析磨球用钢的化学成分，表2是冶炼、连铸过程关键工艺参数，表3为轧制过程关键工艺参数。
表1磨球用钢实施例化学成分(重量，％)
表2冶炼、连铸过程关键工艺参数
表3轧制过程关键工艺参数
实施例 均热温度，℃ 均热时间，h 开轧温度，℃ 终轧温度，℃ 缓冷时间，h
1 1193 4 1152 935 18
2 1205 4 1160 950 16
3 1210 3.5 1174 958 20
实施例1-3每炉钢材成品的性能检验结果如表4、表5所示。
表4低倍、硬度检验结果
表5非金属夹杂物、晶粒度检验结果
实施例 A细 A粗 B细 B粗 C细 C粗 D细 D粗 晶粒度
1 1/1.5 1/0.5 1/1 0.5/0 0/0 0/0 0.5/0.5 0/0.5 7
2 1/1 0/1 1/0.5 0/1 0/0 0/0 0.5/0.5 0/0 8
3 1/1 1/0.5 1/0 0/1 0/0 0/0 0.5/0.5 0.5/0 8
从实施例1-3可以看出，该过共析磨球用钢成分控制稳定，钢材的洁净度高，硬度均在300HB以上，且稳定性高，钢材组织均匀，晶粒度均在7-8级范围内。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种过共析磨球用钢，其特征在于：所述过共析磨球用钢的化学成分的质量百分比为：C：0.90-0.96％，Si：0.20-0.30％，Mn：0.91-0.98％，Cr：0.35-0.45％，P：≤0.025％，S：≤0.015％，Ni：≤0.10％，Cu：≤0.30％，Mo：≤0.05％，Ti：0.010-0.050％，Al：≤0.030％，其余为Fe和不可避免的杂质，且DI取值范围为2.5-3.5，所述DI定义为(0.062+0.409C-0.135C2)×(1+3.333Mn)×(1+0.7Si)×(1+2.16Cr)×(1+3Mo)×(1+0.363Ni)×(1+0.365Cu)。
2.如权利要求1所述的过共析磨球用钢，其特征在于，所述过共析磨球用钢的化学成分质量百分比为：C：0.90-0.93％、Si：0.23-0.28％、Mn：0.91-0.95％、Cr：0.35-0.40％、P：≤0.025％、S：≤0.015％、Ni：≤0.10％、Cu：≤0.10％、Mo：≤0.05％、Ti：0.010-0.030％、Al：0.015-0.030％，其余为Fe和不可避免的杂质。
3.如权利要求1或2所述的过共析磨球用钢，其特征在于，所述热轧态钢材硬度为280-350HB。
4.权利要求1所述过共析磨球用钢的制备方法，包括：
1)冶炼：采用电炉冶炼，铁水加入比例50-80％，电炉出钢终点[C]≥0.20％、[P]≤0.015％，出钢温度1620-1650℃，造渣料按10-15kg/t钢加入；
LF精炼，按1-2.5m/t喂入铝线，1.5-3m/t喂入钛线，1.0-2.0m/t喂入钙线；
2)浇注：采用连铸浇注铸坯，采用GCr15保护渣，采用整体中间包、结晶器和末端电磁搅拌；
3)轧制：控制加热炉均热温度1160～1210℃，加热时间3.5～4.0小时，开轧温度1120～1200℃，终轧温度900～1000℃，轧后收集缓冷，缓冷时间16-24h，制得热轧圆钢。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：
所述冶炼步骤中，进行真空处理，真空度小于67Pa的保持时间≥10分钟，真空处理后软吹氩时间≥15分钟。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述浇注步骤中，控制中间包温度1473-1483℃，拉速按照0.90～1.15m/min控制，铸坯进矫直机温度900～960℃，铸坯入坑缓冷时间24-36h，出坑温度不大于250℃。
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