CN108342645B - 一种过共析磨球用钢及其制备方法 - Google Patents
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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
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 (5)
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:0.90-0.93%、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,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硬度为280-350HB。
3.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,坯型为180mm×220mm,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。
4.根据权利要求3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。
5.根据权利要求3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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