CN111910125B

CN111910125B - 一种棒磨机用非热处理耐磨钢棒及其制造方法

Info

Publication number: CN111910125B
Application number: CN202010767419.5A
Authority: CN
Inventors: 徐曦; 陈克东; 刘祥; 秦桂伟; 安绘竹; 张瑜; 王冬; 尹一; 刘思洋; 李洋
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2020-08-03
Filing date: 2020-08-03
Publication date: 2021-05-28
Anticipated expiration: 2040-08-03
Also published as: CN111910125A

Abstract

本发明涉及热轧圆钢技术领域，尤其涉及一种棒磨机用非热处理耐磨钢棒及其制造方法。按重量百分比计，包括如下化学成分：C：0.45％～0.75％，Si：0.25％～0.35％，Mn：0.90％～1.50％，P：≤0.03％，S：≤0.03％，Cr：0.50％～1.0％，B：0.002％～0.004％，V：0.03％～0.05％，Nb：0.02％～0.04％，余量为Fe和不可避免的杂质。具体包括如下步骤：连铸方坯加热：控制轧制：控制冷却：冷床缓冷：本发明经过各元素成分的合理优化，保证了冶炼时成分比较容易稳定控制，选择了合理的压缩比进行轧制，保证了钢棒内部组织的致密性，并调整了控制轧制和控制冷却工艺以得到性能更加优异的产品。对获得的试验钢棒进行了力学性能测试表明：本发明的棒磨机用非热处理耐磨钢棒表面硬度远高于热轧圆钢，且力学性能稳定。

Description

一种棒磨机用非热处理耐磨钢棒及其制造方法

技术领域

本发明涉及热轧圆钢技术领域，尤其涉及一种棒磨机用非热处理耐磨钢棒及其制造方法。

背景技术

棒磨机钢棒是一种用于粉碎磨机中物料的粉碎介质，广泛应用于冶金矿山、水泥建材、火力发电、烟气脱硫、磁性材料、化工、水煤浆、球团矿、矿渣、超细粉、粉煤灰、碳酸钙、石英砂等行业。棒磨机用钢棒要求组织致密、表面硬度高、心部韧性好、耐磨性能好，最好能够根据用户要求定尺生产、并且能够降低综合成本。

目前市场上的耐磨钢棒有两种，一种是热轧圆钢、另一种是热处理钢棒。热轧圆钢内部组织疏松不严密、表面硬度较低，在服役过程中会出现磨损较大，易弯曲、断裂、变形等缺陷，使用中生产效率低，需要频繁更换钢棒造成了极大的浪费；热处理钢棒需要在热轧圆钢的基础上增加加热、淬火、回火等一系列工序，既降低了生产效率，又增加了生产成本。

201410305661.5公开了“一种棒磨机钢棒的制备方法”，该方法中的成分采用了在65Mn钢的基础上添加合金元素Nb，并在热轧后利用轧后余热进行淬火和加热炉低温回火的工艺制备耐磨钢棒。该方法虽然通过淬火提高了钢棒的硬度和耐磨性，但将钢件直接浸入冷却水中淬火，损失了钢棒的韧性，使钢棒容易在服役过程中受冲击断裂失效。加热炉低温回火工序也增加了生产成本，长时间低温回火也降低了钢棒的生产效率。

201510506550.5公开了“一种耐磨钢棒及其生产方法”，该方法是将热轧圆钢42CrMo利用感应加热炉升温至淬火温度，进行喷淋淬火和自回火。这是一个通过淬火和回火对热轧圆钢进行热处理的方法，用于提高钢棒的硬度和耐磨性。该方法是热轧圆钢的后续处理，增加了耐磨钢棒的生产成本。由于经感应加热炉二次加热，表面会产生脱碳层，影响钢棒表面硬度和耐磨性；由于圆钢规格偏大，淬火后钢棒内部余温较高，一次喷淋冷却效果往往达不到预期。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种棒磨机用非热处理耐磨钢棒及其制造方法。能够满足棒磨机用钢棒组织致密、韧性强、表面硬度高、耐磨性好的要求，提高热轧耐磨钢棒的综合性能，用以替代热处理耐磨钢棒，降低综合成本。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种棒磨机用非热处理耐磨钢棒，按重量百分比计，包括如下化学成分：

C：0.45％～0.75％，Si：0.25％～0.35％，Mn：0.90％～1.50％，P：≤0.03％，S：≤0.03％，Cr：0.50％～1.0％，B：0.002％～0.004％，V：0.03％～0.05％，Nb：0.02％～0.04％，余量为Fe和不可避免的杂质。

一种棒磨机用非热处理耐磨钢棒的制造方法，包括如下步骤：

1)连铸方坯加热：铸方坯尺寸为160～180mm×160～180mm，连铸方坯经加热炉加热，炉内均热温度为1100～1200℃，保温2小时以上；

2)控制轧制：分为两个阶段进行轧制，第一阶段：连铸坯粗轧，经过4～13道次连续轧制，通过孔型控制将方坯初步轧制成圆钢，第一道次压缩率为20％～25％，以后依次降低压缩率，本阶段的总压缩率为80±5％；

第二阶段：终轧，通过4～6道次水平、立式交替轧机连续轧制，将圆钢进一步轧制，得到规格为φ50mm～80mm钢棒，压缩率依次降低，最后一道次压缩率不超过2％；

3)控制冷却：分两个阶段进行控制冷却，钢棒在出终轧机组之后，设置两组冷却装置，第一组：对钢出终轧机组的高温成品钢棒进行第一次喷淋冷却，冷却水量为340±50m3/h，使钢棒温度下降50～100℃；

第二组：在第一组冷却之后，间隔一段空冷，使钢棒心部余温充分扩散至表面后，进入第二组喷淋冷却，冷却水量为410±50m3/h，对轧后钢棒进行表面层第二次淬火；

4)冷床缓冷：经控制轧制和控制冷却的钢棒按定尺长度进行切割，并上冷床进行缓冷。

与现有方法相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的成分考虑了棒磨机耐磨钢棒在服役过程中，对钢棒要求有较好的强韧性和表面层高硬度、高耐磨性的特点，以V、Nb元素提高钢棒的力学性能，以Cr、B元素提高钢棒的淬透性，使钢棒只通过热轧工艺就具备良好的耐磨性能和力学性能，不需要对其进行后续的热处理，直接服役于棒磨机等耐磨棒材使用设备。

2、本发明经过各元素成分的合理优化，保证了冶炼时成分比较容易稳定控制，选择了合理的压缩比进行轧制，保证了钢棒内部组织的致密性，并调整了控制轧制和控制冷却工艺以得到性能更加优异的产品。对获得的试验钢棒进行了力学性能测试表明：本发明的棒磨机用非热处理耐磨钢棒表面硬度远高于热轧圆钢，且力学性能稳定。

具体实施方式

本发明公开了一种棒磨机用非热处理耐磨钢棒及其制造方法。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

本发明在成分设计和合金元素选择上是为了保证钢棒耐磨性和韧性相结合的较高要求，在普通热轧圆钢的基础上，适当添加Cr和B，来提高钢的淬透性，使其在控制冷却的过程中得到硬度较高、高耐磨、耐冲击的表面；适当添加Nb和V，用以细化晶粒，使钢棒得到优良的强度和韧性。

上述各元素加入量(重量百分比)选择及其作用说明如下：

C与铁形成化合物渗碳体。钢中含碳量增加，渗碳体量就大，钢的硬度和强度提高，耐磨性能也能够随之提高，而随着碳含量的增加，钢的塑性和韧性下降。本发明的钢棒中的C添加量限定在0.45～0.75％。

Si是作为脱氧剂加入钢中的，可使钢的强度和硬度增加，因为Si含量大时与C含量大时作用类似，含量过高使钢筋韧性降低，焊接性能变差，Si添加量限定在0.25～0.35％。

Mn能够提高钢的强度、淬透性以及耐磨性，但含量过高会使钢的塑性及韧性下降，因此含量要适中，本发明中将Mn成分定为0.90％～1.50％。

P和S是有害元素，它们能使钢的塑性和韧性下降，因此含量越少越好。

Cr能够提高钢的强度和钢中铁素体的硬度；提高钢的淬透性，促进马氏体的形成；还能够增加钢的抗磨抗腐蚀能力。本发明Cr含量限定在0.50％～1.00％。

B提高淬透性的能力极强，只需要加入少量B即可节约大量贵重合金元素。本发明B含量限定在0.002％～0.004％。

V可在热轧过程中抑制奥氏体晶粒的生长，从而达到细化晶粒提高性能的目的，并且有强烈的二次硬化作用，能够稳定钢的结构，提高组织的强度及硬度。当V含量过高，一方面增加生产成本，另一个方面易形成粗大的碳氮化物，降低钢筋的韧塑性。考虑到本发明所要获得的性能目标，V的添加量为0.03-0.05％。

Nb在钢中可形成间隙中间相，抑制晶粒长大，从而使晶粒细化，能够显著增加钢的强韧性。本发明Nb的添加量为0.02-0.04％。

1)连铸方坯加热：连铸方坯尺寸为160～180mm×160～180mm，连铸方坯经加热炉加热，炉内均热温度为1100～1200℃，保温2小时，此温度有利于连铸坯成分均匀化，过高温度可能造成连铸坯过热或在炉膛内发生弯曲，过低温度使连铸坯在后期轧制时钢筋温度降低，变形抗力增加，轧制规格难于控制，且不利于轧后冷却组织相变。

2)控制轧制：分为两个阶段进行轧制，第一阶段：连铸坯粗轧，经过4～13道次连续轧制，通过孔型控制将方坯初步轧制成圆钢。第一道次压缩率为20％～25％，以后依次降低压缩率，本阶段的总压缩率约为80％。

第二阶段：终轧，通过4～6道次水平、立式交替轧机连续轧制，将圆钢进一步轧制，得到规格为φ50mm～80mm钢棒。压缩率依次降低，最后一道次压缩率不超过2％。通过多道次连续轧制，使钢棒组织致密、尺寸精确。

3)控制冷却：分两个阶段进行控制冷却，钢棒在出终轧机组之后，设置两组冷却装置。第一组：对钢出终轧机组的高温成品钢棒进行第一次喷淋冷却，冷却水量为340m³/h，使钢棒温度下降50-100℃。

第二组：在第一组冷却之后，间隔一段空冷，使钢棒心部余温充分扩散至表面后，进入第二组喷淋冷却，冷却水量为410m³/h，对轧后钢棒进行表面层第二次淬火。

经过两组控制冷却可以保留钢棒心部细化的组织，使钢棒拥有足够的强韧性，而表面层经两次淬火，硬度和耐磨性均能得到更好的提升。

4)冷床缓冷：经控制轧制和控制冷却的钢棒按定尺长度进行切割，并上冷床进行缓冷，利用钢中的余温传递到淬火后的表面层，使其进行自回火，以减少钢的脆性和淬火应力。

【实施例】

以下是本发明中实施例与对比例的各化学成分对应的生产工艺。其中，表1为对比例与本发明耐磨钢棒实施例的具体成分设计，表2为对比例与本发明耐磨钢棒实施例热轧生产控制冷却工艺，表3为对比例与本发明钢筋实施例的力学性能检验结果。

表1具体化学成分

表2控制冷却工艺情况

表3力学性能试验结果

本发明的成分考虑了棒磨机耐磨钢棒在服役过程中，对钢棒要求有较好的强韧性和表面层高硬度、高耐磨性的特点，以V、Nb元素提高钢棒的力学性能，以Cr、B元素提高钢棒的淬透性，使钢棒只通过热轧工艺就具备良好的耐磨性能和力学性能，不需要对其进行后续的热处理，直接服役于棒磨机等耐磨棒材使用设备。

本发明经过各元素成分的合理优化，保证了冶炼时成分比较容易稳定控制，选择了合理的压缩比进行轧制，保证了钢棒内部组织的致密性，并调整了控制轧制和控制冷却工艺以得到性能更加优异的产品。对获得的试验钢棒进行了力学性能测试表明：本发明的棒磨机用非热处理耐磨钢棒表面硬度远高于热轧圆钢，且力学性能稳定。

本发明主要用于冶金矿山、水泥建材、火力发电、化工、矿渣、球团矿等行业棒磨机，能够满足棒磨机用钢棒组织致密、韧性强、表面硬度高、耐磨性好的要求。

本发明通过对棒磨机钢棒性能要求的分析，以及分析现有热轧圆钢和热处理钢棒存在的问题，结合钢中各元素的强化作用，并通过控轧控冷手段，获得非热处理热轧耐磨钢棒产品。本发明基于提高热轧耐磨钢棒的综合性能，用以替代热处理耐磨钢棒，降低综合成本。该产品应用于工程机械行业，具备了优异的力学性能、持久性和经济性，市场前景广阔。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种棒磨机用非热处理耐磨钢棒的制造方法，其特征在于，所述耐磨钢棒按重量百分比计，包括如下化学成分：

C：0.45%～0.75%，Si：0.25%～0.35%，Mn：0.90%～1.50%，P：≤0.03%，S：≤0.03%，Cr：0.50%～1.0%，B：0.002%～0.004%，V：0.03%～0.05%，Nb：0.02%～0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质；

其制造方法包括如下步骤：

1）连铸方坯加热：连铸方坯经加热炉加热，炉内均热温度为1100~1200℃，保温2小时以上；

2）控制轧制：分为两个阶段进行轧制，第一阶段：连铸坯粗轧，经过4~13道次连续轧制，通过孔型控制将方坯初步轧制成圆钢，第一道次压缩率为20%~25%，以后依次降低压缩率，本阶段的总压缩率为80±5%；

第二阶段：终轧，通过4~6道次水平、立式交替轧机连续轧制，将圆钢进一步轧制，得到规格为Ф 50mm~80mm钢棒，压缩率依次降低，最后一道次压缩率不超过2%；

3）控制冷却：分两个阶段进行控制冷却，钢棒在出终轧机组之后，设置两组冷却装置，第一组：对钢出终轧机组的高温成品钢棒进行第一次喷淋冷却，冷却水量为340±50m³/h，使钢棒温度下降50~100℃；

第二组：在第一组冷却之后，间隔一段空冷，使钢棒心部余温充分扩散至表面后，进入第二组喷淋冷却，冷却水量为410±50m³/h，对轧后钢棒进行表面层第二次淬火；

4）冷床缓冷：经控制轧制和控制冷却的钢棒按定尺长度进行切割，并上冷床进行缓冷。

2.根据权利要求1所述的一种棒磨机用非热处理耐磨钢棒的制造方法，其特征在于，步骤1）所述连铸方坯尺寸为160~180mm×160~180mm。