CN115896631B

CN115896631B - 一种轧球用圆钢及轧球制备方法

Info

Publication number: CN115896631B
Application number: CN202211577065.3A
Authority: CN
Inventors: 郭秀芳; 陈宏宇; 徐海涛; 刘亚菊; 权洪斌; 武志鹏; 张殿刚; 于立权; 肖海玲; 李智海
Original assignee: Mine Machine Manufacture Factory Of Anshan Steel And Iron Corp
Current assignee: Mine Machine Manufacture Factory Of Anshan Steel And Iron Corp
Priority date: 2022-12-09
Filing date: 2022-12-09
Publication date: 2024-04-05
Anticipated expiration: 2042-12-09
Also published as: CN115896631A

Abstract

本发明的目的是针对于现有轧球耐磨性较差的问题，提供了一种轧球用圆钢及轧球制备方法。本发明的技术方案为，一种轧球用圆钢，各组分的质量百分数为C：0.56～0.8%，Si：1.2～1.9%，Mn：0.60～1.1%，Cr：0.6～1.2%，Mo：0.02～0.6%，B：0.004～0.04%，S≤0.025%，P≤0.025%，其余为铁及不可避免的杂质。本发明的技术方案提供了大直径轧球即直径70‑150mm的轧球用圆钢及稳定性的生产工艺，本发明的轧球硬度大、耐磨性好、抗冲击能力强，在实际磨矿使用中，球耗低、处理矿量的结算量高、经济效益显著。

Description

一种轧球用圆钢及轧球制备方法

技术领域

本发明涉及轧球材料和轧球生产技术领域，具体涉及一种轧球用圆钢及轧球制备方法。

背景技术

轧球是一种磨矿介质，因轧球生产速度快、效率高、性能好，能源消耗少、环境污染小，正在逐渐取代常用的磨矿介质铸球。

由于轧球是应用于球磨机磨矿，在应用过程中需要提高耐磨性以获得更高的效益，即降低球耗比。轧球的材料和生产工艺对轧球的耐磨性起到决定性作用。特别是大直径轧球，因体积大，所受冲击力大，既要有优良的耐磨性，还要有耐冲击性、高强度、高韧性和耐疲劳性。

目前轧球使用较多的一种材料的各组分质量百分数为：C：0 .72～0 .85%、Si：0.15～0 .5%、Mn：1.0～3.0%、Cr：0 .25～0 .6%、S≤0 .025%、P≤0 .025%；另外一种材料的各组分质量百分数为：C：0 .57～0 .65%、Si：0.17～0.37%、Mn：0 .7～1.0%、Cr为0.5～1.5%，S≤0 .025%、P≤0 .025%。但是这两种成分的轧球耐磨性能相对来说较低，无法满足球磨机磨矿需求。

发明内容

本发明的目的是针对于现有轧球耐磨性较差的问题，提供了一种轧球用圆钢及轧球制备方法。本发明的技术方案提供了大直径轧球即直径80-150mm的轧球用圆钢及稳定的生产工艺，该圆钢钢种和生产工艺提高了轧球的耐磨性。

本发明的技术方案之一为，一种轧球用圆钢，各组分的质量百分数为C：0.56～0.8%，Si：1.2～1.8%，Mn：0.60～1.1%，Cr：0.6～1.2%，Mo：0.02～0.6%，B：0.004～0.04%，S≤0 .025%，P≤0 .025%，其余为铁及不可避免的杂质。

本发明的圆钢和轧球中各元素的作用如下：

C元素可提高硬度和强度，但延迟贝氏体转变，含碳量高于0.66%，不利于贝氏体铁素体的形核，因此本发明中制造轧球的圆钢碳含量控制在C：0.56～0.8%。

Cr元素能增强圆钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高钢的硬度和耐磨性，但随着含量增加，脆性和淬火开裂性增加。因此本发明中铬的成分控制在0.6～1.2%。

Si元素能溶于铁素体和奥氏体，提高硬度和强度，能提高回火稳定性和抗氧化性。硅能提高圆钢的弹性极限、屈服强度、疲劳强度，成分超1.8%后，性能变化不大，所以本发明中硅成分控制在1.2～1.8%时，各项性能突出。

Mn元素是良好的脱氧剂和脱硫剂，锰和铁形成固溶体，提高钢的硬度和强度，同时又是碳化物形成元素。降低临界转变温度，细化晶粒，增加钢的淬透性，扩大奥氏体区，避免了渗碳层中碳化物的聚集成块，但增大了钢的过热敏感性和回火脆性，本申请中Mn成分控制在0 .60～1.1%。

Mo元素能提高钢的淬透性，防止回火脆性，同时钼有固溶强化作用，从而提高碳化物的稳定性，提高圆钢的强度。钼能缩小奥氏体相区，减少形成珠光体的可能性，虽对贝氏体转变也推迟，但延迟贝氏体转变的作用远不如延缓珠光体转变的作用明显。从成本角度考虑，超过0.6%后增加效果不明显，所以钼的成分控制在0.02～0.6%。

B元素可有效推迟先共析铁素体析出和珠光体转变，而且硼和钼联合加入时，能够使贝氏体转变C曲线和珠光体转变C曲线分离，增加贝氏体形成的可能性。将硼的成分控制在0.004～0.04%效果明显。

S和P元素是有害元素，降低钢的塑性和韧性，增加脆性，应严格控制，S≤0 .025%、P≤0 .025%。

上述轧球用圆钢的制备方法为，按照上述成分，采用转炉+炉外精炼+真空（VD/RH）+连铸+连轧+缓冷的工艺进行冶炼、铸造和热轧成磨球所需直径的圆钢。

本发明的技术方案之二为，一种轧球的制备方法，包括如下步骤：

1）将上述成分的圆钢加热到950-1100℃，进入轧机轧制成轧球；

2）将840-900℃的轧球入水进行淬火，淬火时间2.5-4min，水温保持30-80℃；

3）淬火后的轧球出水后表面返温温度为110-180℃，堆放空冷到室温；

4）将轧球送入回火炉进行回火，回火温度200-260℃，保温3-5小时。

进一步的，上述轧球的制备方法，制得轧球的组织为回火马氏体、下贝氏体和少量残奥的混合组织。

进一步的，上述轧球的制备方法，制得的轧球表面硬度大于HRC60，心部硬度大于HRC52，从心部到表面的硬度分布呈梯状分布，无缺口冲击功大于16J。

进一步的，上述轧球的制备方法，制得的轧球直径为80-150mm。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1、本发明制备的轧球，轧球组织稳定，相较于现有轧球工艺生产的轧球，表面组织为回火马氏体，心部组织为回火马氏体、下贝氏体、残奥混合组织。

2、本发明生产的轧球表面硬度大于HRC60，心部硬度大于HRC52，无缺口冲击功大于16J，高于行业标准（根据YB-T 0.91-2019标准规定，轧球表面硬度≥HRC58，心部硬度≥HRC50，冲击功≥12J），轧球的耐磨性和组织稳定性都优于现有技术。本发明的轧球硬度大、耐磨性好、抗冲击能力强、抗疲劳性强，在实际磨矿使用中，球耗低、处理矿量的结算量高、经济效益显著。

3、本发明的轧球生产工艺采用淬火+空冷+回火，易于生产控制，轧球质量稳定，效率高，有利于大规模生产。

具体实施方式

本发明轧球用圆钢采取转炉、炉外精炼、真空（VD/RH）、连铸、连轧、缓冷的工艺进行冶炼、铸造和热轧成所需直径的圆钢，以100mm直径的轧球生产为实施例。

实施例1

本实施例的轧球用圆钢的化学成分重量百分比组成为：

C：0.63%、Si：1.60%、Mn：0.75%、Cr：1.08%、Mo：0.04%、B：0.004%、S：0.003%、P：0.0165%，其余为铁和不可避免的杂质；按照上述成分，采用转炉+炉外精炼+真空（VD/RH）+连铸+连轧+缓冷的工艺进行冶炼、铸造和热轧成磨球所需直径的圆钢。

本实施例利用上述生产的圆钢制造轧球，其制备方法为：

1）将圆钢加热温度1050℃，加热后的圆钢进入轧机轧制成轧球，在淬火温度860℃对轧球入水进行淬火，淬火时长3分钟，水温保持35℃；

2）淬火后的轧球出水后表面返温温度160-170℃，堆冷空冷到室温；

3）将轧球送入回火炉进行回火，回火温度200℃，回火保温时间4小时。

制得轧球的金相组织为回火马氏体、下贝氏体和少量残奥的混合组织。

对比例1

本对比例1的轧球用圆钢的化学成分重量百分比组成为：

C：0.83%、Si：0.35%、Mn：2.26%、Cr：0.42%、S：0.0026%、P：0.015%；按照上述成分，采用转炉+炉外精炼+真空（VD/RH）+连铸+连轧+缓冷的工艺进行冶炼、铸造和热轧成磨球所需直径的圆钢。

利用上述生产的圆钢制造轧球，轧球生产工艺：

1）轧球在淬火温度920℃入水进行淬火，淬火时长2.6分钟，水温保持35℃；

2）淬火后的轧球出水后冷却，之后进行退火，退火温度350℃，退火时间6小时。

对比例2

本对比例2的圆钢的成分质量百分数C：0.62%、Si：0.26%、Mn：1.21%、Cr：0.93%、S：0.0028%、P：0.016%，其余为铁和不可避免的杂质；按照上述成分，采用转炉+炉外精炼+真空（VD/RH）+连铸+连轧+缓冷的工艺进行冶炼、铸造和热轧成磨球所需直径的圆钢。

利用上述生产的圆钢制造轧球，其生产工艺为：

2）淬火后的轧球出水后表面返温温度160-170℃，堆冷到室温；

对比例3

本对比例3的圆钢的成分质量百分数C：0.63%、Si：1.60%、Mn：0.75%、Cr：1.08%、Mo：0.04%、B：0.004%、S：0.003%、P：0.0165%，其余为铁和不可避免的杂质；按照上述成分，采用转炉+炉外精炼+真空（VD/RH）+连铸+连轧+缓冷的工艺进行冶炼、铸造和热轧成磨球所需直径的圆钢。

利用上述生产的圆钢制造轧球，其生产工艺为：

1）将圆钢加热到温度1050℃，加热后的圆钢进入轧机轧制成轧球，在淬火温度温度820℃对轧球入水进行淬火，淬火时长4分钟，水温保持35℃；

2）淬火后的轧球出水后返温到80℃；

3）将轧球送入回火炉进行回火，回火温度150℃，回火保温时间4小时。

将实施例1和对比例1~3的轧球进行检验，表1列出了实施例1、对比例1、2、3轧球表面硬度和冲击韧性值。具体的为，轧球从表面到心部各点硬度分布，心部无缺口冲击功。

表1、轧球性能指标

实施例1的轧球试验结果显示，其从表面到心部硬度呈阶梯状均匀分布，表面高硬度同时，心部硬度也高于HRC52，冲击功也较高。

对比例1的轧球试验结果显示，其硬度相对低，虽冲击韧性较高，使用时耐磨性相对低。

对比例2的轧球试验结果显示，其从表面到心部硬度直线下降，心部硬度明显低，虽冲击韧性高，使用磨损到一半之后，耐磨性急速下降。

对比例3虽采用与实施例1相同化学成份的圆钢，但轧球的制造工艺不在本发明的范围内，从表面到心部硬度相差小，冲击韧性低，脆性大，使用时存在开裂风险。

实施例2

本实施例的轧球用圆钢的化学成分重量百分比组成为：

C：0.57%、Si：1.23%、Mn：0.61%、Cr：0.63%、Mo：0.02%、B：0.004%、S：0.003%、P：0.0165%，其余为铁和不可避免的杂质；按照上述成分，采用转炉+炉外精炼+真空（VD/RH）+连铸+连轧+缓冷的工艺进行冶炼、铸造和热轧成磨球所需直径的圆钢。

本实施例利用上述生产的圆钢制造轧球，其制备方法为：

1）将圆钢加热温度950℃，加热后的圆钢进入轧机轧制成轧球，在淬火温度840℃对轧球入水进行淬火，淬火时长4分钟，水温保70℃；

2）淬火后的轧球出水后表面返温温度100℃，堆冷到室温；

3）将轧球送入回火炉进行回火，回火温度200℃，回火保温时间5小时。

实施例3

本实施例的轧球用圆钢的化学成分重量百分比组成为：

C：0.78%、Si：1.44%、Mn：1.11%、Cr：1.19%、Mo：0.58%、B：0.04%、S：0.003%、P：0.0165%，其余为铁和不可避免的杂质；按照上述成分，采用转炉+炉外精炼+真空（VD/RH）+连铸+连轧+缓冷的工艺进行冶炼、铸造和热轧成磨球所需直径的圆钢。

本实施例利用上述生产的圆钢制造轧球，其制备方法为：

1）将圆钢加热温度1100℃，加热后的圆钢进入轧机轧制成轧球，在淬火温度900℃对轧球入水进行淬火，淬火时长2.5分钟，水温保持30℃；

2）淬火后的轧球出水后表面返温温度160℃，堆冷到室温；

3）将轧球送入回火炉进行回火，回火温度260℃，回火保温时间3小时。

实施例4

本实施例的轧球用圆钢的化学成分重量百分比组成为：

C：0.68%、Si：1.55%、Mn：0.85%、Cr：0.9%、Mo：0.3%、B：0.02%、S：0.003%、P：0.0165%，其余为铁和不可避免的杂质；按照上述成分，采用转炉+炉外精炼+真空（VD/RH）+连铸+连轧+缓冷的工艺进行冶炼、铸造和热轧成磨球所需直径的圆钢。

本实施例利用上述生产的圆钢制造轧球，其制备方法为：

1）将圆钢加热温度1025℃，加热后的圆钢进入轧机轧制成轧球，在淬火温度870℃对轧球入水进行淬火，淬火时长3.5分钟，水温保持80℃；

2）淬火后的轧球出水后表面返温温度180℃，堆冷到室温；

3）将轧球送入回火炉进行回火，回火温度230℃，回火保温时间4.5小时。

Claims

1.一种轧球的制备方法，其特征在于，热处理工艺采取淬火+空冷+回火，包括如下步骤：

1）将圆钢加热到950-1100℃，进入轧机轧制成轧球；

一种轧球用圆钢，所述圆钢各组分的质量百分数为C：0.56～0.8%，Si：1.2～1.8%，Mn：0.60～1.1%，Cr：0.6～1.2%，Mo：0.02～0.6%，B：0.004～0.04%，S≤0 .025%，P≤0 .025%，其余为铁及不可避免的杂质；

2)将840-900℃的轧球入水进行淬火，淬火时间2.5-4min，水温保持30-80℃；

3)淬火后的轧球出水后表面返温温度为110-180℃，堆放空冷到室温；

4)将轧球送入回火炉进行回火，回火温度200-260℃，保温3-5小时。

2.根据权利要求1所述轧球的制备方法，其特征在于，制得轧球的金相组织为回火马氏体、下贝氏体和少量残奥的混合组织。

3.根据权利要求1所述轧球的制备方法，其特征在于，制得的轧球表面硬度大于HRC60，心部硬度大于HRC52，从心部到表面的硬度分布呈梯状分布，无缺口冲击功大于16J。

4.根据权利要求1所述轧球的制备方法，其特征在于，制得的轧球直径为80-150mm。