RU2778650C1 - Method for manufacturing grinding balls from steel - Google Patents

Method for manufacturing grinding balls from steel Download PDF

Info

Publication number
RU2778650C1
RU2778650C1 RU2022100777A RU2022100777A RU2778650C1 RU 2778650 C1 RU2778650 C1 RU 2778650C1 RU 2022100777 A RU2022100777 A RU 2022100777A RU 2022100777 A RU2022100777 A RU 2022100777A RU 2778650 C1 RU2778650 C1 RU 2778650C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
balls
less
temperature
steel
hardness
Prior art date
Application number
RU2022100777A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Константин Николаевич Шведов
Кирилл Андреевич Улегин
Сергей Владимирович Борисов
Иван Эдуардович Лановенко
Михаил Андреевич Казаковцев
Виталий Юрьевич Рубцов
Денис Викторович Гаев
Алексей Анатольевич Скороходов
Сергей Сергеевич Пузырев
Андрей Николаевич Бородин
Original Assignee
Акционерное общество "ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат"(АО "ЕВРАЗ НТМК")
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат"(АО "ЕВРАЗ НТМК") filed Critical Акционерное общество "ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат"(АО "ЕВРАЗ НТМК")
Application granted granted Critical
Publication of RU2778650C1 publication Critical patent/RU2778650C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: heat treatment.
SUBSTANCE: invention relates to a method for heat treatment of grinding balls made of steel containing wt.%: C 0.75-0.80; Mn 0.80-0.90; Si 0.25-0.35; Al less than 0.020; P less than 0.015; S less than 0.020; Cr 0.35-0.40; Ni 0.15-0.25; Cu less than 0.030; V 0.10-0.15; Mo less than 0.05; N less than 0.015; H is less than 0.0003, Fe is the rest. The method includes the production of balls with a conditional diameter of 60-80 mm, while rolling the balls, subsequent cooling of the balls to a temperature of 750 to 830°C, hardening of the balls in a quenching medium with holding for 2.5 min to 3.5 min and subsequent tempering at a temperature of 140 to 250°C and a holding time of 160 to 240 minutes.
EFFECT: increasing the operational stability of the balls, obtaining grinding balls with a nominal diameter of 60-80 mm with a bulk hardness characterized by hardness group 5 according to GOST 7524-2015 on a production scale.
3 cl, 2 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к прокатному производству, в частности к термической обработке мелющих шаров.The invention relates to rolling production, in particular to the heat treatment of grinding balls.

Известны изобретения получения стали для производства мелющих шаров: патент RU №2415194 C1 «Сталь» МПК6 C22C 38/38; C22C 38/34; C22C 38/32, опубликованного 27.03.2011, бюл. 9 [1], патент RU №2425168 С2 «Сталь» МПК6 C22C 38/26, опубликованного 27.07.2011, бюл. 21 [2], патент RU №2425169 «Сталь» МПК6 C22C 38/40, опубликованного 27.07.2011, бюл. 21 [3], а также, авторское свидетельство SU1497262 A1 «Сталь» МПК6 C22C 38/14, конвенционный приоритет 13.01.1988 [4], авторское свидетельство SU1446189 A1 «Сталь» МПК6 C22C 38/16, опубликованного 23.12.1988 [5].Known inventions for obtaining steel for the production of grinding balls: patent RU No. 2415194 C1 "Steel" IPC 6 C22C 38/38; C22C 38/34; C22C 38/32, published 03/27/2011, bul. 9 [1], patent RU No. 2425168 C2 "Steel" IPC 6 C22C 38/26, published on July 27, 2011, bul. 21 [2], patent RU No. 2425169 "Steel" IPC 6 C22C 38/40, published on July 27, 2011, bul. 21 [3], as well as copyright certificate SU1497262 A1 "Steel" IPC 6 C22C 38/14, convention priority 01/13/1988 [4], copyright certificate SU1446189 A1 "Steel" IPC 6 C22C 38/16, published on December 23, 1988 [ 5].

Известен способ производства стальных мелющих шаров патент RU №2596737 С1 МПК6 C21D 9/36; B21H 1/14; C21D 1/02; B23P 15/00 ; C22C 38/40, опубликованного 10.09.2016, бюл.25 [6], включающий нагрев непрерывнолитой заготовки , прокатку на сортовом стане горячей прокатки круглых заготовок соответствующего размера, последующий их нагрев в индукционном устройстве, прокатку из них шаров на стане поперечно-винтовой прокатки при температуре 950-1050°C, подстуживание шаров перед закалкой, закалку и самоотпуск шаров в контейнерах, при этом квадратную непрерывнолитую заготовку изготавливают сечением (100-150)×(100-150) мм. из стали со следующим соотношением компонентов, мас %: углерод 0,6-1,05; кремний 0,15-2,0; марганец 0,2-1,2; хром 0,03-0,5; медь 0,03-0,40; железо и неизбежные примеси остальное, а нагрев круглых заготовок производят в индукционном устройстве до температуры на выходе из индукторов 1070-1140°C, подстуживание шаров до температуры закалки 840-900°C осуществляют в подстуживающем барабане со скоростью его вращения в диапазоне 6,0-22,0 об/мин с выравниванием температуры шаров по сечению за счет вращения шаров в барабане в течение менее 2 мин, а закалку шаров производят в закалочном барабане со скоростью его вращения в диапазоне 0,4-2,5 об/мин проточной водой температурой 25-42°C до температуры шаров после закалки 125-160°C.A known method for the production of steel grinding balls patent RU No. 2596737 C1 IPC 6 C21D 9/36; B21H 1/14; C21D 1/02; B23P001500; C22C 38/40, published on September 10, 2016, bull. 25 [6], including heating of a continuously cast billet, rolling of round billets of the appropriate size on a section hot rolling mill, their subsequent heating in an induction device, rolling of balls from them at a helical rolling mill at a temperature of 950-1050°C, cooling the balls before hardening, hardening and self-tempering of the balls in containers, while a square continuously cast billet is made with a cross section of (100-150) × (100-150) mm. from steel with the following ratio of components, wt %: carbon 0.6-1.05; silicon 0.15-2.0; manganese 0.2-1.2; chromium 0.03-0.5; copper 0.03-0.40; iron and unavoidable impurities remain the rest, and heating of round blanks is carried out in an induction device to a temperature at the outlet of the inductors of 1070-1140°C, cooling of the balls to a hardening temperature of 840-900°C is carried out in a cooling drum with a speed of its rotation in the range of 6.0- 22.0 rpm with equalization of the temperature of the balls over the section due to the rotation of the balls in the drum for less than 2 minutes, and the hardening of the balls is carried out in the hardening drum with a speed of its rotation in the range of 0.4-2.5 rpm with running water at a temperature 25-42°C up to the temperature of the balls after hardening 125-160°C.

Недостатком этого способа является то, что данный способ не позволяет получить 5 группу твердости со сплошной прокаливаемостью, а только частичную прокаливаемость, отвечающую 4-ой группе, и имеет более низкий градиент.The disadvantage of this method is that this method does not allow to obtain the 5 hardness group with continuous hardenability, but only partial hardenability corresponding to the 4th group, and has a lower gradient.

Известно устройство и способ термической обработки шаров, патент RU №2455369 С1 МПК6 C21D 9/36, опубликованного 10.07.2012, бюл.19 [7], включающий после штамповочного или прокатного нагрева подстуживание шаров с температуры штамповки или прокатки до температуры закалки, закалку путем охлаждения шаров с температуры закалки в воде и отпуск, при этом перед закалкой производят выравнивание температуры шаров, а затем их подстуживание водой со скоростью охлаждения не более 12 град./с на 150-200°С ниже температуры конца прокатки или штамповки.A device and method for heat treatment of balls is known, patent RU No. 2455369 C1 MPK 6 C21D 9/36, published on 10.07.2012, bul.19 [7], including, after stamping or rolling heating, cooling the balls from the stamping or rolling temperature to the hardening temperature, by cooling the balls from the quenching temperature in water and tempering, while before quenching, the temperature of the balls is equalized, and then they are cooled with water at a cooling rate of not more than 12 deg. / s 150-200 ° C below the temperature of the end of rolling or stamping.

Недостатком этого способа является, что в нем отсутствует технология получения шаров 5 группы твердости. Также существенным отличием в технологии является температура шаров перед закалкой, которая составляет 830-900°С, что подразумевает применение сталей целевого назначения ниже 5 группы твердости.The disadvantage of this method is that it lacks the technology for obtaining balls of the 5th hardness group. Also, a significant difference in the technology is the temperature of the balls before hardening, which is 830-900°C, which implies the use of target steels below the 5th hardness group.

Известен способ термической обработки мелющих шаров патент №2113513 МПК6 C21D 9/36; B21H 1/14, опубликованного 10.09.2016, бюл.25 [8], включающий прокатку, подстуживание до температуры закалки в течение 2-12мин. и закалку.A known method of heat treatment of grinding balls patent No. 2113513 IPC 6 C21D 9/36; B21H 1/14, published on September 10, 2016, bul. 25 [8], including rolling, cooling to the hardening temperature for 2-12 minutes. and hardening.

Известен способ термической обработки мелющих шаров авторское свидетельство №1344793 А1 МПК6 C21D 9/36, опубликованного 15.10.1987 [9], включающий нагрев до температуры аустенизации, выдержку, подстуживание, и закалку в воде, при этом подстуживание осуществляют со скоростью 20-50°С/с до достижения средней по сечению шаров температуры 600-70°С.A known method of heat treatment of grinding balls author's certificate No. 1344793 A1 IPC 6 C21D 9/36, published 10/15/1987 [9], including heating to austenitization temperature, holding, cooling, and quenching in water, while cooling is carried out at a speed of 20-50 °С/s until reaching the average temperature of 600-70°С.

Недостатком этих способов является то, что режимы термической обработки не позволяют получать сплошную прокаливаемость шаров.The disadvantage of these methods is that the modes of heat treatment do not allow to obtain continuous hardenability of the balls.

Известен способ и устройство термической обработки шаров RU №2634541 C1 МПК6 C21D 9/36, опубликованного 31.10.2017, бюл.31 [10], включающий выравнивание температуры шаров с температуры штамповки или прокатки до температуры закалки на воздухе при их размещении на конвейере, охлаждение в воде с температуры закалки во вращающемся закалочном барабане и отпуск, при этом выравнивание температуры шаров до температуры закалки на воздухе производят в течение более 40 с при размещении на конвейере, выполненном с возможностью размещения по одному шару в каждом из его конструктивных элементов, а охлаждение шаров в воде производят до температуры ниже точки начала мартенситного превращения Мн, при этом шары равномерно и по одному размещены в ячейках закалочного барабана, в которые подают воду для омывания шаров, затем проводят отпуск шаров путем нагрева и термостатирования в печи и последующее окончательное охлаждение.A known method and device for heat treatment of balls RU No. 2634541 C1 IPC 6 C21D 9/36, published on 10/31/2017, bul. 31 [10], including equalizing the temperature of the balls from the stamping or rolling temperature to the quenching temperature in air when they are placed on the conveyor, cooling in water from the quenching temperature in a rotating quenching drum and tempering, while the temperature of the balls is equalized to the quenching temperature in air for more than 40 s when placed on a conveyor designed to accommodate one ball in each of its structural elements, and cooling balls in water are produced to a temperature below the start point of the martensitic transformation Mn, while the balls are evenly and one by one placed in the cells of the hardening drum, into which water is supplied to wash the balls, then the balls are tempered by heating and temperature control in the furnace and subsequent final cooling.

Недостатком этого способа является то, что по технологии термической обработки на предлагаемых марках стали после сплошной прокаливаемости шаров остаются остаточные напряжения, которые способствуют их дальнейшему разрушению в процессе эксплуатации.The disadvantage of this method is that, according to the heat treatment technology, residual stresses remain on the proposed steel grades after continuous hardenability of the balls, which contribute to their further destruction during operation.

Наиболее близким (прототипом) по технической сущности к заявленному устройству, по количеству сходных признаков, является патент RU №2756671 C1 МПК51 B21H/14; C21D 9/36; С22С 38/24 опубликованного 04.10.2021, бюл.28 [11], включающий прокатку, закалку, отпуск, отличающийся тем, что производят шары с условным диаметром 80-100 мм, после прокатки шары подстуживают до температуры 740-800°С, закалку шаров производят в закалочной среде с выдержкой в течение от 3,0 до 4,0 мин, а последующий отпуск проводят при температуре 180-260°С и времени выдержки в течение от 180 до 320 мин, при этом после отпуска проводят самоотпуск с временем выдержки в течение от 12 до 48 часов.The closest (prototype) in technical essence to the claimed device, in terms of the number of similar features, is patent RU No. 2756671 C1 IPC 51 B21H/14; C21D 9/36; С22С 38/24 published on 04.10.2021, bull. 28 [11], including rolling, hardening, tempering, characterized in that balls with a nominal diameter of 80-100 mm are produced, after rolling the balls are cooled to a temperature of 740-800 ° C, hardening balls are produced in a quenching medium with a holding time of 3.0 to 4.0 minutes, and the subsequent tempering is carried out at a temperature of 180-260 ° C and a holding time of 180 to 320 minutes, while after tempering, self-tempering is carried out with a holding time within 12 to 48 hours.

Недостатком этого способа является то, что описанная технология ограничивает нижний порог диаметров производимых шаров из данной марки стали диаметром 80 мм.The disadvantage of this method is that the described technology limits the lower threshold for the diameters of balls produced from this steel grade with a diameter of 80 mm.

Технический результат на достижение которого направлено предполагаемое изобретение является: повышение эксплуатационной стойкости шаров, получение мелющих шаров с объемной твердостью, характеризующейся 5 группой твердости диаметрами 60-80 мм по ГОСТ 7524-2015 [12] в масштабах производства.The technical result to which the proposed invention is directed is: increasing the operational stability of the balls, obtaining grinding balls with a bulk hardness characterized by hardness group 5 with a diameter of 60-80 mm according to GOST 7524-2015 [12] on a production scale.

Технический результат достигается тем, что в способе получения мелющих шаров с объемной твердостью из стали, содержащей мас. % : С 0,75-0,80; Mn 0,80-0,90; Si 0,25-0,35; Al менее 0,020; P менее 0,015; S менее 0,020; Cr 0,35- 0,40; Ni 0,15-0,25; Cu менее 0,030; V 0,10-0,15; Mo менее 0,05; N менее 0,015; H менее 0,0003, Fe остальное, включающий прокатку, закалку, отпуск, согласно изобретения производят шары с условным диаметром 60-80 мм, после прокатки шары подстуживают до температуры от 750 до 830°С, а затем подвергают закалке в закалочной среде с выдержкой в течение от 2,5 до 3,5 мин, а последующий отпуск производят при температуре от 140 до 250°С и времени выдержки в течение от 160 до 240 мин.The technical result is achieved by the fact that in the method of obtaining grinding balls with bulk hardness from steel containing wt. % : C 0.75-0.80; Mn 0.80-0.90; Si 0.25-0.35; Al less than 0.020; P less than 0.015; S less than 0.020; Cr 0.35-0.40; Ni 0.15-0.25; Cu less than 0.030; V 0.10-0.15; Mo less than 0.05; N less than 0.015; H less than 0.0003, Fe the rest, including rolling, quenching, tempering, according to the invention, balls with a nominal diameter of 60-80 mm are produced, after rolling the balls are cooled to a temperature of 750 to 830 ° C, and then subjected to quenching in a quenching medium with holding for 2.5 to 3.5 minutes, and subsequent tempering is carried out at a temperature of 140 to 250°C and a holding time of 160 to 240 minutes.

Кроме того, в качестве закалочной среды используют воду при температуре от 30 до 46°С.In addition, water is used as a quenching medium at a temperature of from 30 to 46°C.

Кроме того, в качестве закалочной среды используют среду с удельной теплоемкостью от 3800 до 4000 Дж/(кг⋅град.), коэффициентом теплопроводности от 0,4 до 0,7 Вт/(м⋅град).In addition, a medium with specific heat capacity from 3800 to 4000 J/(kg⋅deg.), thermal conductivity coefficient from 0.4 to 0.7 W/(m⋅deg.) is used as a quenching medium.

Сущность изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.

Использование предлагаемого способа обеспечивает получение мартенситной структуры по всей глубине мелющих шаров. Мартенситная структура в сталях образуется при высокой скорости охлаждения, при фазовом переходе ниже точки AC3(точки начала аустенизации) до окончания превращения, согласно кинетики превращения по диаграммам переохлажденного аустенита. Получение сплошной прокаливаемости возможно при высокой скорости охлаждения как поверхности, так и сердцевины (центра) шаров. Особенно сложно достичь такого превращения при больших диаметрах шаров.Using the proposed method provides a martensitic structure throughout the depth of the grinding balls. The martensitic structure in steels is formed at a high cooling rate, at a phase transition below the AC3 point (point of the beginning of austenization) before the end of the transformation, according to the transformation kinetics from the diagrams of supercooled austenite. Obtaining continuous hardenability is possible at a high cooling rate of both the surface and the core (center) of the balls. It is especially difficult to achieve such a transformation with large ball diameters.

Шар, является фигурой с максимальной массовостью объекта (отношение массы к объему), поэтому зеркало теплоотдачи в среде максимально мало. По закону Фурье теплоотдача начинается от поверхности шара и заканчивается центром шара, поэтому максимальный эффект возможно получить на тех материалах у которых кинематика превращения происходит с максимальной теплопроводностью внутри объекта.The ball is a figure with the maximum mass of the object (the ratio of mass to volume), so the heat transfer mirror in the medium is as small as possible. According to the Fourier law, heat transfer starts from the surface of the ball and ends with the center of the ball, so the maximum effect can be obtained on those materials in which the kinematics of the transformation occurs with maximum thermal conductivity inside the object.

Кроме этого, сплошная прокаливаемость создает внутренние напряжения (интенсивно остывающая поверхность имеет более плотную структуру, чем внутренняя часть материала и при дальнейшем охлаждении создается послойное завершение превращения), которые за счет разницы состояния вызывают появление дислокаций и затем могут привести к появлению трещин на шарах, что недопустимо согласно ГОСТ 7524-2015.In addition, continuous hardenability creates internal stresses (an intensively cooling surface has a denser structure than the inner part of the material and further cooling creates a layer-by-layer completion of the transformation), which, due to the difference in state, cause the appearance of dislocations and then can lead to the appearance of cracks on the balls, which unacceptable according to GOST 7524-2015.

Химический состав стали для производства мелющих шаров, содержащий мас. % : С 0,75-0,80; Mn 0,80-0,90; Si 0,25-0,35; Al менее 0,020; P менее 0,015; S менее 0,020; Cr 0,35- 0,40; Ni 0,15-0,25; Cu менее 0,030; V 0,10-0,15; Mo менее 0,05; N менее 0,015; H менее 0,0003, Fe остальное, позволяет решить данное противоречие, обеспечить высокую твердость как поверхности так и внутренней зоны готовых шаров, исключить возникновение внутренних напряжений, а также определить для шаров больших диаметров режимы термической обработки.The chemical composition of steel for the production of grinding balls, containing wt. % : C 0.75-0.80; Mn 0.80-0.90; Si 0.25-0.35; Al less than 0.020; P less than 0.015; S less than 0.020; Cr 0.35-0.40; Ni 0.15-0.25; Cu less than 0.030; V 0.10-0.15; Mo less than 0.05; N less than 0.015; H less than 0.0003, Fe the rest, allows solving this contradiction, ensuring high hardness of both the surface and the inner zone of finished balls, eliminating the occurrence of internal stresses, and also determining heat treatment modes for balls of large diameters.

Подстуживание мелющих шаров до температуры от 750 до 830°С после прокатки, позволяет обеспечить требуемую температуру начала закалки. Отклонение от указанного интервала температур как выше 830°С, так и ниже 750°С не позволяет начать закалку шаров с температур, обеспечивающих полную закалку, при неполной закалке образуется смешенная структура троостита и мартенсита или бейнита и мартенсита, что снижает твердость шаров ниже установленного норматива.Cooling the grinding balls to a temperature of 750 to 830°C after rolling makes it possible to provide the required temperature for the start of hardening. Deviation from the specified temperature range both above 830°C and below 750°C does not allow starting the hardening of balls from temperatures that ensure complete hardening; with incomplete hardening, a mixed structure of troostite and martensite or bainite and martensite is formed, which reduces the hardness of the balls below the established standard .

Увеличение времени пребывания мелющих шаров в закалочной среде свыше установленных границ нецелесообразно, т.к. данного времени достаточно для прохождения объемной прокаливаемости.Increasing the residence time of the grinding balls in the quenching medium above the established limits is not advisable, because this time is sufficient for bulk hardenability to pass.

Уменьшение времени пребывания мелющих шаров в закалочной среде ниже установленных границ приведёт к недостаточной прокаливаемости шара и отсутствию получения объемной твердости.Reducing the residence time of the grinding balls in the quenching medium below the established limits will lead to insufficient hardenability of the ball and the lack of bulk hardness.

Последующий отпуск мелющих шаров с условным диаметром 60-80 мм осуществляют при температуре от 140 до 250°С, что позволяет произвести снятие поверхностных напряжений, возникающих в процессе закалки.The subsequent tempering of grinding balls with a nominal diameter of 60-80 mm is carried out at a temperature of 140 to 250°C, which allows the removal of surface stresses that occur during the hardening process.

Отклонение от указанного диапазона температур ниже установленного значения температуры приведет к отсутствию прогревания поверхности и в дальнейшем к возможности образования трещин, а превышение у установленного значения температуры приведет к началу преобразований в зернах (характерно отпускной хрупкости первого рода) и появлению охрупчивания поверхности.Deviation from the specified temperature range below the set temperature value will lead to the absence of surface heating and further to the possibility of cracking, and exceeding the set temperature value will lead to the onset of transformations in the grains (characteristic of tempering brittleness of the first kind) and the appearance of surface embrittlement.

Длительность процесса выдержки для мелющих шаров условного диаметра 60-80 мм составляет от 160 до 240 мин. в печи, что обеспечивает достаточность проведения процесса отпуска.The duration of the holding process for grinding balls with a nominal diameter of 60-80 mm is from 160 to 240 minutes. in the furnace, which ensures the sufficiency of the tempering process.

Способ получения мелющих шаров с объемной твердостью работает следующим образом.The method of obtaining grinding balls with bulk hardness works as follows.

Получение мелющих шаров с условными диаметрами от 60 мм до 80 мм, отвечающих требованиям 5 группы твердости возможно с использованием материала шаров из марки стали 77ХГФМН, содержащем, мас %: С 0,75-0,80; Mn 0,80-0,90; Si 0,25-0,35; Al менее 0,020; P менее 0,015; S менее 0,020; Cr 0,35- 0,40; Ni 0,15-0,25; Cu менее 0,030; V 0,10-0,15; Mo менее 0,05; N менее 0,015; H менее 0,0003, Fe остальное, при проведении соответствующей термической обработки.Obtaining grinding balls with nominal diameters from 60 mm to 80 mm that meet the requirements of the 5th hardness group is possible using the material of the balls from the steel grade 77KhGFMN, containing, wt %: C 0.75-0.80; Mn 0.80-0.90; Si 0.25-0.35; Al less than 0.020; P less than 0.015; S less than 0.020; Cr 0.35-0.40; Ni 0.15-0.25; Cu less than 0.030; V 0.10-0.15; Mo less than 0.05; N less than 0.015; H less than 0.0003, Fe the rest, when carrying out the appropriate heat treatment.

Технология термической обработки заключается в следующих этапах:The heat treatment technology consists of the following steps:

Прокатка, мелющих шаров при температуре 950-1050°С.Rolling grinding balls at a temperature of 950-1050°C.

Подстуживание мелющих шаров условным диаметром 60-80 мм до температуры от 750 до 830°С, после прокатки до заданных температур,Cooling grinding balls with a nominal diameter of 60-80 mm to a temperature of 750 to 830 ° C, after rolling to the specified temperatures,

Закалка мелющих шаров в воде при температуре от 30°С до 46°С: с условным диаметром 60-80 с временем выдержки от 2,5 мин до 3,5 мин, либо в среде с удельной теплоемкостью от 3800 Дж/(кг⋅град) до 4400 Дж/(кг⋅град) и коэффициентом теплопроводности от 0,4 Вт/(м⋅град) до 0,7 Вт/(м⋅град), с соблюдением тех же температурно-временных параметров.Hardening of grinding balls in water at a temperature of 30°C to 46°C: with a nominal diameter of 60-80 with a holding time of 2.5 minutes to 3.5 minutes, or in an environment with a specific heat capacity of 3800 J/(kg⋅deg ) up to 4400 J/(kg⋅deg) and thermal conductivity from 0.4 W/(m⋅deg) to 0.7 W/(m⋅deg), subject to the same temperature and time parameters.

Последующее проведение низкотемпературного отпуска шаров условным диаметром 60-80 при температуре от 140 до 250°C с временем выдержки в течение от 160 до 240 мин.Subsequent low-temperature tempering of balls with a nominal diameter of 60-80 at a temperature of 140 to 250°C with a holding time of 160 to 240 minutes.

Пример конкретного выполнения способа.An example of a specific implementation of the method.

Испытание по технологии предлагаемого изобретения были осуществлены на участке шаропрокатного стана рельсобалочного цеха АО «ЕВРАЗ НТМК» при производстве шаров диаметром ∅60-80 мм. марок стали 77ХГФМН.Testing according to the technology of the proposed invention was carried out at the section of the ball-rolling mill of the rail and beam shop of EVRAZ NTMK JSC in the production of balls with a diameter of ∅60-80 mm. steel grades 77HGFMN.

Прокатку мелющих шаров с условными диаметрами от 60 мм до 80 мм производили на стане поперечно-винтовой прокатки при температуре 950-1050°С. Затем мелющие шары подстуживали до температуры 790°С. После чего в закалочном барабане револьверного типа осуществляли закалку мелющих шаров в воде с длительностью выдержки в течение от 2,5 мин до 3,5 минGrinding balls with nominal diameters from 60 mm to 80 mm were rolled on a helical rolling mill at a temperature of 950–1050°C. Then the grinding balls were cooled to a temperature of 790°C. After that, grinding balls were quenched in water in a revolver-type hardening drum with a holding time of 2.5 min to 3.5 min.

Далее производили низкотемпературный отпуск при температуре от 140 до 250°C с временем выдержки до 200 мин.Next, low-temperature tempering was carried out at a temperature from 140 to 250°C with a holding time of up to 200 min.

Определение твердости мелющих шаров на поверхности, глубине ¼, ½, ¾ радиуса и в центре шара проводили в соответствии с ГОСТ 9013-59 [13].Determination of the hardness of grinding balls on the surface, depth of ¼, ½, ¾ radius and in the center of the ball was carried out in accordance with GOST 9013-59 [13].

Химический состав стали приведен в таблице 1.The chemical composition of steel is given in table 1.

Таблица 1
Химический состав марки стали 77ХГФМН
Table 1
Chemical composition of steel grade 77KhGFMN
С, %FROM, % Mn, %Mn, % Si, %Si, % Al, %Al, % P, %P, % S, %S, % Cr, %Cr, % Ni, %Ni, % Сu, %Сu, % V, %V, % Mo, %Mo, % N, %N, % H, ppmHppm 0,75-0,800.75-0.80 0,80-0,900.80-0.90 0,25-0,350.25-0.35 <0,02<0.02 <0,015<0.015 <0,02<0.02 0,35-0,400.35-0.40 0,15-0,250.15-0.25 <0,30<0.30 0,10-0,150.10-0.15 <0,05<0.05 <0,015<0.015 <3,0<3.0

Результаты испытаний показали, что предполагаемый способ производствамелющих шаров по химическому составу из таблицы 1 обеспечивает получение готовых шаров с твердостью, соответствующей группе 5 по ГОСТ 7524-2015 и представлены в таблице 2.The test results showed that the proposed method for the production of grinding balls according to the chemical composition from table 1 ensures the production of finished balls with a hardness corresponding to group 5 according to GOST 7524-2015 and are presented in table 2.

Таблица 2
Регламентируемые и фактические значения твердости мелющих шаров 5 группы
table 2
Regulated and actual hardness values of grinding balls of the 5th group
Условный диаметр шара, ммNominal ball diameter, mm Твердость, HRC согласно ГОСТ, не менееHardness, HRC according to GOST, not less than Твердость, HRC фактическая, не менееHardness, HRC actual, not less than Поверхность шараball surface ОбъемнаяVolumetric Поверхность шараball surface ОбъемнаяVolumetric 6060 6060 5353 62,3-64,962.3-64.9 59,48-63,8859.48-63.88 8080 5858 4848 57,6-60,257.6-60.2 60,47-60,5760.47-60.57

Объемная твердость, указанная в таблице 2 определялась по методу нахождения градиента твердости по глубине прокаливания в шаре. На Фиг. 1 показаны результаты испытаний на поверхностную и объемную твердость, HRC шаров из опытной плавки, при этом объемную твердость (ОТ) вычисляют по формуле:The bulk hardness indicated in Table 2 was determined by the method of finding the hardness gradient over the depth of calcination in the ball. On FIG. 1 shows the results of tests for surface and bulk hardness, HRC of balls from an experimental heat, while bulk hardness (HT) is calculated by the formula:

ОТ=0,289Tпов+0,436T0,25+0,203T0,5+0,63T0,75+0,009Tц,OT \u003d 0.289T sov +0.436T 0.25 +0.203T 0.5 +0.63T 0.75 +0.009T c ,

где Tпов - значение твердости поверхности шара,where T pov - the value of the hardness of the surface of the ball,

Tц - значение твердости центра шара,Tc - the value of the hardness of the center of the ball,

T0,25, T0,5, T0,75 - значение твердости на расстоянии от поверхности шара.T 0.25 , T 0.5 , T 0.75 - the value of hardness at a distance from the surface of the ball.

Применение предлагаемого способа изготовления мелющих шаров обеспечивает получение мелющих шаров с объемной твердостью, характеризующейся 5 группой твердости по ГОСТ 7524-2015 [11] в масштабах производства для шаров от 60 до 80 мм. Таким образом, данное техническое решение соответствует критерию «новизна».The use of the proposed method for manufacturing grinding balls ensures the production of grinding balls with a bulk hardness characterized by hardness group 5 according to GOST 7524-2015 [11] on a production scale for balls from 60 to 80 mm. Thus, this technical solution meets the criterion of "novelty".

Анализ патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков, используемых в предлагаемом решении. Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».The analysis of patents and scientific and technical information did not reveal the use of new essential features used in the proposed solution. Therefore, the present invention meets the criterion of "inventive step".

Подтверждено опытно, что использование предлагаемого изобретения позволяет:It has been experimentally confirmed that the use of the proposed invention allows:

- получать мелющие шары 5 группы твердости диаметрами от 60 до 80 мм.- to obtain grinding balls of the 5th group of hardness with diameters from 60 to 80 mm.

- за 2020-2021 год отгружено потребителю 3001,913 тонн шаров 5 группы твердости из данной марки стали.- in 2020-2021, 3001.913 tons of balls of the 5th hardness group from this steel grade were shipped to the consumer.

Результаты испытаний опытной плавки шаров, полученных на предлагаемых устойчивых режимах, показал положительный результат в получении требуемых значений объемной прокаливаемости:The test results of the experimental melting of balls obtained in the proposed stable modes showed a positive result in obtaining the required values of volumetric hardenability:

а. Значения полученной поверхностной и объемной твердости представлены в ФИГ 1 - данные значения удовлетворяют требованиям 5 группы твердости, согласно таблицы 2.a. The values of the obtained surface and bulk hardness are presented in FIG 1 - these values meet the requirements of the 5 hardness group, according to table 2.

б. Суммарная энергия после испытания на молоте согласно МИ 102-142-355-2019, при работе шара в течении 6 минут составила ΣЕ = 285 кДж.b. The total energy after the test on the hammer according to MI 102-142-355-2019, during the operation of the ball for 6 minutes, was ΣЕ = 285 kJ.

Источники информацииSources of information

[1] патент RU №2415194 C1 «Сталь» МПК6 C22C 38/38; C22C 38/34; C22C38/32, опубликованного 27.03.2011, бюл. 9;[1] patent RU No. 2415194 C1 "Steel" IPC 6 C22C 38/38; C22C 38/34; C22C38/32, published 03/27/2011, bul. 9;

[2] патент RU №2425168 С2 «Сталь» МПК6 C22C 38/26, опубликованного 27.07.2011, бюл. 21;[2] Patent RU No. 2425168 C2 "Steel" IPC 6 C22C 38/26, published on July 27, 2011, bul. 21;

[3] патент RU №2425169 «Сталь» МПК6 C22C 38/40, опубликованного 27.07.2011, бюл. 21;[3] Patent RU No. 2425169 "Steel" IPC 6 C22C 38/40, published on July 27, 2011, bul. 21;

[4] авторское свидетельство SU №1497262 A1 «Сталь» МПК6 C22C 38/14, конвенционный приоритет 13.01.1988;[4] copyright certificate SU No. 1497262 A1 "Steel" IPC 6 C22C 38/14, convention priority 01/13/1988;

[5] авторское свидетельство SU №1446189 A1 «Сталь» МПК6 C22C 38/16, опубликованного 23.12.1988;[5] copyright certificate SU No. 1446189 A1 "Steel" IPC 6 C22C 38/16, published on 12/23/1988;

[6] патент RU №2596737 С1 C1 «Способ производства стальных мелющих шаров» МПК6 C21D 9/36; B21H 1/14; C21D 1/02; B23P 15/00; C22C 38/40, опубликованного 10.09.2016, бюл. 25;[6] patent RU No. 2596737 C1 C1 "Method of production of steel grinding balls" IPC 6 C21D 9/36; B21H 1/14; C21D 1/02; B23P 15/00; C22C 38/40, published 09/10/2016, bul. 25;

[7] патент RU №2455369 C1 «Устройство и способ термической обработки шаров» МПК6 C21D 9/36, опубликованного 10.07.2012, бюл. 19;[7] patent RU No. 2455369 C1 "Device and method for heat treatment of balls" IPC 6 C21D 9/36, published on 10.07.2012, bul. 19;

[8] патент RU №2113513 С1 «Способ термической обработки мелющих шаров» МПК6 C21D 9/36; B21H 1/14, опубликованного 10.09.2016, бюл. 25;[8] patent RU No. 2113513 C1 "Method of heat treatment of grinding balls" IPC 6 C21D 9/36; B21H 1/14, published 09/10/2016, bul. 25;

[9] авторское свидетельство SU №1344793 А1 «Способ термической обработки мелющих шаров авторское свидетельство МПК6 C21D 9/36, опубликованного 15.10.1987;[9] copyright certificate SU No. 1344793 A1 “Method of heat treatment of grinding balls copyright certificate IPC 6 C21D 9/36, published on 10/15/1987;

[10] патент RU №2634541 C1 «Способ и устройство термической обработки шаров» МПК6 C21D 9/36, опубликованного 31.10.2017, бюл. 31;[10] patent RU No. 2634541 C1 "Method and device for heat treatment of balls" IPC 6 C21D 9/36, published on 10/31/2017, bul. 31;

[11] патент RU №2756671 C1 «Способ производства мелющих шаров (варианты)» МПК51 B21H/14; C21D 9/36; С22С 38/24 опубликованного 04.10.2021, бюл. 28;[11] patent RU No. 2756671 C1 "Method of production of grinding balls (options)" IPC 51 B21H/14; C21D 9/36; С22С 38/24 published on 04.10.2021, bul. 28;

[12] ГОСТ 7524-2015;[12] GOST 7524-2015;

[13] ГОСТ 9013-59.[13] GOST 9013-59.

Claims (4)

1. Способ производства мелющих шаров объемной твердости из стали, 1. Method for the production of bulk hardness grinding balls from steel, содержащей, мас.%: С 0,75-0,80; Mn 0,90-0,90; Si 0,25-0,35; Al менее 0,020; P менее 0,015; S менее 0,020; Cr 0,35- 0,40; Ni 0,15-0,25; Cu менее 0,030; V 0,10-0,15; Mo менее 0,05; N менее 0,015; H менее 0,0003, Fe – остальное, включающий прокатку, закалку, отпуск, отличающийся тем, что производят шары с условным диаметром 60-80 мм, после прокатки шары подстуживают до температуры от 750 до 830°С, закалку шаров производят в закалочной среде с выдержкой в течение от 2,5 мин до 3,5 мин, а последующий отпуск производят при температуре от 140 до 250°С и времени выдержки в течение от 160 до 240 мин.containing, wt.%: C 0.75-0.80; Mn 0.90-0.90; Si 0.25-0.35; Al less than 0.020; P less than 0.015; S less than 0.020; Cr 0.35-0.40; Ni 0.15-0.25; Cu less than 0.030; V 0.10-0.15; Mo less than 0.05; N less than 0.015; H less than 0.0003, Fe - the rest, including rolling, hardening, tempering, characterized in that balls with a nominal diameter of 60-80 mm are produced, after rolling the balls are cooled to a temperature of 750 to 830 ° C, the balls are hardened in a hardening medium with a holding time of 2.5 minutes to 3.5 minutes, and subsequent tempering is carried out at a temperature of 140 to 250°C and a holding time of 160 to 240 minutes. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве закалочной среды используют воду при температуре от 30°С до 46°C.2. The method according to claim 1, characterized in that water is used as a quenching medium at a temperature of from 30°C to 46°C. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве закалочной среды используют среду с удельной теплоемкостью от 3800 до 4000 Дж/(кг⋅град) и коэффициентом теплопроводности от 0,4 до 0,7 Вт/(м⋅град).3. The method according to claim 1, characterized in that a medium with a specific heat capacity of 3800 to 4000 J/(kg⋅deg) and a thermal conductivity coefficient of 0.4 to 0.7 W/(m⋅deg) is used as a quenching medium .
RU2022100777A 2022-01-17 Method for manufacturing grinding balls from steel RU2778650C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2778650C1 true RU2778650C1 (en) 2022-08-22

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2801912C1 (en) * 2022-11-09 2023-08-18 Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") Grinding ball production method

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1344793A1 (en) * 1986-03-07 1987-10-15 Ждановский металлургический институт Method of heat treatment of milling balls
CN1263882C (en) * 2004-05-17 2006-07-12 重庆市大足县特殊锻压厂 Vanadium-titanium-chromium alloy steel ball and its manufacture method
RU2455369C1 (en) * 2011-05-06 2012-07-10 Открытое акционерное общество "ПРОМКО" Device and method for heat treatment of balls
RU2596737C1 (en) * 2015-05-13 2016-09-10 Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") Method for production of steel grinding balls
RU2634541C1 (en) * 2016-08-31 2017-10-31 Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Производственное Предприятие "Томская Электронная Компания" Method and device for balls heat treatment
CN107586922A (en) * 2017-09-21 2018-01-16 四川鸿舰重型机械制造有限责任公司 The online immediate quenching technique of U71MnU75V rolling steel balls
RU2745922C1 (en) * 2020-08-04 2021-04-02 Акционерное общество "ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат" (АО "ЕВРАЗ НТМК") Method for producing grinding balls
RU2756671C1 (en) * 2020-12-20 2021-10-04 Акционерное общество «ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат» (АО «ЕВРАЗ НТМК») Method for production of grinding balls (options)

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1344793A1 (en) * 1986-03-07 1987-10-15 Ждановский металлургический институт Method of heat treatment of milling balls
CN1263882C (en) * 2004-05-17 2006-07-12 重庆市大足县特殊锻压厂 Vanadium-titanium-chromium alloy steel ball and its manufacture method
RU2455369C1 (en) * 2011-05-06 2012-07-10 Открытое акционерное общество "ПРОМКО" Device and method for heat treatment of balls
RU2596737C1 (en) * 2015-05-13 2016-09-10 Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") Method for production of steel grinding balls
RU2634541C1 (en) * 2016-08-31 2017-10-31 Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Производственное Предприятие "Томская Электронная Компания" Method and device for balls heat treatment
CN107586922A (en) * 2017-09-21 2018-01-16 四川鸿舰重型机械制造有限责任公司 The online immediate quenching technique of U71MnU75V rolling steel balls
RU2745922C1 (en) * 2020-08-04 2021-04-02 Акционерное общество "ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат" (АО "ЕВРАЗ НТМК") Method for producing grinding balls
RU2756671C1 (en) * 2020-12-20 2021-10-04 Акционерное общество «ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат» (АО «ЕВРАЗ НТМК») Method for production of grinding balls (options)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2801912C1 (en) * 2022-11-09 2023-08-18 Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") Grinding ball production method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6896746B2 (en) Hot-rolled steel wire rods and bars usable for machine structural use without annealing and method for producing the same
JP3966493B2 (en) Cold forging wire and method for producing the same
CN104981556A (en) Soft-nitrided induction-quenched steel component
CN105441786B (en) Tensile strength 1500MPa grades of hot press-formed use sheet metal and its CSP production methods
CN109402522B (en) Hot-rolled wire rod for conditioning-free hot-dip galvanized bolt and production process thereof
US20110073222A1 (en) Heat-Treatment Process for a Steel
JP2000239744A (en) Heat treatment method for hollow cylindrical work
CN113215364A (en) Double-medium quenching and cooling method for fine-grain strengthening and toughening of steel
CN113652605B (en) High-toughness steel for automobile wheel, thin-wall automobile wheel and preparation method of steel
KR101719560B1 (en) Heat treatment method for surface hardened alloy steel
RU2442830C1 (en) Method for production of high-strength steel products
WO2000063448A1 (en) Quenching apparatus and method for hardening steel parts
RU2756671C1 (en) Method for production of grinding balls (options)
JP2009179869A (en) Method for manufacturing bush
RU2745922C1 (en) Method for producing grinding balls
RU2778650C1 (en) Method for manufacturing grinding balls from steel
RU2791495C1 (en) Method for manufacturing grinding balls from steel (embodiments)
RU2778651C1 (en) Method for manufacturing grinding balls from steel
RU2785665C1 (en) Method for the production of grinding balls from steel
RU2612101C1 (en) Method of hot-rolled stock preparation for production of hardware fasteners
RU2804745C1 (en) Method for manufacturing grinding balls from steel
CN111511953B (en) Ultra-high strength hot-rolled steel sheet, steel pipe, component, and method for producing same
Wang et al. Heat Treating of Carbon Steels
CN112176260A (en) Steel for rolling steel balls with ultrahigh carbon and preparation method thereof
JPS63161117A (en) Production of hot rolled steel products having high strength and high toughness