RU2790722C1 - Grinding ball production method - Google Patents
Grinding ball production method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2790722C1 RU2790722C1 RU2022105084A RU2022105084A RU2790722C1 RU 2790722 C1 RU2790722 C1 RU 2790722C1 RU 2022105084 A RU2022105084 A RU 2022105084A RU 2022105084 A RU2022105084 A RU 2022105084A RU 2790722 C1 RU2790722 C1 RU 2790722C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- balls
- temperature
- steel
- rolling
- ball
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к прокатному производству, в частности к способу производства мелющих шаров, применяемых в мельницах барабанного типа, используемых в горнорудной промышленности и на предприятиях по производству цемента.The invention relates to rolling production, in particular to a method for the production of grinding balls used in drum-type mills used in the mining industry and cement production plants.
Известен способ производства стальных мелющих шаров, 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 0,03-1,5; 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 [Патент RU № 2596737, МПК C21D9/36, B21H1/14, C21D1/02, B23P15/00, C22C38/48, 2016].A known method for the production of steel grinding balls, including heating a continuously cast billet, rolling on a section hot rolling mill of round billets of the appropriate size, their subsequent heating in an induction device, rolling balls from them on a helical rolling mill at a temperature of 950-1050 ° C, cooling the balls before hardening, hardening and self-tempering of balls in containers, while a square continuously cast billet is made with a 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 0.03-1.5; 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 cross 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 a hardening drum with a speed of its rotation in the range of 0.4-2.5 rpm with running water at a temperature of 25-42°C to the temperature of the balls after hardening 125-160°C [Patent RU No. 2596737, IPC C21D9/36, B21H1/14, C21D1/02, B23P15/00, C22C38/48, 2016].
Недостатком этого способа является то, что данный способ не позволяет получить шары пятой группы твердости со сквозной прокаливаемостью.The disadvantage of this method is that this method does not allow to obtain balls of the fifth hardness group with through hardenability.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ производства мелящих шаров, включающий производство шаров 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. Способ включает производство шаров с условным диаметром 110-140 мм, после прокатки шары подстуживают до температуры 740-800°С, закалку шаров производят в закалочной среде с выдержкой в течение от 3,5 мин до 5,0 мин, а последующий отпуск проводят при температуре 180-260°С и времени выдержки от 180 до 320 мин, при этом после отпуска проводят самоотпуск с временем выдержки в течение от 12 до 48 часов [Патент RU № 2756671, МПК C21D9/36, C22С38/24, B21H1/14, 2021].The closest to the proposed invention in terms of technical essence is a method for the production of grinding balls, including the production of balls with a nominal diameter of 80-100 mm, after rolling the balls are cooled to a temperature of 740-800 ° C, the balls are quenched in a quenching medium with holding for 3, 0 to 4.0 min, and 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 of 12 to 48 hours. The method includes the production of balls with a nominal diameter of 110-140 mm, after rolling the balls are cooled to a temperature of 740-800°C, the balls are hardened in a hardening medium with holding for 3.5 min to 5.0 min, 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 the holiday, self-tempering is carried out with a holding time of 12 to 48 hours [Patent RU No. 2756671, IPC C21D9/36, C22C38/24, B21H1/14, 2021].
Недостатком данного способа является повышенная себестоимость производства стали в связи с наличием большего количества легирующих компонентов. The disadvantage of this method is the increased cost of steel production due to the presence of a larger number of alloying components.
Технический результат предлагаемого технического решения заключается в разработке способа производства стальных мелющих шаров с условным диаметром от 30 до 40 мм, характеризующихся повышенной абразивной стойкостью. The technical result of the proposed technical solution is to develop a method for the production of steel grinding balls with a nominal diameter of 30 to 40 mm, characterized by increased abrasive resistance.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства мелющих шаров, включающем выплавку стали, прокатку шаров и их термообработку, согласно изобретению выплавляют сталь, при этом содержание углерода, кремния, марганца, фосфора, серы, хрома, никеля, меди, молибдена, ванадия, ниобия, азота в стали следующие, мас.%:The specified technical result is achieved by the fact that in the method for the production of grinding balls, including steel smelting, rolling of balls and their heat treatment, according to the invention, steel is smelted, while the content of carbon, silicon, manganese, phosphorus, sulfur, chromium, nickel, copper, molybdenum, vanadium , niobium, nitrogen in steel are the following, wt.%:
при этом, углеродный эквивалент стали составляет 0,77–1,13, далее осуществляют разливку стали в заготовки квадратного сечения, затем указанные заготовки перекатывают в заготовки круглого сечения, диаметр которых соответствует условному диаметру конечных шаров в диапазоне 30–40 мм, осуществляют нагрев заготовок круглого сечения до температуры 1010–1160 °С, производят поперечно-винтовую прокатку с температурой конца прокатки 950 – 1100 °С, выполняют подстуживание шаров до температуры 770–890 °С, затем осуществляют их закалку до температуры 100–150 °С, а далее шары подвергают самоотпуску в течение не менее 12 часов.at the same time, the carbon equivalent of steel is 0.77–1.13, then the steel is poured into square-section blanks, then these blanks are rolled into round-section blanks, the diameter of which corresponds to the conditional diameter of the final balls in the range of 30–40 mm, the blanks are heated round section to a temperature of 1010–1160 °С, cross-helical rolling is performed with a temperature of the end of rolling of 950–1100 °С, the balls are chilled to a temperature of 770–890 °С, then they are quenched to a temperature of 100–150 °С, and then balls are self-tempered for at least 12 hours.
Твердость мелющих шаров на поверхности составляет 61–70 HRC, на глубине 0,5 радиуса шара 55–70 HRC, а объемная твердость составляет 55–65 HRC.The hardness of the grinding balls on the surface is 61–70 HRC, at a depth of 0.5 of the ball radius 55–70 HRC, and the bulk hardness is 55–65 HRC.
На поверхности шара микроструктура состоит из мартенсита, а на глубине 0,5 радиуса шара из 95–100 % мартенсита и не более 5,0 % остаточного аустенита.On the ball surface, the microstructure consists of martensite, and at a depth of 0.5 of the ball radius it consists of 95–100% martensite and no more than 5.0% residual austenite.
Размер действительного зерна аустенита шара перед закалкой составляет 6 – 8 баллов.The actual grain size of the ball austenite before hardening is 6 - 8 points.
Сущность предложенного способа заключается в следующем.The essence of the proposed method is as follows.
Данный химический состав и получаемая после заявляемой термической обработки структура позволяют обеспечить снижение расходного коэффициента у клиентов при переработке стальных мелющих шаров в мельницах. This chemical composition and the structure obtained after the claimed heat treatment make it possible to reduce the consumption coefficient for customers when processing steel grinding balls in mills.
При содержании углерода менее 0,6 % снижается твердость шаров ниже допустимых значений. When the carbon content is less than 0.6%, the hardness of the balls decreases below the permissible values.
При содержании углерода более 0,8% повышается хрупкость шаров и после проведения термической обработки возможно образование трещин.With a carbon content of more than 0.8%, the fragility of the balls increases and, after heat treatment, cracking is possible.
Кремний является раскислителем стали, а также способствует повышению ее прочности и упругости после финальной термической обработки. При содержании кремния в количестве менее 0,1% сталь будет не достаточно раскисленной. Содержание кремния более 0,4% в сочетании с высоким содержанием углерода приводит к повышению хрупкости шаров.Silicon is a steel deoxidizer, and also helps to increase its strength and elasticity after the final heat treatment. When the silicon content is less than 0.1%, the steel will not be sufficiently deoxidized. A silicon content of more than 0.4%, combined with a high carbon content, leads to an increase in the fragility of the balls.
Марганец выступает в качестве раскислителя стали и элемента, связывающего серу. Также марганец повышает прочность стали после финальной термической обработки, увеличивает прокаливаемость. Содержание марганца менее 0,6 % в стали, приводит к снижению прочности и к недостаточной прокаливаемости шаров. Содержание марганца более 1,4 %, при высоком содержании углерода и кремния, может привести к снижению пластичности стали. Manganese acts as a steel deoxidizer and a sulfur-binding element. Also, manganese increases the strength of steel after the final heat treatment, increases the hardenability. The manganese content of less than 0.6% in steel leads to a decrease in strength and to insufficient hardenability of the balls. The manganese content of more than 1.4%, with a high content of carbon and silicon, can lead to a decrease in steel ductility.
Сера и фосфор являются вредными примесями, ухудшающими качество стали, поэтому содержание данных химических элементов следует ограничивать значением менее 0,04 % каждого.Sulfur and phosphorus are harmful impurities that degrade the quality of steel, so the content of these chemical elements should be limited to less than 0.04% each.
Хром в количестве 0,1–0,4 % обеспечивает твердость и прочность стали, обеспечивает коррозионную стойкость шара и устойчивость к абразивному износу. Дальнейшее увеличение содержания хрома приводит к удорожанию стали.Chromium in the amount of 0.1–0.4% provides the hardness and strength of steel, provides corrosion resistance of the ball and resistance to abrasive wear. A further increase in the chromium content leads to an increase in the cost of steel.
Массовые доли меди, молибдена, ванадия, ниобия в установленных диапазонах позволяют обеспечивать необходимую твердость шаров. Их повышение выше заявленных значений приведет к образованию неметаллических включений и экономически нецелесообразно.Mass fractions of copper, molybdenum, vanadium, niobium in the established ranges make it possible to provide the necessary hardness of the balls. Their increase above the declared values will lead to the formation of non-metallic inclusions and is not economically feasible.
Азот присутствует в стали в виде хрупких неметаллических включений и ухудшает механические свойства мелющих шаров. Максимальное содержание азота в стали допустимо в количестве не более 0,015 %.Nitrogen is present in steel in the form of brittle non-metallic inclusions and degrades the mechanical properties of the grinding balls. The maximum nitrogen content in steel is permissible in an amount of not more than 0.015%.
В металле должны отсутствовать дефекты макроструктуры, количество и размер неметаллических включений должен быть минимальным, не должно быть сетки по границам зерен, требуется минимизировать количество вредных примесей.The metal should be free of macrostructure defects, the number and size of non-metallic inclusions should be minimal, there should be no grid along the grain boundaries, it is required to minimize the amount of harmful impurities.
Получение углеродного эквивалента в заявляемом диапазоне позволяет получать шары без образования трещин на поверхности и обеспечивает повышенную абразивную стойкость.Obtaining a carbon equivalent in the claimed range makes it possible to obtain balls without the formation of cracks on the surface and provides increased abrasive resistance.
При нагреве заготовки выше температуры 1160°С наблюдается рост зерна аустенита, что приводит к снижению ударостойкости шара и повышению абразивного износа. При нагреве заготовки ниже температуры 1010°С увеличиваются нагрузки на прокатные валки, что приводит к их преждевременному износу, необходимости частой настройки, а также риску получения сколов реборд.When the workpiece is heated above a temperature of 1160°C, austenite grain growth is observed, which leads to a decrease in the impact resistance of the ball and an increase in abrasive wear. When the billet is heated below a temperature of 1010°C, the loads on the rolls increase, which leads to their premature wear, the need for frequent adjustments, and the risk of chipping the flanges.
При температуре конца прокатки выше 1100°С затрудняется захват заготовки прокатными валками, шары после прокатки имеют овальную форму, выходящую за пределы допустимых значений по ГОСТ 7524.At a temperature of the end of rolling above 1100°C, it becomes difficult to grip the workpiece with rolling rolls, the balls after rolling have an oval shape that goes beyond the permissible values according to GOST 7524.
При температуре конца прокатки ниже 950°С увеличиваются нагрузки на прокатные валки, что приводит к их преждевременному износу, необходимости частой настройки а также риску получения сколов реборд. At the temperature of the end of rolling below 950°C, the loads on the rolling rolls increase, which leads to their premature wear, the need for frequent adjustments, and the risk of chipping the flanges.
При начале закалки с температуры ниже 770°С, закалка происходит из двухфазной области, не позволяющая получить целевую микроструктуру и необходимую твердость на поверхности шара согласно ГОСТ 7524. При начале закалки при температуре выше 890 °С значительно возрастают внутренние напряжения после закалки, что может привести к появлению трещин на поверхности шаров.When hardening starts from a temperature below 770°C, hardening occurs from a two-phase region, which does not allow obtaining the target microstructure and the required hardness on the ball surface according to GOST 7524. When hardening starts at a temperature above 890°C, internal stresses increase significantly after hardening, which can lead to to the appearance of cracks on the surface of the balls.
При повышении температуры конца закалки выше 150°С есть риск не достижения требуемой твердости и необходимой структуры металла. При температуре конца закалки ниже 100°С среднемассовая температура мелющих шаров недостаточна для снятия внутренних напряжений, что может спровоцировать появление трещин.With an increase in the temperature of the end of hardening above 150°C, there is a risk of not achieving the required hardness and the required structure of the metal. At the temperature of the end of hardening below 100°C, the mass-average temperature of the grinding balls is not sufficient to relieve internal stresses, which can provoke the appearance of cracks.
Самоотпуск является важной составляющей технологии термоупрочнения шаров. На стадии самоотпуска происходит завершение структурообразования в шарах, а также релаксация напряжений, возникающих в изделиях в процессе закалки. Для достижения требуемых свойств шаров их самоотпуск должен проходить в течение не менее 12 час.Self-tempering is an important component of the technology of thermal hardening of balls. At the stage of self-tempering, the completion of structure formation in the balls occurs, as well as the relaxation of stresses that arise in products during the hardening process. To achieve the required properties of the balls, their self-release must take place for at least 12 hours.
Размер действительного зерна аустенита должен составлять 6–8 баллов – это обеспечивает высокую абразивную и ударную стойкость шаров.The size of the actual austenite grain should be 6–8 points - this provides high abrasive and impact resistance of the balls.
В металле должны отсутствовать дефекты макроструктуры, количество и размер неметаллических включений должен быть минимальным, не должно быть сетки по границам зерен, требуется минимизировать количество вредных примесей.The metal should be free of macrostructure defects, the number and size of non-metallic inclusions should be minimal, there should be no grid along the grain boundaries, it is required to minimize the amount of harmful impurities.
Пример реализации.Implementation example.
В таблице 1 приведены варианты химических составов стали. В таблице 2 приведены контролируемые характеристики технологических параметров.Table 1 shows the options for the chemical composition of steel. Table 2 shows the controlled characteristics of technological parameters.
Согласно представленным данным в таблицах 1 и 2 при соблюдении указанных режимов термической обработки, мелющие шары обладают требуемыми характеристиками: микроструктурой, твердостью, размерами неметаллических включений, мелкозернистостью, а, следовательно, хорошо поддаются термической обработке и обладают низким абразивным износом.According to the data presented in tables 1 and 2, subject to the specified heat treatment modes, the grinding balls have the required characteristics: microstructure, hardness, sizes of non-metallic inclusions, fine grain, and, therefore, are well amenable to heat treatment and have low abrasive wear.
Таблица 1Table 1
Химический состав сталей* Chemical composition of steels *
* - содержание меди, молибдена, ванадия, ниобия и азота составляло 0,014 %.* - the content of copper, molybdenum, vanadium, niobium and nitrogen was 0.014%.
Таблица 2table 2
Контролируемые параметрыControlled parameters
Claims (6)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2790722C1 true RU2790722C1 (en) | 2023-02-28 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2221058C2 (en) * | 2002-03-04 | 2004-01-10 | Закрытое Акционерное Общество "Техмаш" | Milling body for ball mills |
RU2596737C1 (en) * | 2015-05-13 | 2016-09-10 | Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") | Method for production of steel 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 (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2221058C2 (en) * | 2002-03-04 | 2004-01-10 | Закрытое Акционерное Общество "Техмаш" | Milling body for ball mills |
RU2596737C1 (en) * | 2015-05-13 | 2016-09-10 | Публичное акционерное общество "Северсталь" (ПАО "Северсталь") | Method for production of steel 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) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6586519B2 (en) | On-line controlled cooling method and manufacturing method for seamless steel pipes for effective grain refinement | |
CA2899570C (en) | Thick, tough, high tensile strength steel plate and production method therefor | |
CN110863158B (en) | High-performance Mn-Cr series steel for wind power output gear and production method thereof | |
KR102021216B1 (en) | Wire rods for bolts with excellent delayed fracture resistance after pickling and quenching tempering, and bolts | |
JP3988095B2 (en) | Steel for producing steel products by cold plastic deformation and its production method | |
TWI586814B (en) | Steel wire for mechanical structure parts | |
JP7247078B2 (en) | Mechanical structural steel for cold working and its manufacturing method | |
JP4629816B2 (en) | High strength bolt excellent in delayed fracture resistance and method for producing the same | |
JP4123672B2 (en) | Manufacturing method of high strength seamless steel pipe with excellent toughness | |
JP2016003395A (en) | Steel for surface treatment machine component having excellent properties, component of the steel and manufacturing method therefor | |
JPS6119734A (en) | Martensite stainless steel bar of wire rod and manufacture | |
WO2013031587A1 (en) | Rolled steel bar or wire for hot forging | |
CN109136750B (en) | Corrosion-resistant wire rod and steel wire for spring and manufacturing method thereof | |
US20070227634A1 (en) | Forged or Stamped Average or Small Size Mechanical Part | |
CN112840058B (en) | Wire rod and steel wire for spring having enhanced toughness and corrosion fatigue properties, and methods for manufacturing same | |
RU2790722C1 (en) | Grinding ball production method | |
JPH06299240A (en) | Manufacture of steel material for bearing having excellent spheroidizing characteristic | |
JPH08295934A (en) | Production of high carbon electric resistance welded tube excellent in wear resistance | |
JPH08295989A (en) | High carbon resistance welded tube excellent in wear resistance | |
CN100436628C (en) | Steel product for induction hardening, induction-hardened member using the same, and methods for producing them | |
RU2790842C1 (en) | Method for the production of grinding balls (options) | |
JP6465206B2 (en) | Hot-rolled bar wire, parts and method for producing hot-rolled bar wire | |
JPS6159379B2 (en) | ||
WO2017069064A1 (en) | Steel for mechanical structures and induction hardened steel parts | |
RU2636542C1 (en) | Method for producing round rolled stock of boron-containing steel with increased ductility |