RU2791495C1 - Method for manufacturing grinding balls from steel (embodiments) - Google Patents

Method for manufacturing grinding balls from steel (embodiments) Download PDF

Info

Publication number
RU2791495C1
RU2791495C1 RU2022120979A RU2022120979A RU2791495C1 RU 2791495 C1 RU2791495 C1 RU 2791495C1 RU 2022120979 A RU2022120979 A RU 2022120979A RU 2022120979 A RU2022120979 A RU 2022120979A RU 2791495 C1 RU2791495 C1 RU 2791495C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
balls
less
temperature
hardness
hardening
Prior art date
Application number
RU2022120979A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Константин Николаевич Шведов
Сергей Владимирович Борисов
Иван Эдуардович Лановенко
Михаил Андреевич Казаковцев
Виталий Юрьевич Рубцов
Денис Викторович Гаев
Алексей Анатольевич Скороходов
Андрей Николаевич Бородин
Константин Евгеньевич Соколов
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 RU2791495C1 publication Critical patent/RU2791495C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: rolling production.
SUBSTANCE: invention relates to rolling production, in particular to the heat treatment of grinding balls made of steel containing, % by weight: C 0.61-0.66, Mn 0.80-0.90, Si 0.60-0.65, Al less than 0.070, P less than 0.015, S less than 0.020, Cr 0.60-0.70, Ni 0.15-0.30, Cu less than 0.040, V 0.01-0.12, Mo 0.04-0.06, N less than 0.010, H less than 0.0003, Fe – the rest. The method includes rolling at a temperature of 950-1050°C, cooling the balls, quenching and subsequent tempering. After rolling, the balls are cooled to a temperature of 740-830°C, then the balls are hardened in a hardening medium, while the hardening duration is adjusted depending on the diameter of the balls: from 3.0 to 4.5 min for balls with a nominal diameter of 100 mm, from 3.5 min to 6.0 min for balls with a nominal diameter of 110-120 mm, and the subsequent tempering of the balls is carried out with a holding time of 160 to 320 min at a temperature of 140-260°C.
EFFECT: increasing the operational stability of the balls, obtaining grinding balls with a nominal diameter of 100 and 110-120 mm, with a bulk hardness characterized by hardness group 5 according to GOST 7524-2015, with a low gradient in production (a decrease in the hardness value from the surface to the centre of the ball).
3 cl, 3 dwg, 2 tbl

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 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 on 27.03.2011, bull. 9 [1], patent RU No. 2425168 C2 "Steel" IPC 6 C22C 38/26, published on 27.07.2011, bull. 21 [2], patent RU No. 2425169 "Steel » IPC 6 C22C 38/40, published on 27.07.2011, bull.21 [3], and copyright certificate SU1497262 A1 "Steel" IPC 6 C22C 38/14, convention priority 13.01.1988 [4], copyright certificate SU1446189 A1 "Steel » IPC 6 C22C 38/16 published on 12/23/1988 [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; B23P 15/00; 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 2455369 C1 IPC 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 balls are cooled from the quenching temperature in water and tempered, 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 RU2634541 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 RU2634541 C1 IPC 6 C21D 9/36, published on October 31, 2017, bul. 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 the cooling of the balls in water is 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 RU2756671 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 RU2756671 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 объемная прокаливаемость предложенной марки стали и режимов термообработки характеризуется 5-ой группой твердости шаров, однако градиент твердости снижается от поверхности к центру шара.The disadvantage of this method is that the volume hardenability of the proposed steel grade and heat treatment modes is characterized by the 5th group of ball hardness, however, the hardness gradient decreases from the surface to the center of the ball.

Технический результат на достижение которого направлено предполагаемое изобретение является: повышение эксплуатационной стойкости шаров, получение мелющих шаров с объемной твердостью, характеризующейся 5 группой твердости диаметрами 100-120 мм по ГОСТ 7524-2015 [12], при этом с низким градиентом (снижением значения твердости от поверхности к центру шара) 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 diameters of 100-120 mm according to GOST 7524-2015 [12], while with a low gradient (reducing the hardness value from surface to the center of the ball) in the scale of production.

Технический результат достигается тем, что в способе получения мелющих шаров из стали, содержащей  мас.% С 0,61-0,66; Mn 0,80-0,90; Si 0,60-0,65; Al менее 0,070; P менее 0,015; S менее 0,020; Cr 0,60- 0,70; Ni 0,15-0,30; Cu менее 0,040; V 0,01-0,12; Mo 0,04-0,06; N менее 0,010; H менее 0,0003; Fe – остальное, включающий прокатку при температуре 950-1050°С, охлаждение шаров, закалку и последующий отпуск шаров, согласно изобретения после прокатки шары подстуживают до температуры  740-830°С,  затем шары подвергают закалке в закалочной среде, при этом длительность закалки регулируют в зависимости от диаметра шаров: для шаров с условным диаметром 100 мм от 3,0 до 4,5 мин, для шаров условным диаметром 110-120 мм от 3,5 мин до 6,0 мин, а последующий отпуск шаров производят при длительности выдержки от 160 до 320 мин. При температуре 140-260°С.The technical result is achieved by the fact that in the method for producing grinding balls from steel containing wt.% C 0.61-0.66; Mn 0.80-0.90; Si 0.60-0.65; Al less than 0.070; P less than 0.015; S less than 0.020; Cr 0.60-0.70; Ni 0.15-0.30; Cu less than 0.040; V 0.01-0.12; Mo 0.04-0.06; N less than 0.010; H less than 0.0003; Fe - the rest, including rolling at a temperature of 950-1050 ° C, cooling of the balls, quenching and subsequent tempering of the balls, according to the invention, after rolling, the balls are cooled to a temperature of 740-830 ° C, then the balls are quenched in a quenching medium, while the hardening duration is regulated depending on the diameter of the balls: for balls with a nominal diameter of 100 mm from 3.0 to 4.5 min, for balls with a nominal diameter of 110-120 mm from 3.5 min to 6.0 min, and the subsequent tempering of the balls is carried out with a holding time from 160 to 320 min. At a temperature of 140-260°C.

Кроме того, в качестве закалочной среды используют воду при температуре 35ºС до 55ºC.In addition, water at a temperature of 35ºC to 55ºC 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 кинетике 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[12]. Также необходимо получить минимальное изменение градиента твердости (снижение твердости от поверхности к центру шара).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[12]. It is also necessary to obtain a minimum change in the hardness gradient (decrease in hardness from the surface to the center of the ball).

Химический состав стали для производства мелющих шаров, содержащий  мас.% С 0,61-0,66; Mn 0,80-0,90; Si 0,60-0,65; Al менее 0,070; P менее 0,015; S менее 0,020; Cr 0,60- 0,70; Ni 0,15-0,30; Cu менее 0,040; V 0,01-0,12; Mo 0,04-0,06; N менее 0,010; 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 0.61-0.66; Mn 0.80-0.90; Si 0.60-0.65; Al less than 0.070; P less than 0.015; S less than 0.020; Cr 0.60-0.70; Ni 0.15-0.30; Cu less than 0.040; V 0.01-0.12; Mo 0.04-0.06; N less than 0.010; H less than 0.0003; Fe - the rest, allows solving this contradiction, providing 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 740-830°С после прокатки позволяет обеспечить требуемую температуру начала закалки. Отклонение от указанного интервала температур как выше 830°С, так и ниже 740°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 740-830°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°С and below 740°С 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 .

Длительность процесса закалки регулируют в зависимости от диаметра шаров, группы их твердости и химического состава стали. Например, при получении мелющих шаров 5 группы твердости длительность закалки шаров условным диаметром 100 мм 3,0 – 4,5 мин, для шаров условным диаметром 110-120 мм 3,5 – 6,0 мин. The duration of the hardening process is regulated depending on the diameter of the balls, their hardness group and the chemical composition of the steel. For example, when producing grinding balls of the 5th group of hardness, the duration of hardening of balls with a nominal diameter of 100 mm is 3.0–4.5 minutes, for balls with a nominal diameter of 110–120 mm, 3.5–6.0 minutes.

Увеличение времени пребывания мелющих шаров в закалочной среде свыше установленных границ нецелесообразно, т.к. данного времени достаточно для прохождения объемной прокаливаемости. Уменьшение времени пребывания мелющих шаров в закалочной среде ниже установленных границ приведёт к недостаточной прокаливаемости шара и отсутствию получения объемной твердости. 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. 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 100 мм и 110-120 мм осуществляют при температуре 140-260°С, что позволяет произвести снятие поверхностных напряжений, возникающих в процессе закалки.The subsequent tempering of grinding balls with a nominal diameter of 100 mm and 110-120 mm is carried out at a temperature of 140-260°C, which allows the removal of surface stresses arising 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 100 мм и 110-120 мм составляет 160-320 мин. В печи, что обеспечивает достаточность проведения процесса отпуска.The duration of the holding process for grinding balls of nominal diameter 100 mm and 110-120 mm is 160-320 min. 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, отвечающих требованиям 5 группы твердости и низким градиентом твердости возможно с использованием материала шаров из марки стали Ш-10 (64ХГФМНС), содержащем, мас%: С 0,61-0,66; Mn 0,80-0,90; Si 0,60-0,65; Al менее 0,070; P менее 0,015; S менее 0,020; Cr 0,60- 0,70; Ni 0,15-0,30; Cu менее 0,040; V 0,01-0,12; Mo 0,04-0,06; N менее 0,010; H менее 0,0003; Fe – остальное, при проведении соответствующей термической обработки.Obtaining grinding balls that meet the requirements of the 5th group of hardness and a low hardness gradient is possible using the material of the balls from the steel grade Sh-10 (64KhGFMNS), containing, wt%: C 0.61-0.66; Mn 0.80-0.90; Si 0.60-0.65; Al less than 0.070; P less than 0.015; S less than 0.020; Cr 0.60-0.70; Ni 0.15-0.30; Cu less than 0.040; V 0.01-0.12; Mo 0.04-0.06; N less than 0.010; 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:

1. Прокатка, мелющих шаров при температуре 950-1050°С.1. Rolling grinding balls at a temperature of 950-1050°C.

2. Подстуживание мелющих шаров условным диаметром 100 мм и 110-120 мм до температур 740-830°С, после прокатки до заданных температур,2. Cooling down grinding balls with a nominal diameter of 100 mm and 110-120 mm to temperatures of 740-830 ° C, after rolling to the specified temperatures,

3. Закалка мелющих шаров в закалочной среде при температуре 35°- 55ºC, при этом длительность закалки регулируют в зависимости от диаметра шара: для шаров с условным диаметром 100 мм от 3,0 до 4,5 мин, для шаров с условным диаметром 110-120 мм от 3,5 мин до 6,0 мин,3. Hardening of grinding balls in a quenching medium at a temperature of 35°-55ºC, while the hardening duration is adjusted depending on the ball diameter: for balls with a nominal diameter of 100 mm from 3.0 to 4.5 minutes, for balls with a nominal diameter of 110- 120 mm from 3.5 min to 6.0 min,

4. Последующее проведение низкотемпературного отпуска шаров условным диаметром 100 мм и 110-120 мм при температуре 140-260°С с временем выдержки от 160 до 320 мин.4. Subsequent low-temperature tempering of balls with a nominal diameter of 100 mm and 110-120 mm at a temperature of 140-260°C with a holding time of 160 to 320 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 Ø100-120 мм. марок стали Ш-10 (64ХГФМНС).Testing according to the technology of the proposed invention was carried out at the site of the ball-rolling mill of the rail and beam shop of EVRAZ NTMK JSC in the production of balls Ø100-120 mm. steel grades Sh-10 (64HGFMNS).

Прокатку мелющих шаров с условным диаметром от 120 мм производили на стане поперечно-винтовой прокатки при температуре 950-1050°С. Затем мелющие шары подстуживали до температуры 800°С. После чего в закалочном барабане револьверного типа осуществляли закалку мелющих шаров в воде с длительностью выдержки: 5,5 мин.Grinding balls with a nominal diameter of 120 mm or more were rolled on a helical rolling mill at a temperature of 950–1050°C. Then the grinding balls were cooled to a temperature of 800°C. After that, grinding balls were quenched in water in a revolver-type hardening drum with a holding time of 5.5 minutes.

Далее производили низкотемпературный отпуск при температуре 140-260°С с длительностью выдержки до 260 мин. Next, low-temperature tempering was carried out at a temperature of 140–260°C with a holding time of up to 260 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 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.Table 1.

Химический состав марки стали 64ХГФМНСThe chemical composition of the steel grade 64HGFMNS

С,
мас %
WITH,
wt %
Mn,
мас %
Mn,
wt %
Si,
мас %
Si,
wt %
Al,
мас %
Al,
wt %
P,
мас %
P,
wt %
S,
мас %
S,
wt %
Cr,
мас %
cr,
wt %
Ni,
мас %
Ni,
wt %
Сu,
мас %
Cu,
wt %
V,
мас %
V,
wt %
Mo,
мас %
Mo,
wt %
N,
мас %
N,
wt %
H,
ppm
h,
ppm
0,61-0,660.61-0.66 0,80-
0,90
0.80-
0.90
0,60-
0,65
0.60-
0.65
<0,070<0.070 <0,015<0.015 <0,020<0.020 0,60-
0,70
0.60-
0.70
0,15-
0,30
0.15-
0.30
<0,40<0.40 0,01-
0,12
0.01-
0.12
0,04-
0,06
0.04-
0.06
<0,010<0.010 <3,0<3.0

Результаты испытаний показали, что предполагаемый способ производства мелющих 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 2table 2

Регламентируемые и фактические значения твердости мелющих шаров 5 группыRegulated 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 100100 5858 4848 58,4-55,258.4-55.2 52,1-53,452.1-53.4 120120 5656 4343 56,1-56,856.1-56.8 49,08-51,5149.08-51.51

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. Figure 1 shows the results of tests for surface and bulk hardness, HRC of balls from an experimental heat, while bulk hardness (OT) is calculated by the formula:

ФИГ.1. Результаты испытаний на поверхностную и объемную твердость, HRC шаров из опытной плавкиFIG.1. Test results for surface and bulk hardness, HRC of balls from a test melt

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 sur - 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.

На ФИГ.2. показана макроструктура образцов шаров из опытной плавки.In FIG.2. the macrostructure of the ball samples from the pilot melt is shown.

На ФИГ.3. показана оценка контроля макроструктуры шаров из опытной плавки.In FIG.3. an assessment of the control of the macrostructure of balls from an experimental melt is shown.

Применение предлагаемого способа изготовления мелющих шаров обеспечивает получение мелющих шаров с объемной твердостью, характеризующейся 5 группой твердости по ГОСТ 7524-2015 [11] при этом с низким градиентом (снижением значения твердости от поверхности к центру шара) в масштабах производства для шаров от 100 до 120 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] with a low gradient (decrease in the hardness value from the surface to the center of the ball) in the production scale for balls from 100 to 120 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 100 до 120 мм.- to receive grinding balls of the 5th group of hardness with diameters from 100 to 120 mm.

- за 2020-2021 год отгружено потребителю 663,24 тонн шаров 5 группы твердости с низким градиентом (снижением значения твердости от поверхности к центру шара) из данной марки стали.- in 2020-2021, 663.24 tons of balls of the 5th hardness group with a low gradient (a decrease in the hardness value from the surface to the center of the ball) 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 ФИГ1 – 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 5th hardness group, according to table 2.

б. Макроструктура полученных образцов показала наличие центральной пористости, свойственной для горячекатаных мелющих шаров, не превышающую 1,5 балла ФИГ2, ФИГ3.b. The macrostructure of the obtained samples showed the presence of central porosity, characteristic of hot-rolled grinding balls, not exceeding 1.5 points FIG2, FIG3.

в. Суммарная энергия после испытания на молоте согласно МИ 102-142-355-2019, при работе шара в течении 25 минут составила ∑Е = 1187,5 кДж.V. The total energy after testing on a hammer according to MI 102-142-355-2019, when the ball was in operation for 25 minutes, was ∑E = 1187.5 kJ.

Источники информацииInformation sources

[1] патент RU №2415194 C1 «Сталь» МПК6 C22C 38/38; C22C38/34; C22C 38/32, опубликованного 27.03.2011,бюл.9 ;[1] patent RU No. 2415194 C1 "Steel" IPC 6 C22C 38/38; C22C38/34; C22C 38/32, published on 27.03.2011, Bull.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 27.07.2011, 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 27.07.2011, bul.21;

[4] авторские свидетельства, авторское свидетельство SU1497262 A1«Сталь» МПК6 C22C 38/14, конвенционный приоритет 13.01.1988;[4] copyright certificates, copyright certificate SU1497262 A1"Steel" MPK 6 C22C 38/14, convention priority 01/13/1988;

[5] Авторское свидетельство SU1446189 A1 «Сталь» МПК6 C22C 38/16, опубликованного 23.12.1988;[5] Copyright certificate SU1446189 A1 "Steel" IPC 6 C22C 38/16, published 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]RU 2596737$[6] patent RU No. 2596737 C1 C1 "Method of production of steel grinding balls" IPC6C21D 9/36; B21H 1/14; C21D 1/02; B23P 15/00 ; C22C 38/40, published 10.09.2016, bul.25 [6]RU 2596737$

[7] патент RU 2455369 C1 «Устройство и способ термической обработки шаров» МПК6 C21D 9/36, опубликованного 10.07.2012, бюл.19; [7] patent RU 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 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 RU2634541 C1 «Способ и устройство термической обработки шаров» МПК6 C21D 9/36, опубликованного 31.10.2017, бюл.31;[10] patent RU2634541 C1 "Method and device for heat treatment of balls" IPC 6 C21D 9/36, published on 10/31/2017, bul.31;

[11] патент RU2756671 C1 «Способ производства мелющих шаров (варианты)» МПК51 B21H/14; C21D 9/36; С22С 38/24 опубликованного 04.10.2021, бюл.28;[11] patent RU2756671 C1 "Method of grinding balls production (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 (3)

1. Способ производства мелющих шаров из стали, содержащей, мас.%: С 0,61-0,66, Mn 0,80-0,90, Si 0,60-0,65, Al менее 0,070, P менее 0,015, S менее 0,020, Cr 0,60-0,70, Ni 0,15-0,30, Cu менее 0,040, V 0,01-0,12, Mo 0,04-0,06, N менее 0,010, H менее 0,0003, Fe - остальное, включающий прокатку при температуре 950-1050°С, охлаждение шаров, закалку и последующий отпуск шаров, отличающийся тем, что производят шары с условным диаметром 100 мм, после прокатки шары подстуживают до температуры 740-830°С, затем шары подвергают закалке в закалочной среде в течение от 3,0 до 4,5 мин, а последующий отпуск шаров производят при длительности выдержки от 160 до 320 мин при температуре 140-260°С.1. Method for the production of grinding balls from steel containing, wt.%: C 0.61-0.66, Mn 0.80-0.90, Si 0.60-0.65, Al less than 0.070, P less than 0.015, S less than 0.020, Cr 0.60-0.70, Ni 0.15-0.30, Cu less than 0.040, V 0.01-0.12, Mo 0.04-0.06, N less than 0.010, H less 0.0003, Fe - the rest, including rolling at a temperature of 950-1050 ° C, cooling of the balls, hardening and subsequent tempering of the balls, characterized in that balls with a nominal diameter of 100 mm are produced, after rolling the balls are cooled to a temperature of 740-830 ° C , then the balls are subjected to hardening in a hardening medium for 3.0 to 4.5 minutes, and the subsequent tempering of the balls is carried out with a holding time of 160 to 320 minutes at a temperature of 140-260°C. 2. Способ производства мелющих шаров из стали, содержащей, мас.%: С 0,61-0,66, Mn 0,80-0,90, Si 0,60-0,65, Al менее 0,070, P менее 0,015, S менее 0,020, Cr 0,60- 0,70, Ni 0,15-0,30, Cu менее 0,040, V 0,01-0,12, Mo 0,04-0,06, N менее 0,010, H менее 0,0003, Fe - остальное, включающий прокатку при температуре 950-1050°С, охлаждение шаров, закалку и последующий отпуск шаров, отличающийся тем, что производят шары с условным диаметром 110-120 мм, после прокатки шары подстуживают до температуры 740-830°С, затем шары подвергают закалке в закалочной среде в течение от 3,5 до 6,0 мин, а последующий отпуск шаров производят при длительности выдержки от 160 до 320 мин при температуре 140-260°С.2. Method for the production of grinding balls from steel containing, wt.%: C 0.61-0.66, Mn 0.80-0.90, Si 0.60-0.65, Al less than 0.070, P less than 0.015, S less than 0.020, Cr 0.60-0.70, Ni 0.15-0.30, Cu less than 0.040, V 0.01-0.12, Mo 0.04-0.06, N less than 0.010, H less 0.0003, Fe - the rest, including rolling at a temperature of 950-1050 ° C, cooling of the balls, hardening and subsequent tempering of the balls, characterized in that balls with a nominal diameter of 110-120 mm are produced, after rolling the balls are cooled to a temperature of 740-830 °C, then the balls are subjected to hardening in a hardening medium for 3.5 to 6.0 minutes, and the subsequent tempering of the balls is carried out with a holding time of 160 to 320 minutes at a temperature of 140-260°C. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве закалочной среды используют воду при температуре от 35 до 55°C.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that water is used as the quenching medium at a temperature of from 35 to 55°C.
RU2022120979A 2022-08-02 Method for manufacturing grinding balls from steel (embodiments) RU2791495C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2791495C1 true RU2791495C1 (en) 2023-03-09

Family

ID=

Citations (7)

* 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
RU2113513C1 (en) * 1996-02-27 1998-06-20 Акционерное общество "Нижнетагильский металлургический комбинат" Method for heat treatment of tumbling 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
CN109777941A (en) * 2019-03-04 2019-05-21 沈阳建臻钢球有限公司 A kind of hot rolling, hot forging steel ball waste heat quenching device and quenching technical
CN112029980A (en) * 2020-09-02 2020-12-04 宁国市华丰耐磨材料有限公司 Water-air alternative quenching heat treatment process for casting grinding ball production
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 (7)

* 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
RU2113513C1 (en) * 1996-02-27 1998-06-20 Акционерное общество "Нижнетагильский металлургический комбинат" Method for heat treatment of tumbling 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
CN109777941A (en) * 2019-03-04 2019-05-21 沈阳建臻钢球有限公司 A kind of hot rolling, hot forging steel ball waste heat quenching device and quenching technical
CN112029980A (en) * 2020-09-02 2020-12-04 宁国市华丰耐磨材料有限公司 Water-air alternative quenching heat treatment process for casting grinding ball production
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
US6896746B2 (en) Hot-rolled steel wire rods and bars usable for machine structural use without annealing and method for producing the same
EP2028284B1 (en) High-strength seamless steel pipe for mechanical structure which has excellent toughness and weldability, and method for manufacture thereof
KR101513378B1 (en) Steel sheet for hot stamping and method for producing steel sheet for hot stamping
JP6586519B2 (en) On-line controlled cooling method and manufacturing method for seamless steel pipes for effective grain refinement
US10260121B2 (en) Increasing steel impact toughness
CA2794360A1 (en) Seamless steel pipe for line pipe and method for manufacturing the same
JPH10204585A (en) Steel for producing steel product by cold plastic deformation, and its production
JP5618916B2 (en) Machine structural steel for cold working, method for producing the same, and machine structural parts
RU2596737C1 (en) Method for production of steel grinding balls
CN1481445A (en) Process for prodn. of grain oriented electrical steel strips
RU2756671C1 (en) Method for production of grinding balls (options)
US20090065102A1 (en) High Strength Seamless Steel Pipe for Machine Structure Use Superior in Toughness and Weldability, and Method of Production of The Same
RU2745922C1 (en) Method for producing grinding balls
RU2791495C1 (en) Method for manufacturing grinding balls from steel (embodiments)
RU2778651C1 (en) Method for manufacturing grinding balls from steel
CN112840058B (en) Wire rod and steel wire for spring having enhanced toughness and corrosion fatigue properties, and methods for manufacturing same
RU2778650C1 (en) Method for manufacturing grinding balls from steel
RU2785665C1 (en) Method for the production of grinding balls from steel
JP5228659B2 (en) Direct quenching method for hot rolled bar
CN113737096B (en) Annealing-free seamless steel tube, preparation method thereof and gearbox gear
JP3717745B2 (en) Mandrel bar and its manufacturing method
RU2804745C1 (en) Method for manufacturing grinding balls from steel
JPH09287029A (en) Production of high strength seamless steel pipe excellent in toughness
JPS63161117A (en) Production of hot rolled steel products having high strength and high toughness
RU2307176C2 (en) Method for producing hot rolled bars of bearing steels