CN107475609A - 一种耐磨钢棒用钢、耐磨钢棒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐磨钢棒用钢，包括以下重量百分数的组分：0.55％～0.65％的C；0.2％～0.4％的Si；0.60％～1.0％的Mn；0.9％～1.3％的Cr；0.15％～0.25％的Mo；0.1％～0.2％的V；0.01％～0.05％的Ti；S≤0.020％；P≤0.020％；其余为Fe以及不可避免的杂质；满足了耐磨钢棒在棒磨机使用现场具有较高的强度、硬度、韧性以及耐磨性，基本上实现了硬度、淬透性、强度和韧性的平衡兼顾。本发明还提供了一种材质为上述耐磨钢棒用钢的耐磨钢棒。本发明还提供了一种上述耐磨钢棒的制备方法。

Description

一种耐磨钢棒用钢、耐磨钢棒及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐磨钢棒技术领域，尤其是涉及一种耐磨钢棒用钢、耐磨钢棒及其制备方法。

背景技术

棒磨机以其节能高效易调节、粉碎均匀、不过磨等的优势，普遍用于煤化工、冶金、建材等行业的水煤浆、磷矿、石英砂、钾钠长石、铝土矿等的粉料制备。耐磨钢棒是指用于各类棒磨机的研磨介质棒，是粉料制备主要的消耗件，其需要具备较高的硬度、韧性和强度等，以使其在使用中具有较高的耐磨性、不弯曲缠绕及低的断棒率，使棒磨机具有高的磨粉效率，磨粉质量良好。

目前，国内棒磨机用耐磨钢棒材质有45#、65Mn、60Mn、50Mn、40Cr等，大多数使用的是热轧状态圆钢，未经调质热处理，或经淬火热处理后淬透层很浅，只有3～5mm。因其整体硬度低(HB180～200)、抗拉强度低等缺点，且使用磨耗大(钢棒耗用量大)、弯曲、失圆、缠绕、两头尖细、磨粉效率低，严重影响了棒磨机的生产效率。

因此，如何提高且同时能够兼顾耐磨钢棒的强度、硬度、韧性以及耐磨性，使其能够满足棒磨机现场工况的使用要求，且降低使用成本是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐磨钢棒用钢，该耐磨钢棒用钢能够满足棒磨机现场工况使用要求，在使用过程中同样具有较高的强度、硬度、韧性以及耐磨性，且满足成本要求。本发明另一目的是提供一种材质为上述耐磨钢棒用钢的耐磨钢棒。本发明的另一个目的是提供一种上述耐磨钢棒的制备方法。

为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种耐磨钢棒用钢，包括以下重量百分数的组分：0.55％～0.65％的C；0.2％～0.4％的Si；0.60％～1.0％的Mn；0.9％～1.3％的Cr；0.15％～0.25％的Mo；0.1％～0.2％的V；0.01％～0.05％的Ti；S≤0.020％；P≤0.020％；其余为Fe以及不可避免的杂质。

优选的，所述Mn的重量百分数为0.75％～0.90％。

优选的，所述Cr的重量百分数为1.0％～1.1％。

优选的，所述Mo的重量百分数为0.18％～0.20％。

优选的，所述V的重量百分数为0.12％～0.17％。

优选的，所述Ti的重量百分数为0.03％～0.05％。

与现有技术相比，本发明提供了一种耐磨钢棒用钢，本发明通过对耐磨钢棒用钢中元素种类和含量的控制和优化，使得本发明提供的耐磨钢棒用钢经调质热处理后在具有一定的硬度的前提下还具有较高的韧性，常温下其内部组织为针状回火马氏体或托氏体以及少量的残余奥氏体，Ac3线为790℃～830℃，硬度可以达到HRC:55～60度，冲击韧性(U型缺口)可以达到35～45J/cm²，淬透层可以达到40～50mm，比用其它耐磨钢棒材料45#钢的耐磨性提高了一倍到两倍，比用其它耐磨钢棒材料60Mn钢的耐磨性提高了一倍，在常温状态和棒磨机现场工况条件下(80～100℃高温，部分选矿行业碱性溶液PH：8～10)具有较高的强度、硬度、韧性以及耐磨性，基本上实现了硬度、淬透性、强度和韧性的平衡兼顾，且具有一定的耐碱腐蚀性，且满足使用成本要求。

一种耐磨钢棒，所述耐磨钢棒为上述任意一项所述耐磨钢棒用钢材质。

一种上述的耐磨钢棒的制备方法，包括以下步骤：

1)制备圆钢：通过炼钢、连铸以及连轧得到圆钢，所述圆钢包括以下重量百分数的组分：0.55％～0.65％的C；0.2％～0.4％的Si；0.60％～1.0％的Mn；0.9％～1.3％的Cr；0.15％～0.25％的Mo；0.1％～0.2％的V；0.01％～0.05％的Ti；S≤0.020％；P≤0.020％；其余为Fe以及不可避免的杂质；

2)定尺：将步骤1)中得到的圆钢按照棒磨机的技术要求进行定尺，得到耐磨钢棒半成品；

3)淬火：将步骤2)中定尺后得到的耐磨钢棒半成品在中频感应炉内加热至820℃～860℃，随即进行水淬处理，水淬时间为5min～15min；

4)回火：将步骤3)中水淬后得到的耐磨钢棒半成品进行回火处理，回火温度为200℃～350℃，保温时间为1h～3h，完成后制得耐磨钢棒。

与现有技术相比，本发明提供了一种耐磨钢棒用钢的制备方法，由于该制备方法使用上述的耐磨钢棒用钢作为原材料和调质热处理方法来制造耐磨钢棒，在常温状态和棒磨机现场工况高温状态下均具有较高的强度、硬度、韧性、耐磨性以及耐碱腐蚀性，由于该耐磨钢棒用钢具有平衡兼顾的硬度和韧性，尤其是具有较高的淬透性，使得能够采用水或水基淬火液进行淬火，克服了原有材质由于硬度和韧性不平衡兼顾导致的淬火时需用化工原料(工业盐、工业碱)和油作为淬火介质，降低了生产成本，减少了钢铁和合金资源消耗，减少了环境污染，使耐磨钢棒产品各部位性能更加均匀，工艺更加简化，且满足了使用技术要求和成本要求，具有较高的产品性价比。综上，本发明在优化耐磨钢棒用钢中元素的种类和含量的基础上，进一步地对调质热处理工艺步骤及工艺参数进行了优化，采用与耐磨钢棒用钢相适应的工艺步骤和工艺参数，合金元素强化和工艺强化相配合，进一步提高了耐磨钢棒产品的性能，使耐磨钢棒产品具有较高的使用寿命。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是进一步说明本发明的特征及优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本申请提供了一种耐磨钢棒用钢，包括以下重量百分数的组分：0.55％～0.65％的C；0.2％～0.4％的Si；0.60％～1.0％的Mn；0.9％～1.3％的Cr；0.15％～0.25％的Mo；0.1％～0.2％的V；0.01％～0.05％的Ti；S≤0.020％；P≤0.020％；其余为Fe以及不可避免的杂质。

本发明在耐磨钢棒用钢中添加了C元素，C元素含量是影响硬度、韧性以及碳化物含量的重要因素，C含量高则碳化物量大；虽然有Cr、Mo等强形成碳化物元素，但C含量还是对碳化物的形态和数量有很大影响；0.5％的C含量是形成马氏体必须的含量，若低于此含量则会导致耐磨钢棒用钢的硬度和耐磨性较差；若C含量太高则导致耐磨钢棒用钢的硬度高但韧性较差，在大型棒磨机中承受较大冲击力时容易断裂。为此，本发明中所述C元素的重量百分数为0.55％～0.65％，优选为0.58％～0.62％。

本发明在耐磨钢棒用钢中添加了Mn元素，所述Mn元素的重量百分数为0.6％～1.0％，优选为0.75％～0.90％，Mn元素含量是影响强度、淬透性、耐磨性的元素，但Mn含量高会影响过热敏感性和回火脆性，优选为0.75％～0.90％。

本发明在耐磨钢棒用钢中添加了Cr元素，所述Cr元素的重量百分数为0.9％～1.3％，优选为1.0％～1.1％，Cr元素具有许多有价值的性能，包括高硬度、高强度、高屈服点、高耐磨性，以及高的抗氧化性和耐腐蚀性，在磨矿碱性溶液中具有重要作用。Cr元素是中等碳化物形成元素，在各种碳化物中，铬碳化物是最细小的一种，由于它使组织细化并且均匀分布，所以韧性也好，对耐磨钢棒抗断裂尤其有价值。

本发明在耐磨钢棒用钢中添加了V、Ti元素，所述V元素的重量百分数为0.1％～0.2％，所述Ti元素的重量百分数为0.01％～0.05％，V、Ti元素可以细化晶粒，提高耐磨钢棒用钢的韧性，二者还能细化马氏体，更有利于改善耐磨钢棒用钢的强韧性。此外，0.1％的V元素就可以抑制加热过程奥氏体晶粒长大，细化晶粒，并且提高钢的回火稳定性，明显降低钢在300℃左右时的回火脆性。V优选为0.12％～0.17％，Ti优选为0.03％～0.05％。

本发明在棒磨机用耐磨钢棒用钢中添加了Mo元素，Mo元素能有效提高钢的淬透性，是较强的碳化物形成元素，且其碳化物稳定不易长大，所以能细化晶粒，提高钢的回火稳定性。因此，本发明中所述Mo元素的重量百分数为0.15％～0.25％，优选为0.18％～0.2％。

本发明提供了一种耐磨钢棒用钢，本发明通过对耐磨钢棒用钢中元素种类和含量的控制和优化，使得本发明提供的耐磨钢棒用钢经调质热处理后在具有一定的硬度的前提下还具有较高的韧性，常温下其内部组织为针状回火马氏体或托氏体以及少量的残余奥氏体，Ac3线为790℃～830℃，硬度可以达到HRC:55～60度，冲击韧性(U型缺口)可以达到35～45J/cm²，淬透层可以达到40～50mm，比用其它耐磨钢棒材料45#钢的耐磨性提高了一倍到两倍，比用其它耐磨钢棒材料60Mn钢的耐磨性提高了一倍，在常温状态和棒磨机现场工况条件下(80～100℃高温，部分选矿行业碱性溶液PH：8～10)具有较高的强度、硬度、韧性以及耐磨性，基本上实现了硬度、淬透性、强度和韧性的平衡兼顾，且具有一定的耐碱腐蚀性，且满足使用成本要求。

本申请还提供了一种耐磨钢棒，所述耐磨钢棒为上述任意一项所述耐磨钢棒用钢材质。

本申请提供了一种上述的耐磨钢棒的制备方法，包括以下步骤：

1)制备圆钢：通过炼钢、连铸以及连轧得到圆钢，所述圆钢包括以下重量百分数的组分：0.55％～0.65％的C；0.2％～0.4％的Si；0.60％～1.0％的Mn；0.9％～1.3％的Cr；0.15％～0.25％的Mo；0.1％～0.2％的V；0.01％～0.05％的Ti；S≤0.020％；P≤0.020％；其余为Fe以及不可避免的杂质；

2)定尺：将步骤1)中得到的圆钢按照棒磨机的技术要求进行定尺，得到耐磨钢棒半成品；

3)淬火：将步骤2)中定尺后得到的耐磨钢棒半成品在中频感应炉内加热至820℃～860℃，随即进行水淬处理，水淬时间为5min～15min；

4)回火：将步骤3)中水淬后得到的耐磨钢棒半成品进行回火处理，回火温度为200℃～350℃，保温时间为1h～3h，完成后制得耐磨钢棒。

本发明提供了一种耐磨钢棒用钢的制备方法，由于该制备方法使用上述的耐磨钢棒用钢作为原材料和调质热处理方法来制造耐磨钢棒，在常温状态和棒磨机现场工况高温状态下均具有较高的强度、硬度、韧性、耐磨性以及耐碱腐蚀性，由于该耐磨钢棒用钢具有平衡兼顾的硬度和韧性，尤其是具有较高的淬透性，使得能够采用水或水基淬火液进行淬火，克服了原有材质由于硬度和韧性不平衡兼顾导致的淬火时需用化工原料(工业盐、工业碱)和油作为淬火介质，降低了生产成本，减少了钢铁和合金资源消耗，减少了环境污染，使耐磨钢棒产品各部位性能更加均匀，工艺更加简化，且满足了使用技术要求和成本要求，具有较高的产品性价比。综上，本发明在优化耐磨钢棒用钢中元素的种类和含量的基础上，进一步地对调质热处理工艺步骤及工艺参数进行了优化，采用与耐磨钢棒用钢相适应的工艺步骤和工艺参数，合金元素强化和工艺强化相配合，进一步提高了耐磨钢棒产品的性能，使耐磨钢棒产品具有较高的使用寿命。

本发明未详尽描述的方法和装置均为现有技术，不再赘述。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种耐磨钢棒用钢、耐磨钢棒及其制备方法详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

以一种Φ100mm的棒磨机用耐磨钢棒的制备方法为例，包括以下步骤：

1)制备圆钢：通过炼钢、连铸以及连轧得到圆钢，所述圆钢包括以下重量百分数的组分：0.59％的C；0.24％的Si；0.80％的Mn；1.1％的Cr；0.19％的Mo；0.15％的V；0.03％的Ti；0.008％的S；0.012％的P；其余为Fe以及不可避免的杂质；

2)定尺：将步骤1)中得到的圆钢按照棒磨机的技术要求进行定尺，得到耐磨钢棒半成品；

3)淬火：将步骤2)中定尺后得到的耐磨钢棒半成品在中频感应炉内加热至840℃，随即进行水淬处理，水淬时间为10min；

4)回火：将步骤3)中水淬后得到的耐磨钢棒半成品进行回火处理，回火温度为280℃，保温时间为3h，最终得到耐磨钢棒成品。

按照检测标准，对耐磨钢棒成品取样，检测该耐磨钢棒的力学性能，结果见表1。

表1实施例1制备的耐磨钢棒的力学性能检测数据

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对于这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (8)

1.一种耐磨钢棒用钢，其特征在于，包括以下重量百分数的组分：0.55％～0.65％的C；0.2％～0.4％的Si；0.60％～1.0％的Mn；0.9％～1.3％的Cr；0.15％～0.25％的Mo；0.1％～0.2％的V；0.01％～0.05％的Ti；S≤0.020％；P≤0.020％；其余为Fe以及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的耐磨钢棒用钢，其特征在于，所述Mn的重量百分数为0.75％～0.90％。

3.根据权利要求1所述的耐磨钢棒用钢，其特征在于，所述Cr的重量百分数为1.0％～1.1％。

4.根据权利要求1所述的耐磨钢棒用钢，其特征在于，所述Mo的重量百分数为0.18％～0.20％。

5.根据权利要求1所述的耐磨钢棒用钢，其特征在于，所述V的重量百分数为0.12％～0.17％。

6.根据权利要求1所述的耐磨钢棒用钢，其特征在于，所述Ti的重量百分数为0.03％～0.05％。

7.一种耐磨钢棒，其特征在于，所述耐磨钢棒为权利要求1～6中任意一项所述耐磨钢棒用钢材质。

8.一种权利要求7所述的耐磨钢棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制备圆钢：通过炼钢、连铸以及连轧得到圆钢，所述圆钢包括以下重量百分数的组分：0.55％～0.65％的C；0.2％～0.4％的Si；0.60％～1.0％的Mn；0.9％～1.3％的Cr；0.15％～0.25％的Mo；0.1％～0.2％的V；0.01％～0.05％的Ti；S≤0.020％；P≤0.020％；其余为Fe以及不可避免的杂质；

2)定尺：将步骤1)中得到的圆钢按照棒磨机的技术要求进行定尺，得到耐磨钢棒半成品；

3)淬火：将步骤2)中定尺后得到的耐磨钢棒半成品在中频感应炉内加热至820℃～860℃，随即进行水淬处理，水淬时间为5min～15min；

4)回火：将步骤3)中水淬后得到的耐磨钢棒半成品进行回火处理，回火温度为200℃～350℃，保温时间为1h～3h，完成后制得耐磨钢棒。