CN115838901A - 一种高韧性60Mn锻造磨球及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高韧性60Mn锻造磨球及其生产方法,成分:C:0.60%~0.65%;Si:0.17%~0.37%;Mn:0.75%~0.85%;Ti:0.020~0.035%,N:0.005~0.007%,P<0.020%、S<0.020%,余量为Fe和不可避免的杂质。与现有技术相比,本发明添加微合金元素Ti,通过合理的冶炼、连铸工艺,在钢中生产弥散的TiN析出物,这种弥散的TiN析出物在锻造加热时不会溶解,锻造中和锻造后能够钉扎晶界,起到抑制动态再结晶和静态再结晶晶粒长大的作用,显著细化晶粒度,再配上调整的热处理工艺,能够显著提高60Mn锻造磨球的冲击韧性和使用寿命。

Description

一种高韧性60Mn锻造磨球及其生产方法
技术领域
本发明属于合金领域,具体涉及一种高韧性60Mn锻造磨球及其生产方法。
背景技术
锻造磨球主要用在φ8.3~12.5m的半自磨机,通过半自磨机高速转动,锻造磨球与矿石产生碰撞和摩擦,利用锻造磨球相对较高的硬度和良好的冲击韧性,达到矿石破碎的目的。锻造磨球是矿山破碎矿石使用量极大的损耗件。
常用的锻造磨球合金钢为60Mn,是一种常用的耐磨合金钢。其优点是合金中有0.6%C和0.8%Mn,淬透性较好,经过热处理后硬度较高,耐磨性较好,在国内矿山上得到大量应用。缺点是经过锻造后锰钢晶粒容易再结晶长大,造成锻造磨球晶粒度粗大,韧性较差,在使用中容易破碎,降低使用寿命。
2018年12月7日公开的中国专利CN 108950385 A的中国专利,公开了锻造低成本高性能大规格磨球用钢及其生产方法。其公开了的磨球用钢的成分为C:0.58~0.72%、Mn:0.8~1.0%、Cr:0.6~0.8%、Si:0.6~0.9%、Al:0.01~0.06%、Cu≤0.2%、S≤0.025%、P≤0.025%,其余为铁和不可避免的杂质。锻造磨球用钢采用电弧炉炼钢或转炉炼钢+炉外精炼+连铸+连轧工艺生产圆钢。但是其生产的大规格磨球冲击韧性较低,不能满足要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高韧性60Mn锻造磨球及其生产方法,通过设计的成分和匹配的生产工艺,获得表面硬度≥58HRC,心部硬度≥35HRC,室温无缺口≥30J的高韧性60Mn锻造磨球,提高其使用寿命。
本发明具体技术方案如下:
一种高韧性60Mn锻造磨球,包括以下质量百分比成分:
C:0.60%~0.65%;Si:0.17%~0.37%;Mn:0.75%~0.85%;Ti:0.020~0.035%,N:0.005~0.007%,P<0.020%、S<0.020%,余量为Fe和不可避免的杂质。
所述高韧性60Mn锻造磨球的组织为:锻造磨球经过锻造、余热淬火、低温回火后获得强韧化组织,由外向内依次为回火马氏体组织、贝氏体组织、贝氏体+索氏体混合组织;晶粒度≥4.5级。以半径50mm磨球为例,回火马氏体组织厚度为15mm,贝氏体组织厚度为20mm,混合组织厚度为15mm,具体根据球半径不同略有变动。回火马氏体具有高硬度、高耐磨性,贝氏体及贝氏体和索氏体混合组织具有高韧性。所有组织结合起来形成外硬内韧的高韧性耐磨钢球,能承受半自磨机强烈的冲击作用,也能破碎和研磨高硬度的矿石。
所述高韧性60Mn锻造磨球的性能主要表现为硬度和冲击韧性:表面硬度≥58HRC,心部硬度≥35HRC,1/2半径位置室温无缺口冲击功≥30J,磨球的落球次数达到20000次以上。而在运用本技术之前,60Mn锻造磨球的1/2半径位置室温无缺口冲击功不大于10J,落球次数仅能达到10000次左右。
本发明提供的一种高韧性60Mn锻造磨球的生产方法,包括以下工艺流程:
高炉铁水冶炼—转炉出钢—LF精炼—RH真空脱气—连铸—热轧—锻造—热处理;
所述高炉铁水冶炼,采用铁水+废钢,注意废钢品类,减少合金元素带入;
所述转炉出钢,控制C≥0.010%,P≤0.015%,出钢温度≥1620℃;
所述转炉出钢,出钢过程加渣料及合金;包括:低氮增碳剂、脱氧剂、合金、石灰和化渣剂。
所述LF精炼,控制LF精炼时间≥40min,加白灰2.5~4kg/t钢、化渣剂适量,保证精炼渣的泡沫性和流动性,白渣精炼时间≥20min;
LF精炼全程进行扩散脱氧,确保终渣(FeO)+(MnO)<1.0%,要求[O]≤25ppm,确保脱氧效果后加入钛铁合金;
所述RH真空脱气,深真空时间≥10min,深真空的真空度≤100Pa;软吹时间≥15min,软吹确保液面不裸露;
所述连铸,采用保护浇铸,二冷比水为0.25L/Kg;
所述连铸,连铸坯型为直径Φ300mm;
所述热轧,将轧钢加热,均热温度控制在1220℃,在炉时间≥240min,开轧温度1200±20℃;轧后快速收集,确保450℃以上入坑缓冷。
所述热处理具体为:830±15℃余热淬火,200±20℃回火5h。
本发明设计思路如下:
C:是保证磨球强度、硬度的主要元素,0.60%~0.65%的含量可以保证磨球热处理后达到理想的强度和硬度,也可以降低热处理变形、开裂的倾向。
Si:在冶炼过程中也可以起到脱氧的作用,提高钢的洁净度。
Mn:可以显著提高钢的淬透性,对提高强度、硬度有良好的作用,同时在冶炼过程中也可以起到脱氧、脱硫的作用,提高钢的洁净度。
Ti:微合金化元素,和钢中N有很强的结合力,在连铸中形成TIN析出物,弥散在晶界,能够起到钉扎晶界,抑制再结晶晶粒长大作用。
P、S等有害元素含量小于0.020%即可,不需要过度的进行脱磷、脱硫,对冶炼的压力较小。
与现有技术相比,本发明为了提高60Mn锻造磨球的韧性,在钢中添加微合金元素Ti,通过合理的冶炼、连铸工艺,在钢凝固冷却时生产弥散的TiN析出物,这种弥散的TiN析出物在轧制、锻造加热时不会溶解,尤其是锻球过程中锻造中和锻造后能够钉扎晶界,起到抑制动态再结晶和静态再结晶晶粒长大的作用,显著细化晶粒度,锻造磨球的晶粒度由1.5级细化到4.5级,再配上调整的热处理工艺,能够显著提高60Mn锻造磨球的冲击韧性和使用寿命。且本发明热处理采用余温淬火工艺和低温回火工艺,降低热处理能源消耗。
具体实施方式
实施例1-实施例3
一种高韧性60Mn锻造磨球,包括以下质量百分比成分:如表1所示,表1没有显示的余量为Fe和不可避免的杂质。
表1各实施例和对比例的成分(wt%)
C Si Mn Ti P S N
实施例1 0.61 0.20 0.77 0.030 0.015 0.008 0.005
实施例2 0.62 0.24 0.78 0.033 0.016 0.007 0.007
实施例3 0.63 0.27 0.80 0.029 0.013 0.005 0.005
对比例1 0.63 0.33 0.81 0 0.016 0.008 0.005
对比例2 0.62 0.29 0.79 0 0.010 0.006 0.005
对比例3 0.62 0.30 0.76 0 0.017 0.003 0.006
对比例1-对比例3
一种锻造磨球,包括以下质量百分比成分:如表1所示,表1没有显示的余量为Fe和不可避免的杂质。
以上各实施例和对比例锻造磨球的生产方法,包括以下工艺流程:按照上述做相应更改工艺流程:
高炉铁水冶炼—转炉出钢—LF精炼—RH真空脱气—连铸—热轧—锻造—热处理;
具体为:
1)高炉铁水冶炼,原料铁水+废钢,注意废钢品类,减少合金元素带入;
2)转炉出钢C≥0.010%,P≤0.015%,出钢温度≥1620℃。
3)出钢过程加渣料及合金;
4)LF精炼时间≥40min,加白灰2.5~4kg/t钢、化渣剂适量,保证精炼渣的泡沫性和流动性,白渣精炼时间≥20min,出钢前加热钛铁合金;LF精炼全程进行扩散脱氧,确保终渣(FeO)+(MnO)<1.0%,要求[O]≤25ppm,确保脱氧效果后加入钛铁合金;
5)RH深真空时间≥10min,深真空的真空度≤100Pa;软吹时间≥15min,软吹确保液面不裸露;
6)连铸保护浇铸,二冷比水为0.25L/Kg;连铸坯型为直径Φ300mm;
7)轧钢加热,均热温度控制在1220℃,在炉时间≥240min,开轧温度1200±20℃;轧后快速收集,确保450℃以上入坑缓冷。
8)热处理工艺:830±15℃余温淬火,200±20℃回火5h。
具体各实施例和对比例的生产参数如表2所示。
表2各实施例和对比例的生产参数
Figure BDA0003992113040000051
Figure BDA0003992113040000061
以上各实施例和对比例生产的锻造磨球的组织一致为,由外向内未马氏体、贝氏体、贝氏体+索氏体;性能如下表3。
表3各实施例和对比例产品组织和性能
Figure BDA0003992113040000062
本发明产品表面硬度≥58HRC,心部硬度≥35HRC,1/2半径位置室温无缺口冲击功≥30J,磨球的落球次数达到20000次以上。对比例60Mn锻造磨球的1/2半径位置室温无缺口冲击功不大于10J,落球次数仅能达到10000次左右。

Claims (10)

1.一种高韧性60Mn锻造磨球,其特征在于,所述高韧性60Mn锻造磨球包括以下质量百分比成分:
C:0.60%~0.65%;Si:0.17%~0.37%;Mn:0.75%~0.85%;Ti:0.020~0.035%,N:0.005~0.007%,P<0.020%、S<0.020%,余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高韧性60Mn锻造磨球,其特征在于,所述高韧性60Mn锻造磨球的组织外向内依次为回火马氏体组织、贝氏体组织、贝氏体+索氏体混合组织;晶粒度≥4.5级。
3.根据权利要求1或2所述的高韧性60Mn锻造磨球,其特征在于,所述高韧性60Mn锻造磨球的性能为:表面硬度≥58HRC,心部硬度≥35HRC,1/2半径位置室温无缺口冲击功≥30J。
4.一种权利要求1-3任一项所述的高韧性60Mn锻造磨球的生产方法,其特征在于,所述生产方法包括以下工艺流程:
高炉铁水冶炼—转炉出钢—LF精炼—RH真空脱气—连铸—热轧—锻造—热处理。
5.根据权利要求4所述的生产方法,其特征在于,所述转炉出钢,控制C≥0.010%,P≤0.015%,出钢温度≥1620℃。
6.根据权利要求4所述的生产方法,其特征在于,所述LF精炼,控制LF精炼时间≥40min,加白灰2.5~4kg/t钢,白渣精炼时间≥20min。
7.根据权利要求4或6所述的生产方法,其特征在于,LF精炼全程进行扩散脱氧,确保终渣(FeO)+(MnO)<1.0%,要求[O]≤25ppm,确保脱氧效果后加入钛铁合金。
8.根据权利要求4所述的生产方法,其特征在于,所述RH真空脱气,深真空时间≥15min,软吹时间≥15min。
9.根据权利要求4所述的生产方法,其特征在于,所述热轧,将轧钢加热,在炉时间≥240min,开轧温度1200±20℃;轧后快速收集,确保450℃以上入坑缓冷。
10.根据权利要求4所述的生产方法,其特征在于,所述热处理:830±15℃余温淬火,200±20℃回火5h。
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