一種棒磨機(jī)鋼棒的制備方法
【專利摘要】一種棒磨機(jī)鋼棒的制備方法，該發(fā)明屬于耐磨材料領(lǐng)域。該棒磨機(jī)鋼棒的成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：C：0.6-0.85％，Si：0.17-0.37％，Mn：0.7-1.2％，P：≤0.035％，S：≤0.035％，Cr：≤0.6％，Nb：0.01-0.02％。磨棒的制備工藝為：冶煉、圓坯連續(xù)鑄造、TMCP工藝軋制成直徑φ50-120mm、定尺為2m-7m的圓鋼，利用軋后余熱直接在水中淬火5-10min，再低溫回火。該工藝可以獲得具有梯度硬度，表面硬度達(dá)到HRC60，心部硬度為HB200的磨棒，表面硬度高耐磨性好，心部韌性較高，硬度和韌性匹配良好的鋼棒。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，高效率、低能耗、低成本，可實(shí)現(xiàn)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】一種棒磨機(jī)鋼棒的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于耐磨材料領(lǐng)域，涉及到一種棒磨機(jī)鋼棒的制備方法，具體涉及到一種具有硬度梯度、硬度與韌性匹配良好的棒磨機(jī)鋼棒的生產(chǎn)。

【背景技術(shù)】
[0002]棒磨機(jī)鋼棒是專業(yè)應(yīng)用于棒磨機(jī)的一種耐磨材料，在棒磨機(jī)中對(duì)礦石及其他物料進(jìn)行細(xì)碎和研磨作業(yè)，將物料加工至合適的粒度，為下一環(huán)節(jié)的生產(chǎn)工作做準(zhǔn)備。棒磨機(jī)鋼棒的應(yīng)用范圍廣泛，在礦山選礦及各種建材、新型染料生產(chǎn)領(lǐng)域尤為明顯，主要在鋁土礦、鑰鎳礦、水泥廠、火電廠、硅砂廠、石英砂廠、砂加氣廠、加氣混凝土、水煤漿及鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石等非金屬礦物的研磨中應(yīng)用。
[0003]棒磨機(jī)一般為臥式筒形旋轉(zhuǎn)裝置，外沿齒輪傳動(dòng)。物料由進(jìn)料裝置經(jīng)入料中空軸螺旋均勻地進(jìn)入磨機(jī)艙內(nèi)，該倉(cāng)內(nèi)有階梯襯板或波紋襯板，內(nèi)裝不同規(guī)格鋼棒，筒體轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生離心力將鋼棒帶到一定高度后落下，對(duì)物料產(chǎn)生重?fù)艉脱心プ饔?，完成粉磨作業(yè)，粉狀物通過(guò)卸料箅板排出(磨煤機(jī)鋼棒)。不難看出，要想提高棒磨機(jī)效率，磨棒的選配是至關(guān)重要的。
[0004]目前國(guó)內(nèi)許多棒磨機(jī)直接采用45#圓鋼或者40Mn、40Cr、65Mn圓鋼作為棒磨機(jī)的磨棒，圓鋼作為棒磨機(jī)鋼棒使用時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間受到棒磨機(jī)中物料的反作用力后，由于本身韌性低，受到?jīng)_擊產(chǎn)生形變后不能自動(dòng)調(diào)整，進(jìn)而彎曲失直，并且容易出現(xiàn)斷裂、失效等問(wèn)題。而且一般圓鋼的硬度較低只有HRC20左右，作為棒磨機(jī)的主要磨耗損部件根本就不耐磨，圓鋼消耗快，需經(jīng)常停機(jī)換棒，導(dǎo)致生產(chǎn)成本極高。
[0005]圓鋼在生產(chǎn)中斷裂，主要原因?yàn)?圓鋼本身是一種工業(yè)原材料，并非終端產(chǎn)品，鋼棒本身內(nèi)部疏松，質(zhì)量低劣。在棒磨機(jī)中工作時(shí)，鋼棒會(huì)不斷受到來(lái)自物料及其他鋼棒的沖擊，若鋼材內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松不緊密，甚至有氣泡，必然會(huì)在遭受長(zhǎng)時(shí)間沖擊后斷裂，直接報(bào)廢。其次，圓鋼內(nèi)部疏松是由于鋼坯的問(wèn)題，只有特大型鋼廠才能達(dá)到內(nèi)部緊密的技術(shù)要求，尤其是直徑70mm以上的，大部分鋼廠的鋼坯雖然能完成造型，但壓縮比低、組織粗大，導(dǎo)致圓鋼的力學(xué)性能不高。
[0006]另外一方面圓鋼硬度很低，只有12-25HRC，正因?yàn)槿绱?，圓鋼用作磨棒會(huì)出現(xiàn)磨耗很大，容易出現(xiàn)彎曲、斷裂、纏繞、兩頭尖細(xì)、產(chǎn)量低、達(dá)不到預(yù)期合格率、后續(xù)磁選環(huán)節(jié)工作量大等問(wèn)題。
[0007]最近磨棒生產(chǎn)有的廠家出現(xiàn)了井式電爐加熱后再放入水中淬火的處理的方法，也有部分采用箱式加熱爐連續(xù)加熱后水中淬火的方法，目的都是為了提高鋼棒的硬度以及耐磨性。但是這兩種處理方法勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)成本較高、生產(chǎn)效率低。
[0008]為了提高棒磨機(jī)鋼棒的工作效率、降低消耗，還需要在成分設(shè)計(jì)以及工藝設(shè)計(jì)上下足功夫，是鋼棒的硬度與韌性達(dá)到良好的匹配，提高鋼棒的綜合性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種棒磨機(jī)鋼棒及其制備方法，該方法通過(guò)合理的合金成分設(shè)計(jì)以及工藝設(shè)計(jì)，在65Mn鋼的基礎(chǔ)上通過(guò)成分改進(jìn)加入合金元素Nb，通過(guò)TMCP技術(shù)有效控制晶粒尺寸和終軋溫度，并采用軋后余熱淬火的技術(shù)得到具有梯度硬度，表面硬度達(dá)到HRC60，心部硬度為HB200的磨棒，表面硬度高耐磨性好，心部韌性較高，硬度和韌性匹配良好的鋼棒。
[0010]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0011]一種棒磨機(jī)鋼棒，化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:C:0.6-0.85%, Si:0.17-0.37%, Mn:
0.7-1.2%, P 0.035%, S S 0.035%, Cr S 0.6%, Nb:0.01-0.02%。其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì).
[0012]磨棒的制備工藝為:冶煉、圓坯連續(xù)鑄造、TMCP工藝軋制成直徑Φ50-120πιπι、定尺為2m-7m的圓鋼，利用軋后余熱直接在水中淬火5_10min，再低溫回火。
[0013]具體制備步驟如下:
[0014]I)冶煉:為了保證質(zhì)量要求，由大型鋼廠進(jìn)行冶煉、連鑄、熱軋工藝；首先按照上述棒磨機(jī)鋼棒的化學(xué)成分質(zhì)量百分比配比成分；采用轉(zhuǎn)爐一LF爐工藝進(jìn)行鋼水冶煉，該過(guò)程中必須保證成分配比準(zhǔn)確，嚴(yán)格控制S、P雜質(zhì)元素的含量；
[0015]2)連鑄:冶煉完成后在弧形圓坯連鑄機(jī)上進(jìn)行連鑄操作，連鑄得到Φ210-350πιπι的圓還;
[0016]3)熱軋:根據(jù)不同的尺寸要求，將直徑為Φ210-350_的圓坯經(jīng)過(guò)多道次熱軋，軋制為直徑為Φ50-120πιπι的圓鋼；該過(guò)程中通過(guò)TMCP同時(shí)控制每道次的壓下率、開(kāi)軋溫度、終軋溫度；開(kāi)軋溫度控制在1070-112(TC，終軋溫度控制在760-80(TC，第一道次壓下率在35-45%，隨著道次的增加逐漸降低道次壓下率，終軋道次壓下率控制在10%以下；
[0017]4)余熱淬火；
[0018]5)回火。
[0019]連鑄圓柱坯經(jīng)過(guò)TMCP (控軋控冷)軋制得到晶粒細(xì)小的組織，根據(jù)交貨需求軋制為直徑為Φ 50-120mm的圓棒，并按照不同型號(hào)的棒磨機(jī)使用的磨棒的長(zhǎng)度切割成長(zhǎng)度為2m-7m不同長(zhǎng)度的鋼棒；
[0020]軋制完成后利用軋件的余熱直接進(jìn)行淬火，軋件入水溫度為760-800°C，淬入溫度為10-40°C的冷卻水中5-10min，然后在200_220°C爐中保溫4_6小時(shí)，取出后空冷至室溫。
[0021]本發(fā)明主要的化學(xué)成分的作用分析如下:
[0022]I) C:硬度增加的主要來(lái)源，碳是影響材料硬度、韌性及耐磨性的至關(guān)重要的元素，碳含量過(guò)高，熱處理時(shí)容易形成裂紋，材料脆性大；碳含量過(guò)低，淬火后硬度低、耐磨性不佳。在保證淬硬性和淬透性的基礎(chǔ)上，盡量降低C含量。
[0023]2) S1:有固溶強(qiáng)化的作用，也有強(qiáng)的親氧性，可以作為脫氧劑，同時(shí)在一定程度上阻止了碳化物的形成。提高鋼的淬透性和抗回火性，對(duì)鋼的綜合機(jī)械性能，特別是彈性極限有利，還可增強(qiáng)鋼在自然條件下的耐蝕性。為彈簧鋼和低合金高強(qiáng)度鋼中常用的合金元素。
[0024]3)Mn:良好的脫氧劑和脫硫劑，能消除或減弱因S所引起的熱脆性，從而改善鋼的熱加工性能，可降低臨界冷卻速度，促進(jìn)馬氏體形成。提高鋼的淬透性的作用強(qiáng)，能提高鋼的耐磨性，但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利傾向。
[0025]4) S:在鋼中偏析嚴(yán)重，惡化鋼的質(zhì)量。以熔點(diǎn)較低的FeS的形式存在時(shí)，將導(dǎo)致鋼的熱脆現(xiàn)象發(fā)生，須嚴(yán)格控制硫元素含量。
[0026]5)P:最大的害處是偏析嚴(yán)重，增加回火脆性，顯著降低鋼的塑性和韌性。磷是有害元素，應(yīng)嚴(yán)加控制。
[0027]6)Nb:強(qiáng)碳化物及氮化物形成元素部分元素進(jìn)入固溶體，固溶強(qiáng)化作用很強(qiáng)。固溶于奧氏體，顯著提高鋼的淬透性；但以碳化物及氧化物微細(xì)顆粒形態(tài)存在時(shí)，卻細(xì)化晶粒并降低鋼的淬透性。增加鋼的回火穩(wěn)定性，有二次硬化作用。本發(fā)明加入微量鈮可以在不影響鋼的塑性或韌性的情況下，細(xì)化晶粒提高鋼的強(qiáng)度。
[0028]制備工藝說(shuō)明:
[0029]I)冶煉:為了保證質(zhì)量要求，由大型鋼廠進(jìn)行冶煉、連鑄、熱軋工藝。首先按照棒磨機(jī)鋼棒的化學(xué)成分質(zhì)量百分比:c:0.6-0.85%, Si:0.17-0.37%, Mn:0.7-1.2%, P:(0.035%, S..( 0.035%, Cr..( 0.6%, Nb:0.01-0.02%配比成分?？刹捎棉D(zhuǎn)爐一LF 爐工藝進(jìn)行鋼水冶煉，該過(guò)程中必須保證成分配比準(zhǔn)確，嚴(yán)格控制S、P等雜質(zhì)元素的含量；
[0030]2)連鑄:冶煉完成后在弧形圓坯連鑄機(jī)上進(jìn)行連鑄操作，連鑄得到Φ210-350πιπι的圓還;
[0031]3)熱軋:根據(jù)不同的尺寸要求，將直徑為Φ210-350πιπι的圓坯經(jīng)過(guò)多道次熱軋，軋制為直徑為Φ50-120πιπι的圓鋼。該過(guò)程中通過(guò)TMCP同時(shí)控制每道次的壓下率、開(kāi)軋溫度、終軋溫度等。開(kāi)軋溫度控制在1070-1120°C，終軋溫度控制在760-80(TC，第一道次壓下率在35-45%，隨著道次的增加逐漸降低道次壓下率，終軋道次壓下率控制在10%以下；
[0032]4)余熱淬火:軋制完成后利用軋件的余熱直接進(jìn)行淬火，軋件入水溫度為760-800°C，淬入溫度為10-40°C的冷卻水中5-lOmin ；
[0033]5)回火:將淬火后的鋼棒在200_220°C爐中保溫4_6小時(shí)，取出后空冷至室溫。
[0034]本發(fā)明的有益效果:
[0035]I)具備優(yōu)異的耐磨性能。該工藝可以獲得具有梯度硬度，表面硬度達(dá)到HRC60，心部硬度為HB200的磨棒，表面硬度高耐磨性好，心部韌性較高，硬度和韌性匹配良好的鋼棒。
[0036]2)操作可行，工藝簡(jiǎn)單。本發(fā)明都采用常規(guī)的冶煉和軋鋼以及熱處理設(shè)備，而且加工工藝和熱處理工藝控制簡(jiǎn)易可行，采用水作為淬火冷卻介質(zhì)，節(jié)約成本。
[0037]3)應(yīng)用前景廣泛。本發(fā)明制備出高品質(zhì)的棒磨機(jī)鋼棒可以廣泛應(yīng)用在礦山選礦及各種建材、新型染料生產(chǎn)領(lǐng)域。并且產(chǎn)品種類豐富，可以生產(chǎn)直徑為Φ50-120πιπι的圓棒，還可以根據(jù)供貨需求定尺定做。
[0038]4)節(jié)約能源、提高效率、成本低廉。與鋼棒成分相比本發(fā)明材料中只添加了 Mn和少量Nb，與其他熱處理工藝相比，利用了軋后余熱直接在760-800°C進(jìn)行淬火處理，降低能耗，節(jié)約成本。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
:
[0039]圖1為該發(fā)明棒磨機(jī)鋼棒的制備流程；
[0040]圖2為棒磨機(jī)鋼棒的軋后余熱淬火和回火工藝示意圖；
[0041]圖3為軋后余熱淬火裝置示意圖，鋼棒淬火由起吊裝置吊入水中，冷卻水由循環(huán)冷卻系統(tǒng)控制水溫在10_40 C。【具體實(shí)施方式】:
[0042]實(shí)施例1
[0043]尺寸:根據(jù)MBS1530型號(hào)棒磨機(jī)的尺寸參數(shù):筒體直徑1500mm、筒體長(zhǎng)度3000mm，確定該棒磨機(jī)配套的磨棒尺寸為長(zhǎng)度為2850mm、直徑為105mm。
[0044]成分:質(zhì)量百分比按照C:0.6-0.85 %, Si:0.17-0.37 %, Mn:0.7-1.2 %, P:(0.035%, S..( 0.035%, Cr..( 0.6%, Nb:0.01-0.02%配比；
[0045]I)冶煉:為了保證質(zhì)量要求，由大型鋼廠進(jìn)行冶煉、連鑄、熱軋工藝。首先按照棒磨機(jī)鋼棒的化學(xué)成分質(zhì)量百分比配比成分。可采用轉(zhuǎn)爐-LF爐工藝進(jìn)行鋼水冶煉，該過(guò)程中必須保證成分配比準(zhǔn)確，嚴(yán)格控制S、P等雜質(zhì)元素的含量；
[0046]2)連鑄:冶煉完成后在弧形圓坯連鑄機(jī)上進(jìn)行連鑄操作，連鑄得到Φ310πιπι的圓坯；
[0047]3)熱軋:將直徑為Φ 310mm的圓還經(jīng)過(guò)多道次熱軋,軋制為直徑為Φ 105mm的圓棒。該過(guò)程中通過(guò)TMCP同時(shí)控制每道次的壓下率、開(kāi)軋溫度、終軋溫度等。開(kāi)軋溫度控制在1070-1120°C，終軋溫度控制在760-800°C，第一道次壓下率在35-45%，隨著道次的增加逐漸降低道次壓下率，終軋道次壓下率控制在10%以下；
[0048]4)余熱淬火:軋制完成后利用軋件的余熱直接進(jìn)行淬火，軋件入水溫度為760-800°C，淬入溫度為10-40°C的冷卻水中7_8min ；
[0049]5)回火:將淬火后的鋼棒在200_220°C爐中保溫5小時(shí)，取出后空冷至室溫。
[0050]對(duì)比實(shí)施例2:
[0051]尺寸:根據(jù)MBS3245型號(hào)棒磨機(jī)的尺寸參數(shù):筒體直徑3200mm、筒體長(zhǎng)度4500mm，確定該棒磨機(jī)配套的磨棒尺寸為長(zhǎng)度為4300mm、直徑為120mm ；
[0052]成分:質(zhì)量百分比按照C:0.6-0.85 %, Si:0.17-0.37 %, Mn:0.7-1.2 %, P:(0.035%, S..( 0.035%, Cr..( 0.6%, Nb:0.01-0.02%配比。
[0053]I)冶煉:為了保證質(zhì)量要求，由大型鋼廠進(jìn)行冶煉、連鑄、熱軋工藝。首先按照棒磨機(jī)鋼棒的化學(xué)成分質(zhì)量百分比配比成分?？刹捎棉D(zhuǎn)爐-LF爐工藝進(jìn)行鋼水冶煉，該過(guò)程中必須保證成分配比準(zhǔn)確，嚴(yán)格控制S、P等雜質(zhì)元素的含量；
[0054]2)連鑄:冶煉完成后在弧形圓坯連鑄機(jī)上進(jìn)行連鑄操作，連鑄得到Φ350πιπι的圓坯；
[0055]3)熱軋:將直徑為Φ 350mm的圓還經(jīng)過(guò)多道次熱軋,車L制為直徑為Φ 120mm的圓棒。該過(guò)程中通過(guò)TMCP同時(shí)控制每道次的壓下率、開(kāi)軋溫度、終軋溫度等。開(kāi)軋溫度控制在1070-1120°C，終軋溫度控制在760-800°C，第一道次壓下率在35-45%，隨著道次的增加逐漸降低道次壓下率，終軋道次壓下率控制在10%以下；
[0056]4)余熱淬火:軋制完成后利用軋件的余熱直接進(jìn)行淬火，軋件入水溫度為760-800°C，淬入溫度為10-40°C的冷卻水中8-lOmin ；
[0057]5)回火:將淬火后的鋼棒在200_220°C爐中保溫6小時(shí)，取出后空冷至室溫。
【權(quán)利要求】
1.一種棒磨機(jī)鋼棒的制備方法，其特征在于:所述棒磨機(jī)鋼棒其化學(xué)質(zhì)量百分比組成如下，包括:C:0.6-0.85%,Si:0.17-0.37%,Mn:0.7-1.2%,P S 0.035%,S:≤ 0.035%,Cr 0.6%,Nb:0.01-0.02%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；磨棒的制備工藝為:冶煉、圓坯連續(xù)鑄造、TMCP工藝軋制成直徑Φ 50-120mm、定尺為2m_7m的圓鋼，利用軋后余熱直接在水中淬火5-10min，再低溫回火。
2.如權(quán)利要求1所述的一種棒磨機(jī)鋼棒的制備方法，其特征在于:具體制備步驟如下: 1)冶煉:為了保證質(zhì)量要求，由大型鋼廠進(jìn)行冶煉、連鑄、熱軋工藝；首先按照上述棒磨機(jī)鋼棒的化學(xué)成分質(zhì)量百分比配比成分；采用轉(zhuǎn)爐一LF爐工藝進(jìn)行鋼水冶煉，該過(guò)程中必須保證成分配比準(zhǔn)確，嚴(yán)格控制S、P雜質(zhì)元素的含量； 2)連鑄:冶 煉完成后在弧形圓坯連鑄機(jī)上進(jìn)行連鑄操作，連鑄得到Φ210-350mm的圓坯； 3)熱軋:根據(jù)不同的尺寸要求，將直徑為Φ210-350mm的圓坯經(jīng)過(guò)多道次熱軋，軋制為直徑為Φ50-120πιπι的圓鋼；該過(guò)程中通過(guò)TMCP同時(shí)控制每道次的壓下率、開(kāi)軋溫度、終軋溫度；開(kāi)軋溫度控制在1070-112(TC，終軋溫度控制在760-80℃，第一道次壓下率在35-45%，隨著道次的增加逐漸降低道次壓下率，終軋道次壓下率控制在10%以下； 4)余熱淬火； 5)回火。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種棒磨機(jī)鋼棒的制備方法，其特征在于:利用軋后余熱在760-800°C直接淬火至溫度為10-40°C的冷卻水中5-10min，然后在200_220°C爐中低溫回火，保溫4-6小時(shí)，取出后空冷至室溫。
【文檔編號(hào)】C21D8/06GK104073724SQ201410305661
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】趙愛(ài)民, 胡漢江, 丁然, 董瑞, 曾尚武, 智超, 趙復(fù)慶, 周開(kāi)春, 丁簫楠, 武會(huì)賓, 趙征志, 米振莉 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)