Сталь для мелющих шаров
Владельцы патента RU 2340699:
Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат" (RU)
Изобретение относится к черной металлургии, а именно к стали, используемой для производства мелющих шаров. Сталь содержит углерод, марганец, кремний, алюминий, бор, медь, титан, хром, никель, азот, железо и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,65-0,75, марганец 0,70-0,80, кремний 0,20-0,35, алюминий 0,010-0,025, азот 0,005-0,025, титан 0,005-0,010, хром 0,40-0,50, никель 0,01-0,30, бор 0,001-0,003, железо - остальное, при этом примеси содержатся в следующих количествах: сера - не более 0,030%, фосфор - не более 0,030% и медь - не более 0,30%. Повышается износостойкость и твердость мелющих шаров. 2 табл.
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали, используемой для производства мелющих шаров.
Известна выбранная в качестве прототипа сталь [1], содержащая (в мас.%):
| углерод | 0,45-0,65 |
| марганец | 0,60-1,00 |
| кремний | 0,60-1,20 |
| алюминий | 0,01-0,06 |
| бор | 0,0025-0,0040 |
| медь | 0,06-0,36 |
| титан | 0,02-0,06 |
| железо | остальное |
Существенным недостатком данной стали является низкая твердость и эксплуатационная стойкость шаров, изготовленных из данной стали.
Желаемыми техническими результатами изобретения являются повышение износостойкости и твердости мелющих шаров.
Для достижения этого сталь, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, бор, медь, титан и железо, дополнительно содержит хром, никель и азот при следующем соотношении компонентов (в мас.%):
| углерод | 0,65-0,75 |
| марганец | 0,70-0,80 |
| кремний | 0,20-0,35 |
| алюминий | 0,010-0,025 |
| азот | 0,005-0,025 |
| титан | 0,005-0,010 |
| хром | 0,40-0,50 |
| никель | 0,01-0,30 |
| бор | 0,001-0,003 |
| железо | остальное |
при этом примеси содержатся в следующих количествах: сера - не более 0,030%, фосфор - не более 0,030% и медь - не более 0,30%.
Заявляемый химический состав стали для мелющих шаров подобран исходя из следующих предпосылок.
Содержание углерода выбрано исходя из обеспечения достаточной твердости и прокаливаемости стали. При концентрации его в стали менее 0,65% твердость шаров снижается, а при увеличении концентрации углерода более 0,75% повышается склонность их к трещинообразованию.
Соотношение марганца выбрано, исходя из того, что при содержании марганца до 0,80% обеспечивается повышение твердости, прокаливаемости и сопротивляемости к трещинообразованию. Нижний предел выбран, исходя из того, что марганец при содержании менее 0,70% не оказывает влияние на прокаливаемость.
Кремний в заявляемых пределах исключает раскол шаров при ударных нагрузках. При концентрации кремния менее 0,20% значительно увеличивается склонность шаров к раскалыванию при ударных нагрузках. При изготовлении шаров из стали выше верхнего заявляемого предела содержания кремния (0,35%) увеличивается склонность шаров к трещинообразованию.
При увеличении содержания хрома до 0,50% повышается твердость и прокаливаемость стали, что в свою очередь приводит к увеличению износостойкости мелющих шаров. При содержании хрома менее 0,40% наблюдается уменьшение прокаливаемости стали и, следовательно, износостойкости шаров.
Установленный предел концентрации никеля (0,01-0,30%) положительно влияет на снижение склонности шаров к раскалыванию при ударных нагрузках и увеличивает прокаливаемость стали. При содержании никеля менее установленного предела не обеспечивается требуемая прокаливаемость стали. Содержание никеля более 0,30% экономически нецелесообразно.
Содержание алюминия (0,010-0,025%) выбрано исходя, с одной стороны, из необходимости получения мелкого действительного зерна, с другой - из исключения образования недопустимых глиноземистых неметаллических включений, увеличивающих склонность шаров к раскалыванию при ударных нагрузках.
Титан используется в качестве раскислителя и обеспечивает защиту бора от связывания в нитриды, что способствует повышению прокаливаемости стали. Исходя из этого, оптимальными значениями для титана являются его содержание 0,005-0,010%. Верхний предел концентрации титана выбран, исходя из экономических соображений.
Концентрация азота менее 0,005% не приводит к образованию нитридов, обеспечивающих измельчение действительного зерна, и как следствие снижению склонности шаров к раскалыванию при ударных нагрузках. При повышении азота более 0,025% возможны случаи возникновения пятнистой ликвации и образования пузырей в стали в результате «азотного кипения».
Ограничение содержания серы, фосфора и меди выбрано, исходя из обеспечения качества поверхности готовых мелющих шаров.
Серия опытных плавок с заявляемым химическим составом была выплавлена в дуговых печах ДСП-100Н10. Химический состав приведен в таблице 1. После разливки стали на МНЛЗ осуществляли прокатку и термообработку шаров с прокатного нагрева по технологии двухстадийного охлаждения с самоотпуском. Результаты испытаний приведены в таблице 2. Таким образом, заявляемый химический состав обеспечивает повышение твердости и износостойкости шаров.
| Таблица 1. | |||||||||||||
| Химический состав стали, мас.% | |||||||||||||
| Состав | С | Si | Mn | Cr | Ti | Al | N | В | Ni | S | Р | Cu | Fe |
| 1 | 0,46 | 0,20 | 0,70 | 0,40 | 0,005 | 0,015 | 0,005 | 0,001 | 0,01 | 0,005 | 0,015 | 0,05 | ост. |
| 2 | 0,70 | 0,28 | 0,78 | 0,40 | 0,011 | 0,015 | 0,008 | 0,001 | 0,14 | 0,008 | 0,019 | 0,06 | ост. |
| 3 | 0,71 | 0,24 | 0,76 | 0,42 | 0,009 | 0,018 | 0,010 | 0,003 | 0,30 | 0,016 | 0,019 | 0,07 | ост. |
| 4 | 0,58 | 0,33 | 0,69 | 0,45 | 0,007 | 0,016 | 0,013 | 0,002 | 0,28 | 0,005 | 0,028 | 0,12 | ост. |
| 5 | 0,57 | 0,26 | 0,79 | 0,48 | 0,013 | 0,020 | 0,022 | 0,003 | 0,25 | 0,020 | 0,023 | 0,20 | ост. |
| 6 | 0,75 | 0,35 | 0,80 | 0,50 | 0,010 | 0,020 | 0,025 | 0,003 | 0,30 | 0,030 | 0,030 | 0,30 | |
| прототип | 0,45-0,65 | 0,60-1,20 | 0,60-0,80 | - | 0,02-0,06 | 0,01-0,06 | - | 0,0025-0,0040 | - | - | - | 0,06-0,36 | ост. |
| Таблица 2 | ||||
| Механические свойства стали | ||||
| Состав | Твердость, МПа | Износ, г | Количество шаров с трещинами | |
| После термообработки | После 10-кратного падения | |||
| 1 | 495 | 0,44 | 0 | 0 |
| 2 | 575 | 0,31 | 2,6 | 4,1 |
| 3 | 578 | 0,29 | З,1 | 4,8 |
| 4 | 517 | 0,37 | 2,9 | 4,5 |
| 5 | 524 | 0,35 | 3,0 | 4,1 |
| 6 | 595 | 0,27 | 2,5 | 4,0 |
| прототип | 440-560 | 0,31-0,45 | 3,2-7,0 | 5,8-10,0 |
Источники информации
1. А.с. СССР №1446189, С22С 38/16.
Сталь для мелющих шаров, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, бор, медь, титан и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит хром, никель и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| углерод | 0,65-0,75 |
| марганец | 0,70-0,80 |
| кремний | 0,20-0,35 |
| алюминий | 0,010-0,025 |
| азот | 0,005-0,025 |
| титан | 0,005-0,010 |
| хром | 0,40-0,50 |
| никель | 0,01-0,30 |
| бор | 0,001-0,003 |
| железо | остальное, |
при этом примеси содержатся в следующих количествах: сера - не более 0,030%, фосфор - не более 0,030% и медь - не более 0,30%.
