一种高韧性60Mn锻造磨球及其生产方法与流程

一种高韧性60mn锻造磨球及其生产方法
技术领域
1.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：

2.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。
3.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。
4.2018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。

技术实现要素：

5.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。
6.本发明具体技术方案如下：
7.一种高韧性60mn锻造磨球，包括以下质量百分比成分：
8.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。
9.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。
10.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。
11.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：
12.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；
13.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；
14.所述转炉出钢，控制c≥0.010％，p≤0.015％,出钢温度≥1620℃；
15.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。
16.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；
17.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；
[0018]
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；
[0019]
所述连铸，采用保护浇铸，二冷比水为0.25l/kg；
[0020]
所述连铸，连铸坯型为直径φ300mm；
[0021]
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。
[0022]
所述热处理具体为：830
±
15℃余热淬火，200
±
20℃回火5h。
[0023]
本发明设计思路如下：
[0024]
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。
[0025]
si：在冶炼过程中也可以起到脱氧的作用，提高钢的洁净度。
[0026]
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。
[0027]
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。
[0028]
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。
[0029]
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
[0030]
实施例1-实施例3
[0031]
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。
[0032]
表1各实施例和对比例的成分(wt％)
[0033] csimntipsn
实施例10.610.200.770.0300.0150.0080.005实施例20.620.240.780.0330.0160.0070.007实施例30.630.270.800.0290.0130.0050.005对比例10.630.330.8100.0160.0080.005对比例20.620.290.7900.0100.0060.005对比例30.620.300.7600.0170.0030.006
[0034]
对比例1-对比例3
[0035]
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。
[0036]
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：
[0037]
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；
[0038]
具体为：
[0039]
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；
[0040]
2)转炉出钢c≥0.010％，p≤0.015％,出钢温度≥1620℃。
[0041]
3)出钢过程加渣料及合金；
[0042]
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；
[0043]
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；
[0044]
6)连铸保护浇铸，二冷比水为0.25l/kg；连铸坯型为直径φ300mm；
[0045]
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。
[0046]
8)热处理工艺:830
±
15℃余温淬火，200
±
20℃回火5h。
[0047]
具体各实施例和对比例的生产参数如表2所示。
[0048]
表2各实施例和对比例的生产参数
[0049][0050][0051]
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。
[0052]
表3各实施例和对比例产品组织和性能
[0053][0054]
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。

技术特征：

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。

技术总结

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。60Mn锻造磨球的冲击韧性和使用寿命。