СТАЛЬ Российский патент 2011 года по МПК C22C38/40 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к стали, используемой для производства мелющих шаров диаметром 40-100 мм.

Известна 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 повышенная хрупкость шаров за счет образования в микроструктуре металла боридной эвтектики.

Известна также сталь [2], содержащая (в мас.%):

углерод 0,95-1,10 марганец 0,15-1,25 кремний 0,10-0,70 хром 1,30-1,65 железо - остальное

Существенным недостатком данной стали является высокая склонность шаров к трещинообразованию при закалке в воде.

Известна сталь [3],обладающая абразивной стойкостью, содержащая (в мас. %):

углерод 0,35-0,80 алюминий 0-2,00 марганец 0-2,50 никель 0-5,00 хром 0-5,00 молибден 0-0,50 вольфрам 0-1,00 бор 0-0,02 титан 0-2,00 цирконий 0-4,00 сера 0-0,15 азот менее 0,03

при необходимости медь 0-1,50

при необходимости, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы: ниобий, тантал и ванадий,

при условии: Nb/2+Ta/4+V≤0,5

при необходимости, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы: селен, теллур, кальций, висмут, свинец с содержанием, меньшим или равным 0,1%.

остальное железо и неизбежные примеси, при выполнении следующих условий:

0,35≤Si+Al≤2,00

0,1≤Mo+W/2≤0,5

0,05<Ti+Zr/2≤2,00

При соблюдении следующих соотношений:

0,1≤C-Ti/4-Zr/8+7×N/8≤0,55

Ti+Zr/2-7×N/2≥0,05;

1,05×Mn=0,5, если В≥0,0005 и К=0, если В<0,0005.

Существенными недостатками этой стали являются широкие концентрационные границы химических элементов, приводящие с одной стороны к низкой твердости и износостойкости шаров, с другой стороны способствующие повышению склонности их к раскалыванию при закалке в воде и эксплуатации.

Известна выбранная в качестве прототипа сталь [4], содержащая (в мас.%):

углерод 0,30-0,70 марганец 0,50-2,00 кремний 0,01-0,50 алюминий ≤0,07 азот ≤0,01 хром 0,05-0,50 никель ≤0,30 кальций 0,0005-0,0060 сера 0,003-0,05 фосфор ≤0,03 медь ≤0,50 железо - остальное

Недостатком этой стали являются неудовлетворительные эксплуатационные свойства шаров, обусловленные нестабильной твердостью на поверхности и по сечению шаров.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются: повышение износостойкости и твердости на поверхности и по сечению шаров.

Для достижения этого сталь для производства мелющих шаров диаметром 40-100 мм, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, азот, хром, никель, кальций, железо и примеси, отличающаяся тем, что она содержит компоненты в следующем соотношении (в мас.%)

углерод 0,65-0,80 марганец 0,70-0,90 кремний 0,20-0,35 алюминий 0,005-0,020 азот от более 0,01 до 0,025 хром 0,30-0,60 никель 0,01-0,30 кальций 0,0005-0,0040 железо и примеси остальное,

при этом в качестве примесей она содержит серу - не более 0,030%, фосфор - не более 0,030% и медь - не более 0,30%.

Заявляемый химический состав стали подобран исходя из следующих предпосылок:

Содержание углерода в указанных пределах выбрано исходя из обеспечения высокой твердости на поверхности и на ¹/₂ радиуса шара диаметром 40-100 мм. При концентрации его в стали менее 0,65% твердость шаров снижается, а при увеличении концентрации углерода более 0,80% повышается склонность их к трещинообразованию.

Соотношение марганца выбрано, исходя из того, что при содержании марганца до 0,90% 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 более 0,40% увеличивается склонность шаров к трещинообразованию при закалке.

При увеличении содержания хрома до 0,60% повышается твердость и прокаливаемость стали, что в свою очередь приводит к увеличению износостойкости мелющих шаров. При содержании хрома менее 0,30% наблюдается уменьшение прокаливаемости стали, и, следовательно, твердости и износостойкости шаров.

Установленный предел концентрации никеля от 0,01 до 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 от 0,005 до 0,020% и кальция от 0,0005-0,0040% выбрано исходя, с одной стороны, получения мелкого действительного зерна, с другой - получения благоприятной формы неметаллических включений, а также исключения недопустимых глиноземистых неметаллических включений, увеличивающих склонность шаров к раскалыванию при ударных нагрузках.

Концентрация азота менее 0,01% 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 образованию пузырей в стали в результате «азотного кипения».

Ограничение содержания серы, фосфора и меди выбрано, исходя из качества поверхности готовых мелющих шаров.

Серия опытных плавок с заявляемым химическим составом была выплавлена в дуговых печах ДСП-100Н 10. 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 трещиностойкости и твердости шаров.

Источники информации

1. А.с СССР №1446189 С22С 38/16.

2. ГОСТ 7524-89 «Шары стальные мелющие для шаровых мельниц».

3. RU 2327802 С2, С22С 38/54, 27.06.2008.

4. JP 08-337843 F, C22C 38/18, 24/12/1996.

Таблица 1 Химический состав стали Состав С Si Mn Cr AI Ca N Ni S P Cu Fe 1 0,65 0,20 0,70 0,30 0,005 0,0005 0,005 0,01 0,008 0,019 0,09 ост. 2 0,70 0,28 0,82 0,40 0,009 0,0010 0,008 0,03 0,009 0,020 0,06 ост. 3 0,80 0,24 0,75 0,42 0,018 0,0030 0,010 0,10 0,012 0,029 0,07 ост. 4 0,68 0,33 0,79 0,45 0,016 0,0037 0,013 0,28 0,005 0,028 0,14 ост. 5 0,70 0,26 0,79 0,60 0,020 0,0040 0,022 0,25 0,020 0,023 0,25 ост. 6 0,75 0,35 0,80 0,50 0,025 0,0020 0,025 0,30 0,030 0,030 0,30   прототип 0,95-1,10 0,10-0,70 0,15-1,25 1,30-1,65 - - - - - - 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 1 490 0,44 0 0 2 575 0,31 1,6 4,0 3 595 0,19 2,1 4,8 4 517 0,37 2,9 4,3 5 524 0,33 2,0 3,9 6 575 0,30 1,5 4,6 прототип 440-560 0,31-0,45 3,2-7,0 5,8-10,0

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к составам сталей, используемых для производства мелющих шаров диаметром 40-100 мм. Сталь содержит углерод, марганец, кремний, алюминий, азот, хром, никель, кальций, железо и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,65-0,80, марганец 0,70-0,90, кремний 0,20-0,40, алюминий 0,005-0,020, азот от более 0,01 до 0,025, хром 0,30-0,60, никель 0,01-0,30, кальций 0,0005-0,0040, железо и примеси остальное. В качестве примесей сталь содержит серу - не более 0,030%, фосфор не более 0,030% и медь - не более 0,30%. Повышается износостойкость и твердость на поверхности и по сечению шаров. 2 табл.

Сталь для производства мелющих шаров диаметром 40-100 мм, содержащая углерод, марганец, кремний, алюминий, азот, хром, никель, кальций, железо и примеси, отличающаяся тем, что она содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
углерод 0,65-0,80 марганец 0,70-0,90 кремний 0,20-0,40 алюминий 0,005-0,020 азот от более 0,01 до 0,025 хром 0,30-0,60 никель 0,01-0,30 кальций 0,0005-0,0040 железо и примеси остальное,