сталь для мелющих шаров

Формула изобретения

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%.

Описание изобретения к патенту

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.