Сталь для молольних куль

1 Сталь для молольних куль, яка містить вуглець, кремній, марганець, титан, яка відрізняєть Винахід відноситься до металурги, зокрема, до сплавів, що використовуються для виготовлення куль молольніх агрегатів Найбільш поширеним матеріалом, з якого виробляють кулі на металургійних підприємствах України, є сталь М76, яка згідно з ГОСТ 7524, вміщує, в мас % Вуглець 0,71-0,82 Кремній 0,18-0,40 Марганець 0,75-1,05 Сірка 0,045 Фосфор 0,035 Залізо решта Сталь М76 має невелику прогартованість, а тому не може забезпечити кулям достатньої глибини загартування Після зношування тонкого зміцненого поверхневого шару знос куль різко підвищується 3 цієї причини кулі зі сталі М76 характеризуються низькою експлуатаційною СТІЙКІСТЮ Ця вада відсутня в сталі за а с №1446189, С22С38/16, яка вміщує, в мас % Вуглець 0,45-0,65 Марганець 0,6-1,0 Кремній 0,6-1,2 АЛЮМІНІЙ 0,01-0,06 Бор 0,0025-0,004 Мідь 0,06-0,36 Титан 0,02- 0,06 Залізо решта Наявність бору у складі цієї сталі дозволяє отримати кулі с підвищеною глибиною прогартованості, оскільки бор дуже ефективно гальмує розпад переохолодженого аустеніту за евтектоід ся тим, що вона містить компоненти у такому співвідношенні, мас % вуглець 0,95-1,6 кремній 0,6-2,0 марганець 0,7-2,0 титан 0,02-0,10 залізо решта 2 Сталь для молольних куль по п 1, яка відрізняється тим, що вона додатково містить хром в КІЛЬКОСТІ 0,05-0,80мас % ним механізмом У зв'язку з цим зростає об'ємна твердість куль і, як наслідок, їх ДОВГОВІЧНІСТЬ В умовах експлуатації Водночас, ЗНОСОСТІЙКІСТЬ куль, виготовлених з цієї сталі, не досягає достатнього рівня, що обумовлено зниженим вмістом вуглецю В цьому випадку при термообробці формується структура середньовуглецевого мартенситу, яка не може досить ефективно протистояти абразивному та ударно-абразивному зношуванню в процесі подрібнення кулями різноманітних мінеральних матеріалів Найбільш близьким до винаходу за технічною суттю є сталь за патентом України 10414А, С22С38/04, 38/24, яка вміщує, в мас % Уо Вуглець 0,50-0,90 Кремній 0,20-0,80 Марганець 0,70-2,20 Хром 0,05-1,70 Миш'як 0,0005-0,12 Ванадій та/або титан, та/або ніобій, та/або алюміній 0,003-0,12 Залізо решта Кулі з цієї сталі мають наскрізну прогартованість на мартенсит, сам мартенсит завдяки достатньому вмісту вуглецю характеризується високим опором деформуванню, що знижує витрату маси куль у контакті з абразивним матеріалом Однак, при використанні таких куль у млинах, що працюють з підвищеною швидкістю за умов значних ударних навантажень, наявність мартенситної структури призводить до підвищеного зносу, жалування часток металу з поверхні, що у подальшому викликає небажане порушення форми тіла і знижен СО ю о (О < ня ефективності помолу До того ж, при наскрізному загартуванні металовиробів в них виникають небажані залишкові напруги, які призводять до розколювання куль під час роботи в млинах В основу винаходу поставлена задача розробки нової сталі для куль, що мелють, у якій масове співвідношення компонентів дозволяє підвищити їх ЗНОСОСТІЙКІСТЬ та забезпечити високий опір крихкому руйнуванню при експлуатації за наявністю значних ударних навантажень Мета, що поставлена, досягається тим, що сталь, легована вуглецем, кремнієм, марганцем, титаном, вміщує компоненти у такому співвідношенні, мас % Вуглець 0,95-1,6 Кремній 0,6-2,0 Марганець 0,7-2,0 Титан 0,02-0,10 Залізо решта При цьому сталь може додатково вміщувати хром в КІЛЬКОСТІ 0,05-0,80мас % Головний принцип, що лежить в основі винаходу, полягає у необхідності використання при виготовленні куль такої сталі, яка б забезпечила їм після термозміцнення структуру, що вміщує поряд з мартенситом значну КІЛЬКІСТЬ залишкового аустеніту Як показали результати лабораторних досліджень, аустенітно-мартенситна структура з твердістю 40-50 HRC забезпечує сталям найбільш високий опір ударно-абразивному зношуванню у порівнянні з усіма іншими типами структури Це зумовлюється поєднанням властивостей аустеніту та мартенситу, що дозволяє металу не тільки протистояти деформуванню поверхні, але й знижує вірогідність крихкого руйнування за рахунок наявності в'язкої структурної складової, здатної розряджати ПІКОВІ навантаження протіканням мікропластичної деформації Додатковим фактором підвищеної ЗНОСОСТІЙКОСТІ такої структури є здатність залишкового аустеніту накльопуватися та перетворюватися у мартенсит деформації, це призводить до підвищення твердості поверхневих шарів, і, крім того, сприяє релаксації ЗОВНІШНІХ напруг, в наслідок чого менша частина енергії удару витрачається безпосередньо на руйнування мікрооб'ємів поверхні Наявність в'язкого аустеніту, здатного до пластичної деформації, запобігає виникненню сколів на поверхні куль, а також гарантовано захищає металовиріб від розтріскування при поєднанні негативних залишкових напруг з ударними навантаженнями Ефективність застосування куль з аустенітно-мартенситною структурою, безумовно, зростає при підвищенні їх діаметру та розмірів млинів, тобто, при збільшені енергії одиничного удару Збільшення КІЛЬКОСТІ залишкового аустеніту досягають введенням значної КІЛЬКОСТІ легуючих елементів, що активно знижують мартенситну точку Мн - Марганцю, нікелю, хрому Втім, це призводить до істотного подорожчання сталі Найбільш вигідно використовувати для цієї мети самий дешевій елемент - вуглець, який, до того ж, є самим ефективним за впливом на точку Мн Відчутне зниження твердості нелегованої загартованої сталі за рахунок появи залишкового аустеніту фіксується лише для заевтектоідного інтервалу концентра 60543 цій вуглецю, при цьому твердість зменшується пропорційно зростанню його вмісту Втім, встановлено, що для отримання необхідної КІЛЬКОСТІ залишкового аустеніту вміст вуглецю в нелегованій сталі потрібно підвищувати до 1,7-1,8% У такому випадку сталь набуває значної схильності до утворення під час загартування суцільної сітки цементиту по границях зерен, що полегшує формування сколів на поверхні та об'ємне розтріскування куль Враховуючи цей факт, пропонується отримувати аустенітно-мартенситну структуру шляхом введення в сталь 0,95-1,60% С та її додаткового економного легування марганцем у КІЛЬКОСТІ 0,72,0% Це забезпечить досягнення мети винаходу, тобто, дозволить підвищити ударно-абразивну ЗНОСОСТІЙКІСТЬ куль та опір крихкому руйнуванню при ударах Слід, однак, відзначити, що при такому ВМІСТІ вуглецю та марганцю в сталі при охолодженні також досить легко формується сітка цементитних карбідів, тобто потрібно додатково вводити елемент, який би стабілізував сталь по відношенню до утворення карбідів На роль такого елемента пропонується кремній в КІЛЬКОСТІ 0,6-2,0% Кремній суттєво гальмує виділення вуглецю з у-твердого розчину, тим самим знижуючи вірогідність утворення карбідної фази При ВМІСТІ кремнію менш, ніж 0,6%, його стабілізуюча дія є недостатньою, і при загартувальному охолодженні в центрі куль формується карбідна сітка При ВМІСТІ кремнію більш, ніж 2,0%, сталь окрихчується за рахунок насичення твердого розчину цим елементом, крім того, зростає схильність сталі до зневуглецювання при термообробці, що знижує и ЗНОСОСТІЙКІСТЬ Якщо вміст вуглецю та марганцю буде нижчим за запропонований, після загартування структура куль представлятиме собою переважно мартенсит з ВІДПОВІДНИМ зниженням експлуатаційних властивостей У випадку перевищення запропонованих меж вмісту С та Мп впливу кремнію буде недостатньо для запобігання виникненню сітки, що призведе до крихкого руйнування куль Розчинення значної КІЛЬКОСТІ карбідів в аустеніті (для подальшого формування аустенітномартенситної структури) потребує нагріву до високих температур Це призводить до росту аустенітного зерна, що негативно впливає на ударостійкість куль, які можуть крихко руйнуватися при ударних навантаженнях в млинах Для того, щоб уникнути формування крупнозернистої структури, в сталь пропонується ввести титан у КІЛЬКОСТІ 0,020,10% Титан утворює дисперсні частки шприців та карбонитридів, які не розчинюються при нагріві до високих температур Ці частки виконують роль «бар'єрів», стримуючи ріст аустенітних зерен При меншому ВМІСТІ титану згаданий ефект не досягається, в наслідок чого зростає схильність куль до розтріскування при експлуатації Перевищення означеної верхньої межі вмісту титану знижує опір сталі ударно-абразивному зношуванню за рахунок утворення грубих стрічок масивних карбонитридів Ti(C,N) Запропоноване комплексне легування сталі вуглецем кремнієм та марганцем (в наведених межах) забезпечує досить високий рівень прогар 60543 тованості сталі, що дозволяє загартовувати нані та оцінювали відносно втрати маси куль, вигоскрізь кулі діаметром 60-120мм Втім, цього рівня товлених із сталі-прототипа На цих же кулях візунедостатньо для того, щоб отримувати задану ально встановлювали наявність сколів на поверхні структуру в центрі куль більшого діаметру Для та розтріскування при експлуатації додаткового підвищення прогартованості пропонуСхильність сталі до утворення карбідної сітки ється ввести в сталь 0,05-0,80% хрому При менпри термообробці визначали металографічним шій КІЛЬКОСТІ хрому прогартованість сталі не зміметодом на зразках, які охолоджували від темпенюється, а при більшій - хром починає активно ратури аустенізаци зі швидкістю, що відповідає прискорювати процеси утворення карбідної сітки охолодженню центру кулі діаметром 120мм (а в сталях з додатковим легуванням хрому - діаметСталь виплавляли у 150-кг індукційній ПІЧЦІ та ром 140мм) Прогартованість сталі визначали на розливали у металеві форми Зливки піддавали образцах, які охолоджували від температури аусгарячому деформуванню ковкою, після чого відпатенізацм зі швидкістю, що відповідає охолодженню лювали при температурі 850°С та охолоджували центру куль різного діаметру Критерієм прогарторазом з піччю Із заготовок точінням виготовляли ваності була наявність структури, вільної від прокулі діаметром 40мм Термообробка куль включадуктів розпаду немартенситного походження ла загартування у воді від 1000-1020°С з подальшим самовідпуском при 180-220°С ЗНОСОСТІЙКІСТЬ ХІМІЧНИЙ склад та властивості досліджених сталі визначали за втратою маси куль при подрібсталей наведено у таблицях 1-3 ненні мартенівського шлаку у лабораторному млиТаблиця 1 ХІМІЧНИЙ склад досліджених сталей № складу 1 2 3 4 5 Відомий ВМІСТ, мас С 0,93 1,62 1,22 0,85 1,70 0,72 Si 0,60 1,95 1,28 0,51 2,12 0,45 Mn 0,73 2,02 1,37 0,60 2,18 1,35 % Cr 0,80 Ті 0,02 0,10 0,055 0,01 0,13 0,06 As Fe решта 0,01 Таблиця 2 ХІМІЧНИЙ склад сталей з додатковим введенням хрому № складу 6 7 8 9 10 С 1,24 Si 1,25 Вміст, мас % Mn Cr 1,35 0,05 0,79 0,42 0,02 0,88 Ті 0,06 Fe решта Таблиця З Властивості досліджених сталей № складу Твердість, HRC ЗНОСОСТІЙКІСТЬ 1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 Відомий 55-59 45-50 44-50 59-60 35-40 44-50 43-49 45-51 45-50 42-48 59-61 1,08 1,18 1,20 0,90 0,82 1,21 1,22 1,19 1,20 0,95 1,0 Нявність сколів та руйнування*, % Наявність 17 35 и - КІЛЬКІСТЬ куль з дефектом із загальної КІЛЬКОСТІ 15 22 СІТКИ немає и є немає 11 и и є немає Прогартованість (діаметр кулі, мм) 60 120 100