Сталь для молольних куль

1. Сталь для молольних куль, яка містить вуглець, кремній, марганець, мідь, алюміній та/або титан, залізо, яка відрізняється тим, що вона містить компоненти у такому співвідношенні, мас.%: вуглець 0,67-0,90 кремній 0,20-0,55 марганець 0,70-1,50 мідь 0,30-1,20 алюміній та/або титан 0,01-0,10 залізо решта. 2. Сталь за п. 1, яка відрізняється тим, що вона додатково містить хром в кількості 0,05-0,60 %. (19) (21) a201003917 (22) 06.04.2010 (24) 10.05.2011 (46) 10.05.2011, Бюл.№ 9, 2011 р. (72) ТКАЧЕНКО ФЕДІР КОСТЯНТИНОВИЧ, ЄФРЕМЕНКО ОЛЕКСІЙ ВАСИЛЬОВИЧ, ПЕНЗЕНСЬКА ЮЛІЯ ГЕННАДІЇВНА (73) ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ (56) UA 60543 A, 15.10.2003 UA 85495 C2, 26.01.2009 SU 1497262 A1, 30.07.1989 RU 2082812 C1, 27.06.1997 JP 10121198 A, 12.05.1998 3 94530 зволяє досягати суттєвого зниження питомих витрат куль на гірничо-збагачувальних та інших переробних підприємствах України. Існує патент України 10414А, С22С38/04, 38/24, у якому згадана проблема вирішується шляхом збільшення прогартованості сталі за рахунок введення елементів, які істотно впливають на кінетику розпаду переохолодженого аустеніту. Згідно з цим патентом, сталь вміщує, мас. %: 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, алюміній 0,003-0,12 залізо решта. Кулі з цієї сталі характеризуються значною глибиною загартування в різних діаметрах, а тому мають найбільш придатну (з точки зору експлуатації) структуру по перерізу кулі. Втім, легування цієї сталі не враховує наявність корозійної компоненти зношування при експлуатації куль в умовах подрібнення рудної сировини на гірничозбагачувальних підприємствах чорної та кольорової металургії. Річ в тому, що ця технологія передбачає використання технічної води безпосередньо в процесі подрібнення. В процесі роботи в млин безперервно подається вода, що утворює всередині агрегату рідко-тверду суміш - пульпу, у якій пересуваються кулі, виконуючи роботу подрібнення. Таким чином, до абразивної чи ударноабразивної дії рудних часток додається руйнівна дія електрохімічної корозії. У зв'язку з цим знос куль в "мокрих" умовах подрібнення в кілька разів перевищує знос при сухому помолі. Таким чином, для вирішення проблеми експлуатаційної довговічності куль необхідно також підвищувати корозійну стійкість сталі, з якої вони виготовляються. Найбільш близькою до винаходу є сталь, яка відповідно до а.с. 1446189, С22С 38/16 вмішує, 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. Ця сталь вміщує мідь, яка, як відомо, підвищує корозійну стійкість сталі, тобто може сприяти зростанню експлуатаційної довговічності молольних куль. Втім, склад цієї сталі має кілька недоліків. По-перше, кількість вуглецю в ній зменшено (відносно евтектоїдної точки) до 0,45-0,65 %, що негативно позначається на прогартованості сталі, а також не дозволяє отримувати в структурі після загартування високовуглецевий мартенсит, який є більш придатним при абразивному та ударноабразивному зношуванні, аніж середньовуглецевий мартенсит. Додавання в сталь бору не може компенсувати втрату прогартованості, оскільки бор ефективно впливає на цю характеристику лише в 4 сталях з меншим вмістом вуглецю. По-друге, нижня межа міді є недостатньою для істотного підвищення корозійної стійкості сталі. Таким чином, сталь за а.с. 1446189 не забезпечує потрібного зростання довговічності молольних куль в умовах подрібнення твердих мінеральних матеріалів. В основу винаходу поставлена задача розробки нової сталі для молольних куль, у якій масове співвідношення компонентів дозволяє підвищити їх експлуатаційну стійкість за рахунок підвищення зносостійкості в умовах абразивно-корозійного або ударно-абразивно-корозійного зношування. Поставлена задача розв'язується тим, що в сталі, яка вміщує вуглець, кремній, марганець, мідь, алюміній та/або титан, залізо, у відповідності до винаходу компоненти взято у такому співвідношенні, мас. %: вуглець 0,67-0,90 кремній 0,20-0,55 марганець 0,70-1,50 мідь 0,30-1,20 алюміній та/або титан 0,01-0,10 залізо решта. При цьому сталь може додатково вміщувати хром в кількості 0,05-0,60 %. Співвідношення елементів в сталі, що заявляється, забезпечує виконання всіх вимог, а саме: 1) досягнення необхідного рівня твердості у загартованих шарах кулі; 2) отримання достатньо високої глибини загартованого шару; 3) забезпечення підвищеного опору сталі електрохімічній корозії. У комплексі це забезпечує модельним кулям істотне підвищення довговічності в умовах подрібнення руд чорних та кольорових металів. Перша вимога досягається присутністю в сталі 0,67-0,90 % С. Вуглець у заявленій кількості найбільш ефективно зміцнює пересичений твердий розчин (мартенсит), що забезпечує сталі високий опір абразивному та ударно-абразивному зношуванню. При вмісті вуглецю нижче 0,67 % утворюється мартенсит зі зниженим ступенем викривлення кришталевої ґратки, тобто з недостатнім опором деформуванню, що зменшує рівень зносостійкості сталі. Якщо вміст вуглецю перевищуватиме 0,90 %, то це спричинить появу включень вторинного цементиту по границях, що може призвести до тріщиноутворення в кулях при експлуатації. Друга вимога досягається комплексним введенням 0,67-0,90 % С, 0,70-1,50 Mn, 0,20-0,55 % Si та 0,30-1,20 % Сu. Перераховані елементи при комплексному введенні суттєво підвищують прогартованість сталі, впливаючи на стійкість переохолодженого аустеніту до розпаду у температурній області перлітного перетворення. При зменшенні кількості вуглецю, марганцю, кремнію та міді нижче зазначеного інтервалу зменшується глибина загартування куль. У тому випадку, коли вміст вказаних елементів перевищує верхню заявлену межу, істотно зменшується ударна в'язкість сталі, що може спричиняти розколювання куль у млинах при подрібненні мінеральної сировини підвищеної твердості. 5 94530 Третя вимога забезпечується введенням 0,301,20 % міді, яка підвищує опір електрохімічній корозії. При меншому вмісті міді вона практично не впливає на корозійну стійкість, і зносостійкість сталі не зростає. Якщо вміст міді перевищуватиме 1,20 %, знижується ударна в'язкість сталі. Як правило, сталеві молольні кулі виготовляються методом гарячої пластичної деформації, при цьому температура нагріву заготовок перевищує 950 °С, що призводить до зростання аустенітного зерна та окрихчення в сталі. Введення алюмінію та/або титану у кількості 0,01-0,10 % передбачає розкислювання сталі та запобігання процесу зростання зерна за рахунок утворення включень нітриду алюмінію та/або нітридів титану. У кількості, меншій за 0,01 %, алюміній та/або титан не справляють істотного впливу на розмір зерна та металургійну якість сталі; це погіршує стійкість куль до розколювання в млинах. При перевищенні вмісту алюмінію та/або титану 0,10 % в сталі утворюються міжзеренні плівкові включення AIN, TiN, Ti(C,N), які також підвищують вірогідність крихкого руйнування куль при експлуатації При виготовленні куль великого діаметра (120 мм й вище) застосування заявленої сталі не забезпечить потрібної глибини загартування. У цьому випадку сталь необхідно додатково легувати хромом в кількості 0,10-0,70 %. При меншій кількості хрому глибина загартування істотно не збільшуватиметься, а при вмісті хрому, вищому за 0,70 %, можливо розтріскування куль внаслідок утворення мартенситної структури в їх центральній частині. 6 Сталь виплавляли у мартенівській печі ВАТ "МК "Азовсталь" (хімічний склад наведено в табл. 1, 2). Із зливків прокаткою виготовляли кульову заготовку діаметром 100 мм, яку перекатували на молольні кулі діаметром 100 та 120 мм. Заготовку нагрівали до 970-990 °С, загартовували у воді та піддавали самовідпуску при 260-280 °С в накопичувальних бункерах під кришкою. Після самовідпуску визначали поверхневу твердість куль, наявність гартувальних тріщин на поверхні, глибину загартування. Розподіл твердості по перерізу куль визначали на темплетах; за глибину загартування приймали відстань від поверхні до шару із твердістю 50 HRC. Із кульової заготовки виготовляли зразки для випробувань на ударну в'язкість та на зношування. Ударну в'язкість визначали на стандартних зразках без надрізу, які піддавали загартуванню від 950 °С та відпуску при 270 °С. Випробування на зношування проводили у лабораторному млині при помолі електрокорунду з додаванням водного розчину, який мав хімічний склад, аналогічний до складу технічної води Центрального гірничо-збагачувального комбінату (м. Кривий Ріг): в мг/л: 252 Са; 281 Mg; 0,34 Fe; 672 Сl; 2366 SO4, 13,5 - нітрати; 225 - бікарбонати; 4823 - сухий залишок; загальна жорсткість - 36 мгекв/л). Питомий знос зразків визначали як відношення втрати маси до площі поверхні зразків. Коефіцієнт зносостійкості визначали по відношенню питомого зносу зразка до зносу відомої сталі. Властивості досліджених сталей наведено у таблицях 2, 3. Таблиця 1 Хімічний склад досліджених сталей № складу 1 2 3 4 5 Відомий С 0,67 0,84 0,88 0,62 0,91 0,52 Si 0,23 0,54 0,90 0,13 1,15 0,71 Mn 0,72 1,09 1,44 0,58 1,73 0,88 Вміст, мас. % Сu В 0,31 0,68 1,15 0,18 1,39 0,18 0,0035 Аl 0,02 0,005 0,05 Ті 0,055 0,09 0,13 0,045 Fe решта " " " " " Таблиця 2 Хімічний склад сталей з додатковим введенням хрому № складу 6 7 8 9 10 С 0,78 0,76 0,80 0,79 0,80 Si 0,48 0,48 0,54 0,51 0,49 Mn 1,10 1,09 0,98 1,05 1,04 Вміст, мас. % Сu Аl 0,66 0,031 0,63 0,027 0,68 0,66 0,031 0,64 Ті 0,030 0,032 Cr 0,11 0,43 0,65 0,02 0,85 Fe решта " " " " 7 94530 8 Таблиця 3 Властивості куль та зразків із досліджених сталей № складу Діаметр куль, мм 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Відомий 100 100 100 100 100 120 120 120 120 120 100 Середня поверхнева твердість, HRC 54 53 55 48 56 53 54 54 54 53 46 Середня глибина загартування, мм 17 18 19 12 20 16 18 17 9 19 10 Дані, наведені у табл. 3, показують, що оптимальне поєднання властивостей забезпечують сталі №№ 1, 2, 3 та 6, 7, 8. Зокрема, глибина загартування на переважно мартенситну структуру збільшена в 1,6-2,0 рази у порівнянні із відомою сталлю, при цьому кулі мають на 22-27 % більш високу зносостійкість. При вмісті легуючих елементів, меншому за означені межі, спостерігається Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Кількість куль із Ударна в'язКоефіцієнт гартувальними 2 кість, Дж/см зносостійкості тріщинами, % 0 28 1,22 0 22 1,23 0 25 1,23 0 12 1,06 0 10 1,23 0 23 1,22 0 22,5 1,24 0 24 1,22 0 23 1,21 21 19 1,24 0 29 1,00 істотне зниження глибини загартування та (у випадку сталі № 4) зменшення ударної в'язкості та опору зношуванню. При введенні елементів вище меж, що заявлені, спостерігається суттєве зниження ударної в'язкості (сталь № 5), або кулі загартовуються на мартенситну структуру до центра, що спричиняє утворення загартувальних тріщин (сталь № 10). Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601