盧乃雙 梁 娜 況興宇

（山東鋼鐵股份有限公司）

0 引言

磨球是廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、建材和電力等行業(yè)的主要易損件，全球年消耗量在2 000萬噸以上。伴隨著礦山開采業(yè)的飛速發(fā)展，對磨球用鋼的質(zhì)量提出了較高的要求，要求其具有良好的內(nèi)部質(zhì)量及耐磨性，整體硬度的均勻性要好，并且要有良好的韌性，以降低在礦料破碎中耐磨材料的消耗。

傳統(tǒng)的磨球制造工藝為鑄造，材料主要有高碳鋼和高鉻合金鋼兩種，在使用過程中破碎率高、沖擊韌性小，球越大、磨機越大，產(chǎn)生破碎的幾率也就越大等原因，使其不能滿足礦山機械發(fā)展的需求。鍛造、軋制磨球具有生產(chǎn)效率高，所生產(chǎn)的磨球表面光滑，內(nèi)部致密、晶粒度高，球的抗跌落性和沖擊韌性較強，球的破碎率低等特點。以軋代鑄、以軋代鍛工藝成為耐磨球生產(chǎn)的主要方式，特別是隨著轉(zhuǎn)爐—連鑄特殊鋼冶煉生產(chǎn)技術(shù)的日趨成熟，耐磨球用鋼的生產(chǎn)主要采用連鑄—連軋生產(chǎn)圓棒，進而軋球的生產(chǎn)工藝。筆者論述了采用電爐短流程生產(chǎn)高碳磨球用鋼的關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品的實物質(zhì)量。

1 鋼的主要技術(shù)要求

1.1 化學成分

鋼的化學成分（熔煉分析）應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1 鋼的化學成分

1.2 低倍組織

鋼材的橫截面酸浸低倍組織試片上不得有目視可見的縮孔、氣泡、裂紋、夾雜、翻皮、白點、晶間裂紋等缺陷。酸浸低倍組織級別應(yīng)符合表2的規(guī)定。

1.3 非金屬夾雜物

鋼材應(yīng)按ASTM E45進行非金屬夾雜物檢驗，按A法評定，其合格級別應(yīng)符合表3的規(guī)定。

表2 低倍組織

表3 非金屬夾雜物

1.4 晶粒度

按ASTM E112測定鋼材的奧氏體晶粒度，合格級別6～8級。

1.5 硬度

鋼材交貨硬度為270～350 HB。

1.6 表面質(zhì)量

清除深度從鋼材的實際尺寸算起，不得超過鋼材公稱尺寸公差。清除寬度不小于深度的5倍，同一截面達到最大清除深度不應(yīng)多于1處。允許有從實際尺寸算起，不超過尺寸公差之半的個別細小劃痕、壓痕、麻點以及深度不超過0.2 mm的小裂紋存在。

鋼材端部整齊，兩端不能有毛刺和橫切裂紋。

2 工藝流程及控制要點

2.1 工藝流程

配料（熱裝40%以上鐵水）→50 t電爐→LF爐精煉＋VD真空脫氣處理→連鑄→入坑緩冷/熱送→軋制成材。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 高碳磨球鋼的內(nèi)控成分設(shè)計

高碳磨球用鋼對鋼材的強度、硬度及耐磨性具有很高的要求，根據(jù)提供的DI目標值及其計算公式設(shè)計碳、硅、錳、鉻等主要元素的內(nèi)控成分。

碳是影響鋼強度、硬度、韌性及淬透性、耐磨性的至關(guān)重要的元素。碳含量過高，熱處理后形成的高碳馬氏體硬度高，但韌性低，易形成裂紋；碳含量過低，硬度低，耐磨性不佳，由于產(chǎn)品標準要求碳含量不小于0.90%，因此碳含量內(nèi)控按下限控制。錳對鋼的硬度和沖擊韌性影響很大，并且可以顯著提高淬透性，而硬度隨錳含量的提高而上升，沖擊韌性則隨之下降。錳和鐵形成固溶體，可以提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強度，同時它又是碳化物形成元素，可以進入滲碳體中取代一部分鐵原子；錳在鋼中由于降低臨界轉(zhuǎn)變溫度，起到細化珠光體的作用，間接地起到提高珠光體鋼強度的作用，因此錳元素按中限控制。鉻是耐磨材料的基本元素，主要作用是提高鋼的淬透性，同時固溶強化基體，細化組織，顯著改善鋼的抗氧化作用，鉻與鐵形成連續(xù)固溶體，與碳形成多種化合物，鉻的復雜碳化物（Cr，F(xiàn)e）7C3對于鋼的性能有顯著的影響，特別是可以提高鋼的耐磨性。在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，因此鉻元素按中限控制。同時，為滿足晶粒度6～8級的要求，加入適量的鈦、鋁以細化晶粒，鈦：0.010%～0.040%，鋁：0.010%～0.030%。

2.2.2 高碳磨球鋼的均勻性控制

高碳合金鋼由液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變時，由于元素的偏析易形成液析，碳化物液析對鋼的耐磨性影響很大，暴露在表面時容易引起剝落，是疲勞裂紋的發(fā)源地，容易引起產(chǎn)品硬度不均勻、力學性能各向異性，增大淬火時的開裂傾向。

為了滿足鋼材硬度均勻性、低倍組織、晶粒度的要求，加強鋼的均勻性控制，VD后適當延長軟吹時間；連鑄過程采用合適的澆鑄溫度和二冷配水，確保電攪正常使用；在加熱過程中，按軸承鋼加熱制度進行加熱，達到均熱溫度后保溫時間不少于2.0 h，確保加熱均勻，防止脫碳和粘爐，控制終軋溫度900～980 ℃，壓縮比不得小于14。

2.2.3 高碳磨球鋼的潔凈度控制

為防止因非金屬夾雜物導致的磨球的過早失效，需要嚴格控制鋼材的氧含量和非金屬夾雜物。

電爐冶煉過程前期充分促進爐渣的脫碳、脫磷反應(yīng)，減少吸氮，全過程造泡沫渣操作；嚴格控制終點[C]≥0.10%，[P]≤0.015%，控制出鋼溫度在1 620～1 640 ℃之間，出鋼過程采用“增碳劑+復合脫氧劑+合成渣”的預(yù)脫氧工藝。LF精煉白渣保持時間大于20 min；取一次樣前，喂入鋁線，降低溶解氧含量，增強脫硫效果，LF出鋼前喂入Ti線。對鋼水進行真空脫氣，真空處理后軟吹，控制軟吹氬流量。連鑄全程保護澆注，采用大包長水口、整體中間包及GCr15連鑄保護渣，中包覆蓋劑與碳化稻殼配合使用，以防止鋼水二次氧化。

2.2.4 高碳磨球鋼的緩冷工藝研究

為防止高碳鋼 冷卻快/冷卻不均勻造成應(yīng)力裂紋，連鑄坯落地緩冷，入坑緩冷時間大于24 h，出坑溫度不大于250 ℃。

3 產(chǎn)品實物質(zhì)量

3.1 化學成分

高碳磨球鋼的 C、Si、Mn、P、S、Cr、Ti、Al成分主要集中范圍見表4，鋼材的化學成分控制穩(wěn)定。

表4 鋼材的化學成分

3.2 硬度

硬度的統(tǒng)計結(jié)果如圖1所示。

圖1 硬度統(tǒng)計結(jié)果

從圖1可以看出，硬度范圍為285～321 HB，控制較穩(wěn)定，符合鋼材硬度要求。

3.3 低倍組織

鋼材的低倍組織級別為一般疏松0.5級，中心疏松0.5～1級，偏析0.5級，中心偏析0～1級，無其他低倍缺陷。

3.4 非金屬夾雜物

對鋼材的非金屬夾雜物進行統(tǒng)計，A細1級，A粗0～0.5級；B細0～1.5級，B粗0～1.5級；C細0級，C粗0級；D細0～0.5級，D粗0級；鋼材的潔凈度較高。

3.5 晶粒度

對鋼材的晶粒度進行統(tǒng)計，結(jié)果如圖2所示。晶粒度級別6.5～8級，符合技術(shù)要求。

綜合以上統(tǒng)計結(jié)果可以看出，生產(chǎn)的高碳磨球鋼各項性能均能很好的滿足技術(shù)要求，且性能穩(wěn)定，潔凈度高，具有良好的綜合性能。

圖2 晶粒度統(tǒng)計結(jié)果

4 結(jié)論

（1）采用50 t電爐短流程生產(chǎn)工藝開發(fā)了高碳磨球用鋼，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定可行，生產(chǎn)的產(chǎn)品的各項性能可以滿足磨球用鋼的使用要求。

（2）生產(chǎn)的磨球用鋼具有潔凈度高、均勻性好，性能控制穩(wěn)定等優(yōu)點，綜合性能良好。