Освоение производства мелющих шаров пятой группы твердости в условиях АО "евраз-нтмк" Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

В.Ю.Рубцов

АО «ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат»

О.И. Шевченко

«Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Нижнетагильский технологический институт (филиал)

ОСВОЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА МЕЛЮЩИХ ШАРОВ ПЯТОЙ ГРУППЫ ТВЕРДОСТИ В УСЛОВИЯХ АО «ЕВРАЗ-НТМК»

Аннотация: Представлены результаты опытной прокатки и термообработки мелющих шаров 0120 мм с получением пятой группы твердости, согласно заявленным эксплуатационным требованиям вновь построенного шаропрокатного стана. Результаты показывают возможность изготовления шаров пятой группы в условиях АО «ЕВРАЗ-НТМК».

Ключевые слова: мелющий шар, группа твердости, объемная прокаливаемость, закалка, отпуск.

В последние годы на рынке мелющих шаров появилось значительное количество компаний, предлагающих шары пятой группы твердости, но в большинстве случаев это шары диаметром до 50 мм. Производители шаров пятой группы твердости, диаметром более 100 мм, на мировом рынке полностью отсутствуют. Данная группа твердости характеризуется объемной прокаливаемостью (табл. 1) [1].

Таблица 1

Твердость шаров после термообработки_

Условный диаметр шара, мм Группа твердости

1 2 3 4 5

Твердость ИЯС не менее

На поверхности На глубине 0,5 радиуса шара На поверхности Объемная

от 15 до 45 45 49 55 55 45 61 57

от 50 до 70 43 48 53 53 43 60 53

от 80 до 100 39 42 52 52 40 58 48

от 110 до 120 35 38 50 50 35 56 43

В свою очередь шары больших диаметров (90, 100, 120 мм) являются наиболее популярными у потребителей и составляют в массовом эквиваленте большую часть заказов. Например, за 2017 год АО «ЕВРАЗ-НТМК» реализовало 90 тыс.т. шаров 0120 мм, 12 тыс.т. шаров 0100 мм, 18 тыс.т. шаров 090 мм, 24 тыс.т. шаров 080 мм и 18 тыс.т. шаров 060 мм. Таким образом, шар 0120 мм составляет 55% в объеме всех заказов, поэтому улучшение его качества является основной коммерческой задачей шаропрокатного производства в настоящее время.

Для реализации данной программы в 2017-2018 годах был построен новый шаропро-катный стан на площадке рельсобалочного цеха, рекомендована марка стали 75ХГФН на основе марки 70ХГФА [2], используемая для шаров пятой группы твердости, также создан комплекс термообработки шаров, включающий зону выравнивания температур, закалочное устройство, печь отпуска и устройство охлаждения готового изделия. По заявленным данным режимы работы комплекса устройств позволят получить шары пятой группы твердости, отвечающие необходимым требованиям, при этом отпуск в печи с температурой рабочего пространства до 250°С обеспечит выравнивание температуры после закалки и повысит ударную вязкость, что увеличит прочность готовой продукции и исключит брак по хрупкому разрушению шаров. После пробной прокатки шара 0120 мм, в феврале 2018 года, были проведены исследования по возможности получения пятой группы твердости. Исследования проведены на двух марках стали. Часть изделий закалена вне комплекса (вручную), с после-

дующим прохождением печи отпуска, другая часть прошла полностью комплекс ботки на вновь вводимом оборудовании (табл. 2).

Параметры термообработки опытных образцов

термообра-Таблица 2

Параметр Н омер опытного режима

№1 №2 №3 №4

Марка стали Ш-3Р 75ХГФН Ш-3Р 75ХГФН

Условия закалки вне комплекса в барабане вне комплекса в барабане

Температура шара перед закалкой, °С 840 830 910 920

Температура воды, °С 30 30 14 16

Время закалки, мин. 3 3 10 10

Температура отпуска, °С 170 170 160 170

Время отпуска, час. 3 3 3 3

Для исследования шаров, перпендикулярно технологическому пояску вырезался тем-плет. Измерения твердости проводились на твердомере ТР 150Р. Твердость на поверхности шара Тпов определяли на двух диаметрально-противоположных зачищенных площадках. Твердость по сечению шара определяли на двух взаимно-перпендикулярных прямых на расстоянии четверти радиуса Т^^, половины радиуса Т^^, три четверти радиуса Тз^ и в

центре шара Тц . Минимальное и максимальное значение не учитывали, твердость определяли как среднее арифметическое двух оставшихся значений измерений. Объемная твердость определялась по формуле:

ОТ = 0,289 ТПОВ + 0,436 Т1/4К + 0,203 Т1/ж + 0,0063 Т3/4К + 0,0009 Тц. (1)

Макроструктура выявлялась методом глубокого горячего травления в пятидесятипроцентном водном растворе соляной кислоты. Результаты дюрометрического анализа для шаров 0120 мм с термической обработкой по различным режимам приведены в табл. 3.

Таблица 3

Номер опытного режима Твердость, ИЯС

ТПОВ Т1/4Я Т1/2Я Т3/4Я ТЦ ОТ

1 54,5 39,25 38 38,75 41 40,85

2 55 51,75 52,25 51,75 53 54,61

3 58 53,25 40 42,25 42,25 51,14

4 55,75 54,25 54,75 55,5 55,0 54,85

Требования ГОСТ 7524-2015 56 43

После термической обработки по режимам №2 и №4 на поверхности шаров и на макрошлифах выявлены трещины, распространяющиеся вглубь металла на глубину до 45-50 мм (рис. 1.е, 1.б, и 1.в), трещины извилистые с широко раскрытыми краями, наиболее выражены на режиме №4 (рис 1.д).

Согласно результатам табл. 3, критерию объемной твердости удовлетворяют все режимы, за исключением №1, что свидетельствует о хорошей прокаливаемости стали марок 75ХГФН и Ш-3Р, достаточной для получения мелющих шаров пятой группы твердости при 0120 мм. Критерию поверхностной твердости полностью удовлетворяет только режим №3 (сталь Ш-3Р). Кроме того, мелющие шары из стали 75ХГФН имеют множество трещин, что

обуславливает повышенные требования к точности соблюдения температурно-временных параметров и усложняет режим термической обработки в целом.

Рис. 1. Макроструктура мелющих шаров, с различной термической обработкой: а, б, г, е - макроструктура шаров с термообработкой по режимам №1-4 соответственно; б, д - вид поверхности шаров с термообработкой по режимам №2 и №4

На настоящем этапе оптимальным вариантом является использование стали Ш-3Р, которая является менее требовательной к жесткому соблюдению параметров термообработки, а также имеет достаточную прокаливаемость и более низкую стоимость. Таким образом, настоящие исследования подтверждают возможность изготовления мелющих шаров пятой группы твердости диаметром до 120 мм на вновь вводимом оборудовании АО «ЕВРАЗ-НТМК».

Библиографический список

1. ГОСТ 7524-2015 Шары мелющие стальные для шаровых мельниц.

2. ГОСТ 1071-81 Проволока стальная пружинная.

•- INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH

V.Y.Rubtsov

EVRAZ Nizhny Tagil Metallurgical Plant

O.I.Shevchenko

Federal University named after first President of Russia B.N.Yeltsin

Nizhny Tagil technological Institute (branch)

GRINDING STEEL BALLS 5 GROUP PRODUCTION IN THE CONDITIONS

OF JSC «EVRAZ-NTMK»

Abstract. The results of experimental rolling and heat treatment of grinding steel balls 0120 mm are presented with the production of the 5 group of hardness, in accordance with the declared operational requirements of the newly constructed ball rolling mill. The results show the possibility of making balls of Group 5 in the conditions of JSC EVRAZ-NTMK.

Keywords: grinding steel ball, hardness group, bulk hardenability, hardening, tempering.