CN101497965A - 一种装载机和挖掘机铲刀刃用钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及装载机和挖掘机铲刀刃用钢及其生产方法。其解决目前存在的铲刀刃钢性价比差等问题。措施：一种装载机和挖掘机铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.25～0.35％、Si 1.00～2.00％、Mn 0.30～1.00％、Cr 0.30～0.50％、Mo 0.05～0.25％、B 0.0005～0.0050％、P≤0.020％、S≤0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质；方法：采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流程保护浇注成板坯；铸坯缓冷40～50小时；板坯加热至1150～1300℃并充分奥氏体化；初轧，其开轧温度在1150～1200℃、每道次压下率在15～30％；精轧，其开轧温度在920～960℃、终轧温度在800～900℃、最后三道次累计压下率35～55％；进行热处理。

Description

一种装载机和挖掘机铲刀刃用钢及其生产方法

技术领域

本发明属于耐磨钢领域，具体涉及到一种装载机和挖掘机铲刀刃用钢及其生产方法。

背景技术

铲刀刃用钢主要用于装载机和挖掘机的关键部位——铲斗的制造，其性能直接决定着铲斗的使用寿命，是工程机械车辆行业最重要的钢种之一。铲刀刃钢的工作环境非常恶劣，对铲刀刃钢的性能提出严格的要求：铲刀刃铲入物料如矿石、沙、煤等时，直接与物料发生强烈摩擦和撞击，除要求铲刀刃钢具有足够的硬度和耐磨性，以抵挡磨损，还需要钢板具有较高的韧性，以防止钢板变形和断裂；同时由于铲刀刃板一般是焊接在铲斗上使用，对铲刀刃用钢的焊接性能有着严格的要求。

目前铲刀刃上使用的钢种较多，除耐磨钢NM360、NM400系列和1E0921系列外，还有的厂家直接使用Q345或16Mn等普通钢。近年来由于工程机械车辆行业竞争日益激烈，各厂家均对铲刀刃用钢性价比提出了严格的要求：既要求铲刀刃用钢性能良好，以保证铲斗具有较长的使用寿命；又要求铲刀刃钢价格不能太高，以降低企业的生产成本。在这种情况下，Q345和16Mn等普通钢由于耐磨性能太差，已基本被淘汰。NM360系列和1E0921系列钢由于添加了大量Ni、Mo等贵重合金元素，使制造成本增加。

发明内容

本发明的目的在于克服目前铲刀刃钢性价比差的问题，提供一种强度高、韧性好、耐磨性及焊接性好且成本较低的装载机和挖掘机铲刀刃用钢及其生产方法。

实现上述目的的措施：

一种装载机和挖掘机铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.25～0.35％、Si1.00～2.00％、Mn 0.30～1.00％、Cr 0.30～0.50％、Mo 0.05～0.25％、B 0.0005～0.0050％、P≤0.020％、S≤0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质。

其在于C重量百分比为0.28～0.33％。

其在于Si重量百分比为1.50～2.00％。

其在于Mn重量百分比为0.30～0.70％。

其在于Cr重量百分比为0.40～0.47％。

其在于Mo重量百分比为0.10～0.20％。

其在于还加入含Ca的复合包芯线，并控制钢水中Ca的重量百分比为0.001～0.005％。

生产装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤：

1)采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流程保护浇注成板坯；

2)将铸坯缓冷40～50小时；

3)将板坯加热至1150～1300℃并充分奥氏体化；

4)进行初轧，其开轧温度控制在1150～1200℃、每道次压下率控制在15～30％；

5)进行精轧，其开轧温度控制在920～960℃、终轧温度控制在800～900℃、最后三道次累计压下率35～55％；

6)进行热处理：淬火温度控制在910～950℃、保温，其保温时间为2.0～4.0分钟/毫米；以15～30℃/s的冷却速度将钢板用水冷却至马氏体转变点Ms以下；低温回火：加热温度控制在330～370℃，保温时间为3.0～6.0分钟/毫米；空冷至室温。

本发明各元素的作用及机理：

本发明碳元素含量为0.25～0.35％：碳是钢中不可缺少的提高钢材强度和硬度的元素之一，本钢种需要非常好的硬度来保证钢板的耐磨性，因此，较高的碳含量是必不可少的。但钢中碳含量太高容易造成钢材韧性下降，并导致钢材焊接性能差。实践证明，碳含量保持在0.30％左右，可使得钢保持一个较高的硬度，且可焊区较大。因此，为了保证钢板具有高的硬度、较好的韧性、优良的冷成型性和焊接性能，将碳含量限定在0.25～0.35％。

本发明硅元素含量为1.00～2.00％：硅能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，硅可使C曲线右移，提高钢的淬透性。本钢种强度和硬度要求较高，必须添加较高的硅元素来保证。

本发明锰元素含量为0.30～1.00％：锰能与铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度；锰同时能很好的稳定奥氏体组织，进一步增强钢的淬透性；锰还可使钢在受到冲击而产生变形时，使钢材表面层得到强化而具有高的耐磨性；锰与硫形成熔点较高的MnS，可有效防止FeS的产生所导致的热脆现象。但锰含量太高会使得钢的晶粒容易粗化，也增强了钢的回火脆性敏感性。因此，添加的锰含量控制在为0.30～1.00％。

本发明硼含量为0.0005％～0.0030％：加入B的目的主要是增加钢的淬透性，从而省去其他较稀有贵重的金属。硼是增强钢淬透性最有效的元素之一，但主要靠有效硼(即存在晶体间隙，而不与其他元素化合的硼)来实现，大量资料显示，当有效硼含量不高于0.0030％时，其所起的淬透性效果最好，过多的硼会降低淬透性。因此，本发明B含量定为0.0005～0.0030％。

本发明铬含量为0.30～0.50％，钼含量为≤0.25％：铬能显著增加钢的淬透性并有二次硬化作用，提高钢的硬度而不使钢变脆。钼能够有效地延长珠光体转变的孕育期，使铁素体和珠光体区域右移，但对贝氏体的相变影响很小。因此使得本发明钢经奥氏体化后在连续快速冷却时，可以获得贝氏体组织，保证钢获得较好的强度，同时钼在钢中能提高热强性，防止回火脆性，但由于钼元素价格太高，故添加量不能太多。

本发明要求P≤0.020％和S≤0.015％：磷在钢中具有容易造成偏析、恶化焊接性能、显著降低钢的低温冲击韧性、提高脆性转变温度等不利影响。硫易与锰结合生成MnS夹杂，硫还影响钢的低温冲击韧性。因此，本发明应尽量减少磷、硫元素对钢性能的不利影响，通过对铁水进行深脱硫预处理、真空处理等手段，控制磷、硫含量，从而减轻其不利影响。

本发明在RH真空时加入硅钙线，主要是对夹杂物进行变性处理，使得原先条状夹杂呈球状弥散分布，从而改善铸坯的中心偏析，提高钢板力学性能，减小钢板纵横向力学性能差异，改善钢板的各项异性。

本发明与现有技术相比，其优点在于：1、合金成分简单，除加入少量Mo元素外，其他贵重合金元素加入较少，同时生产工艺简单，成材率和性能合格率高，使得生产成本较低，具有良好的经济效益和社会效益；2、力学性能优良，强度、硬度高，具有一定的韧性，淬透性良好，且耐磨性良好，完全满足用户使用要求；3、焊接性能较好，调质状态钢板可在不预热条件下焊接，焊接接头性能较好，完全满足产品焊接使用要求。

具体实施方式

实施例1

生产15mm厚的装载机铲刀刃用钢，其化学成分重量百分比为：C 0.35％、Si 1.00％、Mn 1.00％、Cr 0.50％、Mo 0.25％、B 0.0005％、P 0.015％、S 0.008％，其余为Fe及不可避免的杂质。

其生产方法：

1、采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流程采用氮气保护浇注成板坯；

2、将铸坯缓冷40小时；

3、将板坯加热至1150℃并充分奥氏体化；

4、进行初轧，其开轧温度1150℃、每道次压下率控制在15％；

5、进行精轧，其开轧温度控制在920℃、终轧温度控制在800℃、最后三道次累计压下率35％；

6、进行热处理：淬火温度910℃、保温时间为2.0分钟/毫米；以15℃/秒的冷却速度将钢板用水冷却至马氏体转变点Ms以下；低温回火：加热温度330℃，保温时间为3.0分钟/毫米；空冷至室温，制得15mm厚的合格铲刀刃。

实施例2

生产20mm厚的装载机铲刀刃用钢，其化学成分重量百分比为：C 0.33％、Si 1.50％、Mn 0.70％、Cr 0.47％、Mo 0.20％、B 0.003％、P 0.012％、S 0.007％，其余为Fe及不可避免的杂质。

生产装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤：

1)采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，真空处理结束后加入含有Ca的复合包芯线，使Ca重量百分比达到0.001％，全流程采用氩气保护浇注成板坯；

2)将铸坯缓冷45小时；

3)将板坯加热至1180℃并充分奥氏体化；

4)进行初轧，其开轧温度控制在1160℃、每道次压下率控制在19％；

5)进行精轧，其开轧温度控制在935℃、终轧温度控制在830℃、最后三道次累计压下率40％；

6)进行热处理：淬火温度控制在915℃、保温时间为2.5分钟/毫米；以20℃/秒的冷却速度将钢板用水冷却至马氏体转变点Ms以下；低温回火：加热温度345℃，保温时间为4.0分钟/毫米；空冷至室温，制得20mm厚的合格铲刀刃。

实施例3

生产30mm厚的装载机铲刀刃用钢，其化学成分重量百分比为：C 0.28％、Si 2.00％、Mn 0.45％、B 0.005％、Cr 0.42％、Mo 0.15％、P 0.01％、S 0.006％，其余为Fe及不可避免的杂质。

生产装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤：

1)采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，真空处理结束后加入含有Ca的复合包芯线，使Ca重量百分比达到0.005％，全流程采用氮气保护浇注成板坯；

2)将铸坯缓冷50小时；

3)将板坯加热至1250℃并充分奥氏体化；

4)进行初轧，其开轧温度控制在1175℃、每道次压下率控制在23％；

5)进行精轧，其开轧温度控制在945℃、终轧温度控制在860℃、最后三道次累计压下率48％；

6)进行热处理：淬火温度控制在935℃、保温时间为3.2分钟/毫米；以26℃/秒的冷却速度将钢板用水冷却至马氏体转变点Ms以下；低温回火：加热温度控制在350℃，保温时间为5.0分钟/毫米；空冷至室温。

实施例4

生产40mm厚的装载机铲刀刃用钢，其化学成分重量百分比为：C 0.25％、Si 1.50％、Mn 0.60％、B 0.0030％、Cr 0.35％、Mo 0.10％、P 0.015％、S 0.008％，其余为Fe及不可避免的杂质。

生产装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤：

1)采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流程采用氮气保护浇注成板坯；

2)将铸坯缓冷43小时；

3)将板坯加热至1280℃并充分奥氏体化；

4)进行初轧，其开轧温度控制在1200℃、每道次压下率控制在26％；

5)进行精轧，其开轧温度控制在955℃、终轧温度控制在900℃、最后三道次累计压下率55％；

6)进行热处理：淬火温度控制在941℃、保温，其保温时间为3.5分钟/毫米；以30℃/秒的冷却速度将钢板用水冷却至马氏体转变点Ms以下；低温回火：加热温度控制在360℃，保温时间为5.0分钟/毫米；空冷至室温。

实施例5

生产50mm厚的装载机铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.30％、Si 1.30％、Mn 0.30％、B 0.0009％、Cr 0.30％、Mo 0.05％、P 0.01％、S 0.005％，其余为Fe及不可避免的杂质。

生产装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤：

1)采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流程保护浇注成板坯；

2)将铸坯缓冷46小时；

3)将板坯加热至1300℃并充分奥氏体化；

4)进行初轧，其开轧温度控制在1175℃、每道次压下率控制在30％；

5)进行精轧，其开轧温度控制在920～960℃、终轧温度控制在800～900℃、最后三道次累计压下率35～55％；

6)进行热处理：淬火温度控制在960℃、保温，其保温时间为4.0分钟/毫米；以23℃/秒的冷却速度将钢板用水冷却至马氏体转变点Ms以下；低温回火：加热温度控制在370℃，保温时间为6.0分钟/毫米；空冷至室温。

试验结果见下列表1及表2

表1  本发明钢的拉力及硬度试验结果

 

编号	规格/mm	ReL/MPa	Rm/MPa	A5/％	Z/％	HRC
							1	15	1400	1630	11.0	-	47.9
2	20	1400	1620	13.0	51.0	46.1
							3	30	1320	1660	11.0	50.0	48.6
4	40	1340	1670	9.5	38.5	48.3
							5	50	1360	1650	8.5	47.0	45.5

表2  本发明钢在不同温度下冲击韧性试验结果

Claims (8)

1、一种装载机和挖掘机铲刀刃用钢，其化学成分及重量百分比为：C 0.25～0.35％、Si1.00～2.00％、Mn 0.30～1.00％、Cr 0.30～0.50％、Mo 0.05～0.25％、B 0.0005～0.0050％、P≤0.020％、S≤0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质。

2、根据权利要求1所述的铲刀刃用钢，其特征在于C重量百分比为0.28～0.33％。

3、根据权利要求1所述的铲刀刃用钢，其特征在于Si重量百分比为1.50～2.00％。

4、根据权利要求1所述的铲刀刃用钢，其特征在于Mn重量百分比为0.30～0.70％。

5、根据权利要求1所述的铲刀刃用钢，其特征在于Cr重量百分比为0.40～0.47％。

6、根据权利要求1所述的铲刀刃用钢，其特征在于Mo重量百分比为0.10～0.20％。

7、根据权利要求1所述的装载机铲刀刃用钢，其特征在于还加入含Ca的复合包芯线，并控制钢水中Ca的重量百分比为0.001～0.005％。

8、生产权利要求1所述的装载机和挖掘机铲刀刃用钢的方法，其步骤：

1)采用铁水脱硫，转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，全流程保护浇注成板坯；

2)将铸坯缓冷40～50小时；

3)将板坯加热至1150～1300℃并充分奥氏体化；

4)进行初轧，其开轧温度控制在1150～1200℃、每道次压下率控制在15～30％；

5)进行精轧，其开轧温度控制在920～960℃、终轧温度控制在800～900℃、最后三道次累计压下率35～55％；

6)进行热处理：淬火温度控制在910～950℃、保温，其保温时间为2.0～4.0分钟/毫米；以15～30℃/s的冷却速度将钢板用水冷却至马氏体转变点Ms以下；低温回火：加热温度控制在330～370℃，保温时间为3.0～6.0分钟/毫米；空冷至室温。