CN100348768C - 装载机铲刀刃用钢及其生产方法 - Google Patents

装载机铲刀刃用钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及装载机铲刀刃用钢及其生产方法。其解决目前被广泛使用的1E921等存在的含有Cr、Mo等元素使成本高、磨损较严重等不足。解决的技术措施:本发明的化学成分及重量百分比为:C 0.21~0.25%、Si 0.70~0.90%、Mn 1.50~1.85%、B 0.0005~0.0030%、Ti 0.01~0.08%、P ≤0.020%、S≤0.015%, 其余为Fe及不可避免的杂质。其生产方法:进行铁水预脱硫;进行转炉复吹;进行RH真空处理,并添加Ti及B;进行连铸;扣罩缓冷;在1140~1200℃条件下进行加热,其加热速度为8~10min/cm;在980~1120℃条件下进行5~9道次的粗轧,累计压下率为70~80%;在750~950℃条件下进行6~10道次精轧;终轧温度控制在750~850℃,待用。

Description

装载机铲刀刃用钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及耐磨钢领域,尤其属于装载机铲刀刃用钢及其生产方法。
背景技术
铲刀刃钢的工作环境非常恶劣,在工作时,铲刀刃铲入如矿石、沙、煤等物料时,直接与物料发生强烈摩擦和撞击,因此,为了增加铲刀刃的使用寿命,对铲刀刃用钢要求苛刻,即除要求铲刀刃钢具有足够的硬度和耐磨性外,还需要具有较高的韧性,以防止变形和断裂。同时由于铲刀刃一般是与铲斗焊接在一起的,故对铲刀刃用钢的焊接性能也提出严格要求。
目前我国铲刀刃上使用的钢种较多,除耐磨钢NM360、NM400、1E921等外,还有的厂家直接使用16Mn来替代耐磨钢。这些钢种有的耐磨性能优良,但添加合金元素较多,对焊接性能造成一定的影响,其生产成本较高;有的虽然价格较便宜,但耐磨性能较差,不能满足装载机铲刀刃板的需要。
中国专利号为1544682A的《装载机整体式耐磨铲刀刃的材料、热处理及焊接试验》,公开了铲刀刃所用材料1E921的化学成分为C 0.15~0.20%、Si 0.15~0.35%、Mn 0.95~1.30%、B 0.0005~0.003%、P≤0.035%、S≤0.04%、Cr 0.40~0.65%、Mo 0.25~0.35%。该钢虽然由于其强度高、韧性好、耐磨性及可焊性好,目前被广泛用于制作装载机铲刀刃,但也存在不足,由于其含有Cr、Mo等昂贵合金元素,使生产成本及制作成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足,提供一种制作铲刀刃即强度高、韧性好、耐磨性及焊性好,又使成本低廉的装载机铲刀刃用钢及其生产方法。
实现上述目的的措施:装载机铲刀刃用钢,其化学成分及重量百分比为:C 0.21~0.25%、Si 0.70~0.90%、Mn 1.50~1.85%、B 0.0005~0.0030%、Ti 0.01~0.08%、P≤0.020%、S≤0.015%,其余为Fe及不可避免的杂质。
其在于C的重量百分比为0.22~0.235%。
其在于Si的重量百分比为0.80~0.85%。
其在于Mn的重量百分比为1.65~1.70%。
其在于Ti的重量百分比为0.02~0.06%。
其在于Ti的重量百分比为0.04~0.05%。
其还另外加入含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%。生产装载机铲刀刃用钢的方法,其步骤:
进行铁水预脱硫,控制S≤0.002%;进行转炉复吹,控制出钢口温度在1670~1720℃范围;进行RH真空处理,并添加Ti及B;进行连铸;扣罩缓冷48小时;在1140~1200℃条件下进行加热,其加热速度为8~10min/cm;在980~1120℃条件下进行5~9道次的粗轧,每道次压下率为12~15%,累计压下率为70~80%;在750~950℃条件下进行6~10道次精轧,每道次压下率为12~15%;终轧温度控制在750~850℃,待用。
其在于在进行RH真空处理时,先加入Ti,后加入B及另外加入Ca。
各元素在本发明中的作用及机理:
C: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。但如果钢中碳含量高于0.25%,则容易造成钢材韧性下降,同时导致焊接性能差。如果钢中碳含量低于0.21%,则使硬度达不到要求,从而保证不了耐磨性。因此,为了保证其具有高的硬度、较好的韧性、优良的冷成型性和焊接性能,故将碳含量限定在0.21~0.25%。
Si: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。但当其含量过高0.90%时,将促使铸钢中柱状晶长大,降低塑性,使铸坯容易产生断裂,同时硅又能降低钢的焊接性能,因此,考虑到本钢种的特点,将含量定为0.70~0.90%。
Mn: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。但锰含量高于1.85%,会使得钢的晶粒容易粗化,也增强了钢的回火脆性敏感性,锰含量低于1.50%,钢的韧性和强度不够。因此,添加的锰含量控制在为1.50~1.85%。
B: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%。
Ti:含量为0.01~0.08%,钛与氮、氧、碳具有极强的亲和力,是一种良好的脱氧去气剂和固定氮、氧的有效元素,在含硼钢的冶炼中是必不可少的。同时钛是一种强烈的碳化物和氮化物形成元素,在钢重新加热中阻止奥氏体晶粒长大。在高温奥氏体区粗轧时TiN和TiC析出,可有效抑制奥氏体晶粒长大,另外钢板在焊接过程中,钢中的TiN和TiC粒子能显著阻止热影响区晶粒长大,从而改善钢板焊接性能。
本发明在RH真空时加入复合包芯线,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。
P:P在钢中具有容易造成偏析,增加回火脆性显著降低钢的塑性和韧性,致使钢在冷加工时容易形成脆断,即所谓的“冷脆”现象;磷对焊接性能也不利,因此控制P≤0.020%。
S:S在钢中也容易造成偏析,恶化钢的质量,其生成的FeS熔点较低,在高温下容易造成“热脆”。硫含量较高时,对焊接性能不利。因此控制S≤0.015%。
本发明与现有技术相比,其优点在于:1、合金成分简单,基本上不没有贵重合金元素加入;2、具有优良的强度、韧性、焊接性和淬透性,能满足铲刀刃要求和使用要求;3、虽然与1E921钢采用相同的工艺热处理,但表面硬度高于1E921钢,通过试验表明,磨损比:22SiMn2:1E921=0.965;4、其焊接性能较好,可在不预热时在调质状态下焊接;焊接接头强度高于16Mn,接近母材;5、生产成本能下降约20%。
具体实施方式
实施例1
生产20mm厚的装载机铲刀刃用钢,其化学成分及重量百分比为:C 0.21%、Si 0.85%、Mn 1.80%、B 0.0030%、Ti 0.06%、P 0.015%、S 0.008%,其余为Fe及不可避免的杂质。
其生产方法:
1、进行铁水预脱硫,控制S≤0.002%;
2、进行转炉复吹,控制出钢口温度在1710±10℃;
3、进行RH真空处理,并且先添加Ti,再加入B,使其含量达到Ti 0.06%,B 0.0030%;
4、进行连铸;
5、扣罩缓冷48小时;
6、在1170±10℃条件下进行加热,其加热速度为9min/cm;
7、在980~1120℃条件下进行9道次的粗轧,每道次压下率为14%,累计压下率为75%;
8、在760~950℃条件下进行10道次精轧,道次压下率在12~15%的范围之内;
9、终轧温度控制在760±10℃,待用。
经用户将板坯加工成铲刀刃形状后,进行热处理;淬火,其加热温度为920±10℃;保温,其保温时间为2.0min/mm;以≥20℃/s的冷却速度将钢板用水冷却至Ms转变点以下;低温回火:加热温度为200±10℃,保温时间为3.0min/mm,空冷至室温,从而制得20mm厚的合格铲刀刃。
实施例2
生产25mm厚的装载机铲刀刃用钢,其化学成分及重量百分比为:C 0.22%、Si 0.86%、Mn 1.78%、B 0.0020%、Ti 0.05%、P 0.012%、S 0.010%,其余为Fe及不可避免的杂质。
其生产方法:
1、进行铁水预脱硫,控制S≤0.002%;
2、进行转炉复吹,控制出钢口温度在1690±10℃;
3、进行RH真空处理,并且先添加Ti,再加入B,使其含量达到Ti 0.05%,B 0.0020%;
4、进行连铸;
5、扣罩缓冷48小时;
6、在1170±10℃条件下进行加热,其加热速度为9min/cm;
7、在980~1120℃条件下进行9道次的粗轧,每道次压下率为14%,累计压下率为75%;
8、在780~950℃条件下进行9道次精轧,道次压下率在12~15%的范围之内;
9、终轧温度控制在780±10℃,待用。
经用户将板坯加工成铲刀刃形状后,进行热处理;淬火,其加热温度为920±10℃;保温,其保温时间为2.0min/mm;以≥20℃/s的冷却速度将钢板用水冷却至Ms转变点以下;低温回火:加热温度为200±10℃,保温时间为3.0min/mm,空冷至室温,从而制得25mm厚的合格铲刀刃。
实施例3
生产30mm厚的装载机铲刀刃用钢,其化学成分及重量百分比为:C 0.23%、Si 0.80%、Mn 1.65%、B 0.0020%、Ti 0.04%、P 0.015%、S 0.008%,其余为Fe及不可避免的杂质。
其生产方法:
1、进行铁水预脱硫,控制S≤0.002%;
2、进行转炉复吹,控制出钢口温度在1700±10℃;
3、进行RH真空处理,并且先添加Ti,再加入B,使其含量达到Ti 0.04%,B 0.0020%;
4、进行连铸;
5、扣罩缓冷48小时;
6、在1165±10℃条件下进行加热,其加热速度为9min/cm;
7、在980~1120℃条件下进行7道次的粗轧,每道次压下率为14%,累计压下率为76%;
8、在800~950℃条件下进行8道次精轧,道次压下率在12~15%的范围之内;
9、终轧温度控制在800±10℃,待用。
经用户将板坯加工成铲刀刃形状后,进行热处理;淬火,其加热温度为920±10℃;保温,其保温时间为2.0min/mm;以≥20℃/s的冷却速度将钢板用水冷却至Ms转变点以下;低温回火:加热温度为200±10℃,保温时间为3.0min/mm,空冷至室温,从而制得30mm厚的合格铲刀刃。
实施例4
生产35mm厚的装载机铲刀刃用钢,其化学成分及重量百分比为:C 0.24%、Si0.78%、Mn 1.62%、B 0.0015%、Ti 0.04%、P 0.014%、S 0.007%,其余为Fe及不可避免的杂质。
其生产方法:
1、进行铁水预脱硫,控制S≤0.002%;
2、进行转炉复吹,控制出钢口温度在1700±10℃;
3、进行RH真空处理,并且先添加Ti,再加入B,使其含量达到Ti 0.04%,B 0.0015%;
4、进行连铸;
5、扣罩缓冷48小时;
6、在1160±10℃条件下进行加热,其加热速度为9min/cm;
7、在980~1120℃条件下进行6道次的粗轧,每道次压下率为14%,累计压下率为78%;
8、在820~950℃条件下进行8道次精轧,道次压下率在12~15%的范围之内;
9、终轧温度控制在820±10℃,待用。
经用户将板坯加工成铲刀刃形状后,进行热处理;淬火,其加热温度为920±10℃;保温,其保温时间为2.0min/mm;以≥20℃/s的冷却速度将钢板用水冷却至Ms转变点以下;低温回火:加热温度为200±10℃,保温时间为3.0min/mm,空冷至室温,从而制得35mm厚的合格铲刀刃。
实施例5
生产40mm厚的装载机铲刀刃用钢,其化学成分及重量百分比为:C 0.25%、Si 0.73%、Mn 1.58%、B 0.0010%、Ti 0.03%、P 0.013%、S 0.006%,其余为Fe及不可避免的杂质。
其生产方法:
1、进行铁水预脱硫,控制S≤0.002%;
2、进行转炉复吹,控制出钢口温度在1690±10℃;
3、进行RH真空处理,并且先添加Ti,再加入B,使其含量达到Ti 0.03%,B 0.0010%;
4、进行连铸;
5、扣罩缓冷48小时;
6、在1150±10℃条件下进行加热,其加热速度为9min/cm;
7、在980~1120℃条件下进行6道次的粗轧,每道次压下率为14%,累计压下率为78%;
8、在840~950℃条件下进行6道次精轧,道次压下率在12~15%的范围之内;
9、终轧温度控制在840±10℃,待用。
经用户将板坯加工成铲刀刃形状后,进行热处理;淬火,其加热温度为920±10℃;保温,其保温时间为2.0min/mm;以≥20℃/s的冷却速度将钢板用水冷却至Ms转变点以下;低温回火:加热温度为200±10℃,保温时间为3.0min/mm,空冷至室温,从而制得40mm厚的合格铲刀刃。
实施结果见下列表1及表2。
表1本发明钢的拉力及硬度试验结果
  钢号    规格/mm     ReL/MPa     Rm/MPa     A5/%     Z/%     HRC
  1    20     1280     1420     11.0     49.5     47.0
  2    25     1390     1550     13.0     51.0     46.0
  3    30     1280     1440     11.0     50.0     43.5
  4    35     1340     1470     9.5     38.5     43.5
  5    40     1310     1440     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
  钢号   常温AKv(J)   0℃AKv(J)   -20℃AKv(J)   -40℃AKv(J)   -60℃AKv(J)
  1   44   44   45   39   41   39   39   36   35   30   24   30   20   20   18
  2   35   32   36   29   33   33   34   30   30   28   30   34   18   20   24
  3   39   41   38   39   35   36   30   34   31   30   29   30   26   28   27
  4   41   42   41   35   33   35   36   32   34   30   24   30   27   28   26
  5   39   35   35   36   36   37   30   34   34   31   32   30   16   24   30

Claims (9)

1、装载机铲刀刃用钢,其化学成分及重量百分比为:C 0.21~0.25%、Si 0.70~0.90%、Mn 1.50~1.85%、B 0.0005~0.0030%、Ti 0.01~0.08%、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所述的装载机铲刀刃用钢,其特征在于C的重量百分比为0.22~0.235%。
3、根据权利要求1所述的装载机铲刀刃用钢,其特征在于Si的重量百分比为0.80~0.85%。
4、根据权利要求1所述的装载机铲刀刃用钢,其特征在于Mn的重量百分比为1.65~1.70%。
5、根据权利要求1所述的装载机铲刀刃用钢,其特征在于Ti的重量百分比为0.02~0.06%。
6、根据权利要求1所述的装载机铲刀刃用钢,其特征在于Ti的重量百分比为0.04~0.05%。
7、根据权利要求1所述的装载机铲刀刃用钢,其特征在于还另外加入含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所述的装载机铲刀刃用钢的方法,其步骤:
进行铁水预脱硫,控制S≤0.002%;进行转炉复吹,控制出钢温度在1670~1720℃范围;
进行RH真空处理,并添加Ti及B;进行连铸;扣罩缓冷48小时;在1140~1200℃条件下进行加热,其加热速度为8~10min/cm;在980~1120℃条件下进行5~9道次的粗轧,每道次压下率为12~15%,累计压下率为70~80%;在750~950℃条件下进行6~10道次精轧,每道次压下率为12~15%;终轧温度控制在750~850℃,待用。
9、根据权利要求8所述的装载机铲刀刃用钢的方法,其特征在于在进行RH真空处理时,先加入Ti,后加入B及另外加入Ca。
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