CN102605259B - 刹车毂用低合金铸钢材料及热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种油田设备刹车毂部件新材料和新工艺，即钻机、修井机、捞油车中刹车毂用低合金铸钢材料及热处理方法。其各化学成分及质量百分比为：C 0.2-0.29，Si 0.2-0.4，Mn 0.4-0.7，Cr 0.8-1.1，Mo 0.4-0.55 P≤0.04，S≤0.03，Cu≤0.03。其热处理方法为粗车后调质处理：回火温度550℃，机加结束后，最终热处理回火温度350℃，经反复多次试验，合理选择化学成分元素和用量，提高了刹车毂零件的耐磨性和抗龟裂性，零件寿命延长近2倍；合理选择铸造、机加及热处理工艺，提高材料使用性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种油田设备刹车毂部件新材料和新工艺，即钻机、修井机、捞油车中刹车毂用低合金铸钢材料及热处理方法。
背景技术
在现有技术中，石油钻机、修井机和捞油车刹车毂的失效形式主要是磨损和龟裂。修井机和捞油车的刹车毂是按照机械工业出版社出版的《热处理手册》第三版、第二册、第16章中16.2.1相关内容来选材和热处理的。该章节推荐了钻机刹车毂所用材料及其热处理。材料分别为：ZG18CrMnMo，ZG40CrMo和ZG35CrMo.热处理工艺是调质处理，机加成形后再进行表面淬火，见所附表格：表16-11和表16-12。
《热处理手册》表16-11刹车毂用钢及技术要求
《热处理手册》表16-12刹车毂的热处理规范
采用三种材料及其推荐的热处理工艺，我们发现：ZG18CrMnMo抗龟裂性较好，但耐磨性不理想，ZG40CrMo和ZG35CrMo耐磨性较好，但抗龟裂性不好。另外，手册上三种材料在表面淬火后进行回火时，回火温度采用200℃，而刹车毂零件实际工作状态下，表面温度常常在350℃左右，故此，表面淬火后，原刹车毂的回火温度偏低。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足而提供一种通过对刹车毂用材料进行适宜的热处理技术，可提高刹车毂零件的耐磨性和抗龟裂性的刹车毂用低合金铸钢材料及热处理方法。
本发明的技术解决方案是：刹车毂用低合金铸钢材料，其各化学成分及质量百分比为：C 0.2-0.29，Si 0.2-0.4，Mn 0.4-0.7，Cr 0.8-1.1Mo 0.4-0.55P≤0.04，S≤0.03，Cu≤0.03，余量为Fe。
刹车毂用低合金铸钢材料热处理方法，其特征在于：
(1)、铸件经粗车后调质处理：
加热温度：890±10℃，
保温时间：60min，
冷却介质：热处理淬火油，
回火温度：550±10℃。此温度下形成较细的回火索氏体，有利于提高材料基体的综合机械性能。
保温时间120min；
(2)、机加结束后，最终热处理：
加热温度：910±10℃，
冷却介质：水，
回火温度：350±10℃。此温度下形成的钡氏体，有利于提高材料的耐磨性和抗硅裂性。
保温时间120min。
本发明属于铸造低合金钢材料。
C是钢中最基本的合金元素，它对钢的淬硬性和淬透性起着极其重要的作用。含量过低，零件的硬度较低，耐磨性不好。含量较高，则易形成网状碳化物，产生龟裂现象。经反复多次，长时间的现场试验，其含量应控制在0.2-0.29％效果最佳。
Si和Mn是钢中常用元素。Si、Mn在合金钢中通常在0.17-0.37％，实际应用可控制在0.2-0.4％之间。
P和S是二种有害元素，通常要求≤0.04％。因为S有热脆性，应控制在≤0.03％之内。
Cu：加入≤0.03的Cu，除了可以提高钢的淬透性外，更主要的是提高了零件屈服强度和塑性，从而提高了零件的抗龟裂性能。
Cr：Cr是碳化物形成元素，可以提高钢的淬透性，细化晶粒，提高零件的强度。其含量应控制在0.8-1.1％范围。
Mo：Mo是强碳化物形成元素，除了可以提高钢的淬透性，细化晶粒，提高零件的强度外，它可以抑制钢的第二类回火脆性。通过试验发现，Mo的含量如果按标准ZG20CrMo含量选择，抗龟裂性效果并不太好，而含量在0.4-0.55％时，效果则非常好。
本发明的优点是：1、本发明是针对钻机、修井机和采油车刹车毂寿命短而更换又非常麻烦的情况而进行的改进。经反复多次试验，合理选择化学成分元素和用量，提高了刹车毂零件的耐磨性和抗龟裂性，零件寿命延长近2倍；添加了Cu，提高了零件屈服强度和塑性，从而提高了零件的抗龟裂性能。2、合理选择铸造、机加及热处理工艺，提高材料使用性能；表面淬火后，刹车毂的回火温度应采用350℃为宜，使回火温度与实际工况一致，这样避免了采用200℃回火，零件有产生淬火裂纹的倾向，而实际使用时，硬度将会下降的现象。
下面将结合实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。
具体实施方式
实施例1
钻机、修井机、捞油车中刹车毂用低合金铸钢材料，其化学成分质量百分比为：C 0.2，Si 0.22，Mn 0.43，P 0.038，S 0.029，Cu 0.025，Cr 0.85，Mo 0.42。
实施例2
钻机、修井机、捞油车中刹车毂用低合金铸钢材料，其化学成分质量百分比为：C 0.25，Si 0.31，Mn 0.58，P 0.04，S 0.03，Cu 0.027，Cr 0.98，Mo 0.51。
实施例3
钻机、修井机、捞油车中刹车毂用低合金铸钢材料，其化学成分质量百分比为：C 0.28，Si 0.39，Mn 0.67，P 0.038，S 0.03，Cu 0.028，Cr 1.0，Mo 0.54。
实施例4
钻机、修井机、捞油车中刹车毂用低合金铸钢材料热处理工艺：
(1)铸件经粗车后调质处理工艺简述：
选用设备：RJ-130-9井式电阻炉，
加热温度：890±10℃，
保温时间60min；
冷却介质：热处理淬火油；
回火温度：550±10℃。
保温时间120min
(2)机加结束后，刹车毂的最终热处理工艺简述：
选用设备：
加热温度：910±10℃
冷却介质：水
回火温度：350±10℃
保温时间120min。
钻机、修井机、捞油车中刹车毂用低合金铸钢材料机械性能指标：抗拉强度σb≥900Mpa，屈服强度σs≥765Mpa，延伸率δ5≥15％，断面收缩率ψ≥55％，冲击功AkU≥78J。
Claims (2)
1.一种刹车毂用低合金铸钢材料，其特征在于各化学成分及质量百分比为：C 0.2-0.29，Si 0.2-0.4，Mn 0.4-0.7，Cr 0.8-1.1，Mo 0.4-0.55， P≤0.04，S≤0.03，Cu≤0.03，余量为Fe；并采用如下热处理方法：
（1）、铸件经粗车后调质处理：
加热温度：890±10℃，
保温时间：60min，
冷却介质：热处理淬火油，
回火温度：550±10℃，
保温时间120min；
（2）、机加结束后，最终热处理：
加热温度：910±10℃，
冷却介质：水，
回火温度：350±10℃，
保温时间120min。
2.按照权利要求1所述的刹车毂用低合金铸钢材料，其特征在于各化学成分及质量百分比为：C 0.25，Si 0.31，Mn 0.58，P 0.04，S 0.03，Cu 0.027，Cr 0.98，Mo 0.51，余量为Fe。
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| 《国外石油钻机绞车刹车轮辋材质问题综述》;张连山;《石油机械》;19801231(第6期);第55页第1-5行 * |
| 《石油钻机用绞车刹车毂的堆焊》;王慧君等;《焊接》;20051231(第5期);第45页左栏第1段第1-3行 * |
| 《钻机刹车毂失效与Cr2Mo钢热疲劳性能研究》;陈立人等;《石油机械》;20041231;第32卷;第18-22页 * |
| 张连山.《国外石油钻机绞车刹车轮辋材质问题综述》.《石油机械》.1980,(第6期),第55页第1-5行. |
| 王慧君等.《石油钻机用绞车刹车毂的堆焊》.《焊接》.2005,(第5期),第45页左栏第1段第1-3行. |
| 陈立人等.《钻机刹车毂失效与Cr2Mo钢热疲劳性能研究》.《石油机械》.2004,第32卷第18-22页. |
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Denomination of invention: Low alloy cast steel material and heat treatment method for brake hub Effective date of registration: 20230629 Granted publication date: 20140226 Pledgee: Tonghua Branch of China Everbright Bank Co.,Ltd. Pledgor: TONGHUA PETROCHEMICAL MACHINERY MANUFACTURING Co.,Ltd. Registration number: Y2023220000046 |
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