CN102634736B

CN102634736B - 一种提升机主轴用的45MnMo钢及其制备方法

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Publication number: CN102634736B
Application number: CN201210107863.XA
Authority: CN
Inventors: 赵琦; 崔正阳; 杜旋; 魏子杰
Original assignee: CITIC Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: CITIC Heavy Industries Co Ltd
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2032-04-13
Also published as: CN102634736A

Abstract

一种提升机主轴用的新型45MnMo钢及其制备方法，采用电炉熔炼，并经过精炼和真空碳脱氧后，采用真空浇注制成，其中各元素含量的重量百分比为：C含量0.42％～0.48％、Si含量≤0.10％、Mn含量0.92％～1.12％、S含量≤0.005%、P含量≤0.014%、Cr含量≤0.13％、Ni含量≤0.20％、Cu含量≤0.18%、Mo含量0.11％~0.15%、Nb含量0.03％～0.045％，其余为Fe。用于提升机主轴具有较好的性能，杜绝了在钢锭的生产和锻造中产生的裂纹，该材质的主轴内部夹杂物显著减少，满足提升机主轴使用要求。

Description

一种提升机主轴用的45MnMo钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种合金钢的制备方法，具体地说是一种提升机主轴用钢及其制备方法。

背景技术

矿用提升机主轴是主轴装置的主要零部件之一，它承受整个主轴装置自重、外载荷和传递全部扭矩，要求具有足够的抗弯和抗扭强度，能够承受启动、运行和事故时的最大扭曲和弯曲负荷，对材料的性能尤其是抗冲击性能要求较高。矿用提升机主轴在生产和使用中经常有以下问题：

1、一直以来主轴一般为45钢整体锻制，此钢的高温塑性差，在钢的浇注凝固和高温锻造中经常产生裂纹，因此而产生的钢锭废品较多；2、由于夹杂物造成主轴疲劳损坏也是主轴报废的主要原因之一；3、由于冲击性能不合格造成锻件报废较多。

由于以上问题，必须使用一种新的主轴材质及特殊的生产方法，以提高主轴的抗冲击能力、铸造性能和锻造性能，降低主轴用锻件内夹杂物量。45MnMo就是基于以上原因，经过反复实践、摸索产生的一种新型提升机主轴用钢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提升机主轴用的新型45MnMo钢及其制备方法，保证主轴使用性能的要求，同时减少钢锭因裂纹造成的废品。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种提升机主轴用的新型45MnMo钢，采用电炉熔炼，并经过精炼和真空碳脱氧后，采用真空浇注制成，其化学成分包括Fe、C、Si、Mn、S、P、Cr、Ni、Mo和Cu，在45MnMo钢的冶炼过程中还加入了Nb，各元素含量的重量百分比为：C含量 0.42％～0.48％、Si含量≤0.10％、Mn含量0.92％～1.12％、S含量≤0.005%、P含量≤0.014%、Cr含量≤0.13％、Ni含量≤0.20％、Cu含量≤0.18%、Mo含量 0.11％~0.15%、Nb含量0.03％～0.045％，其余为Fe。

上述提升机主轴用的新型45MnMo钢的制备方法包括如下步骤：

（1）、将炼钢用生铁及废钢原料放入电弧炉中，开启电弧炉开始熔炼，电弧炉电极下端形成熔池后，即开始吹氧助熔，造泡沫渣，并放渣脱磷；

（2）、当钢水温度达到1670℃～1680℃，并且经过2次的取样分析后，钢水中P含量≤0.005%，C含量0.28%～0.43%、Cr≤0.15％、Ni≤0.2％、Cu≤0.18％时，即可出钢，出钢过程中向钢水中加入钢水重量0.70％的Mn-Fe，出完钢后按照每吨钢水4Kg—4.5Kg的加入量向钢包中加入活性石灰；

（3）、将步骤（2）熔炼的钢水送入LF炉，按照每吨钢水5Kg的加入量加入石灰和萤石的混合物，其中石灰和萤石的加入比例为4～5：1，然后再按照每吨钢水1～1.5Kg的加入量加入碳粉或硅铝铁粉造还原渣；

（4）、按4℃/min～7℃/min的升温速率快速提温，进行合金化，当钢水温度达到1650℃～1670℃后，经过2次的取样分析，并调整合金成分至钢中S含量≤0.005%，C含量0.42%～0.48%，Mn含量0.92％～1.12％，Mo含量0.11％~0.15%，Si含量≤0. 10%，然后按钢水重量加入0.045％的Nb，然后出钢；

（5）、将步骤（4）炼出的钢在真空度小于等于0.5乇的条件下，采用钢水真空碳脱氧工艺处理16—22分钟；

（6）、将步骤（5）真空脱氧后的钢水在真空度小于等于0.5乇，钢水温度1570℃～1580℃的条件下浇注成型，即制成提升机主轴用45MnMo钢。

本发明的有益效果是：具有本发明成分含量的新型45MnMo钢用于提升机主轴具有较好的性能，正火＋回火机械性能达到如下（纵向试样）：б_b：530~720MPa、б_s≥265MPa、δ≥15％、ψ≥32％、AKu(常温) ≥32J、硬度HB：156~217，其中，通过加入铌元素改善热处理性能，常温抗冲击性能明显提高。杜绝了在钢锭的生产和锻造中产生的裂纹，采用真空碳脱氧及真空浇注明显提高了钢水的纯净度，经超声波探伤，该材质的主轴内部夹杂物显著减少，满足提升机主轴使用要求。

具体实施方式

本发明为保证主轴使用性能的要求，同时减少钢锭因裂纹造成的废品，在45钢化学成分基础上，对碳、锰、钼的成分提出要求，同时加入铌元素以细化晶粒，改善钢的热处理性能。并对生产工艺进行改进，显著提高了钢材的常温抗冲击性能和纯净度。

本发明提升机主轴用的新型45MnMo钢采用电炉熔炼，并经过精炼和真空碳脱氧后，采用真空浇注制成，其化学成分包括Fe、C、Si、Mn、S、P、Cr、Ni、Mo、Cu和Nb，各元素含量的重量百分比为：C含量 0.42％～0.48％、Si含量≤0.10％、Mn含量0.92％～1.12％、S含量≤0.005%、P含量≤0.014%、Cr含量≤0.13％、Ni含量≤0.20％、Cu含量≤0.18%、Mo含量 0.11％~0.15%、Nb含量0.03％～0.045％，其余为Fe。

其制备方法包括如下步骤：

1、EBT电弧炉初炼

将炼钢用生铁及废钢原料放入EBT电弧炉中，开启电弧炉开始熔炼，电弧炉电极下端形成熔池后，即开始吹氧助熔，造泡沫渣，并放渣脱磷。

当钢水温度达到1670℃～1680℃，并且经过2次的取样分析，钢水中P含量≤0.005%，C含量0.28%～0.43%、Cr含量≤0.15％、N i含量≤0.2％、Cu含量≤0.18％时，即可出钢，出钢过程中向钢水中加入钢水重量0.70％的Mn-Fe，出完钢后按照每吨钢水4Kg—4.5Kg的加入量向钢包中加入活性石灰。

2、LF炉精炼

将经过上述初步熔炼的钢水送入LF炉，按照每吨钢水5Kg的加入量加入石灰和萤石的混合物，其中石灰和萤石的加入比例为4～5：1，然后再按照每吨钢水1～1.5Kg的加入量加入碳粉或硅铝铁粉造还原渣。

按4℃/min～7℃/min的升温速率快速提温，进行合金化，当钢水温度达到1650℃～1670℃后，经过2～3次的取样分析，并调整合金成分至钢中S含量≤0.005%，C含量0.42%～0.48%，Mn含量0.92％～1.12％，Mo含量0.11％~0.15%，Si含量≤0. 10%，然后按钢水重量加入0.045％的Nb，然后出钢。

3、VCD（钢水真空碳脱氧）

将经过上述精炼的钢水在真空度小于等于0.5乇的条件下，采用钢水真空碳脱氧工艺处理16—22分钟。

4、VC（真空浇注）

将真空脱氧后的钢水在真空度小于等于0.5乇，钢水温度1570℃～1580℃的条件下浇注成型，即制成提升机主轴用45MnMo钢。

在上述LF炉精炼步骤中由于加入的原料中含有P杂质，会导致冶炼过程中P含量增加，但应保证最终产品中P含量小于0.015%。并且此步骤中加入的Nb在合金化熔炼过程中会有部分损失，导致最终产品的Nb含量小于添加量，但只要保证最终产品Nb的含量大于0.03%即可。另外由于检测精度的限制，每次检测结果都会有误差。只要误差本行业的允许范围内，结果满足要求即可。

实施例1

一种提升机主轴用的新型45MnMo钢的制备方法，包括如下步骤：

（2）、当钢水温度达到1670℃，取样2次的分析为：样1. C含量0.29％、P含量0.007%、Cr含量0.04％、Ni含量0.10％、Cu含量0.08%；样2. C含量0.28％、P含量0.005%、Cr含量0.04％、Ni含量0.10％、Cu含量0.08%，出钢。出钢过程中向钢水中加入钢水重量0.70％的Mn-Fe，出完钢后按照每吨钢水4Kg的加入量向钢包中加入活性石灰；

（3）、将步骤（2）熔炼的钢水送入LF炉，按照每吨钢水5Kg的加入量加入石灰和萤石的混合物，其中石灰和萤石的加入比例为4：1，然后再按照每吨钢水1Kg的加入量加入碳粉造还原渣；

（4）、按4℃/min的升温速率快速提温，进行合金化，当钢水温度达到1650℃后，经过2次的取样分析，并调整合金成分至钢中S含量0.005%，C含量0.42%，Mn含量0.96％，Mo含量0.12％，Si含量0.08%，然后按钢水重量加入0.045％的Nb，然后出钢；

（5）、将步骤（4）炼出的钢在真空度0.5乇的条件下，采用钢水真空碳脱氧工艺处理16分钟；

（6）、将步骤（5）真空脱氧后的钢水在真空度0.5乇，钢水温度1576℃的条件下浇注成型，即制成提升机主轴用45MnMo钢。经检测，其化学成分由Fe、C、Si、Mn、S、P、Cr、Ni、Mo、Cu和Nb组成，各元素含量的重量百分比为： C含量 0.42％、Si含量 0.080％、Mn 含量0.96％、S含量0.005%、P含量0.008%、Cr含量0.04％、Ni含量0.10％、Mo 0.12％、Cu含量0.08%、Nb含量 0.034％，其余为Fe。热处理性能为：б_b为630MPa、б_s为370MPa、δ为31％、ψ为54.5％、AKu(常温) 为52 J－58 J－60J。

实施例2

（2）、当钢水温度达到1680℃，并且经过2次的取样分析，样1. C含量0.33％、P含量0.006%、Cr含量0.04％、Ni含量0.20％、Cu含量0.11%；样2. C含量0.30％、P含量0.005%、Cr含量0.04％、Ni含量0.20％、Cu含量0.11%，出钢。出钢过程中向钢水中加入钢水重量0.70％的Mn-Fe，出完钢后按照每吨钢水4Kg的加入量向钢包中加入活性石灰；

（3）、将步骤（2）熔炼的钢水送入LF炉，按照每吨钢水5Kg的加入量加入石灰和萤石的混合物，其中石灰和萤石的加入比例为5：1，然后再按照每吨钢水1.5Kg的加入量加入碳粉造还原渣；

（4）、按6℃/min的升温速率快速提温，进行合金化，当钢水温度达到1655℃后，经过3次的取样分析，并调整合金成分至钢中S含量0.004%，C含量0.43%，Mn含量1.01％，Mo含量0.12%，Si含量0.08%，然后按钢水重量加入0.045％的Nb，然后出钢；

（5）、将步骤（4）炼出的钢在真空度0.5乇的条件下，采用钢水真空碳脱氧工艺处理22分钟；

（6）、将步骤（5）真空脱氧后的钢水在真空度0.5乇，钢水温度1570℃的条件下浇注成型，即制成提升机主轴用45MnMo钢，其化学成分由Fe、C、Si、Mn、S、P、Cr、Ni、Mo、Cu和Nb组成，各元素含量的重量百分比为： C含量 0.43％、Si含量 0.08％、Mn 含量1.01％、S含量0.004%、P含量0.010%、Cr含量0.04％、Ni含量0.20％、Mo 0.12％、Cu含量0.11%、Nb含量 0.031％，其余为Fe。热处理性能为：б_b为650MPa、б_s为385MPa、δ为28.5％、ψ为51％、AKu(常温) 为60 J－56 J－50J

实施例3

（2）、当钢水温度达到1680℃，并且经过2次的取样分析，样1. C含量0.31％、P含量0.007%、Cr含量0.13％、Ni含量0.17％、Cu含量0.09%；样2. C含量0.29％、P含量0.005%、Cr含量0.13％、Ni含量0.17％、Cu含量0.09%，出钢。出钢过程中向钢水中加入钢水重量0.70％的Mn-Fe，出完钢后按照每吨钢水4.5Kg的加入量向钢包中加入活性石灰；

（3）、将步骤（2）熔炼的钢水送入LF炉，按照每吨钢水5Kg的加入量加入石灰和萤石的混合物，其中石灰和萤石的加入比例为4：1，然后再按照每吨钢水1.2Kg的加入量加入碳粉或硅铝铁粉造还原渣；

（4）、按7℃/min的升温速率快速提温，进行合金化，当钢水温度达到1670℃后，经过2次的取样分析，并调整合金成分至钢中S含量0.005%，C含量0.44%，Mn含量0.92％，Mo含量0.15%，Si含量0.08%，然后按钢水重量加入0.045％的Nb，然后出钢；

（5）、将步骤（4）炼出的钢在真空度0.5乇的条件下，采用钢水真空碳脱氧工艺处理18分钟；

（6）、将步骤（5）真空脱氧后的钢水在真空度0.5乇，钢水温度1576℃的条件下浇注成型，即制成提升机主轴用45MnMo钢，其化学成分由Fe、C、Si、Mn、S、P、Cr、Ni、Mo、Cu和Nb组成，各元素含量的重量百分比为：C含量 0.44％、Si含量 0.10％、Mn 含量0.95％、S含量0.005%、P含量0.008%、Cr含量0.13％、Ni含量0.17％、Mo 0.11％、Cu含量0.09%、Nb 含量0.035％，其余为Fe。热处理性能为：б_b为550MPa、б_s为365MPa、δ为60％、ψ为60％、AKu(常温) 为54 J－54 J－50J。

实施例4

（2）、当钢水温度达到1680℃，并且经过2次的取样分析，样1. C含量0.43％、P含量0.006%、Cr含量0.15％、Ni含量0.12％、Cu含量0.18%；样2. C含量0.38％、P含量0.005%、Cr含量0.13％、Ni含量0.12％、Cu含量0.18%，出钢。出钢过程中向钢水中加入钢水重量0.70％的Mn-Fe，出完钢后按照每吨钢水4.5Kg的加入量向钢包中加入活性石灰；

（4）、按7℃/min的升温速率快速提温，进行合金化，当钢水温度达到1670℃后，经过2次的取样分析，并调整合金成分至钢中S含量0.004%，C含量0.47%，Mn含量1.10％，Mo含量0.15%，Si含量0.08%，然后按钢水重量加入0.045％的Nb，然后出钢；

（5）、将步骤（4）炼出的钢在真空度0.5乇的条件下，采用钢水真空碳脱氧工艺处理19分钟；

（6）、将步骤（5）真空脱氧后的钢水在真空度0.5乇，钢水温度1580℃的条件下浇注成型，即制成提升机主轴用45MnMo钢，其化学成分由Fe、C、Si、Mn、S、P、Cr、Ni、Mo、Cu和Nb组成，各元素含量的重量百分比为：C含量 0.48％、Si含量 0.07％、Mn 含量1.12％、S含量0.004%、P含量0.014%、Cr含量0.13％、Ni含量0.12％、Mo 0.15％、Cu含量0.18%、Nb 含量0.034％，其余为Fe。热处理性能为：б_b为685MPa、б_s为430MPa、δ为29％、ψ为54％、AKu(常温) 为64 J－64 J－66J。

实施例5

（2）、当钢水温度达到1680℃，并且经过2次的取样分析，样1. C含量0.42％、P含量0.007%、Cr含量0.15％、Ni含量0.15％、Cu含量0.16%；样2. C含量0.38％、P含量0.005%、Cr含量0.13％、Ni含量0.15％、Cu含量0.16%，出钢。出钢过程中向钢水中加入钢水重量0.70％的Mn-Fe，出完钢后按照每吨钢水4.5Kg的加入量向钢包中加入活性石灰；

（4）、按7℃/min的升温速率快速提温，进行合金化，当钢水温度达到1670℃后，经过3次的取样分析，并调整合金成分至钢中S含量0.005%，C含量0.46%，Mn含量0.98％，Mo含量0.14%，Si含量0.09%，然后按钢水重量加入0.045％的Nb，然后出钢；

（5）、将步骤（4）炼出的钢在真空度小于等于0.5乇的条件下，采用钢水真空碳脱氧工艺处理18分钟；

（6）、将步骤（5）真空脱氧后的钢水在真空度小于等于0.5乇，钢水温度1575℃的条件下浇注成型，即制成提升机主轴用45MnMo钢，其化学成分由Fe、C、Si、Mn、S、P、Cr、Ni、Mo、Cu和Nb组成，各元素含量的重量百分比为：C含量 0.47％、Si含量 0.08％、Mn 含量0.99％、S含量0.005%、P含量0.012%、Cr含量0.13％、Ni含量0.15％、Mo 0.14％、Cu含量0.16%、Nb 含量0.035％，其余为Fe。热处理性能为：б_b为640MPa、б_s为420MPa、δ为29％、ψ为51.5％、AKu(常温) 为56 J－50 J－60J。

Claims

1.一种提升机主轴用的45MnMo钢，采用电炉熔炼，并经过精炼和真空碳脱氧后，采用真空浇注制成，其化学成分包括Fe、C、Si、Mn、S、P、Cr、Ni、Mo和Cu，其特征在于：在45MnMo钢的冶炼过程中还加入了Nb，各元素含量的重量百分比为：C含量 0.42％～0.48％、Si含量≤0.10％、Mn含量0.92％～1.12％、S含量≤0.005%、P含量≤0.014%、Cr含量≤0.13％、Ni含量≤0.20％、Cu含量≤0.18%、Mo含量 0.11％~0.15%、Nb含量0.03％～0.045％，其余为Fe；

其制备方法包括如下步骤：

（4）、按4℃/min～7℃/min的升温速率快速提温，进行合金化，当钢水温度达到1650℃～1670℃后，经过2～3次的取样分析，并调整合金成分至钢中S含量≤0.005%，C含量0.42%～0.48%，Mn含量0.92％～1.12％，Mo含量0.11％~0.15%，Si含量≤0. 10%，然后按钢水重量加入0.045％的Nb，然后出钢；