CN103215509A

CN103215509A - 煤矿用ZG30MnSiCu铸钢及其热处理工艺

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Publication number: CN103215509A
Application number: CN2013101457560A
Authority: CN
Inventors: 崔红保; 蔡明华; 郭学锋; 刘前坤; 杨继忠; 李胜; 樊祥军; 高建光; 卢文君; 赵强; 武昆昆; 张豫
Original assignee: SHANXI JINCHENG ANTHRACITE MINING GROUP JINDING STOKER MINING CO Ltd; Henan University of Technology
Current assignee: SHANXI JINCHENG ANTHRACITE MINING GROUP JINDING STOKER MINING CO Ltd; Henan University of Technology
Priority date: 2013-04-24
Filing date: 2013-04-24
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2033-04-24
Also published as: CN103215509B

Abstract

本发明公开了一种煤矿用ZG30MnSiCu铸钢，其化学成分质量百分比为：C 0.28～0.34%，Mn 0.80～1.40%，Si 0.60～0.90%，Cu 0.60～1.00%，S<0.030%，P<0.025％，余量为Fe，质量百分比总和为100%。本发明还公开了对该煤矿用ZG30MnSiCu铸钢的热处理工艺，将浇注得到的铸件加热到900～950℃，保温2小时，然后风冷到300±10℃，切割浇冒口系统；再加热至920±10℃，保温时间2小时，然后风冷到室温。本发明煤矿用ZG30MnSiCu铸钢材料夹杂物少，成品率高，使用中不易断裂，尤其是显著提高塑形，综合使用性能优于现有煤矿用铸钢。

Description

煤矿用ZG30MnSiCu铸钢及其热处理工艺

技术领域

本发明属于煤矿机器材料技术领域，具体涉及一种煤矿用ZG30MnSiCu铸钢及其热处理工艺。

背景技术

ZG30MnSi钢是目前煤矿普遍使用的铸造用钢，由于具有抗拉强度高的特点，在煤矿的顶梁和金属支柱上得到广泛应用，但是其缺点是塑性差，具有延迟断裂的特征。现有ZG30MnSi钢的热处理工艺为：正火+调质，此工艺虽然提高了铸态合金的强度和韧性，但是塑性提高不明显，且能耗大，不利于节能环保。

众所周知，煤矿井下环境运输机器设备难度较大，所以对煤矿机器的强度、塑性、韧性和耐磨性等综合性能要求较高，不允许出现机器设备的断裂和过度磨损等问题，这就迫切需要研制一种新型煤矿用铸钢。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤矿用ZG30MnSiCu铸钢，该铸钢材料夹杂物少，成品率高，使用中不易断裂，尤其是与现有煤矿用铸钢相比显著提高了塑形，综合使用性能优越。

本发明所采用的技术方案是，一种煤矿用ZG30MnSiCu铸钢，其化学成分质量百分比为：C 0.28～0.34%，Mn 0.80～1.40%，Si 0.60～0.90%，Cu0.60～1.00%，S<0.030%，P<0.025％，余量为Fe，质量百分比总和为100%。

本发明煤矿用ZG30MnSiCu铸钢的特点还包括：

所述煤矿用ZG30MnSiCu铸钢性能参数为：抗拉强度≥940MPa，硬度HBW270～280，延伸率≥12%，冲击韧性≥45J／cm²。

本发明还包括煤矿用ZG30MnSiCu铸钢的热处理工艺，具体步骤如下：将浇注得到的铸件加热到900～950℃，保温2小时，然后风冷到300±10℃，切割浇冒口系统；再加热至920±10℃，保温时间2小时，然后风冷到室温。

本发明的有益效果是，本发明煤矿用ZG30MnSiCu铸钢与现有煤矿使用的ZG30MnSi相比，流动性好，砂型铸造缺陷减少，钢中夹杂物减少；切割浇冒口时不容易出现裂纹，减少废品；塑性得到显著提高，因此使用中不易断裂，综合使用性能优于现有煤矿用铸钢。

本发明热处理工艺能降低能耗，提高出品率成本，具有很好的经济效益。

附图说明

图1是现有普通熔铸的组织结构图。

图2是现有煤矿用ZG30MnSi铸钢热处理后的组织结构图；

图3是本发明煤矿用ZG30MnSiCu铸钢热处理后的组织结构图。

具体实施方式

本发明一种煤矿用ZG30MnSiCu铸钢，其化学成分质量百分比为：C0.28～0.34%，Mn 0.80～1.40%，Si 0.60～0.90%，Cu 0.60～1.00%，S<0.030%，P<0.025％，余量为Fe，质量百分比总和为100%。该煤矿用ZG30MnSiCu铸钢性能参数为：抗拉强度≥940MPa，硬度HBW270～280，延伸率≥12%，冲击韧性≥45J／cm²。

碳（C）是提高强度硬度最显著并且是最廉价的元素。铸钢的含碳量增加，抗拉强度(σb)和屈服强度(σs)随之提高，伸长率(δ)则下降。含碳量超过0.50％以后，铸钢的塑性随碳含量的增加进一步下降，而强度却提高不多，屈服强度甚至略有下降。

硅（Si）有强化固溶体的作用，使屈服强度提高。在亚共析钢中，含硅量增加，钢的临界冷却速度降低，钢中含碳量愈低，这种作用就愈显著。因此，在降低铸钢含碳量的情况下，提高含硅量可改善钢的淬透性，提高钢的强度而不降低塑性和韧性。增加铸钢中的含硅量，可以改善钢液的脱氧状况并增强其抵抗出钢和浇注过程中二次氧化的能力，从而可以防止铸钢件发生气孔缺陷。

在降低含碳量的同时，为使铸钢具有所需的强度和适当的淬透性，需要提高钢中的含锰量。钢中的锰（Mn）使共析点向含碳较低的方向移动，因而增加含锰量可以降低含碳量而不减少钢中珠光体的量。此外，锰还使Ar1温度降低并减缓奥氏体向珠光体的转变，结果使珠光体细化，使钢的强度提高。在含锰量不超过2.0％的情况下，锰对钢的塑性和韧性没有不利的影响。

本发明铸钢中含有质量百分比为0.60～1.00%铜（Cu），目的是适当提高韧性。但铜不宜多加，因其稳定奥氏体故将其控制在一定范围内，能提高材质流动性，降低热烈倾向。

本发明煤矿用ZG30MnSiCu铸钢通过采用现有常规浇注制备方法均可获得，以下提供一种具体的浇注制备方法和参数：开炉前检查炉况、水电；建议在炉底加炉料总质量1%的熔剂（50%石灰+50%石英砂）；加料：底渣上加入小料15～20kg，装中大块料；送电熔化：先送60%的功率，使金属预热炉膛越30分钟；然后送满功率，依次循环熔化、补加料、熔化，直至炉料全部加完，升温到≤1540℃，扒除熔渣，取样快速分析成分；补加Si铁、Mn铁和Cu，升高温度到1580℃；快速分析成分，补加合金；升温到1600℃，准备出钢；取样检查成分；停电出钢，钢包内放占钢液总量0.15%的Al脱氧剂；包内取钢液，浇注试样，最终得到本发明煤矿用ZG30MnSiCu铸钢，其化学成分质量百分比为：C 0.28～0.34%，Mn 0.80～1.40%，Si 0.60～0.90%，Cu 0.60～1.00%，S<0.030%，P<0.025％，余量为Fe，质量百分比总和为100%。

本发明煤矿用铸钢ZG30MnSiCu的热处理工艺，具体步骤如下：将浇注得到的铸件加热到900～950℃，保温2小时，然后风冷到300±10℃，切割浇冒口系统；再加热至920±10℃，保温时间2小时，然后风冷到室温。

本发明煤矿用铸钢ZG30MnSiCu的性能参数为：抗拉强度≥940MPa，硬度HBW270～280，延伸率≥12%，冲击韧性≥45J／cm²。

实施例1

按照上述浇注制备方法制备本发明煤矿用ZG30MnSiCu铸钢，化学成分质量百分比为：C 0.28%，Mn 0.80%，Si 0.60%，Cu 0.60%，S<0.030%，P<0.025％，余量为Fe，质量百分比总量为100%。

对上述得到的本发明煤矿用铸钢进行热处理工艺，具体步骤如下：将浇注得到的铸件加热到930℃，保温2小时，然后风冷到300℃，切割浇冒口系统；再加热至920℃，保温时间2小时，然后风冷到室温。

本实施例煤矿用铸钢性能参数为：抗拉强度为940MPa，硬度HBW为270，延伸率为13%，冲击韧性为45J/cm²。

实施例2

按照上述制备方法制备本发明煤矿用ZG30MnSiCu铸钢，化学成分质量百分比为：C 0.34%，Mn 1.40%，Si 0.90%，Cu 1.00%，S<0.030%，P<0.025％，余量为Fe，质量百分比总量为100%。

对上述得到的本发明煤矿用铸钢进行热处理工艺，具体步骤如下：将浇注得到的铸件加热到950℃，保温2小时，然后风冷到310℃，切割浇冒口系统；再加热至930℃，保温时间2小时，然后风冷到室温。

本实施例煤矿用铸钢性能参数为：抗拉强度为965MPa，硬度HBW为280，延伸率为12%，冲击韧性为47.5J/cm2。

实施例3

按照上述制备方法制备本发明煤矿用ZG30MnSiCu铸钢，化学成分质量百分比为：C 0.30%，Mn 1.20%，Si 0.80%，Cu 0.70%，S<0.030%，P<0.025％，余量为Fe，质量百分比总量为100%。

对上述得到的本发明煤矿用铸钢进行热处理工艺，具体步骤如下：将浇注得到的铸件加热到900℃，保温2小时，然后风冷到290℃，切割浇冒口系统；再加热至910℃，保温时间2小时，然后风冷到室温。

本实施例煤矿用铸钢性能参数为：抗拉强度为940MPa，硬度HBW为270，延伸率为12%，冲击韧性为47.5J/cm²。

现有煤矿用铸钢性能参数数据：抗拉强度为935MPa，硬度HBW为275，延伸率为5%，冲击韧性为50J/cm²。因此，本发明煤矿用铸钢ZG30MnSiCu的机械性能与目前使用的ZG30MnSi的强度相当，且韧性也可以满足使用要求，是ZG30MnSi合金调质后的延伸率的240%。

如图1所示，现有普通熔铸的晶粒组织粗大，且有块状铁素体晶界处析出，很明显会严重恶化铸钢的力学性能。如图2所示，现有ZG30MnSi热处理后的组织，可以看出调质后的组织中有很多碳化物析出，碳化物的析出会增大铸钢的强度。如图3所示，为本发明煤矿用ZG30MnSiCu铸钢热处理后的组织的晶粒比图1和图2中所示组织明显细小，且有很多碳化物析出，既起到细晶强化的作用又提高了塑性。

Claims

1.一种煤矿用ZG30MnSiCu铸钢，其特征在于，其化学成分质量百分比为：C 0.28～0.34%，Mn 0.80～1.40%，Si 0.60～0.90%，Cu 0.60～1.00%，S<0.030%，P<0.025％，余量为Fe，质量百分比总和为100%。

2.按照权利要求1所述煤矿用ZG30MnSiCu铸钢，其特征在于，其性能参数为：抗拉强度≥940MPa，硬度HBW270～280，延伸率≥12%，冲击韧性≥45J／cm²。

3.权利要求1或2所述煤矿用ZG30MnSiCu铸钢的热处理工艺，其特征在于，具体步骤如下：将浇注得到的铸件加热到900～950℃，保温2小时，然后风冷到300±10℃，切割浇冒口系统；再加热至920±10℃，保温时间2小时，然后风冷到室温。