CN106521310A - 一种破碎锤活塞杆用钢及其热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种破碎锤活塞杆用钢及其热处理工艺，该钢含有以下重量百分比的成分：C 0.85‑0.95％、Si 0.15‑0.40％、Mn 0.46‑0.80％、P≤0.025％、S≤0.025％、Cr 1.71‑2.10％，Mo 0‑0.15％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。配合热处理工艺，制造的破碎锤活塞杆与现有技术制造的破碎锤活塞杆相比，克服了现有40CrNiMoA钢活塞杆合金成本高、偶然会发生活塞杆变形、直径胀大、损坏缸体的缺陷，也大大减少了现有GCr15钢活塞杆使用时容易发生断裂的现象，使用中的断裂率低于0.3％。

Description

一种破碎锤活塞杆用钢及其热处理工艺
技术领域
本发明属于工矿机械用钢领域，具体一种破碎锤活塞杆用钢及其热处理工艺。
背景技术
工程机械、矿山机械等破碎锤工作时其活塞杆承受巨大的冲击力，要求活塞杆强度高、韧性好、耐磨性高、抗疲劳性能高。
现有技术中，破碎锤活塞杆一般用40CrNiMoA钢制造，国家标准GB/T 3077-1999《合金结构钢》中40CrNiMoA钢的化学成分(重量百分比)范围是C 0.37-0.44％、Si0.17-0.37％、Mn0.50-0.80％、Cr0.60-0.90％、Mo0.15-0.25％、Ni1.25-1.65％，P≤0.025％、S≤0.025％、Cu≤0.25％，其余为铁和杂质元素。用40CrNiMoA钢加工活塞杆过程中，经过退火+调质(油冷淬火和回火)热处理。由于40CrNiMoA钢含有昂贵的Ni、Mo元素，所以其生产成本较高，40CrNiMoA钢活塞杆使用时不易断裂，但在受到异常大的冲击力时，偶然会发生活塞杆变形、直径胀大、损坏缸体的现象，造成较大的经济损失。
为了降低破碎锤活塞杆合金成本、提高其变形抗力，有厂家采用GCr15钢来制造活塞杆，GB/T 18254-2002《高碳铬轴承钢》中GCr15钢的化学成分(重量百分比)范围是C0.95-1.05％、Si0.15-0.35％、Mn0.25-0.65％、Cr1.40-1.65％、P≤0.025％、S≤0.025％、Ni≤0.30％、Cu≤0.25％、Ni+Cu≤0.50％，用GCr15钢加工活塞杆过程中，经过球化退火+调质(油冷淬火和回火)热处理。GCr15钢活塞杆合金成本低廉，使用时也不会发生活塞杆变形、直径胀大、损坏缸体的现象，但容易发生断裂。发生断裂的比例可达3-10％。经分析，断裂的主要原因是活塞杆心部强度、硬度偏低，疲劳强度较低，导致了使用中的异常断裂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种破碎锤活塞杆用钢及其热处理工艺，通过设计钢的组分含量，优化热处理工艺，降低合金成本、防止使用中损坏缸体现象，同时使用中的断裂率低于0.3％。
本发明提供的一种破碎锤活塞杆用钢，(解释：组织没有不同和特点，故建议不补充。)含有以下重量百分比的成分：
C 0.85-0.95％、Si 0.15-0.40％、Mn 0.46-0.80％、P≤0.025％、S≤0.025％、Cr1.71-2.10％，Mo 0-0.15％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
优选的，所述破碎锤活塞杆用钢，含有以下重量百分比的成分：C 0.85-0.95％、Si0.15-0.40％、Mn 0.50-0.65％、P≤0.025％、S≤0.025％、Cr 1.85-2.00％，Mo 0.08-0.14％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
优选的，所述破碎锤活塞杆用钢，含有以下重量百分比的成分：C 0.85-0.95％、Si0.20-0.35％、Mn 0.55-0.60％、P≤0.015％、S≤0.010％、Cr 1.85-2.00％，Mo 0.08-0.14％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
本发明提供的一种破碎锤活塞杆用钢热处理工艺，包括预先热处理等温球化退火和最终热处理调质处理；
具体的，所述等温球化退火工艺流程为：加热至810±30℃，热透后保温2-10小时，然后，以≤50℃/小时速度冷却至700±20℃，保温2-12小时，再以≤50℃/小时速度冷却至≤650℃出炉空冷；采用上述等温球化退火工艺，可以获得良好的球化组织，为后续调质处理做好组织上的准备。
所述调质处理包括淬火和回火；
所述淬火工艺流程为：加热至880±30℃，热透后保温0.5-6小时，水淬油冷，入水冷却至表面温度250-350℃，再入油中冷透。如果直接水冷，则容易因冷却过于剧烈而导致工件开裂；如果直接油冷，则因淬透性差而导致工件心部强度不足，容易在使用中断裂。入水冷却至表面温度为250-350℃，控制在马氏体相变温度以上，以防止工件开裂，然后将工件油冷淬火。
所述回火工艺流程为：加热至250±50℃，热透后保温3-15小时，回火的目的是为了消除应力，改善塑韧性，采用250±50℃低温回火是为了保持较高强度、满足工件的使用要求。
进一步的，淬火过程中，为了减少水淬时工件截面的温差，可反复入水和出水回温，过程中必须控制工件表面温度≥250℃。这样可有效的提高工件心部强度。
优选的，所述等温球化退火工艺流程为：加热至810±20℃，热透后保温4-8小时，然后，以≤30℃/小时速度冷却至700±20℃保温6-10小时，再以≤30℃/小时速度冷却至≤450℃出炉空冷。
所述淬火工艺流程为：加热至880±20℃，热透后保温2-4小时，水淬油冷，入水冷却至表面温度250-350℃，再入油中冷透。
所述回火工艺流程为：加热至250±30℃，热透后保温8-12小时。
更有选的，所述等温球化退火工艺流程为：加热至810±10℃，热透后保温4-6小时，然后，以≤30℃/小时速度冷却至700±10℃保温9-10小时，再以≤30℃/小时速度冷却至≤450℃出炉空冷。
所述淬火工艺流程为：加热至880±10℃，热透后保温3-4小时，水淬油冷，入水冷却至表面温度250-350℃，再入油中冷透。
所述回火艺流程为：：加热至250±20℃，热透后保温9-10小时。
本发明中各元素的含量及作用为：
碳是钢中提高淬透性和淬透硬性的重要元素，根据本发明钢的用途，将碳含量控制在0.85-0.95％范围，过低则会降低强度和硬度，过高则会降低塑性和韧性，增加工件淬火开裂倾向。
硅在钢中主要以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体中，能提高钢的强度，也是炼钢的脱氧元素，但含量不宜过高，以免降低钢的韧性。本发明中控制控制在0.15-0.40％。
锰是提高淬透性的重要元素，但也不宜过高以免影响钢的塑性，本发明中控制锰含量范围是0.46-0.80％。
铬也是提高淬透性的重要元素，提高铬含量是为了提高淬透性及活塞杆心部疲劳强度，本发明中控制铬含量范围是1.71-2.10％。
钼是提高淬透性的有效元素，但价格昂贵，加入量控制为0-0.15％。
硫、磷是钢中的杂质元素，均控制≤0.025％。
与现有技术相比，本发明通过设计钢中元素的用量比，配合热处理工艺，制造的钢克服了现有40CrNiMoA钢活塞杆合金成本高、发生活塞杆变形、直径胀大、损坏缸体的缺陷，也大大减少了现有GCr15钢活塞杆使用时容易发生断裂的现象。利用本发明钢制造的活塞杆使用中的断裂率低于0.3％。
具体实施方式
以下结合实施例来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1-10的破碎锤活塞杆用钢化学成分(熔炼分析，其余为Fe和不可避免的杂质元素)见表1
表1
实施例1-10的破碎锤活塞杆用钢热处理工艺见2：
表2
实施例1-10制造的钢用作活塞杆交付使用，未发生活塞杆变形、直径胀大、损坏缸体的现象，也未发生断裂的现象，满足了破碎锤的使用要求。
本申请生产的钢制破碎锤活塞杆与现有技术中40CrNiMoA钢制和GCr15钢制使用情况比较，见下表3：
结合上表3可以得到，本发明生产的钢用作破碎锤活塞杆，使用过程中未发生活塞杆变形、直径胀大、损坏缸体的现象，使用中的断裂率低于0.3％，满足了破碎锤的使用要求。

Claims (7)

1.一种破碎锤活塞杆用钢，其特征在于，所述破碎锤活塞杆用钢含有以下重量百分比的成分：
C 0.85-0.95％、Si 0.15-0.40％、Mn 0.46-0.80％、P≤0.025％、S≤0.025％、Cr1.71-2.10％，Mo 0-0.15％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的破碎锤活塞杆用钢，其特征在于，所述破碎锤活塞杆用钢，含有以下重量百分比的成分：
C 0.85-0.95％、Si 0.15-0.40％、Mn 0.50-0.65％、P≤0.025％、S≤0.025％、Cr1.85-2.00％，Mo 0.08-0.14％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求1所述的破碎锤活塞杆用钢，其特征在于，所述破碎锤活塞杆用钢，含有以下重量百分比的成分：
C 0.85-0.95％、Si 0.20-0.35％、Mn 0.55-0.60％、P≤0.015％、S≤0.010％、Cr1.85-2.00％，Mo 0.08-0.14％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
4.一种权利要求1-3任一项所述的破碎锤活塞杆用钢的热处理工艺，其特征在于，所述热处理工艺包括预先热处理等温球化退火和最终热处理调质处理；
所述等温球化退火工艺流程为：加热至810±30℃，热透后保温2-10小时，然后，以≤50℃/小时速度冷却至700±20℃，保温2-12小时，再以≤50℃/小时速度冷却至≤650℃出炉空冷；
所述调质处理包括淬火和回火；
所述淬火工艺流程为：加热至880±30℃，热透后保温0.5-6小时，水淬油冷，入水冷却至表面温度250-350℃，再入油中冷透。
所述回火工艺流程为：加热至250±50℃，热透后保温3-15小时。
5.根据权利要求4所述的破碎锤活塞杆用钢的热处理工艺，其特征在于，淬火过程中，为了减少水淬时工件截面的温差，可反复入水和出水回温，过程中必须控制工件表面温度≥250℃。
6.根据权利要求4或5所述的破碎锤活塞杆用钢的热处理工艺，其特征在于，所述等温球化退火工艺流程为：加热至810±20℃，热透后保温4-8小时，然后，以≤30℃/小时速度冷却至700±20℃保温6-10小时，再以≤30℃/小时速度冷却至≤450℃出炉空冷。
所述淬火工艺流程为：加热至880±20℃，热透后保温2-4小时，水淬油冷，入水冷却至表面温度250-350℃，再入油中冷透。
所述回火工艺流程为：加热至250±30℃，热透后保温8-12小时。
7.根据权利要求4-6任一项所述的破碎锤活塞杆用钢的热处理工艺，其特征在于，所述等温球化退火工艺流程为：加热至810±10℃，热透后保温4-6小时，然后，以≤30℃/小时速度冷却至700±10℃保温9-10小时，再以≤30℃/小时速度冷却至≤450℃出炉空冷。
所述淬火工艺流程为：加热至880±10℃，热透后保温3-4小时，水淬油冷，入水冷却至表面温度250-350℃，再入油中冷透。
所述回火艺流程为：：加热至250±20℃，热透后保温9-10小时。
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