CN106636923A - 一种钎杆及其制备方法 - Google Patents

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刘树仁
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Abstract

本发明提供了一种钎杆及其制备方法，所述钎杆中Mn/Mo比控制为2.7‑3.8；Cr/Ni比控制为2.8‑3.7,所述钎杆中含有重量百分比：C：0.40‑0.60％，Si:0.20‑0.40％，Mn:1.0‑1.3％，Cr:1.8‑2.2％,Ni:0.5‑0.7％，Mo:0.30‑0.45％，V:0.25‑0.45％，P≤0.03％，S≤0.03％；余量为Fe。本发明所述的钎杆，经过一系列精心设计的工艺制备的钎杆具有表面硬度高，心部韧性好，使用寿命高于普通钎杆一倍以上。

Description

一种钎杆及其制备方法
技术领域
本发明创造属于钢铁冶金领域，尤其是涉及一种钎杆及其制备方法。
背景技术
钎杆用于凿岩机最前端，凿岩机是工程机械破碎行业常用设备之一，利用冲击原理进行工作，活塞高频往复运动，不断地冲击钎杆尾部，在冲击力的作用下，钎头将岩石压碎并凿入一定的深度，形成一道凹痕，往复运动后会形成一道新的凹痕，两道凹痕之间的岩块被钎头产生的水平分力剪碎。
钎杆的工作环境十分恶劣，特定的工况对钎杆的性能要求较高，在保持高的硬度条件下不能断裂，资料显示钎杆前端的硬度可达HRC50～55，更换周期为20天左右(每天工作8小时)，目前生产钎杆的主要材质为40Cr和42CrMo。然而这种钢材的抗冲击性能及韧性受到碳含量影响明显脆性大，容易折断，与先进国家相比，我国的钎杆普遍存在韧性差、寿命较短等问题。目前对钎杆改进技术有：
1、采用低碳钢做基础材料，利用热处理C/N共渗的方法，使材料表面含C量增加，热处理后得到外表面硬，中间软的钎杆，使韧性大幅提高，然而整体的耐磨性没有提高，同时增大了生产成本。
2、采用40SiMnCrNiMo钢做基础材料，做成中空形状(如同50-60mm厚的钢管)中间孔φ7-8mm，辅助相应的正火热处理工艺，可以增加抗扭转弯曲，提高韧性，但整体硬度不高，钎杆的耐磨性能得不到有效提高。
3、通用的熔炼、精炼处理、调样处理、浇铸成型后的得到钢锭；钢锭冷却后作为真空自耗炉的电极棒，进行重熔并结晶后再次获得的钢棒作为基础材料)获得强度较高，抗变形性能好且圆截面大的钢棒，其成分重量百分比：C≤0.03％，Mn：0.1％，Si≤0.1％，Ni：17.5-19.0％，Co：8-9％，Mo：1-1.5％，Al：0.05-0.15％，S≤0.01％，P≤0.1％，Ti：0.15-0.25％。该钎杆的制造成本昂贵，不适用于批量化工业生产。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种钎杆的及其制备方法，通过调节合金比例及优化热处理工艺以有效的提高钎杆的高耐磨性能及抗冲击疲劳韧性，延长使用寿命。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种钎杆，其特征在于，所述钎杆中Mn/Mo比控制为2.7-3.8，优选3.0-3.5；Cr/Ni比控制为2.8-3.7，优选3.2-3.5。
优选的，所述炼钢原料的配料使得所得钎杆中含有重量百分比：C：0.40-0.60％，Si:0.20-0.40％,Mn:1.0-1.3％，Cr:1.8-2.2％，Ni:0.5-0.7％，Mo:0.30-0.35％，V:0.25-0.45％，P≤0.03％，S≤0.03％；余量为Fe。
优选的，所述炼钢原料的配料使得所得钎杆中含有重量百分比：C：0.40-0.55％，Si:0.20-0.35％，Mn:1.1-1.3％，Cr:1.8-2.2％，Ni:0.5-0.7％，Mo:0.3-0.35％，V:0.30-0.45％，P≤0.01％，S≤0.01％；余量为Fe，上述各组分重量百分比之和为100％。
优选的，所述炼钢原料的配料使得所得钎杆中含有重量百分比：C：0.40-0.50％，Si:0.2-0.3％，Mn:1.0-1.3％，Cr:2.0-2.2％，Ni:0.5-0.7％，Mo:0.32-0.35％，V:0.25-0.40％，P≤0.01％，S≤0.01％；余量为Fe，上述各组分重量百分比之和为100％。
优选的，其特征在于，包括以下步骤：
1)将炼钢原料进行配料，加入到真空感应炉中,钢水温度为1580-1700℃进行熔炼、精炼处理、除渣、浇筑成型、冷却得到圆钢；
2)将圆钢放入加热炉中，加热炉内升温至1130-1160℃，保温2-3小时，开锻温度1050-1100℃，终锻温度850-900℃，氮气冷却2-3分钟，后空冷至450～500℃，锻件经机加工成钎杆；
3)钎杆在炉内以30-50℃/小时的升温速度预热到初段温度450-500℃，保温1-3小时，在以50-60℃/小时的升温速度升温至中段温度750-800℃，保温1-3小时，然后快速升温至900-950℃，保温2-2.5小时，先进行水淬处理5-10分钟，再经油冷却至150-180℃，最后空气冷却。空气冷却后，再升温至200-230℃，在回火炉内保温2.5-3.5小时，最后空气冷却至室温，。
优选的，所述熔炼使冶炼原料达到全熔状态，该全熔状态的钢水温度为1600-1680℃。
优选的，所述精炼处理的条件包括：电功率为1500-1600KW，真空度≤5Pa，搅拌时间为30-50分钟。
优选的，所述浇注成型的条件包括：出钢温度为1580-1650℃，出钢速度为500-600kg/分钟，成型的圆钢冷却至1100-1200℃后破空，冷却至650-800℃，再埋入砂中冷却至30-40℃。
优选的，在40-60℃水中淬火，至钎杆温度为580-650℃。
相对于现有技术，本发明创造所述的一种钎杆及其制备方法
具有以下优势：
所制备的钎杆冲击功明高于普通钎杆，是普通钎杆的一倍以上，通过控制Mn/Mo比和Cr/Ni比使得制备的钎杆在实际工作环境中的使用寿命延长1的一倍以上，淬透性和韧性比较高，硬度和耐磨性比较高。通过本发明生产的产品具有很好的耐磨性，抗冲击疲劳韧性好。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明创造所属领域技术人员普遍理解的相同含义。所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
实施例1
将炼钢原料进行配料，使得所得钎杆中含有重量百分比：C：0.56％，Si:0.38％，Mn:1.29％，Cr:2.20％，Ni:0.68％，Mo:0.43％，V:0.45％，P≤0.02％，S≤0.02％，余量为Fe,上述各组分重量百分比之和为100％；其中，控制Mn/Mo比为3.0；控制Cr/Ni比为3.2。
配料后，加入到真空感应炉中进行熔炼，在真空度为5Pa下，电功率为1500KW进行精炼，全融钢水温度为1620℃；进行精炼，真空度控制为≤5Pa,电功率1600KW，搅拌时间控制在30分钟；然后出钢温度为1580℃，以500kg/分钟的速度出钢，浇注到模具中，冷却至1100℃后破空，再冷却到650℃后脱模，再埋入沙中冷却至30℃，得到圆钢。
将圆钢放入加热炉中，加热炉内升温至1130℃，保温2小时，开锻温度1050℃，终锻温度850℃，氮气冷却3分钟，后空冷至450℃，锻件经机加工成钎杆。钎杆在炉内以30℃/小时的升温速度预热到初段温度450℃，保温1小时，在以50℃/小时的升温速度升温至中段温度750℃，保温1小时，然后快速升温至900℃，保温2小时，先在40℃水淬处理5分钟，降温至650℃后，经油冷却至180℃，最后空气冷却，空气冷却后，在回火炉内升温至200℃，保温2.5小时，最后空气冷却至室温。所制备的钎杆性能见表2。
实施例2
将炼钢原料进行配料，使得所得钎杆中含有重量百分比：C：0.48，Si:0.33，Mn:1.18，Cr:1.98,Ni:0.60，Mo:0.38，V:0.38，P≤0.02，S≤0.02，余量为Fe,上述各组分重量百分比之和为100％,其中，控制Mn/Mo比为3.1；控制Cr/Ni比为3.3。
配料后，加入到真空感应炉中进行熔炼，在真空度为5Pa下，电功率为1550KW进行精炼，全融钢水温度为1630℃；进行精炼，真空度控制为≤5Pa,电功率为1600KW，搅拌时间控制在40分钟；然后出钢温度为1600℃，以550kg/分钟速度出钢，浇注到模具中，冷却至1100℃后破空，再冷却到700℃后脱模，再埋入沙中冷却至35℃，得到圆钢。
将圆钢放入加热炉中，加热炉内升温至1150℃，保温2.5小时，开锻温度1050℃，终锻温度900℃，氮气冷却3分钟，后空冷至460℃，锻件经机加工成钎杆。钎杆在炉内以35℃/小时的升温速度预热到初段温度500℃，保温1小时，在以55℃/小时的升温速度升温至中段温度770℃，保温1小时，然后快速升温至930℃，保温2小时，先在50℃水淬处理7分钟，降温至630℃后，经油冷却至150℃，最后空气冷却；空气冷却后，升温至210℃，在回火炉内保温3小时，最后空气冷却至室温。所制备的钎杆性能见表2。
实施例3
将炼钢原料进行配料，使得所得钎杆中含有重量百分比：C：0.45％，Si:0.30％，Mn:1.12％，Cr:1.94％，Ni:0.57％，Mo:0.35％，V:0.30％，P≤0.02％，S≤0.02％，余量为Fe,上述各组分重量百分比之和为100％；其中，控制Mn/Mo比为3.2；控制Cr/Ni比为3.4
配料后，加入到真空感应炉中进行熔炼，在真空度为5Pa下，电功率为1600KW进行精炼，全融钢水温度为1680℃；进行精炼，真空度控制为≤5Pa,电功率为1600KW，搅拌时间控制在50分钟；然后出钢温度为1650℃，以600kg/分钟的速度出钢，浇注到模具中，冷却至1200℃后破空，再冷却到800℃后脱模，再埋入沙中冷却至40℃，得到圆钢。
将圆钢放入加热炉中，加热炉内升温至1160℃，保温3小时，开锻温度1100℃，终锻温度900℃，氮气冷却3分钟，后空冷至500℃，锻件经机加工成钎杆。钎杆在炉内以40℃/小时的升温速度预热到初段温度500℃，保温2小时，在以55℃/小时的升温速度升温至中段温度800℃，保温2小时，然后快速升温至950℃，保温2.5小时，先在60℃水淬处理10分钟，降温至580℃后，经油冷却至170℃，最后空气冷却，空气冷却后，升温至230℃，在回火炉内保温3.5小时，最后空气冷却至室温。所制备的钎杆性能见表2。
实施例4
将炼钢原料进行配料，使得所得钎杆中含有重量百分比：C：0.46％，Si:0.25％，Mn:1.09％，Cr:1.89％,Ni:0.55％，Mo:0.32％，V:0.28％，P≤0.02％，S≤0.02％，余量为Fe,上述各组分重量百分比之和为100％,其中，控制Mn/Mo比为3.4；控制Cr/Ni比为3.4。
配料后，加入到真空感应炉中进行熔炼，在真空度为5MPa下，电功率为1500KW进行精炼，全融钢水温度为1650℃；进行精炼，真空度控制为≤5Pa,电功率为1600KW，搅拌时间控制在35分钟；然后出钢温度为1620℃，以550kg/分钟速度出钢，浇注到模具中，冷却至1200℃后破空，再冷却到750℃后脱模，再埋入沙中冷却至30℃，得到圆钢。
将圆钢放入加热炉中，加热炉内升温至1160℃，保温3小时，开锻温度1050℃，终锻温度870℃，氮气冷却3分钟，后空冷至450℃，锻件经机加工成钎杆。钎杆在炉内以45℃/小时的升温速度预热到初段温度500℃，保温1小时，在以55℃/小时的升温速度升温至中段温度800℃，保温1小时，然后快速升温至900℃，保温2小时，先在50℃水淬处理8分钟，降温至620℃后，经油冷却至160℃，最后空气冷却，空气冷却后，升温至220℃，在回火炉内保温3小时，空气冷却至室温。所制备的钎杆性能见表2。
实施例5
将炼钢原料进行配料，使得所得钎杆中含有重量百分比：C：0.40％，Si:0.20％，Mn:1.02％，Cr:1.89％，Ni:0.54％，Mo:0.29％，V:0.25％，P≤0.02％，S≤0.02％，余量为Fe,上述各组分重量百分比之和为100％,其中，控制Mn/Mo比为3.5；控制Cr/Ni比为3.5。
配料后，加入到真空感应炉中进行熔炼，在真空度为5MPa下，电功率为1500KW进行精炼，全融钢水温度为1680℃；进行精炼，真空度控制为≤5Pa,电功率为1500KW，搅拌时间控制在30分钟；然后出钢温度为1630℃，以570kg/分钟速度出钢，浇注到模具中，冷却至1200℃后破空，再冷却到690℃后脱模，再埋入沙中冷却至30℃，得到圆钢。
将圆钢放入加热炉中，加热炉内升温至1160℃，保温2小时，开锻温度1050℃，终锻温度900℃，氮气冷却3分钟，后空冷至450℃，锻件经机加工成钎杆。钎杆在炉内以50℃/小时的升温速度预热到初段温度500℃，保温3小时，在以50℃/小时的升温速度升温至中段温度780℃，保温3小时，然后快速升温至920℃，保温2小时，先在60℃水淬处理5分钟，降温至650℃后，经油冷却至180℃，最后空气冷却，空气冷却后，升温至210℃，在回火炉内保温3.5小时，空气冷却至室温。所制备的钎杆性能见表2。
通过对比，发现Mo的重量百分比为0.25-0.35％，Mn为1.0-1.3％，Mn/Mo比控制为2.7-3.8，；优选3.0-3.5时，Ni的重量百分比为0.5-0.7％，Cr为1.8-2.2％，Cr/Ni比控制为2.8-3.7；优选3.2-3.5时，这种状态下材料的淬透性和韧性比较高，硬度和耐磨性比较高。
表1 钎杆组份
类别/(％) C Si Mn Cr Ni V Mo P S
对比例1 0.38 0.17 0.50 1.1 0.6 0.2 0.22 ≤0.03 ≤0.03
实施例1 0.56 0.38 1.29 2.20 0.68 0.45 0.43 ≤0.02 ≤0.02
实施例2 0.48 0.33 1.18 1.98 0.60 0.38 0.38 ≤0.02 ≤0.02
实施例3 0.45 0.30 1.12 1.94 0.57 0.30 0.35 ≤0.02 ≤0.02
实施例4 0.46 0.25 1.09 1.89 0.55 0.28 0.32 ≤0.02 ≤0.02
实施例5 0.40 0.20 1.02 1.89 0.54 0.25 0.29 ≤0.02 ≤0.02
表2 钎杆性能
类别 HRC Akv(J) 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa
对比例1 50 4.5 1080 930
实施例1 61 12 1390 1303
实施例2 58 13 1357 1295
实施例3 57 15 1332 1298
实施例4 56 16 1302 1277
实施例5 53 17 1295 1268
从表2可以看出：通过表1中实施例1-5所制备的钎杆性能均都优于对比例1；其中实施例1-5所制备的钎杆冲击功明显高于对比例1，冲击功是对比例1的2.6-3.7倍；随着含碳量的下降，硬度也在下降，抗拉强度也在下降，只有冲击功上升。
通过对比实施例1-5，发现实施例3所制得的钎杆性能最好，其中Mn/Mo比为3.2，Cr/Ni比为3.4。与此同时，通过实施例3制备的钎杆在实际工作环境中的使用寿命是对比例1的1.22倍，实施例1、实施例2、实施例4和实施例5所制备的钎杆的使用寿命也是对比例1的一倍以上。因此本发明生产的产品具有很好的耐磨性，抗冲击疲劳韧性好，使得钎杆使用寿命延长一倍以上。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种钎杆，其特征在于，所述钎杆中Mn/Mo比控制为2.7-3.8，优选3.0-3.5；Cr/Ni比控制为2.8-3.7，优选3.2-3.5。
2.根据权利要求1所述的钎杆，其特征在于：所述炼钢原料的配料使得所得钎杆中含有重量百分比：C：0.40-0.60％，Si:0.20-0.40％，Mn:1.0-1.3％，Cr:1.8-2.2％,Ni:0.5-0.7％，Mo:0.30-0.45％，V:0.25-0.45％，P≤0.03％，S≤0.03％；余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的钎杆，其特征在于：所述炼钢原料的配料使得所得钎杆中含有重量百分比：C：0.40-0.55％，Si:0.20-0.35％，Mn:1.1-1.3％，Cr:1.8-2.2％，Ni:0.5-0.7％，Mo:0.3-0.35％，V:0.30-0.45％，P≤0.01％，S≤0.01％；余量为Fe，上述各组分重量百分比之和为100％。
4.根据权利要求1所述的钎杆，其特征在于：所述炼钢原料的配料使得所得钎杆中含有重量百分比：C：0.40-0.50％，Si:0.2-0.3％，Mn:1.0-1.3％，Cr:2.0-2.2％，Ni:0.5-0.7％，Mo:0.32-0.35％，V:0.25-0.40％，P≤0.01％，S≤0.01％；余量为Fe，上述各组分重量百分比之和为100％。
5.一种制备如权利要求1-4任一所述的钎杆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将炼钢原料进行配料，加入到真空感应炉中,钢水温度为1580-1700℃进行熔炼、精炼处理、除渣、浇筑成型、冷却得到圆钢；
2)将圆钢放入加热炉中，加热炉内升温至1130-1160℃，保温2-3小时，开锻温度1050-1100℃，终锻温度850-900℃，氮气冷却2-3分钟，后空冷至450～500℃，锻件经机加工成钎杆；
3)钎杆在炉内以30-50℃/小时的升温速度预热到初段温度450-500℃，保温1-3小时，在以50-60℃/小时的升温速度升温至中段温度750-800℃，保温1-3小时，然后快速升温至900-950℃，保温2-2.5小时，先进行水淬处理5-10分钟，再经油冷却至150-180℃，最后空气冷却。空气冷却后，在回火炉内升温至200-230℃，保温2.5-3.5小时，最后空气冷却至室温，。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼使冶炼原料达到全熔状态，该全熔状态的钢水温度为1600-1680℃。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述精炼处理的条件包括：电功率为1500-1600KW，真空度≤5Pa，搅拌时间为30-50分钟。
8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述浇注成型的条件包括：出钢温度为1580-1650℃，出钢速度为500-600kg/分钟，成型的圆钢冷却至1100-1200℃后破空，冷却至650-800℃，再埋入砂中冷却至30-40℃。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在40-60℃水中淬火，至钎杆温度为580-650℃。
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