CN107502833A

CN107502833A - 一种矿山机械铰接销用钢及其制备方法

Info

Publication number: CN107502833A
Application number: CN201710545751.5A
Authority: CN
Inventors: 郑桂芸; 戈文英; 袁淑君
Original assignee: Shandong Iron and Steel Group Co Ltd SISG
Current assignee: Shandong Iron and Steel Group Co Ltd SISG
Priority date: 2017-07-06
Filing date: 2017-07-06
Publication date: 2017-12-22

Abstract

本发明公开了一种矿山机械铰接销用钢及其制备方法，所述铰接销用钢的化学组成及重量百分数为：C:0.30～0.40％、Si:1.05～1.45％、Mn:0.70～1.10％、P:≤0.020％、S:≤0.020％、Cr:1.05～1.45％、Cu:≤0.15％、Ni:≤0.10％、Alt:0.015～0.045％、[O]:≤20×10^‑6、[N]:≤90×10^‑6、[H]:≤2.0×10^‑6，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明的钢具有高的抗冲击、耐磨性和抗腐蚀性，加工后的矿山机械铰接销性能优异，采用该钢制造的铰接销使用寿命超过一般合金结构钢材料。

Description

一种矿山机械铰接销用钢及其制备方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体地，本发明涉及一种矿山机械铰接销用钢及其制备方法。

背景技术

铰接销在矿山机械中受力状况复杂，不同部位的铰接销受力情况不同，对钢材的性能要求不同，本发明主要针对矿山机械中具有转动部位的铰接销用钢的发明。该部位的铰接销承受变动载荷，要求钢材具有高强度，冲击韧性、耐润滑油的腐蚀、耐摩擦等性能。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种矿山机械铰接销用钢，针对矿山机械铰接销用钢使用要求，通过合理设计钢种成分，改进制备方法；解决钢材成分设计、性能、组织、纯净度、表面质量的问题，开发生产高强度，耐冲击、耐润滑油的腐蚀、耐摩擦等性能用钢。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种矿山机械铰接销用钢，其化学组成及重量百分数为：C:0.30～0.40％、Si:1.05～1.45％、Mn:0.70～1.10％、P:≤0.020％、S:≤0.020％、Cr:1.05～1.45％、Cu:≤0.15％、Ni:≤0.10％、Alt:0.015～0.045％、[O]:≤20×10^-6、[N]:≤90×10^-6、[H]:≤2.0×10^-6，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明钢种成分的确定：

铰接销工作时和被连接件之间处于挤压、冲击和摩擦状态；要保证铰接销结构强度、抗冲击及抗润滑液的腐蚀。就要铰接销材料要有耐磨性和抗疲劳，同时也要有抗腐蚀性。

C对钢的机械性能影响极为显著，对钢的心部强度影响很大，太低，强度达不到要求，过高会使钢的塑性和韧性下降；为保证钢材性能稳定控制碳含量在C：0.30～0.40％；调质钢中加入0.70～1.10％Mn，一是作为脱氧元素，二是能改善钢的冲击韧性；在调质结构钢中加入硅，强度可提高15～20％。硅和铬结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，控制Si:1.05～1.45％；S、P在钢中视为有害元素，因此，本发明控制S≤0.020％，P≤0.020％；铬元素具有高的抗腐蚀性，控制Cr：1.05～1.45％；Ni、Cu为残余元素，为减少危害，控制Ni≤0.10％，Cu≤0.15％；为提高钢的纯净度和疲劳寿命，本发明还对氧、氢、氮和铝提出了控制要求：[O]≤20×10^-6，[H]≤2.0×10^-6，[N]≤90×10^-6，[Al]：0.015～0.045％。

进一步优选的，所述铰接销用钢的化学组成及重量百分数为

C:0.35～0.37％、Si:1.20～1.30％、Mn:0.98～1.03％、P:≤0.020％、S:≤0.015％、Cr:1.25～1.30％、Cu:≤0.15％、Ni:≤0.10％、Alt:0.015～0.035％、[O]:≤15×10^-6、[N]:≤90×10^-6、[H]:≤2.0×10^-6，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明还提供了一种矿山机械铰接销用钢的制备方法，所述制备方法通过钢包微调成分、氩气搅拌、真空脱气处理加强钢的脱氧去气的冶炼控制，终脱氧喂入铝线；通过喂入钙线进行钙处理，改变夹杂物形态，提升钢的纯净度及钢水的可浇性。采用全程保护浇注；钢坯在加热炉的均热温度为1200～1260℃，加热和高温扩散时间为5～7.5h，开轧温度1120～1200℃，终轧温度920～1020℃。

具体地，所述矿山机械铰接销用钢的制备方法可考虑以下工艺条件进行操作：

1)冶炼：控制铁水(或生铁)兑入重量比例为60％～80％，电炉终点碳含量控制在0.10％～0.15％；采用铝脱氧，控制钢芯铝加入量在1.5～2.5kg/t钢并通过LF炉喂铝线控制钢水中酸溶铝处于0.015～0.045％；

在精炼过程中选择精炼渣系和软吹氩制度，氩气压力为0.10～0.30MPa；LF精炼炉出钢前喂铝线1.5～3m/吨钢和钙线1.5～3.5m/吨钢出钢温度控制在1600～1630℃；VD前扒渣，控制炉中渣量厚度在45～50mm；真空度控制在67Pa以下保持不小于25min；真空处理后软吹时间不低于20min；去除钢中夹杂物、降低总氧含量，提高钢的纯净度；

2)浇注：采用全保护浇注、选用合适结晶器保护渣，优化电磁搅拌参数，控制中间包过热度为15～30℃，控制连铸拉坯速度为0.34±0.1m/min；

3)轧制：钢坯在加热炉的均热温度为1200～1260℃，加热和高温扩散时间为5～7.5h，开轧温度1120～1200℃，终轧温度920～1020℃。

优选的，所述步骤1)中，按重量百分比计，所述的精炼渣系为：CaO％：45～55、SiO₂％:5～10、MgO％：3～5、Al₂O₃％：35～45、S、P％均＜0.05、[FeO]+[MnO]≦1.0％；粒度5～40mm，其中小于5mm的不得大于5％；所述软吹氩制度为：氩气流量20NL/min～40NL/min，压力0.20Mpa～0.30Mpa。

优选的，步骤1)所述的精炼出钢钢水温度为1605～1620℃；优选的，步骤1)所述的氩气压力0.20Mpa～0.30Mpa。

步骤1)中强化脱氧及夹杂物变形处理。通过VD炉真空脱气处理进一步降低钢中的气体含量提高钢材的纯净度。

步骤1)所述的VD炉为真空脱气炉；VD真空脱气为用来脱除钢中氢气、氮气。

步骤2)所述全保护浇注选用合适结晶器保护渣，保护渣系为：CaO％：23～25、SiO₂％:27～30、MgO％：2.5～3.5、Al₂O₃％:5～7、TFe％:1～2、[FeO]+[MnO]≦1.0％，结晶器电磁搅拌参数为电流300A，频率1.5HZ；末端电磁搅拌为电流130A，频率5HZ。

本发明所述的百分比或其他比例，未特别说明的均为重量比。

与现有技术相比，本发明的技术方案有下列优点：

1、同目前广泛应用的矿山机械铰接销用钢及钢的生产相比较，该钢具有高的抗冲击、耐磨性和抗腐蚀性，加工后的矿山机械铰接销性能优异，采用该钢制造的铰接销使用寿命超过一般合金结构钢材料。

2、本发明的矿山机械铰接销用钢的制备方法，钢的冶炼，加强钢的脱氧去气等冶炼控制，通过控制铁水(或生铁)兑入比例、精炼炉渣量、VD炉操作和强化水口保护浇注效果，氮含量可控制在80ppm以下，氢含量控制在1.5ppm以下，氧含量控制在15ppm以下。根据钢的含硅量高具有裂纹敏感性及凝固特性，设计钢液浇注控制过热度、连铸速度，连铸结晶器采用专用保护渣，提高连铸坯质量；钢的轧制，钢坯在加热炉的均热温度为1200～1260℃，加热和高温扩散时间为5～7.5h，开轧温度1120～1200℃，终轧温度920～1020℃。采用该制备方法可生产规格Ф130～310mm的圆钢。

附图说明

图1为本发明钢热轧态金相组织图，热轧状态:100×。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于此。

生产工艺流程为：配料→电弧炉冶炼→LF精炼炉精炼→VD真空精炼炉精炼→圆坯连铸(Ф650mm)→连轧轧机轧制。

试验生产4炉次，分别编号1#、2#、3#、4#和5#。

(1)电弧炉冶炼

炉料结构为废钢+铁水，铁水比例大于60％；主要控制工艺参数列于表1。

表1电弧炉冶炼主要工艺参数

(2)LF精炼炉冶炼

钢包底吹氩气搅拌，采用SiC扩散脱氧，喂铝线进行沉淀脱氧；造渣采用合成渣、石灰、萤石进行调整；按重量百分比计，所述的精炼渣系为：CaO％：45～55、SiO₂％:5～10、MgO％：3～5、Al₂O₃％：35～45、S、P％均＜0.05、[FeO]+[MnO]≦1.0％；粒度5～40mm，其中小于5mm的不得大于5％；所述软吹氩制度为：氩气流量20NL/min～40NL/min，压力0.20MPa～0.30Mpa。主要控制工艺参数见表2，终渣主要成分见表3。

表2 LF精炼炉冶炼主要控制工艺参数

表3 LF精炼炉冶炼终渣主要成分(质量百分数，％)

(3)VD炉真空精炼

钢包入VD炉之前，扒除50％左右的炉渣；控制炉渣渣量厚度在45～50mm，钢包至VD炉工位后，主要控制工艺参数列于表4。

表4 VD炉真空精炼主要控制工艺参数

(4)连铸

连铸机五机五流，铸坯规格Ф650mm。连铸采用大包长水口氩封保护，中间包加覆盖剂和碳化稻壳保温，中间包钢液液面800±2mm，结晶器浸入式水口保护浇注方式。液压非正弦振动；结晶器液位自动控制；需要合适采用结晶器电磁搅拌，参数300A/1.5HZ；末端电磁搅拌，参数130A/5HZ。全保护浇注选用的结晶器保护渣系为：CaO％：23～25、SiO₂％:27～30、MgO％：2.5～3.5、Al₂O₃％:5～7、TFe％:1～2、[FeO]+[MnO]≦1.0％。二冷采用动态控制气一雾冷却的弱冷方式；铸坯多点矫直。连铸控制工艺参数列于表5。

表5连铸控制工艺参数

(5)轧制

铸坯热送轧制，热送铸坯表面温度600～630℃，装入加热炉铸坯表面温度450～480℃。轧制规格Ф210mm的圆钢。轧制控制工艺参数列于表6。

表6轧制控制工艺参数

结果数据

(1)成分

本实施例成分列于表7。

表7本发明实施例成分(质量百分比，％)

(2)轧材性能检验结果

本实施例低倍、高倍检验及末端淬透性试验分别列于表8、表9和表10，1#钢热轧态金相组织图如图1所示。

表8本发明实施例的低倍检验

表9本发明实施例的高倍检验

表10本发明实施例的力学性能试验

由表8～10和图1可以看出：本发明的铰接销用钢低倍组织好，夹杂物级别低，气体含量低，力学性能提高和稳定等优点。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种矿山机械铰接销用钢，其特征在于，所述铰接销用钢的化学组成及重量百分数为：

C:0.30～0.40％、Si:1.05～1.45％、Mn:0.70～1.10％、P:≤0.020％、S:≤0.020％、Cr:1.05～1.45％、Cu:≤0.15％、Ni:≤0.10％、Alt:0.015～0.045％、[O]:≤20×10^-6、[N]:≤90×10^-6、[H]:≤2.0×10^-6，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.权利要求1所述的矿山机械铰接销用钢的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

1)冶炼：控制铁水或生铁兑入重量比例为60％～80％，电炉终点碳含量控制在0.10％～0.15％；采用铝脱氧，控制钢芯铝加入量在1.5～2.5kg/t钢并通过LF炉喂铝线控制钢水中酸溶铝处于0.015～0.045％；

在精炼过程中选择精炼渣系和软吹氩制度，氩气压力为0.10～0.30MPa；LF精炼炉出钢前喂铝线1.5～3m/吨钢和钙线1.5～3.5m/吨钢；出钢温度控制在1600～1630℃；VD炉真空精炼前扒渣，控制炉中渣量厚度在45～50mm；真空度控制在67Pa以下保持不小于25min；真空处理后软吹时间不低于20min；

2)连铸：采用全保护浇注，选用合适结晶器保护渣，优化电磁搅拌参数，控制中间包过热度为15～30℃，控制连铸拉坯速度为0.34±0.1m/min；

3.根据权利要求2所述的矿山机械铰接销用钢的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，按重量百分比计，所述的精炼渣系为：CaO％：45～55、SiO₂％:5～10、MgO％：3～5、Al₂O₃％：35～45、S、P％均＜0.05、[FeO]+[MnO]≦1.0％；粒度5～40mm，其中小于5mm的不得大于5％；所述软吹氩制度为：氩气流量20NL/min～40NL/min，压力0.20MPa～0.30Mpa。

4.根据权利要求2所述的矿山机械铰接销用钢的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，按重量百分比计，所述步骤2)中，所述全保护浇注选用的结晶器保护渣系为：CaO％：23～25、SiO₂％:27～30、MgO％：2.5～3.5、Al₂O₃％:5～7、TFe％:1～2、[FeO]+[MnO]≦1.0％。