CN107868904A - 一种液压破碎锤活塞用钢及其制造工艺 - Google Patents

一种液压破碎锤活塞用钢及其制造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种液压破碎锤活塞用钢及其制造工艺，一种液压破碎锤活塞用钢，其为高合金钢SNCM26VMOD，其化学成分以重量百分比计量主要包括：C=0.14‑0.25%、Si=0.15‑0.35%、Mn=0.80‑1.20%、Ni=3.25‑3.65%、Cr=1.40‑1.80%、Mo=0.40‑0.60%、V=0.05‑0.15%、S≤0.025%、P≤0.025%，其余为Fe及不可避免的杂质元素；该液压破碎锤活塞用钢的制造工艺，整个工艺步骤包括电弧炉冶炼、LF精炼、VD精炼、电渣重熔、锻造及锻后热处理,通过本发明制造出高强高韧活塞材料，避免了活塞凹心的出现，大大减少了活塞断裂情况，提高了活塞的使用寿命。

Description

一种液压破碎锤活塞用钢及其制造工艺
技术领域
本发明属于破碎锤活塞生产技术领域，尤其涉及一种可以避免活塞凹心的出现，大大减少活塞断裂情况，提高活塞使用寿命的液压破碎锤活塞用钢及其制造工艺。
背景技术
液压破碎锤属于一种新型高效的液压冲击振动机具，是挖掘机或装载机的一个配套工作部件，工作时借助工作母机输出的高压油实现破碎器活塞在缸体中的高频往复运动，从而打击钎杆，对外做功，其应用于矿山开采、冶金工业、市政工程、建筑施工、公路铁路等诸多领域。
其中，活塞式破碎锤的关键零件，破碎锤活塞在工作中与缸体有着连续的高速相对往复运动，运动往复间存在着剧烈的摩擦，下端面又要频繁撞击钎杆，承受冲击应力。因此，破碎锤活塞设计制造的好坏直接影响到破碎锤工作的可靠性和寿命，而工作可靠性和寿命又与制造活塞材料密切相关。
另外，目前破碎锤活塞多选用低碳合金渗碳钢和中碳合金渗碳钢制造，具有抗拉强度较低、材料热处理后芯部强度低的缺点，在大中型液压破碎锤强大的冲击作用下，活塞易出现打击端面凹陷和端部镦粗现象。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足而提供一种高强度高韧性的液压破碎锤活塞用钢及其制造工艺，从而达到避免活塞凹心的出现、大大减少活塞断裂情况，提高活塞的使用寿命，满足经济高效运行的目的。
为实现上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：一种液压破碎锤活塞用钢，其为高合金钢SNCM26VMOD，其化学成分以重量百分比计量主要包括：C＝0.14-0.25％、Si＝0.15-0.35％、Mn＝0.80-1.20％、Ni＝3.25-3.65％、Cr＝1.40-1.80％、Mo＝0.40-0.60％、V＝0.05-0.15％、S≤0.025％、P≤0.025％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。
一种如上所述的液压破碎锤活塞用钢的制造工艺，整个工艺步骤包括电弧炉冶炼、LF精炼、VD精炼、电渣重熔、锻造及锻后热处理。
所述工艺步骤的工艺条件为：
1)电弧炉冶炼：利用电弧炉将原料炼制成钢液，将钢液氧化后出钢，在钢包中进行预脱氧及部分合金化；
2)LF精炼：LF精炼过程中采用电石加碳粉进行扩散脱氧，白渣保持时间≥25分钟；
3)VD精炼：在VD精炼前按内控目标值进行化学成分的调整，在真空度67Pa以下，真空保持≥30分钟，并对钢包底部吹氩弱搅拌时间≥15分钟，出钢镇静后采用氩气保护浇注；
4)电渣重熔：经电弧炉冶炼、LF精炼、VD精炼工艺步骤获得的钢锭脱模后热送电渣重熔，经电渣重熔后获得的电渣锭脱模后过冷至450～500℃罩冷；
5)锻造：将电渣锭放入车底式燃气炉中加热，加热炉温度为1230±20℃，保温时间2～4h，始锻温度1180～900℃，终锻温度≥800℃，采用油压机错护锭板，然后镦粗至H＝φ600～φ700mm，在上下平砧上拔长至热方400mm，压下量20％～30％，然后倒八方至热方420mm，倒八方后返炉保温2-4h，炉温在1180～850℃之间，出炉采用1800T精锻机锻造，每一道次下锤量控制变形量为80～100mm。
6)锻后热处理：锻后热处理包括正火及退火工艺，锻后待料空冷至280～320℃，保温2～3.5h/100mm，然后以≤80℃/h的速度升温到900～940℃，保温1～1.5h/100mm，然后进行风冷至280～320℃之间时，入炉保温2～3.5h/100mm，保温结束升至650～700℃均保温后缓冷，保温时间为6～8h/100mm。
所述锻造步骤中的最佳锻造比为8～10.5。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
采用SNCM26VMOD合金钢，通过对各元素含量的调整，获得更好的强韧性；上述原料经LF精炼、VD精炼、电渣重熔等精炼步骤，获得较高纯净度；经过对活塞使用过程进行研究、试验及锻造比对材料性能的影响，设计出最佳锻造比：8～10.5，消除了合金钢的组织缺陷，且使合金钢中的碳化物分布均匀；锻后采用正火+退火，达到细化晶粒、改善内部组织和消除锻造应力的目的；通过本发明制造出高强高韧活塞材料，避免了活塞凹心的出现、大大减少了活塞断裂情况，提高了活塞的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的锻后热处理工艺流程图。
图2为本发明的试料热处理工艺流程图。
具体实施方式
一种液压破碎锤活塞用钢，其为高合金钢SNCM26VMOD，其化学成分以重量百分比计量主要包括：C＝0.14-0.25％、Si＝0.15-0.35％、Mn＝0.80-1.20％、Ni＝3.25-3.65％、Cr＝1.40-1.80％、Mo＝0.40-0.60％、V＝0.05-0.15％、S≤0.025％、P≤0.025％，其余为Fe及不可避免的杂质元素，通过对Ni、C、V等元素进行调整，此化学成分可提高合金钢的强韧性。
一种如上所述的液压破碎锤活塞用钢的制造工艺，整个工艺步骤包括电弧炉冶炼、LF精炼、VD精炼、电渣重熔、锻造及锻后热处理，采用优质钢铁料及低磷合金，经LF精炼、VD精炼、电渣重熔，获得较高的纯净度。
所述工艺步骤的工艺条件为：
1)电弧炉冶炼：利用电弧炉将原料炼制成钢液，将钢液氧化后出钢，在钢包中进行预脱氧及部分合金化；
2)LF精炼：LF精炼过程中采用电石加碳粉进行扩散脱氧，白渣保持时间≥25分钟；
3)VD精炼：在VD精炼前按内控目标值进行化学成分的调整，在真空度67Pa以下，真空保持≥30分钟，并对钢包底部吹氩弱搅拌时间≥15分钟，出钢镇静后采用氩气保护浇注；
4)电渣重熔：经电弧炉冶炼、LF精炼、VD精炼工艺步骤获得的钢锭脱模后热送电渣重熔，经电渣重熔后获得的电渣锭脱模后过冷至450～500℃罩冷，表面清理后下转锻造；
5)锻造：将电渣锭放入车底式燃气炉中加热，加热炉温度为1230±20℃，保温时间2～4h，始锻温度1180～900℃，终锻温度≥800℃，在锻造过程中：首先采用油压机错护锭板，然后镦粗至H＝φ600～φ700mm，在上下平砧上拔长至热方400mm，压下量20％～30％，然后倒八方至热方420mm，倒八方后返炉保温2-4h，炉温在1180～850℃之间，出炉采用1800T精锻机锻造，每一道次下锤量控制变形量为80～100mm，经过对活塞使用过程进行研究、试验及锻造比对材料性能的影响，设计出最佳锻造比：8～10.5。
6)锻后热处理：如图1所示，锻后热处理包括正火及退火工艺，锻后待料空冷至280～320℃，保温2～3.5h/100mm，使组织尽快转变成贝氏体型组织，加速氢的扩散；然后以≤80℃/h的速度升温到900～940℃，保温1～1.5h/100mm，完成奥氏体转变及均匀化；然后进行风冷以达到细化晶粒的目的，当件温冷却至至280～320℃之间时，入炉保温2～3.5h/100mm，使残余奥氏体充分转变为贝氏体型组织；保温结束升至650～700℃均保温后缓冷，保温时间为6～8h/100mm，形成稳定的组织、消除锻造应力和进一步扩氢。
不同冶炼炉任抽2支φ206mm锻件在冒口端截取一段长400mm试料，模拟最终热处理工艺，如图2所示，先进行正火+高温回火，用以细化晶粒及均匀组织，为淬火做好准备。正火900-940℃，保温4h，空冷，高温回火650±20℃，保温6h，空冷；淬火820-860℃,保温4h，油冷，完成奥氏体转变并使其均匀化，油冷后获得马氏体组织；最后低温回火200±20℃，保温10h后空冷，获得均匀的回火马氏体组织，满足高强高韧的力学性能要求。
对SNCM26V活塞材料与SNCM26VMOD活塞材料按照GB/T228、GB/T229测试标准进行力学性能测试，结果如下表1。通过上述化学成分设计、锻造比设计及热处理工艺设计得到的活塞材料SNCM26VMOD，其强韧性明显优于SNCM26V，提高活塞的使用寿命，且有效降低生产成本。
表1力学性能测试数据

Claims (4)

1.一种液压破碎锤活塞用钢，其特征在于：所述液压破碎锤活塞用钢为高合金钢SNCM26VMOD，其化学成分以重量百分比计量包括：C＝0.14-0.25％、Si＝0.15-0.35％、Mn＝0.80-1.20％、Ni＝3.25-3.65％、Cr＝1.40-1.80％、Mo＝0.40-0.60％、V＝0.05-0.15％、S≤0.025％、P≤0.025％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。
2.一种如权利要求1所述的液压破碎锤活塞用钢的制造工艺，其特征在于：整个工艺步骤包括电弧炉冶炼、LF精炼、VD精炼、电渣重熔、锻造及锻后热处理。
3.根据权利要求2所述一种液压破碎锤活塞用钢的制造工艺，其特征在于：所述工艺步骤的工艺条件为：
步骤1)、电弧炉冶炼：利用电弧炉将原料炼制成钢液，将钢液氧化后出钢，在钢包中进行预脱氧及部分合金化；
步骤2)、LF精炼：LF精炼过程中采用电石加碳粉进行扩散脱氧，白渣保持时间≥25分钟；
步骤3)、VD精炼：在VD精炼前按内控目标值进行化学成分的调整，在真空度67Pa以下，真空保持≥30分钟，并对钢包底部吹氩弱搅拌时间≥15分钟，出钢镇静后采用氩气保护浇注；
步骤4)、电渣重熔：经电弧炉冶炼、LF精炼、VD精炼工艺步骤获得的钢锭脱模后热送电渣重熔，经电渣重熔后获得的电渣锭脱模后过冷至450～500℃罩冷；
步骤5)、锻造：将电渣锭放入车底式燃气炉中加热，加热炉温度为1230±20℃，保温时间2～4h，始锻温度1180～900℃，终锻温度≥800℃，采用油压机错护锭板，然后镦粗至H＝φ600～φ700mm，在上下平砧上拔长至热方400mm，压下量20％～30％，然后倒八方至热方420mm，倒八方后返炉保温2-4h，炉温在1180～850℃之间，出炉采用1800T精锻机锻造，每一道次下锤量控制变形量为80～100mm。
步骤6)、锻后热处理：锻后热处理包括正火及退火工艺，锻后待料空冷至280～320℃，保温2～3.5h/100mm，然后以≤80℃/h的速度升温到900～940℃，保温1～1.5h/100mm，然后进行风冷至280～320℃之间时，入炉保温2～3.5h/100mm，保温结束升至650～700℃均保温后缓冷，保温时间为6～8h/100mm。
4.根据权利要求2或3所述一种液压破碎锤活塞用钢的制造工艺，其特征在于：所述锻造步骤中的最佳锻造比为8～10.5。
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