CN108504938A - 一种凿岩钎具中空钢的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高疲劳寿命钎具钢的生产方法，钢的组成重量百分比为碳0.51%~0.54%，硅1.20%~1.30%，锰0.70%~0.85%，磷≤0.015%，硫≤0.015%，钼0.44%~0.48%，铝0.015%~0.035%，氮≤0.0080%、铜≤0.20%，其余为Fe和不可避免的杂质。其生产采用转炉冶炼+炉外精炼+真空脱气+连铸+开坯轧制+缓冷+扒皮的生产工艺流程，可生产成品为150×150mm规格方钢，其产品检验热轧硬度适中，便于机械加工，偏析较好，夹杂物物及全氧含量低，产品经客户加工成中空钎具钢产品后疲劳寿命高，综合机械性能优良，工艺稳定性好，能够很好的满足复杂条件下矿山凿岩开采的使用需求。

Description

一种凿岩钎具中空钢的生产方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种高疲劳寿命凿岩钎具中空钢的生产方法。

技术背景

凿岩钎具在作业中受到凿孔直径的限制，其横截面积均很小。然而，这种细长的杆件，却要在剧烈磨损和具有腐蚀介质作用的条件下承受2000～3000次／m高频率、294J左右高冲击功凿岩机施加的拉、压、弯、扭等循环应力。根据负载大小和岩石固性等条件的不同，其凿岩寿命常常只有几分钟到十几个小时。钎具用钢种必须首先满足钎具工作的这个基本特点。

钎具疲劳破断的主要抗力指标是应力腐蚀条件下的拉压疲劳强度。钎具用钢必须具备足够高的疲劳强度，适当的塑性和韧性，尤其应有良好的韧性，以保证钢材具有较低的疲劳缺口敏感性。钎杆是在循环应力下工作的，对于钢材的循环韧性要求很高，只有具备了良好的循环韧性，才能保证钢材消振性能良好，并降低钎具疲劳裂纹的扩展速度。钎具是在极为苛刻的环境下工作，钎具用钢还必须具有一定的抗腐蚀性能，主要是耐大气和矿水的腐蚀能力。钢中非金属夹杂物和表面缺陷是疲劳裂纹的源点，同时也破坏了基体的连续性，从而引起应力集中。夹杂物和表面缺陷越大，疲劳强度的降低越多。真空熔炼的气体及非金属夹杂物含量较普通熔炼的低得多，因而其疲劳强度也高得多。因此，现代钎具中空钢的冶炼普遍采用电炉/转炉冶炼+炉外精炼+真空脱气的方法，尽量提高钢的纯净度。这就是说，钎具用钢原材料的冶炼和轧制质量与工艺装备和技术水平有很大的关系。

ZK55SiMnMo、35SiMnMoV等钎钢钢种的夹杂物主要为含Si、Ca、Al的氧化物。当夹杂物细小、弥散分布时，对疲劳破断的影响不大，只有集中成群或呈链状分布时才具有很大的影响。钎杆工作失效的主要表现为内外疲劳形态，其疲劳裂源一般集中在钎杆的内外表面上。裂纹源点还往往在那些具有一定尺寸(0.15～0.20mm)的凹坑、伤痕和折叠处产生。这些表面缺陷极易引起应力腐蚀，而且最大的应力值就在微裂纹的底部区域。在电极电位差的作用下，底部电位更负，促使裂纹向纵深扩展的趋势更大。我公司开发钎具中空钢使用原料针对其使用特点和疲劳失效原因，充分发挥我公司的装备和技术优势，有效地解决了钎具用钢使用过程中存在的问题。

发明内容

本发明旨在提供一种高疲劳寿命凿岩钎具中空钢的生产方法，生产成品为150×150mm规格方钢，其产品检验热轧硬度适中，便于机械加工，偏析较好，夹杂物及全氧含量低，产品经客户加工成中空钎具钢产品后疲劳寿命高，综合机械性能优良，工艺稳定性好，能够很好的满足复杂条件下矿山凿岩开采的使用需求。

本发明的技术方案：

一种凿岩钎具中空钢的生产方法，钢的组成重量百分比为碳0.51%~0.54%，硅1.20%~1.30%，锰0.70%~0.85%，磷≤0.015%，硫≤0.015%，钼0.44%~0.48%，铝0.015%~0.035%，氮≤0.0080%，铜≤0.20%，其余为Fe和不可避免的杂质；工艺步骤包括：

（1）冶炼：转炉出钢[P]≤0.010%，[C]≥0.10%，精炼采用LF炉+VD真空处理工艺，LF炉精炼按目标成分微调，全程吹氩时间≥45min；造白渣脱氧，白渣保持时间≥22min；VD真空脱气处理，在真空度0.5tor以下保持时间10~15min，出站前软吹氩气时间15~25min；

（2）连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度目标值16~26℃，连铸二次冷却采用弱冷，比水量为0.20L/min，拉速0.75~0.85m/min，结晶器电磁搅拌参数：100A、2.5HZ，末端电磁搅拌参数：200A、12HZ，铸坯断240×240mm；

（3）加热：铸坯均热温度1190±25℃，均热时间≥50min；

（4）轧制：采用粗轧开坯轧制，开坯温度≥1020℃；

（5）缓冷：通过保温罩缓冷，进保温罩温度710~760℃，出保温罩后快速下冷床集中堆冷，堆冷时间≥24h；

（6）扒皮：表面全部扒皮，单边扒皮深度0.5~1mm；

为了确保钎具用中空钢的疲劳寿命，钢水必须具有较高的纯净度，P为有害杂质元素，通过控制转炉出钢时[P]≤0.010%，并通过LF炉外精炼和VD真空处理工艺，精炼白渣保持时间≥22min，VD炉保真空时间12min等手段控制，使成品磷含量≤0.015%，同时连铸采用全程保护浇注，以便降低钢水中全氧含量及其他杂质和有害气体含量。

为了降低钢坯C偏析，进一步降低其对疲劳寿命的影响，对现有连铸工艺参数及结晶器和末端电磁搅拌参数进行优化，通过对比试验，在保证铸坯表面质量的同时，采用最优的连铸工艺参数及结晶器和末端电磁搅拌参数，以达到降低钢坯C偏析，提高产品疲劳寿命的目的；

良好的轧制方钢表面质量是确保钎具钢疲劳寿命的关键，为了提高方钢表面质量，除了控制好轧制加热参数和轧制工艺外，还对轧制方钢进行表面全扒皮处理，这样既可以消除表面脱碳层的影响，还可以清除表面一些不可避免的微小裂纹、结疤、擦伤和夹渣等缺陷。

本发明可生产成品为150×150mm规格的热轧方钢，其产品检验热轧硬度适中，便于机械加工，偏析较好，夹杂物及全氧含量低，产品经客户生产成中空钎具钢产品后疲劳寿命高，综合机械性能优良，工艺稳定性好，能够很好的满足复杂条件下矿山凿岩开采的使用需求。

本发明的有益效果：本发明利用现有成熟的设备和工艺，不增加投资成本，利用我公司240方连铸坯相较于矩形坯偏析较低且偏析分布规律的特点，在较低轧制压缩比的情况下，采用轧制方钢扒皮工艺，在降低表面脱碳层深度的同时提高产品表面质量，同时利用先进的炉外精炼、真空处理工艺和连铸全程保护浇注技术，最大限度地提高钢水纯净度，以达到提高加工产品疲劳寿命的目的，生产的产品综合机械性能优良，工艺稳定性好，疲劳寿命高，平均寿命比行业标杆水平高15%以上，能够更好的满足复杂条件下矿山凿岩开采的使用需求。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明：

实施例1

一种凿岩钎具中空钢的生产方法，钢的化学成分组成重量百分比为：碳0.52%，硅1.27%，锰0.75%，磷0.009%，硫0.001%，钼0.46%，铝0.017%，氮0.0028%、铜0.028%，其余为Fe和不可避免的杂质。工艺步骤包括：

（1）冶炼：转炉出钢[P] 0.005%，[C]0.11%，出钢采用下渣自动检测技术，精炼采用LF炉+VD真空处理工艺，LF炉精炼按目标成分微调，全程吹氩时间46min，造白渣脱氧，白渣保持时间25min；VD真空脱气处理，在真空度0.5tor以下保持时间12min，出站前软吹氩气时间23min；

（2）连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度19℃~21℃，连铸二次冷却采用弱冷，比水量为0.20L/min，拉速0.80m/min，结晶器电磁搅拌参数：100A、2.5HZ，末端电磁搅拌参数：200A、12HZ，铸坯断:240×240mm；

（3）加热：铸坯加热温度1196~1208℃，均热时间65min；

（4）轧制：采用粗轧开坯轧制，开坯温度1028℃；

（5）缓冷：通过保温罩缓冷，进保温罩温度723~740℃，出保温罩后快速下冷床集中堆冷，堆冷时间26小时；

（6）扒皮：表面全部扒皮，单边扒皮深度0.6~0.8mm；加工产品疲劳寿命指标如表1所示。

实施例2

一种高疲劳寿命凿岩钎具中空钢的生产方法，钢的化学成分组成重量百分比为：碳0.52%，硅1.27%，锰0.75%，磷0.011%，硫0.002%，钼0.45%，铝0.025%，氮0.0036%、铜0.032%，其余为Fe和不可避免的杂质。

（1）冶炼：转炉出钢[P] 0.008%，[C]0.12%，出钢采用下渣自动检测技术，精炼采用LF炉+VD真空处理工艺，LF炉精炼按目标成分微调，全程吹氩时间47min，造白渣脱氧，白渣保持时间26min；VD真空脱气处理，在真空度0.5tor以下保持时间12min，出站前软吹氩气时间28min；

（2）连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度18℃~20℃，连铸二次冷却采用弱冷，比水量为0.20L/min，拉速0.80m/min，结晶器电磁搅拌参数：100A、2.5HZ，末端电磁搅拌参数：200A、12HZ，铸坯断:240×240mm；

（3）加热：铸坯加热温度1198~1205℃，均热时间63min；

（4）轧制：采用粗轧开坯轧制，开坯温度1058℃；

（5）缓冷：通过保温罩缓冷，进保温罩温度733~742℃，出保温罩后快速下冷床集中堆冷，堆冷时间25小时；

（6）扒皮：表面全部扒皮，单边扒皮深度0.6~0.7mm；加工产品疲劳寿命指标如表1所示。

实施例3

一种高疲劳寿命凿岩钎具中空钢的生产方法，钢的化学成分组成重量百分比为：碳0.51%，硅1.29%，锰0.76%，磷0.013%，硫0.002%，钼0.45%，铝0.023%，氮0.0041%、铜0.027%，其余为Fe和不可避免的杂质。

（1）冶炼：转炉出钢[P] 0.009%，[C]0.10%，出钢采用下渣自动检测技术，精炼采用LF炉+VD真空处理工艺，LF炉精炼按目标成分微调，全程吹氩时间46min，造白渣脱氧，白渣保持时间26min；VD真空脱气处理，在真空度0.5tor以下保持时间12min，出站前软吹氩气时间26min；

（2）连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度17℃~21℃，连铸二次冷却采用弱冷，比水量为0.20L/min，拉速0.80m/min，结晶器电磁搅拌参数：100A、2.5HZ，末端电磁搅拌参数：200A、12HZ，铸坯断:240×240mm；

（3）加热：铸坯加热温度1198~1209℃，均热时间61min；

（4）轧制：采用粗轧开坯轧制，开坯温度1068℃；

（5）缓冷：通过保温罩缓冷，进保温罩温度731~743℃，出保温罩后快速下冷床集中堆冷，堆冷时间24小时；

（6）扒皮：表面全部扒皮，单边扒皮深度0.7~0.8mm.

各实施案例加工产品疲劳寿命指标如表1所示。

表1 加工产品（钎杆）疲劳寿命试验台实验数据

从表1疲劳寿命试验结果可见，采用本发明生产方法生产的热轧方钢原料，经客户加工成钎具钢（钎杆）产品后，疲劳寿命试验全部满足Ⅰ类钎＞17′的要求，且远好于国内同类产品质量水平。

Claims (1)

1.一种凿岩钎具中空钢的生产方法，其特征在于：钢的组成重量百分比为碳0.51%~0.54%，硅1.20%~1.30%，锰0.70%~0.85%，磷≤0.015%，硫≤0.015%，钼0.44%~0.48%，铝0.015%~0.035%，氮≤0.0080%，铜≤0.20%，其余为Fe和不可避免的杂质；工艺步骤包括：

（1）冶炼：转炉出钢[P]≤0.010%，[C]≥0.10%，精炼采用LF炉+VD真空处理工艺，LF炉精炼按目标成分微调，全程吹氩时间≥45min；造白渣脱氧，白渣保持时间≥22min；VD真空脱气处理，在真空度0.5tor以下保持时间10~15min，出站前软吹氩气时间15~25min；

（2）连铸：采用全程保护浇铸，中包过热度目标值16~26℃，连铸二次冷却采用弱冷，比水量为0.20L/min，拉速0.75~0.85m/min，结晶器电磁搅拌参数：100A、2.5HZ，末端电磁搅拌参数：200A、12HZ，铸坯断240×240mm；

（3）加热：铸坯均热温度1190±25℃，均热时间≥50min；

（4）轧制：采用粗轧开坯轧制，开坯温度≥1020℃；

（5）缓冷：通过保温罩缓冷，进保温罩温度710~760℃，出保温罩后快速下冷床集中堆冷，堆冷时间≥24h；

（6）扒皮：表面全部扒皮，单边扒皮深度0.5~1mm。