CN109182691A - 一种微合金化中碳铸钢的热处理方法 - Google Patents

一种微合金化中碳铸钢的热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公布一种微合金化中碳铸钢的热处理方法，属于矿山冶金机械材料技术领域。该方法主要是针对主要成分及其含量为：0.26～0.35％C，0.60～0.90％Si，1.10～2.00％Mn，P≤0.020％，S≤0.020％，0.02～0.06％Nb，0.06～0.16％RE，其余含量为Fe的中碳铸钢提出的。提出的热处理方法是：对浇注后采用急冷处理的中碳铸钢进行高温扩散退火、正火、调质、低温处理。经过上述处理可以保证该中碳铸钢具有强度、韧性、耐磨性的合理匹配度，其屈服强度≥900MPa、抗拉强度≥1000MPa、断面延伸率≥15％、断面收缩率≥30％、室温冲击韧性αkv≥60J/cm2，耐磨性相同材料产品提高2.0倍以上，满足矿山冶金机械零部件对高强、高韧、耐磨的使用要求。

Description

一种微合金化中碳铸钢的热处理方法
技术领域
本发明属于矿山冶金机械材料技术领域，涉及一种实现微合金化中碳铸钢强度、韧性、耐磨性合理匹配的热处理方法。
背景技术
中碳铸钢作为结构材料应用广泛在矿山冶金机械中，例如刮板输送机的中部槽，其材质主要ZG30MnSi。通常每台刮板输送机都具有100多节中部槽，无论是按重量计，还是按成本计，都占整个刮板输送机的70％～80％，因此中部槽是使用量和消耗量最大的部件。每节中部槽在结构上普遍采用整体铸造铲板槽帮、挡板槽帮与高强度耐磨合金中板及底板组焊而成。其中，槽帮位于中部槽的两侧，包括铲板中碳、挡板中碳和少量异型槽帮，在结构上由整体铸造而成。
目前，槽帮材料普遍采用的是ZG30MnSi，或在此基础上添加Cr、Mo和Nb、RE等合金元素，然而由这些材料制备出的槽帮，其过煤量一般在600万t左右，低于国外1 500万t以上的水平，难以满足大采高采煤工作面的要求。究其原因，是中碳的强韧性较低，或强韧性匹配不合理，如强度高、韧性低等。
上述槽帮采用正火+调质热处理工艺(蔡明华.SGZ1000/3×855刮板输送机中碳铸造工艺研究[J].铸造设备与工艺，2013，(6)：35-37)，并未针对槽帮的成分特点及其微观结构的结晶特点，尤其是钢中添加了合金元素后制定有针对性的有效热处理方法，即并未将合金元素的作用充分发挥出来。
发明内容
本发明是根据中碳铸钢微观结构特点，以及铌、稀土的微合金化后的中碳铸钢的成分特点，针对实现铌、稀土复合微合金化中碳铸钢强度、韧性和耐磨性的合理匹配而提出的一种热处理方法，即该方法可在保证材料一定强韧性的基础上，获得高的耐磨性。
本发明通过以下技术措施实现：
一种微合金化中碳铸钢的热处理方法，其特征在于：所述中碳铸钢化学成分及其质量百分比含量为0.26～0.35％C，0.60～0.90％Si，1.10～2.00％Mn，P≤0.020％，S≤0.020％，0.02～0.06％Nb，0.06～0.16％RE，其余含量为Fe，热处理方法包括4个步骤；
1)高温扩散退火：在高温热处理炉中进行的成分、组织均匀化处理；
2)正火：在中温热处理炉内对高温扩散退火后的中碳铸钢进行组织细化处理；
3)调质：在中温热处理炉内对正火后的中碳铸钢进行组织性能处理，包括淬火加高温回火两种处理方式；
4)低温处理：对调质处理后的中碳铸钢在低温热处理炉内进行的组织性能处理。
进一步地，所述热处理方法适用于浇注成型急冷处理的中碳铸钢，其冷却速度控制在10～30℃/s。
进一步地，所述的高温扩散退火温度范围为：1120～1220℃；保温时间按照3～5min/mm壁厚选定。
进一步地，所述的正火温度范围为：880～930℃；保温时间按照2～3min/mm壁厚选定。
进一步地，所述调质处理中，淬火温度范围为：880～930℃；保温时间按照1.5～2.5min/mm壁厚选定；回火温度范围为：560～630℃；保温时间按照2～3min/mm壁厚选定。
进一步地，所述的低温处理温度范围为：180～300℃；保温时间按照1.5～3.0h/mm壁厚选定，随炉冷却至室温后出炉。
本发明的有益效果：
利用本发明提出的热处理方法处理的中碳铸钢，具有强度、韧性、耐磨性的合理匹配度，其屈服强度≥900MPa、抗拉强度≥1000MPa、断面延伸率≥15％、断面收缩率≥30％、室温冲击韧性αkv≥60J/cm2，耐磨性较同类产品提高2.0倍以上。即该方法可在保证材料一定强韧性的基础上，获得高的耐磨性，从而满足如槽帮等矿山冶金机械零部件对高强、高韧、耐磨的使用要求。
附图说明
图1是本发明所采用的技术路线图。
具体实施方式
现将本发明的实施例具体叙述于后。
实施例对本发明的技术方案做进一步描述。实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。本发明提出的一种实现微合金化中碳铸钢强度、韧性、耐磨性合理匹配的热处理方法，主要是对化学成分及其质量百分比含量为0.26～0.35％C，0.60～0.90％Si，1.10～2.00％Mn，P≤0.020％，S≤0.020％，0.02～0.06％Nb，0.06～0.16％RE，其余含量为Fe；且在浇注成型后以10～30℃/s为冷速进行急冷处理的中碳铸钢进行的，其具体的热处理方法包括高温扩散退火、正火、调质、低温处理4个过程。其中，高温扩散退火是在高温热处理炉内进行，其温度范围为：1120～1220℃，保温时间按照3～5min/mm壁厚选定；正火是在中温热处理炉内进行的，其温度范围为：880～930℃，保温时间按照2～3min/mm壁厚选定；调质是在中温热处理炉内进行的，调质处理中的淬火温度范围为：880～930℃，保温时间按照1.5～2.5min/mm壁厚选定；调质处理中的回火温度范围为：560～630℃，保温时间按照2～3min/mm壁厚选定；所述的低温处理是在低温热处理炉内进行的组织性能处理，低温处理温度范围为：180～300℃；保温时间按照1.5～3.0h/mm壁厚选定，随炉冷却至室温后出炉。
实施例1
本实施例选用的中碳铸钢的化学成分为(质量分数/％)为：0.26C，0.7Si,1.23Mn，0.010S，0.011P，0.037Nb，0.075RE，且其浇注后采用冷速为26℃/s的急冷处理。急冷处理后的中碳室温装入高温热处炉进行温度为1200℃高温扩散退火处理，其保温时间按照3.5/mm壁厚选定；高温扩散退火处理后的中碳铸钢再室温装入中温热处理炉进行温度为920℃的正火处理，其保温时间按照2.1/mm壁厚选定；正火处理后的中碳铸钢再室温装入中温热处理炉进行温度为910℃的淬火处理，其保温时间按照1.6/mm壁厚选定；淬火处理的中碳铸钢再室温装入中温热处理炉进行温度为620℃的回火处理，其保温时间按照2.1/mm壁厚选定。之后在低温热处理炉内进行低温处理，其温度为260℃；保温时间按照1.8h/mm壁厚选定，随炉冷却至室温后出炉。
对上述方法制备的中碳铸钢进行力学性能测试，结果显示，其抗拉强度超过930MPa，室温冲击韧性αkv达到65J/cm2，耐磨性较未按照本申请提出的热处理方法进行的相同材料产品提高2.2倍。表明按上述方法制备的中碳铸钢具有强度、韧性、耐磨性的合理匹配度。
实施例2
本实施例选用的中碳铸钢的化学成分为(质量分数/％)为：0.33C，0.8Si,1.63Mn，0.011S，0.012P，0.046Nb，0.12RE，且其浇注后采用冷速为18℃/s的急冷处理。急冷处理后的中碳室温装入高温热处炉进行温度为1160℃高温扩散退火处理，其保温时间按照3.5/mm壁厚选定；高温扩散退火处理后的中碳铸钢再室温装入中温热处理炉进行温度为900℃的正火处理，其保温时间按照2.1/mm壁厚选定；正火处理后的中碳铸钢再室温装入中温热处理炉进行温度为890℃的淬火处理，其保温时间按照1.6/mm壁厚选定；淬火处理的中碳铸钢再室温装入中温热处理炉进行温度为600℃的回火处理，其保温时间按照2.1/mm壁厚选定。之后在低温热处理炉内进行低温处理，其温度为200℃；保温时间按照2.6h/mm壁厚选定，随炉冷却至室温后出炉。对上述方法制备的中碳进行力学性能测试，结果显示，其抗拉强度超过1020MPa，室温冲击韧性αkv达到62J/cm2，耐磨性较未按照本申请提出的热处理方法进行的相同材料产品提高2.6倍。表明按上述方法制备的中碳铸钢具有强度、韧性、耐磨性的合理匹配度。
由实施例可见，采用本发明提出的一种实现微合金化中碳铸钢强度、韧性、耐磨性合理匹配的热处理方法，使中碳铸钢获得高的强韧性指标和耐磨性能，具有合理的强度、韧性、耐磨性的匹配度，即该方法可在保证材料一定强韧性的基础上，获得高的耐磨性，从而满足矿山冶金机械零部件对高强、高韧、耐磨的使用要求。

Claims (7)

1.一种微合金化中碳铸钢的热处理方法，其特征在于：所述中碳铸钢化学成分及其质量百分比含量为0.26～0.35％C，0.60～0.90％Si，1.10～2.00％Mn，P≤0.020％，S≤0.020％，0.02～0.06％Nb，0.06～0.16％RE，其余含量为Fe，热处理方法包括4个步骤；
1)高温扩散退火：在高温热处理炉中进行的成分、组织均匀化处理；
2)正火：在中温热处理炉内对高温扩散退火后的中碳铸钢进行组织细化处理；
3)调质：在中温热处理炉内对正火后的中碳铸钢进行组织性能处理，包括淬火加高温回火两种处理方式；
4)低温处理：对调质处理后的中碳铸钢在低温热处理炉内进行的组织性能处理。
2.根据权利要求1所述一种微合金化中碳铸钢的热处理方法，其特征在于：所述热处理方法适用于浇注成型急冷处理的中碳铸钢，其冷却速度控制在10～30℃/s。
3.根据权利要求1所述的一种微合金化中碳铸钢的热处理方法，其特征在于：所述的高温扩散退火温度范围为：1120～1220℃；保温时间按照3～5min/mm壁厚选定。
4.根据权利要求1、所述的一种微合金化中碳铸钢的热处理方法，其特征在于：所述的正火温度范围为：880～930℃；保温时间按照2～3min/mm壁厚选定。
5.根据权利要求1所述的一种微合金化中碳铸钢的热处理方法，其特征在于：所述调质处理中，淬火温度范围为：880～930℃；保温时间按照1.5～2.5min/mm壁厚选定；回火温度范围为：560～630℃；保温时间按照2～3min/mm壁厚选定。
6.根据权利要求1所述的一种微合金化中碳铸钢的热处理方法，其特征在于：所述的低温处理温度范围为：180～300℃；保温时间按照1.5～3.0h/mm壁厚选定，随炉冷却至室温后出炉。
7.根据权利要求1所述的一种微合金化中碳铸钢热处理方法，其特征在于：经过上述方法处理的中碳铸钢具有强度、韧性、耐磨性的合理匹配度，其屈服强度≥900MPa、抗拉强度≥1000MPa、断面延伸率≥15％、断面收缩率≥30％、室温冲击韧性αkv≥60J/cm2，耐磨性较相同材料产品提高2.0倍以上。即该方法能在保证材料一定强韧性的基础上，获得高的耐磨性。
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