CN110202118A

CN110202118A - 一种钒、钛微合金化中碳槽帮铸钢的制备方法

Info

Publication number: CN110202118A
Application number: CN201910420743.7A
Authority: CN
Inventors: 张永军; 刘庆华; 宋智丽; 乔燕芳; 金培武; 刘成; 吴立忠; 王进军; 于文杰; 李想; 韩静涛
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB; Ningxia Tiandi Benniu Industrial Group Co Ltd
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB; Ningxia Tiandi Benniu Industrial Group Co Ltd
Priority date: 2019-05-20
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2019-09-06

Abstract

本发明公布一种钒、钛微合金化中碳槽帮铸钢的制备方法，属于矿山冶金机械材料技术领域。该制备方法是对在ZG30MnSiMo成分基础上进行0.05～0.5％V，0.01～0.1％Ti微合金化的中碳槽帮铸钢提出的。其制备方法主要是通过熔炼、模铸、开箱、热处理等过程进行制备。其中模铸时钢水凝固过程是在电压为30V～90V、电流强度为60A～100A的直流电流条件下进行。另外对开箱后的槽帮铸钢进行控制钒、钛的碳氮析出物部分溶解的高温正火、以及调质的热处理过程。按照上述成分及工艺方法处理，可以保证该槽帮铸钢得到弥散分布的近球形的钒、钛的碳氮析出物的抗磨相，从而使该槽帮铸钢的抗拉强度≥1200MPa、室温冲击韧性α_kv≥60J/cm²，耐磨性可达ZG30MnSiMo的2.8倍以上，满足矿山冶金机械零部件对耐磨损性能的高要求。

Description

一种钒、钛微合金化中碳槽帮铸钢的制备方法

技术领域

本发明属于矿山冶金机械材料技术领域，涉及一种钒、钛微合金化中碳槽帮铸钢的制备方法。

背景技术

刮板输送机中部槽的材质主要是中碳铸钢ZG30MnSi、ZG30MnSiMo等，然而由这些材料制备出的槽帮，其过煤量难以满足大采高采煤工作面的要求。究其原因，是这些中碳铸钢因其硬度低而导致的耐磨损性能低。

为了提高槽帮的耐磨损性能，可以解决的方法是对现在使用的ZG30MnSi、ZG30MnSiMo等中碳铸钢进行微合金化化，并针对微合金化的成分特点，提出相应的热处理工艺方法。

对于材质为ZG30MnSi、ZG30MnSiMo的槽帮，其热处理工艺过程主要是正火、调质(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)，这里的正火主要是在该钢的Ac3温度以上30～50℃温度范围内进行。按照这样的正火、调质的热处理方法，申请者前期的研究结果显示，是不能对微合金化元素的碳氮析出物进行有效控制，即不能将微合金化元素的作用充分发挥出来，有时甚至要降低其韧性。

细化、均匀化铸造组织是提高铸钢的强韧性、硬度的有效方法。硬度提高，其耐磨损性能也将会得以提高。

发明内容

本项申请根据微合金化元素钒、钛的微合金化作用特点，以及从提高组织细化、均匀化方法的角度，提出了ZG30MnSiMo中碳铸钢的钒、钛的微合合金化的制备方法，达到强度、韧性和耐磨性的合理匹配，进而满足如槽帮等矿山冶金机械零部件对高强、高韧、耐磨损性能的使用要求的目的。

本发明是根据微合金化元素钒V、钛Ti的作用特点，钒V、钛Ti微合金化元素的碳氮析出物的溶解析出规律，以及直流电流对金属凝固组织的影响规律，通过控制钒V、钛Ti微合金化元素的碳氮析出物的部分溶解、并保证基体中未溶解的钒V、钛Ti微合金化元素的碳氮析出物为近球形、呈弥散分布的抗磨相，以及铸造组织细化的方式，提出了钒、钛微合金化中碳槽帮铸钢的制备方法。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：

一种钒、钛微合金化中碳槽帮铸钢的制备方法，其特征在于：所述制备方法适用于钒、钛微合金化的ZG30MnSiMo的中碳槽帮铸钢，其具体的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％，0.05～0.5％V，0.01～0.1％Ti，其余含量为Fe及其不可避免的杂质元素。

所述的制备方法主要包括造型、中频感应炉熔炼、炉外精炼、模铸、开箱、热处理等工艺过程。其特征在于：

在槽帮模铸的钢水凝固过程中，向钢水中通以电压为30V～90V、电流强度为60A～100A的直流电流。在钢水注满铸型之前的凝固阶段，以60～90V大电压、60A～80A小电流的方式进行控制；在钢水注满铸型之后的凝固阶段，以30～60V小电压、80A～100A大电流的方式进行控制。在钢水凝固过程中，通过对直流电压、直流电流的改变，可以达到充分细化、均匀化铸造组织，以及控制作为抗磨相的钒、钛的碳氮析出物的目的。在钢水注满铸型之前的凝固阶段，采用大电压、小电流，可以减小电流热对凝固过程的不利影响；在钢水注满铸型之后的凝固阶段，采用小电压、大电流，有利于细化铸造组织，不仅如此，还有利于材料中作为抗磨相的钒、钛的碳氮析出物的析出形态近球形化、平均粒径在1.0～3.0μm，且呈高弥散程度分布。

进一步地，所述热处理过程包括对开箱后的槽帮铸钢进行控制钒、钛的碳氮析出物部分溶解的高温正火处理、以及调质处理；其中，控制钒、钛的碳氮析出物部分溶解的高温正火处理，是指控制50％～60％的钒、钛碳氮析出物溶解在铸钢基体中的高温正火处理，其温度范围为：960～1100℃；保温时间按照4.5～5.5min/mm壁厚选定；调质主要包括淬火加高温回火两种处理方式，其中，淬火温度范围为：850～920℃；保温时间按照2.0～3.0min/mm壁厚选定；回火温度范围为：500～530℃；保温时间按照2.5～3.5min/mm壁厚选定。

本发明的有益效果：

按照本发明提出的成分及工艺方法处理，可以保证该钒、钛微合金化槽帮铸钢的抗拉强度≥1200MPa、室温冲击韧性α_kv≥60J/cm²，耐磨性可达ZG30MnSiMo的2.8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。

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。

本发明提出的一种钒、钛微合金化中碳槽帮铸钢的制备方法，其制备方法主要是对钒、钛微合金化的ZG30MnSiMo的中碳槽帮铸钢，其具体的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％，0.05～0.5％V，0.01～0.1％Ti，其余含量为Fe及其不可避免的杂质元素而提出的。其制备方法主要包括中频感应炉熔炼、炉外精炼、模铸、开箱、热处理等工艺过程。在槽帮模铸的钢水凝固过程中，向钢水中通以电压为30V～90V、电流强度为60A～100A的直流电流，其中，在钢水注满铸型之前的凝固阶段，以60～90V大电压、60A～80A小电流的方式进行控制；在钢水注满铸型之后的凝固阶段，以30～60V小电压、80A～100A大电流的方式进行控制；热处理过程包括对开箱后的槽帮铸钢进行控制钒、钛的碳氮析出物部分溶解的高温正火处理、以及调质处理；其中，控制钒、钛的碳氮析出物部分溶解的高温正火处理，是指控制50％～60％的钒、钛碳氮析出物溶解在铸钢基体中的高温正火处理，其温度范围为：960～1100℃；保温时间按照4.5～5.5min/mm壁厚选定；调质主要包括淬火加高温回火两种处理方式，其中，淬火温度范围为：850～920℃；保温时间按照2.0～3.0min/mm壁厚选定；回火温度范围为：500～530℃；保温时间按照2.5～3.5min/mm壁厚选定。

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：0.27C，0.7Si,1.3Mn，0.020S，0.018P，0.06V，0.08Ti。在槽帮模铸时的钢水凝固过程中，向钢水中通以直流电流，其中在钢水注满铸型之前的凝固过程，通以电压为80V、电流为62A的直流电流；在钢水注满铸型之后的凝固过程，通以电压32V、电流为92A的直流电流；热处理过程的控制52％的钒、钛碳氮析出物溶解在铸钢基体中的高温正火处理温度为980℃；保温时间按照4.6min/mm壁厚选定；调质中的淬火温度为860℃；保温时间按照2.3min/mm壁厚选定；调质中的回火温度范围为510℃；保温时间按照2.9min/mm壁厚选定。

对按照上述成分及其制备方法制备的槽帮铸钢进行测试，其结果显示，其抗拉强度超过1210MPa，室温冲击韧性α_kv达到66J/cm²，耐磨损性能较ZG30MnSiMo槽帮铸钢提高3.0倍。相比于在制备过程中没有接入直流电流的相同成分的铸钢材料，该槽帮铸钢中的组织较为细小、均匀，且作为抗磨相的钒、钛的碳氮析出物的平均粒径为1.2μm的近球形，且呈弥散分布；上述结果表明按上述成分和方法制备的钒、钛微合金化槽帮具有较高的强度、韧性、以及耐磨损性能。

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,1.6Mn，0.021S，0.022P，0.3V，0.02Ti。在槽帮模铸时的钢水凝固过程中，向钢水中通以直流电流，即在钢水浇满铸型之前的凝固过程，通以电压为88V大电压、电流为75A的直流电流；在钢水浇满铸型之后的凝固过程，通以电压为51V、电流为93A的直流电流；热处理过程控制56％的钒、钛碳氮析出物溶解在铸钢基体中的高温正火处理温度为1060℃；保温时间按照5.2min/mm壁厚选定；调质中的淬火温度为890℃；保温时间按照2.7min/mm壁厚选定；调质中的回火温度为510℃；保温时间按照3.2min/mm壁厚选定。

对按照上述成分及其制备方法制备的槽帮铸钢进行测试，其结果显示，其抗拉强度超过1260MPa，室温冲击韧性α_kv达到61J/cm²，耐磨损性能较ZG30MnSiMo槽帮铸钢提高3.6倍。相比于在制备过程中没有接入直流电流的相同成分的铸钢材料，该槽帮铸钢中的组织较为细小、均匀，且作为抗磨相的钒、钛的碳氮析出物的平均粒径为2.2μm的近球形，且呈弥散分布。上述结果表明按上述成分和方法制备的钒微合金化槽帮具有较高的强度、韧性、以及耐磨损性能。

由实施例可见，采用本发明提出的一种钒、钛微合金化中碳槽帮铸钢的制备方法，使钒、钛微合金化槽帮获得高的强韧性指标和耐磨损性能，从而满足矿山冶金机械零部件对高强、高韧、耐磨损性能的使用要求。

Claims

1.一种钒、钛微合金化中碳槽帮铸钢的制备方法，其特征在于：所述制备方法适用于钒、钛微合金化的ZG30MnSiMo的中碳槽帮铸钢，其具体的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％，0.05～0.5％V，0.01～0.1％Ti，其余含量为Fe及其不可避免的杂质元素；所述的制备方法包括造型、中频感应炉熔炼、炉外精炼、模铸、开箱、热处理工艺过程；

在槽帮模铸的钢水凝固过程中，向钢水中通以电压为30V～90V、电流强度为60A～100A的直流电流。在钢水注满铸型之前的凝固阶段，以60～90V大电压、60A～80A小电流的方式进行控制；在钢水注满铸型之后的凝固阶段，以30～60V小电压、80A～100A大电流的方式进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种钒、钛微合金化中碳槽帮铸钢的制备方法，其特征在于：铸钢中抗磨相的钒、钛的碳氮析出物的析出形态近球形化、平均粒径在1.0～3.0μm，且呈高弥散程度分布。

3.根据权利要求1所述的一种钒、钛微合金化中碳槽帮铸钢的制备方法，其特征在于：所述热处理过程包括对开箱后的槽帮铸钢进行控制钒、钛的碳氮析出物部分溶解的高温正火处理、以及调质处理；其中，控制钒、钛的碳氮析出物部分溶解的高温正火处理，是指控制50％～60％的钒、钛碳氮析出物溶解在铸钢基体中的高温正火处理，其温度范围为：960～1100℃；保温时间按照4.5～5.5min/mm壁厚选定；调质主要包括淬火加高温回火两种处理方式，其中，淬火温度范围为：850～920℃；保温时间按照2.0～3.0min/mm壁厚选定；回火温度范围为：500～530℃；保温时间按照2.5～3.5min/mm壁厚选定。

4.根据权利要求1或2所述的一种钒、钛微合金化中碳槽帮铸钢的制备方法，其特征在于：按照上述成分及工艺方法处理，能保证该槽帮铸钢的抗拉强度≥1200MPa、室温冲击韧性α_kv≥60J/cm²，耐磨性可达ZG30MnSiMo的2.8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。