CN111041373A - 一种链轮用中Mn钢及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种链轮用中Mn钢及其制备方法和应用，属于合金领域。本发明通过对元素种类以及用量的限定，结合电渣离心浇铸，有利于得到顺序凝固结构，同时，电渣离心浇铸具有近终成型的效果，大大简化了生产流程，降低了生产成本，有利于工业化大生产。通过中锰钢独特的热处理工艺，基体中含有5~10%的残余奥氏体，材料具有良好的强韧性匹配，这些残余奥氏体在足够的应力作用下可以转变为新鲜马氏体，进一步提高材料的耐磨性能。

Description

一种链轮用中Mn钢及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及合金技术领域，尤其涉及一种链轮用中 Mn 钢及其制备方法和应用。
背景技术
链轮是刮板输送机中动力驱动的关键部件，用以与节链环或缆索上节距准确的块体相啮合或者为实心或带辐条的齿轮，与滚子链啮合以传递运动，其强韧性和耐磨性的好坏直接决定整个输送机的工作效率。制作链轮的材料一般根据用途，使用的材料有灰口铸铁、低碳钢、中碳钢、低碳合金钢、中碳合金钢等，如 HT20-40、HT25-47、HT30-54 、45#钢、40Cr、 40MnB、15Cr、20Cr、20Cr、18CrMnTi 或 35CrMo 等，但是链轮用中 Mn 钢都是采用常规的合金技术经过熔炼、轧制、锻造制得，存在生产成本高的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种链轮用中 Mn 钢及其制备方法和应用。本发明提供的链轮用中 Mn 钢采用电渣离心浇铸，在不降低链轮用中 Mn钢性能的前提下，能够显著降低生产成本。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种链轮用中 Mn 钢，由包括以下质量分数的元素经电渣离心浇铸制得：C 0.08~0.40%、Si 0.10~0.40%、P≤0.01%、S≤0.01%、Mn 2.50~4.50%、Cu≤3.0%、Ni≤5.0%、Mo 0.30~0.80%、Cr≤5.0%、V 0.1~1.0%，其余为 Fe 和不可避免的杂质。
优选地，所述链轮用中 Mn 钢由包括以下质量分数的元素经电渣离心浇铸制得：C0.1~0.3%、Si 0.15~0.30%、P≤0.01%、S≤0.01%、Mn 3.3~3.6%、Cu≤1.0%、Ni≤3.0%、Mo0.30~0.50%、Cr≤3.0%、V 0.20~0.40%，其余为 Fe 和不可避免的杂质。
本发明还提供了上述技术方案所述的链轮用中 Mn 钢的制备方法，包括以下步骤：
将包含合金元素的原料混合后进行熔炼，得到液态钢液；
将所述液态钢液在专用模具中进行电渣离心浇铸后，再热处理，得到所述链轮用中 Mn钢。
优选地，所述熔炼的温度为 1600~1700℃。
优选地，所述电渣离心浇铸的渣液包括以下质量百分含量的组分：CaF260%~70%，CaO 5~10%和 Al2O3 20~35%。
优选地，所述电渣离心浇铸的转速为 500~1000rpm。
优选地，所述电渣离心浇铸的温度为 1550~1600℃。
优选地，所述电渣离心浇铸时的渣金比为 1~5%。
优选地，所述热处理依次包括奥氏体区淬火和两相区回火，所述奥氏体区淬火的温度为 730~850℃，淬火时间为 30~60min，所述两相区回火的温度为 550~680℃，回火时间为 3~10h。回火马氏体加残余奥氏体。
本发明还提供了上述技术方案所述的链轮用中 Mn 钢或上述技术方案所述制备方法制得的链轮用中 Mn 钢在矿山机械中的应用。
本发明提供了一种链轮用中 Mn 钢，由包括以下质量分数的元素经电渣离心浇铸制得：C 0.08~0.40%、Si 0.10~0.40%、P≤0.01%、S≤0.01%、Mn 2.50~4.50%、Cu≤3.0%、Ni≤5.0%、Mo 0.30~0.80%、Cr≤5.0%、V 0.1~1.0%，其余为 Fe 和不可避免的杂质。本发明通过对元素种类以及用量的限定，结合电渣离心浇铸，在电渣离心浇铸的过程中，熔渣在铸模内壁形成薄渣皮，能够起到涂料的作用，防止液态钢液与铸模粘连，同时，在离心力的作用下，熔渣与液态钢液之间由于存在较大的密度差，熔渣被排挤到铸件的内表面形成厚的热保护渣层，从而减缓了铸件自由表面的散热，有利于得到顺序凝固结构，保证了链轮用中 Mn 钢的性能，同时还防止了自由表面的高温液态钢液被空气氧化，同时，电渣离心浇铸具有近终成型的效果，大大简化了生产流程，降低了生产成本，有利于工业化大生产。通过中锰钢独特的热处理工艺，基体中含有5~10%的残余奥氏体，材料具有良好的强韧性匹配，这些残余奥氏体在足够的应力作用下可以转变为新鲜马氏体，进一步提高材料的耐磨性能。实施例的数据表明，本发明制得的链轮用中 Mn 钢抗拉强度为 961~1467MPa，屈服强度为 870~1387MPa，延伸率为 12~25%，0℃冲击功为 60~207J，生产过程绿色化，生产成本大幅降低，生产效率大幅提高。
具体实施方式
本发明提供了一种链轮用中 Mn 钢，由包括以下质量分数的元素经电渣离心浇铸制得：C 0.08~0.40%、Si 0.10~0.40%、P≤0.01%、S≤0.01%、Mn 2.50~4.50%、Cu≤3.0%、Ni≤5.0%、Mo 0.30~0.80%、Cr≤5.0%、V 0.1~1.0%，其余为 Fe 和不可避免的杂质，优选由包括以下质量分数的元素经电渣离心浇铸制得：C0.1~0.3%、Si 0.15~0.30%、P≤0.01%、S≤0.01%、Mn 3.3~3.6%、Cu≤1.0%、Ni≤3.0%、Mo 0.30~0.50%、Cr≤3.0%、V 0.20~0.40%，其余为 Fe 和不可避免的杂质，更优选由包括以下质量分数的元素经电渣离心浇铸制得：C0.15%、Si 0.11%、P0.006%、S 0.004%、Mn 3.6%、Cu 1.0%、Ni 1.50%、Mo 0.42%、Cr 1.1%、V0.32%，其余为 Fe 和不可避免的杂质。
本发明还提供了上述技术方案所述的链轮用中 Mn 钢的制备方法，包括以下步骤：
将包含合金元素的原料混合后进行熔炼，得到液态钢液；
将所述液态钢液在专用模具中进行电渣离心浇铸后，再热处理，得到所述链轮用中 Mn钢。
本发明将包含合金元素的原料混合后进行熔炼，得到液态钢液。本发明对所述原料的种类和来源没有特殊的限定，能够保证达到所述质量分数的元素即可。
在本发明中，所述熔炼的温度优选为 1600~1700℃。
得到液态钢液后，本发明将所述液态钢液进行电渣离心浇铸后，再热处理，得到所述链轮用中 Mn 钢。所述电渣离心浇铸的渣液包括以下质量百分含量的组分：CaF2 60%~70%，CaO 5~10%和 Al2O3 20~35%。
在本发明中，所述电渣离心浇铸的转速优选为 500~1000rpm。
在本发明中，所述电渣离心浇铸的温度优选为 1550~1600℃。
在本发明中，所述电渣离心浇铸时的渣金比优选为 1~5%。
在本发明中，所述热处理优选依次包括奥氏体区淬火和两相区回火，所述奥氏体区淬火的温度优选为 730~850℃，淬火时间优选为 30~60min，所述两相区回火的温度优选为 550~680℃，回火时间优选为 3~10h。材料基体组织为回火马氏体加残余奥氏体。
本发明还提供了上述技术方案所述的链轮用中 Mn 钢或上述技术方案所述制备方法制得的链轮用中 Mn 钢在矿山机械中的应用。
本发明对所述电渣离心铸轧的的装置没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的装置即可。
本发明还提供了上述技术方案所述链轮用中 Mn 钢或上述技术方案所述制备方法制得的链轮用中 Mn 钢在煤块运输机械中的应用。
在本发明中，所述链轮用中 Mn 钢优选经过热处理后再用于制备煤块运输机械。本发明对所述热处理的具体方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的热处理工艺即可。
为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的链轮用中 Mn 钢及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例 1
按照以下元素含量称取原料 C 0.15%、Si 0.11%、P 0.006%、S 0.004%、Mn 3.6%、Cu1.0%、Ni 1.50%、Mo 0.42%、Cr 1.1%、V 0.32%，其余为 Fe 和不可避免的杂质。
将原料混合后在 1600℃下熔炼后，得到液态钢液，将液态钢液进行电渣离心浇铸，电渣离心浇铸渣液由 CaF2 60wt%、CaO 5wt%和 Al2O3 35wt%组成，电渣离心浇铸的转速为 500rpm，浇铸的温度为 1550℃，渣金比为 1%，电渣离心浇铸后，进行奥氏体区淬火，温度为 730℃，淬火时间为 60min，然后进行两相区回火，温度为 600℃，回火时间为 6h，得到链轮用中 Mn 钢，基体中残余奥氏体含量为 7.6%。力学性能结果如下：抗拉强度为1080MPa，屈服强度高达 1000MPa，延伸率达到了 23%，0℃冲击功达到了 174J。
实施例 2
按照以下元素含量称取原料：C 0.08%、Si 0.08%、P 0.005%、S 0.005%、Mn 3.00%、Cu1.50%、Ni 1.50%、Mo 0.30%、Cr 1.15%、V 0.25%，其余为Fe 和不可避免的杂质。
将原料混合后在 1700℃下熔炼后，得到液态钢液，将液态钢液进行电渣离心浇铸，电渣离心浇铸渣液由 CaF2 60wt%、CaO 5wt%和 Al2O3 35wt%组成，电渣离心浇铸的转速为 1000rpm，浇铸的温度为 1600℃，渣金比为 5%，电渣离心浇铸后，进行奥氏体区淬火，温度为 850℃，淬火时间为 30min，然后进行两相区回火，温度为 650℃，回火时间为 3h，得到链轮用中 Mn 钢，基体中残余奥氏体含量 9.5%。力学性能结果如下：抗拉强度为 1004MPa，屈服强度为 935MPa，延伸率为 21%，0℃冲击功为 162J。
实施例 3
按照以下元素含量称取原料：C 0.25%、Si 0.12%、P≤0.01%、S≤0.01%、Mn 4.00%、Cu≤1.50%、Ni≤1.50%、Mo 0.50%、Cr≤1.15%、V 0.55%，其余为Fe 和不可避免的杂质。
将原料混合后在 1650℃下熔炼后，得到液态钢液，将液态钢液进行电渣离心浇铸，电渣离心浇铸渣液由 CaF2 65wt%、CaO 10wt%和 Al2O3 25wt%组成，电渣离心浇铸的转速为 800rpm，浇铸的温度为 1580℃，渣金比为 3%，电渣离心浇铸后，进行奥氏体区淬火，温度为 820℃，淬火时间为 30min，然后进行两相区回火，温度为 600℃，回火时间为 8h，得到链轮用中 Mn 钢，基体中残余奥氏体含量 7.8%。力学性能结果如下：抗拉强度为1174MPa，屈服强度为 1087MPa，延伸率为 18%，0℃冲击功为 127J。
实施例 4
与实施例 1 相同，区别仅在于按照以下元素含量称取原料：C 0.35%、Si0.11%、P≤0.01%、S≤0.01%、Mn 4.5%、Cu≤1.1%、Ni≤1.50%、Mo 0.42%、Cr≤1.1%、V 0.53%，其余为 Fe和不可避免的杂质。然后进行奥氏体区淬火，温度为 800℃，淬火时间为 30min，然后进行两相区回火，温度为 650℃，回火时间为 3h，得到链轮用中 Mn 钢，基体中残余奥氏体含量6.6%。力学性能结果如下：抗拉强度为 1467 MPa，屈服强度为 1378MPa，延伸率为 12%，0℃冲击功为 60J。
实施例 5
与实施例 1 相同，区别仅在于按照以下元素含量称取原料：C 0.1%、Si0.1%、P≤0.01%、S≤0.01%、Mn 3.5%、Cu≤1.1%、Ni≤1.50%、Mo 0.45%、Cr≤1.1%、V 0.21%，其余为 Fe和不可避免的杂质。然后进行奥氏体区淬火，温度为 800℃，淬火时间为 30min，然后进行两相区回火，温度为 620℃，回火时间为 5h，得到链轮用中 Mn 钢，基体中残余奥氏体含量9.6%。力学性能结果如下：抗拉强度为 961MPa，屈服强度为 870MPa，延伸率为 25%，0℃冲击功为 207J。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种链轮用中 Mn 钢，其特征在于，由包括以下质量分数的元素经电渣离心浇铸制得：C 0.08~0.40%、Si 0.10~0.40%、P≤0.01%、S≤0.01%、Mn 2.50~4.50%、Cu≤3.0%、Ni≤5.0%、Mo 0.30~0.80%、Cr≤5.0%、V 0.1~1.0%,其余为 Fe 和不可避免的杂质。
2.根据权利要求 1 所述的链轮用中 Mn 钢，其特征在于，所述链轮用中Mn 钢由包括以下质量分数的元素经电渣离心浇铸制得：C 0.1~0.3%、Si0.15~0.30%、P≤0.01%、S≤0.01%、Mn 3.3~3.6%、Cu≤1.0%、Ni≤3.0%、Mo0.30~0.50%、Cr≤3.0%、V 0.20~0.40%，其余为Fe 和不可避免的杂质。
3.权利要求 1 或 2 所述的链轮用中 Mn 钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将包含合金元素的原料混合后进行熔炼，得到液态钢液；
将所述液态钢液在专用模具中进行电渣离心浇铸后，再热处理，得到所述链轮用中 Mn钢。
4.根据权利要求 3 所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼的温度为1600~1700℃。
5.根据权利要求 3 所述的制备方法，其特征在于，所述电渣离心浇铸的渣液包括以下质量百分含量的组分：CaF2 60%~70%，CaO 5~10%和 Al2O320~35%。
6.根据权利要求 3 所述的制备方法，其特征在于，所述电渣离心浇铸的转速为 500~1000rpm。
7.根据权利要求 3 所述的制备方法，其特征在于，所述电渣离心浇铸的温度为 1550~1600℃。
8.根据权利要求 3 所述的制备方法，其特征在于，所述电渣离心浇铸时的渣金比为 1~5%。
9.根据权利要求 3 所述的制备方法，其特征在于，所述热处理依次包括奥氏体区淬火和两相区回火，所述奥氏体区淬火的温度为 730~850℃，淬火时间为 30~60min，所述两相区回火的温度为 550~680℃，回火时间为 3~10h；材料基体组织为回火马氏体加残余奥氏体。
10.权利要求 1 或 2 所述的链轮用中 Mn 钢或权利要求 3~9 任一项所述制备方法制得的链轮用中 Mn 钢在矿山机械中的应用。
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