CN111647809A - 新型中部槽材料及其铸件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种新型中部槽材料，按质量百分比包括以下组分：C：0.27～0.33；Si：0.75～1.0；Mn：0.85～1.15；Cr：0.9～1.3；Ni：0.4～0.6；Mo：0.25～0.4；Cu：0.8～1.2；Al：0.03～0.05；S≤0.025；P≤0.025；其余为Fe及少量杂质。还提出一种中部槽材料铸件的制备方法。本方案在中部槽材料中添加了0.8%～1.2%的Cu元素，使晶粒更加均匀、细化，大幅提高整体式中部槽铸件的抗拉强度、硬度、冲击韧性等力学性能，能够显著提高整体铸造中部槽铸件的冲击韧性（冲击韧性≥35J/cm²），增强其抗冲击能力，显著提升其使用寿命。

Description

新型中部槽材料及其铸件的制备方法
技术领域
本发明涉及中部槽制备技术领域，尤其涉及一种新型中部槽材料及其铸件的制备方法。
背景技术
中部槽是矿用采煤装备刮板输送机的重要组成部分，其制造材料需要具有较高的强度、硬度、冲击韧性及耐磨性。刮板输送机中部槽的结构可分为：铸焊结构中部槽和整体铸造中部槽两种，其制造材料包括：轧制耐磨钢板、铸造耐磨钢等。
目前，矿用刮板输送机整体铸造中部槽材料有以下几种：
1.采用高锰铸钢，如专利CN98113799.7就是高锰铸钢，其铸造后铸态晶粒粗大，材料力学性能较差，因此会影响其使用寿命。
2.采用贝氏体铸钢，如专利CN201811275509.1，即高强度高耐磨贝氏体铸钢，但其冲击韧性较低，对外来冲击负荷的抵抗能力不足，因此会影响其使用寿命。
3.国内矿用刮板输送机中部槽铸造材料主要使用铸造硅锰钢（如：ZG30SiMn钢），该材料经调质处理后材料韧性相对较好，但其抗拉强度低，耐磨性较差。
刮板输送机整体铸造中部槽在矿井中运输煤炭或矿石。为提高刮板输送机中部槽的使用寿命，中部槽不仅需要足够的强度、硬度、耐磨性，还需要优异的抗冲击能力，现有材料制造技术无法满足矿用中部槽实际工况下的使用要求，从而限制了整体铸造中部槽的推广应用。
发明内容
有鉴于此，针对上述不足，有必要提出一种新型中部槽材料。
还有必要提出一种中部槽材料铸件的制备方法。
一种新型中部槽材料，按质量百分比包括以下组分：C：0.27～0.33；Si：0.75～1.0；Mn：0.85～1.15；Cr：0.9～1.3；Ni：0.4～0.6；Mo：0.25～0.4；Cu：0.8～1.2；Al：0.03～0.05；S≤0.025；P≤0.025；其余为Fe及少量杂质。
优选的，按质量百分比包括以下组分：C：0.27；Si：0.75；Mn：0.85；Cr：0.9；Ni：0.4；Mo：0.25；Cu：0.8；Al：0.03；S≤0.025；P≤0.025；其余为Fe及少量杂质。
优选的，按质量百分比包括以下组分：C：0.33；Si：1.0；Mn：1.15；Cr：1.3；Ni：0.6；Mo：0.4；Cu：1.2；Al：0.05；S≤0.025；P≤0.025；其余为Fe及少量杂质。
优选的，按质量百分比包括以下组分：C：0.33；Si：0.90；Mn：1.04；Cr：1.20；Ni：0.49；Mo：0.31；Cu：1.05；Al：0.031；S：0.021；P：0.023；其余为Fe及少量杂质。
一种中部槽材料铸件的制备方法，包括以下步骤：
S1：将所述中部槽材料置于电弧炉中，逐渐升温至1590℃~1630℃，全部熔化后成为液态钢水，去除杂质并控制S、P含量；
S2：搅拌液态钢水，将成分均匀的液体钢水浇铸在整体式中部槽铸模内，待中部槽铸件冷却后取出坯件；
S3：清除粘砂，清除浇道、冒口；
S4：正火处理，将中部槽坯件置于炉中并升温至880℃±10℃，保温4h后，出炉空冷至室温；
S5：等温淬火处理，将中部槽坯件置于炉中并升温至880℃±10℃，保温2.5h，再硝酸盐溶液320℃±10℃等温淬火，淬火2.5h后，空冷至室温后成为中部槽铸件；
S6：对整体铸造式中部槽铸件进行变形量检测或校正，确保工艺尺寸满足要求。
优选的，所述中部槽铸件抗拉强度≥1200Mpa、冲击韧性≥35J/cm²、伸长率≥10%、硬度HRC≥40。
本方案在中部槽材料中添加了0.8%～1.2%的Cu元素，其含量较高，在整体式中部槽铸件制备过程中，具有改善金相组织向好的作用，使晶粒更加均匀、细化，大幅提高整体式中部槽铸件的抗拉强度、硬度、冲击韧性等力学性能，尤其是0.8%～1.2% 的Cu成分能够显著提高整体铸造中部槽铸件的冲击韧性（冲击韧性≥35J/cm²），增强其抗冲击能力，显著提升其使用寿命。
附图说明
图1为实施例1、2、3的金相组织图。
图2为实施例4的金相组织图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
实施例1：
将所述中部槽材料置于电弧炉中，逐渐升温至1590℃~1630℃，全部熔化后成为液态钢水，去除杂质并控制S、P含量；浇注成中部槽坯件；将中部槽坯件置于炉中并升温至880℃±10℃，保温4h后，出炉空冷至室温，使晶粒均匀细化；将中部槽坯件置于炉中并升温至880℃±10℃，保温2.5h，再硝酸盐溶液320℃±10℃等温淬火，淬火2.5h后，提高其耐磨性，空冷至室温后成为中部槽铸件；检测、校正。
所述中部槽材料按质量百分比其具体组分（%）为：C：0.32；Si：0.93；Mn：1.04；Cr：1.28；Ni：0.53；Mo：0.35；Cu：0.82；Al：0.041；S：0.023；P：0.024；其余为Fe及少量杂质。
按照相关国标对本实施例整体式中部槽铸件进行力学性能试验和金相检验，检测结果如下：抗拉强度为1385Mpa、冲击韧性为35.28J/cm²、伸长率为11.2%、硬度HRC为47。
实施例2：
将所述中部槽材料置于电弧炉中，逐渐升温至1590℃~1630℃，全部熔化后成为液态钢水，去除杂质并控制S、P含量；浇注成中部槽坯件；将中部槽坯件置于炉中并升温至880℃±10℃，保温4h后，出炉空冷至室温，使晶粒均匀细化；将中部槽坯件置于炉中并升温至880℃±10℃，保温2.5h，再硝酸盐溶液320℃±10℃等温淬火，淬火2.5h后，提高其耐磨性，空冷至室温后成为中部槽铸件；检测、校正。
所述中部槽材料按质量百分比其具体组分（%）为：C：0.33；Si：0.90；Mn：1.04；Cr：1.20；Ni：0.49；Mo：0.31；Cu：1.05；Al：0.031；S：0.021；P：0.023；其余为Fe及少量杂质。
按照相关国标对本实施例整体式中部槽铸件进行力学性能试验和金相检验，检测结果如下：抗拉强度为1290Mpa、冲击韧性为38.62J/cm²、伸长率为16.8%、硬度HRC为42。
实施例3：
将所述中部槽材料置于电弧炉中，逐渐升温至1590℃~1630℃，全部熔化后成为液态钢水，去除杂质并控制S、P含量；浇注成中部槽坯件；将中部槽坯件置于炉中并升温至880℃±10℃，保温4h后，出炉空冷至室温，使晶粒均匀细化；将中部槽坯件置于炉中并升温至880℃±10℃，保温2.5h，再硝酸盐溶液320℃±10℃等温淬火，淬火2.5h后，提高其耐磨性，空冷至室温后成为中部槽铸件；检测、校正。
所述中部槽材料按质量百分比其具体组分（%）为：C：0.30；Si：0.83；Mn：0.95；Cr：1.16；Ni：0.51；Mo：0.32；Cu：1.18；Al：0.035；S：0.020；P：0.023；其余为Fe及少量杂质。
按照相关国标对本实施例整体式中部槽铸件进行力学性能试验和金相检验，检测结果如下：抗拉强度为1335Mpa、冲击韧性为37.08J/cm²、伸长率为12.6%、硬度HRC为43。
实施例4：所述整体式中部槽铸件中不含Cu成分，其它组分及其制备方法与实施例1相同。
按照相关国标对本实施例整体式中部槽铸件进行力学性能试验和金相检验，检测结果如下：抗拉强度为1200Mpa、冲击韧性为20J/cm²、伸长率为6%、硬度HRC为36。
实施例5：为整铸中部槽用高强度高耐磨贝氏体铸钢材料，其力学性能指标为：抗拉强度＞1400Mpa，硬度HRC＞45，来源于专利CN201811275509.1。
新型整体铸造中部槽材料实施例数据对比：
表1 新型整体铸造中部槽材料力学性能对比
抗拉强度(MPa) 伸长率(%) 冲击韧性(J/cm²) 硬度(HRC) 备注（含Cu%）
实施例1 1385 11.2 35.28 47 0.82
实施例2 1290 16.8 38.62 42 1.05
实施例3 1335 12.6 37.08 43 1.18
实施例4 1200 6 20 36 -
实施例5 ＞1400 - - ＞45 0.1～0.4
由表1可以看到：
1）本发明实施例1、2、3对比实施例4，在热处理工艺相同条件下，添加较高含量的Cu成分，大幅提高了中部槽材料的抗拉强度、硬度、冲击韧性等力学性能。
2）本发明实施例1、2、3金相组织，参见图1：为上贝氏体+粒状贝氏体；实施例4金相组织，参见图2：为马氏体位向回火索氏体+马氏体+贝氏体+块状条状铁素体。显而易见地，本发明实施例1、2、3中部槽材料添加Cu后，具有改善金相组织向好的作用，并且从图1、图2对比可知添加Cu成分后，具有较好的晶粒细化作用。
3）本发明实施例1、2、3对比实施例5（中部槽材料的成分中含有W、V、Ti、Nb等元素），通过元素成分的优化设计，添加较高含量的Cu合金元素，综合提高了材料的抗拉强度、硬度、冲击韧性等力学性能，获得了新型整体铸造中部槽材料在没有较昂贵的W、V、Ti、Nb等元素的情况下，经过技术人员的多次试验和工艺参数优化，实施例1、2、3的抗冲击性能（即：冲击韧性）对比实施例5（实施例5对冲击韧性未作要求）中有显著提高，满足整体铸造中部槽抗冲击使用性能要求。
4）本发明通过材料成分配料比例设计及工艺优化，获得了低成本整体式中部槽铸件，其抗拉强度为铸造硅锰钢ZG30SiMn的2倍以上，其耐磨性能为铸造硅锰钢ZG30SiMn的1.5倍以上。用本发明材料制造的整体铸造中部槽铸件已经应用于某矿井，其使用状态良好。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种新型中部槽材料，其特征在于：按质量百分比包括以下组分：C：0.27～0.33；Si：0.75～1.0；Mn：0.85～1.15；Cr：0.9～1.3；Ni：0.4～0.6；Mo：0.25～0.4；Cu：0.8～1.2；Al：0.03～0.05；S≤0.025；P≤0.025；其余为Fe及少量杂质。
2.如权利要求1所述的新型中部槽材料，其特征在于：按质量百分比包括以下组分：C：0.27；Si：0.75；Mn：0.85；Cr：0.9；Ni：0.4；Mo：0.25；Cu：0.8；Al：0.03；S≤0.025；P≤0.025；其余为Fe及少量杂质。
3.如权利要求1所述的新型中部槽材料，其特征在于：按质量百分比包括以下组分：C：0.33；Si：1.0；Mn：1.15；Cr：1.3；Ni：0.6；Mo：0.4；Cu：1.2；Al：0.05；S≤0.025；P≤0.025；其余为Fe及少量杂质。
4.如权利要求1所述的新型中部槽材料，其特征在于：按质量百分比包括以下组分：C：0.33；Si：0.90；Mn：1.04；Cr：1.20；Ni：0.49；Mo：0.31；Cu：1.05；Al：0.031；S：0.021；P：0.023；其余为Fe及少量杂质。
5.一种如权利要求1至4之一所述的中部槽材料铸件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将所述中部槽材料置于电弧炉中，逐渐升温至1590℃~1630℃，全部熔化后成为液态钢水，去除杂质并控制S、P含量；
S2：搅拌液态钢水，将成分均匀的液体钢水浇铸在整体式中部槽铸模内，待中部槽铸件冷却后取出坯件；
S3：清除粘砂，清除浇道、冒口；
S4：正火处理，将中部槽坯件置于炉中并升温至880℃±10℃，保温4h后，出炉空冷至室温；
S5：等温淬火处理，将中部槽坯件置于炉中并升温至880℃±10℃，保温2.5h，再硝酸盐溶液320℃±10℃等温淬火，淬火2.5h后，空冷至室温后成为中部槽铸件；
S6：对整体铸造式中部槽铸件进行变形量检测或校正，确保工艺尺寸满足要求。
6.如权利要求5所述的中部槽材料铸件的制备方法，其特征在于：所述中部槽铸件抗拉强度≥1200Mpa、冲击韧性≥35J/cm²、伸长率≥10%、硬度HRC≥40。
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