CN114150210A - 一种多元少量低合金化槽帮铸钢件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种多元少量低合金化槽帮铸钢件的制备方法，属于钢铁材料加工技术领域。该方法是对添加铬、镍、钼等合金元素的常用的中碳槽帮铸钢ZG30MnSi提出的。其主要技术特征是利用铬的固溶强化，以及铬与镍共存时可明显提高淬透性，且镍在提高材料强度的同时可使材料保持较高韧性；同时，少量的钼可减弱含铬铸钢的回火脆性，并进一步提高其淬透性及抗回火稳定性的作用；以及利用熔炼时的夹杂物球化变质处理、热处理的正火、高温回火、调质技术来实现槽帮铸钢件的高强度、高韧性、高耐磨。按照上述成分及工艺方法处理，该槽帮铸钢件的抗拉强度不低于1200MPa、室温冲击韧性不低于65J/cm2，相对于ZG30MnSi，其耐磨损性能提高2.5倍以上，满足矿山冶金机械对耐磨损性能的高要求。

Description

一种多元少量低合金化槽帮铸钢件的制备方法
技术领域
本发明涉及一种多元少量低合金化槽帮铸钢件的制备方法，属于钢铁材料加工技术领域。
背景技术
槽帮是刮板输送机的重要部件，服役时，槽帮承受着磨损、冲击、腐蚀等较为复杂的工况。随着高效集约化生产模式的出现，对输送系统提出了更高要求，这也体现在对槽帮服役性能提出了更高要求。目前常用的槽帮材料ZG30MnSi，难以满足这一更高要求，需要对铸造槽帮材料的化学成分及其热处理工艺进行适当调整设计，以获得更高强度、更高韧性、更加耐磨损的槽帮。
一般来讲，低合金化铸钢通过热处理工艺，可具有良好的强韧性组合，且随着对热处理工艺制度的调控，可在较大范围内调整低合金化铸钢的强度、塑性、韧性的配合，以满足不同工况条件下的要求。
为此，本申请提出对常用槽帮材料ZG30MnSi进行多元少量的低合金化，即通过添加铬Cr、镍Ni、钼Mo等合金元素，并通过对熔炼、热处理等工艺过程的合理调控来制备出高淬透性、高强韧性、高耐磨性的多元少量的低合金化槽帮铸钢件，以满足现代高效集约化生产模式对槽帮服役性能的更高要求，进一步提升刮板输送机的品质。
发明内容
一种多元少量低合金化槽帮铸钢件的制备方法主要是利用铬Cr、镍Ni、钼Mo合金化元素的作用，以及结合熔炼时的夹杂物球化变质技术、热处理技术来实现多元少量低合金化槽帮铸钢件的高淬透性、高强韧性，及其高耐磨损性能。
本发明通过以下技术措施实现：
一种多元少量低合金化槽帮铸钢件的制备方法，其特征在于通过对中碳槽帮铸钢ZG30MnSi加入铬Cr、镍Ni、钼Mo等金属进行多元少量低合金化；经电弧炉或感应炉熔炼时的夹杂物球化变质处理；以及正火、高温回火、调质处理来实现多元低合金化槽帮铸钢件的高淬透性、高强韧、高耐磨；添加铬Cr、镍Ni、钼Mo的质量百分比含量为：0.2～0.4％Mo；0.3～0.8％Cr；0.3～0.8％Ni；所述多元少量低合金化槽帮铸钢件，其化学成分的质量百分比含量为：C：0.25～0.32％；Si：0.60～0.90％；Mn：1.20～1.60％；P：≤0.010％；S：≤0.010％；Mo：0.2～0.4％；Cr：0.3～0.8％；Ni：0.3～0.8％；其余含量为Fe。
进一步地，所述电弧炉或感应炉熔炼时的夹杂物球化变质处理，是指钢水化学成分及其质量百分比成分在如上所述合金的范围内时，将熔炼的钢水出炉到钢包；当钢包内的钢水出钢浇注前，向钢包内喂入硅-钙-稀土包芯线进行夹杂物球化变质处理，其包芯线直径7～9mm，包芯线喂入量1.8～2.0kg/t，喂包芯线速度为1.9～2.1m/s；其中，硅-钙-稀土包芯线的化学成分及其质量百分比为：Si：30～40％；Ca：20～30％；RE：15～20％；其余含量为Fe；
进一步地，所述正火处理，其温度为960～1200℃，保温时间为50～80min/mm，空冷至室温。
进一步地，所述高温回火处理，其温度为620～650℃，保温时间为13～17min/mm，1～3％NaCl的盐水冷却至室温。
进一步地，所述调质热处理，即淬火、高温回火处理；淬火处理的温度为Ac3以上30～50℃，保温时间为20～25min/mm，5～10％NaCl盐水冷却至Ms点以上10～30℃时，立即转移到矿质机油中冷却到室温；高温回火处理的温度为510～560℃，保温时间为12～16min/mm，空冷至室温。
本发明技术关键点是：
为了制备出高淬透性、高强度、高韧性、高耐磨的槽帮，本申请从以下3个技术关键点来实现，即：
第一个技术关键点是利用铬Cr、镍Ni、钼Mo合金元素的作用，即通过添加铬Cr、镍Ni、钼Mo，对常用槽帮材料ZG30MnSi进行多元少量的低合金化；具体是利用铬Cr的固溶强化，以及铬Cr与镍Ni共存时可明显提高淬透性，且镍Ni在提高材料强度的同时可使材料保持较高韧性；同时，少量的钼Mo可减弱含铬Cr铸钢的回火脆性，并进一步提高其淬透性及抗回火稳定性的作用；总之，这是从化学成分方面，来为实现槽帮铸钢的高淬透性、高强韧性、高耐磨损性能提供保障。
第二个技术关键点是利用电弧炉或感应炉熔炼时的夹杂物球化变质处理技术，该技术主要是为获得球状夹杂物，这种夹杂物有利于提高铸钢件的力学性能，尤其是韧性；然而，采用何种变质处理技术是关键，为此，经过对变质剂的分析，并结合铸钢成分，提出了喂-钙-稀土包芯线的夹杂物球化变质处理技术，并提出了相应的喂线参数；总之，这是从夹杂物变质控制角度，来为实现槽帮铸钢的高淬透性、高强韧性、高耐磨损性能提供保障。
第三个技术关键点是利用热处理技术，主要是利用正火、高温回火、调质技术，正火、高温回火有助于提高铸钢成分的均匀性以及晶粒细化，调质有助于提高铸钢的综合力学性能，以及考虑到添加合金元素后的槽帮铸钢件导温性能低，为避免其淬火开裂，又提出了淬火时采用双液淬火技术，即先把奥氏体化的槽帮铸钢件放入冷却能力较强的5～10％NaCl盐水中，冷却到Ms点以上10～30℃，再立即转移到冷却能力较弱的矿质机油中冷却进行马氏体转变，即冷却至室温。热处理工艺参数的确定是与其特定的化学成分相对应的，因此，结合本申请提出的化学成分特点，提出了相应正火、高温回火、调质处理参数；总之，这是热处理控制角度，来为实现槽帮铸钢的高淬透性、高强韧性、高耐磨损性能提供保障。
本发明的有益效果：
按照本申请所述方法制备的多元少量低合金化槽帮铸钢件，可保证该槽帮铸钢件的抗拉强度不低于1200MPa、室温冲击韧性不低于65J/cm2，耐磨损性可达ZG30MnSi的2.5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
本发明提出的一种多元少量低合金化槽帮铸钢件的制备方法，主要是按照以下步骤进行：
(1)所述一种多元少量低合金化槽帮铸钢件，其化学成分及其质量百分比含量为：C：0.25～0.32％；Si：0.60～0.90％；Mn：1.20～1.60％；P：≤0.010％；S：≤0.010％；Mo：0.2～0.4％；Cr：0.3～0.8％；Ni：0.3～0.8％；其余含量为Fe。
(2)熔炼时，浇注前对钢包内的钢水进行夹杂物球化变质处理，即向钢包内喂入直径为7～9mm的硅-钙-稀土包芯线，喂入该包芯线量为1.8～2.0kg/t，喂包芯线速度为1.9～2.1m/s；其中，硅-钙-稀土包芯线的化学成分及其质量百分比为：Si：30～40％；Ca：20～30％；RE：15～20％；其余含量为Fe；
(2)对浇注成型的槽帮铸钢件，进行正火、调质热处理，其中，正火热处理时，其温度为960～1200℃，时间为50～80min/mm，空冷至室温；高温回火处理时，其温度为620～650℃，保温时间为13～17min/mm，1～3％NaCl的盐水冷却至室温；调质热处理时，即淬火、高温回火处理；其淬火处理时的温度为850～880℃，保温时间为20～25min/mm，5～10％NaCl盐水冷却至Ms点以上10～30℃时，立即转移到矿质机油中冷却到室温；其高温回火处理为：温度为510～560℃，保温时间为12～16min/mm，空冷至室温。
以下结合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。
实施例1
本实施例按照以下步骤来进行：
(1)多元少量低合金化槽帮铸钢件的化学成分及其质量百分比含量为：C：0.31％；Si：0.76％；Mn：1.59％；P：0.009％；S：0.008％；Mo：0.31％；Cr：0.41％；Ni：0.42％；其余含量为Fe；
(2)熔炼时，浇注前对钢包内的钢水进行夹杂物球化变质处理，即向钢包内喂入直径为7.6mm的硅-钙-稀土包芯线，喂入该包芯线量为1.92kg/t，喂包芯线速度为1.97m/s；其中，硅-钙-稀土包芯线的化学成分及其质量百分比为：Si：35％；Ca：26％；RE：18％；其余含量为Fe；
(3)对浇注成型的槽帮铸钢件，进行正火、调质热处理，其中，正火热处理时，其温度为980℃，保温时间为60min/mm，空冷至室温；高温回火处理时，其温度为630℃，保温时间为14min/mm，2.5％NaCl的盐水冷却至室温；调质热处理时，即淬火、高温回火处理；其淬火处理时的温度为870℃，保温时间为22min/mm，8％NaCl盐水冷却至340℃时，立即转移到矿质机油中冷却到室温；其高温回火处理为：温度为510℃，保温时间为15min/mm，空冷至室温。
对按上述方法制备的微合金化铸钢件进行拉伸、冲击试验，结果显示，其进行抗拉强度为1210MPa，冲击韧性达到76J/cm2，相对于ZG30MnSi，其耐磨损性能提高2.6倍，由此表明该铸钢件具有较高的强韧性及其良好的耐磨损性能。
实施例2
本实施例按照以下步骤来制备微合金化中碳铸钢件：
(1)多元少量低合金化槽帮铸钢件的化学成分及其质量百分比含量为：C：0.32％；Si：0.71％；Mn：1.56％；P：0.008％；S：0.008％；Mo：0.32％；Cr：0.73％；Ni：0.78％；其余含量为Fe；
(2)熔炼时，浇注前对钢包内的钢水进行夹杂物球化变质处理，即向钢包内喂入直径为7.2mm的硅-钙-稀土包芯线，喂入该包芯线量为1.8kg/t，喂包芯线速度为1.92m/s；其中，硅-钙-稀土包芯线的化学成分及其质量百分比为：Si：36％；Ca：28％；RE：16％；其余含量为Fe；
(3)对浇注成型的槽帮铸钢件，进行正火、调质热处理，其中，正火热处理时，其温度为1020℃，保温时间为70min/mm，空冷至室温；高温回火处理时，其温度为630℃，保温时间为16min/mm，2％NaCl的盐水冷却至室温；调质热处理时，即淬火、高温回火处理；其淬火处理时的温度为860℃，保温时间为23min/mm，7.5％NaCl盐水冷却至330℃时，立即转移到矿质机油中冷却到室温；其高温回火处理为：温度为510℃，保温时间为15min/mm，空冷至室温。
对按上述方法制备的铸钢件进行拉伸、室温冲击试样，结果显示，其抗拉强度为1260MPa，冲击韧性达到69J/cm2，相对于ZG30MnSi，其耐磨损性能提高2.8倍，由此表明该铸钢件具有较高的强韧性及其良好的耐磨损性能。
由实施例可见，本发明提出的一种多元少量低合金化槽帮铸钢件的制备方法，其铸钢件的强韧性高、耐磨损性高，总之，该方法制备的铸钢件可用于对耐磨损性能有更高要求的矿山机械等行业中零部件，具有良好的社会效益和经济效益，推广应用前景广阔。

Claims (5)

1.一种多元少量低合金化槽帮铸钢件的制备方法，其特征在于通过对中碳槽帮铸钢ZG30MnSi加入铬Cr、镍Ni、钼Mo多元金属进行少量低合金化；经电弧炉或感应炉熔炼时的夹杂物球化变质处理；以及正火、高温回火、调质处理来实现多元低合金化槽帮铸钢件的高淬透性、高强韧、高耐磨；添加铬Cr、镍Ni、钼Mo的质量百分比含量为：0.2～0.4％Mo；0.3～0.8％Cr；0.3～0.8％Ni；所述多元少量低合金化槽帮铸钢件，其化学成分的质量百分比含量为：C：0.25～0.32％；Si：0.60～0.90％；Mn：1.20～1.60％；P：≤0.010％；S：≤0.010％；Mo：0.2～0.4％；Cr：0.3～0.8％；Ni：0.3～0.8％；其余含量为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种多元少量低合金化槽帮铸钢件的制备方法，其特征在于：所述电弧炉或感应炉熔炼时的夹杂物球化变质处理，是指钢水化学成分及其质量百分比成分在权利要求1所述的范围内时，将熔炼的钢水出炉到钢包；当钢包内的钢水出钢浇注前，向钢包内喂入硅-钙-稀土包芯线进行夹杂物球化变质处理，其包芯线直径7～9mm，包芯线喂入量1.8～2.0kg/t，喂包芯线速度为1.9～2.1m/s；其中，硅-钙-稀土包芯线的化学成分及其质量百分比为：Si：30～40％；Ca：20～30％；RE：15～20％；其余含量为Fe。
3.根据权利要求1所述的一种多元少量低合金化槽帮铸钢件的制备方法，其特征在于：所述正火处理，其温度为960～1200℃，保温时间为50～80min/mm，空冷至室温。
4.根据权利要求1所述的一种多元少量低合金化槽帮铸钢件的制备方法，其特征在于：所述高温回火处理，其温度为620～650℃，保温时间为13～17min/mm，1～3％NaCl的盐水冷却至室温。
5.根据权利要求1所述的一种多元少量低合金化槽帮铸钢件的制备方法，其特征在于：所述调质热处理，即淬火、高温回火处理；淬火处理的温度为Ac3以上30～50℃，保温时间为20～25min/mm，5～10％NaCl盐水冷却至Ms点以上10～30℃时，立即转移到矿质机油中冷却到室温；高温回火处理的温度为510～560℃，保温时间为12～16min/mm，空冷至室温。
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