CN115491595B - 一种高耐磨链轮用钢的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明主要涉及煤炭行业重型刮板输送机用高耐磨链轮钢的成分创新及高致密度锻造制备技术，属于冶金及热加工领域，一种高耐磨链轮用钢的制造方法，包括以下步骤：第一步，冶炼；第二步，热加工；第三步，热处理。本发明所设计的链轮钢成分，在保证成本相比之前不大幅提高的前提条件下，通过合金成分设计，大幅提高了链轮钢的淬透性及强韧性陪陪；采用镦拔锻造+动态砧宽比硬壳拔长技术，钢质致密度显著提升；本发明设计的成分+高致密度热加工技术，显著提高了链轮钢的耐磨性能，链轮使用寿命大幅提高。
Description
技术领域
本发明主要涉及煤炭行业重型刮板输送机用高耐磨链轮钢的成分创新及高致密度锻造制备技术，属于冶金及热加工领域，尤其涉及一种高耐磨链轮用钢的制造方法。
背景技术
链轮是煤矿井下输送机的关键驱动部件，在传送过程中，链轮与链环啮合过程中承受着巨大的交变载荷和附加的冲击载荷，且链轮比链环磨损程度多几千倍，因此链轮是刮板输送机的易损部件，链轮的使用寿命至关重要。链轮除要求较高的硬度和韧性外，还要求具有较高的耐磨性。
目前链轮常采用材质为42CrMo、4CrNiMoA等，此类常规轴类用钢虽不容易出现冲击开裂问题，但钢的耐磨性始终无法满足大的过煤量以及长寿命的要求。优化合金加入量提高钢的淬透性、硬度，通过热加工提高钢质致密度能够有效的提高钢的耐磨性，从而大幅提高使用寿命。
本发明专利的目的是：开发一种高耐磨性链轮用钢及其制造方法，满足大的过煤量的工况条件及长寿命的使用要求。
发明内容
本发明的目的就是针对上述问题，提供一种高耐磨链轮用钢的制造方法。
本发明的目的是这样实现的：一种高耐磨链轮用钢的制造方法，高耐磨链轮用钢的化学成分及重量百分比为：C：0.37～0.47%，Si：0.15～0.30%， Mn：0.90～1.00%，Cr：1.90～2.10%，P：＜0.020%，S：＜0.010%，Ni：0.20～0.30%，Mo：0.45～0.55%，V：0.15～0.2%，B：0.001～0.003%，其余为Fe和不可避免的杂质。
一种高耐磨链轮用钢的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，冶炼：电炉冶炼钢水经LF精炼、调整成分后，经VD真空脱气，最后浇铸成钢锭；LF精炼过程中控制熔渣碱度R(CaO/SiO2）=4.0-6.0，精炼渣中Al2O3含量为20%-27%，还原渣形成后保持时间25-30分钟；VD真空脱气过程在50-80Pa高真空下保持时间18-25分钟，破空后喂硅钙线1.5-2.5米/吨，软搅时间15-20分钟，保证钢质高纯净度；具体成分控制如下：C：0.37～0.47%，Si：0.15～0.30%，Mn：0.90～1.00%，Cr：1.90～2.10%，P：＜0.020%，S：＜0.010%， Ni：0.20～0.30%，Mo：0.45～0.55%，V：0.15～0.2%，B：0.001～0.003%，其余为Fe和不可避免的杂质；第二步，热加工：钢质的致密性影响链轮在使用过程中磨损程度，钢质越致密，耐磨性越强，寿命也就越长，为此设计高致密度热加工技术，采用“镦拔锻造+动态砧宽比硬壳拔长”锻造方式，具体工艺如下：将钢锭在加热炉中加热到1240～1260℃，保温5-7小时，然后采用3000t锻机进行镦粗、拔长，采用上下平板镦粗，每次镦粗至原高度1/2，采用动态砧宽比拔长，过程中砧宽比0.8-0.9，镦粗拔长步骤重复2-3次，过程中若温降造成无法锻造时及时入炉补温2-3小时，最后一次拔长后装炉补温，在1240～1260℃保温1-1.5h后降低温度到1140-1160℃保温2-3h，制造心表温差，实现“硬壳锻造”，砧宽比控制在0.6-0.8，保证心部更加致密；第三步，热处理：由于合金含量较高，大规格锻材冷却过程容易开裂，因此镦拔锻造后要及时装炉退火，退火保温温度740±10℃，保温时间14-18小时。
本发明的有益效果是：本发明所设计的链轮钢成分，在保证成本相比之前不大幅提高的前提条件下，通过合金成分设计，大幅提高了链轮钢的淬透性及强韧性陪陪；采用镦拔锻造+动态砧宽比硬壳拔长技术，钢质致密度显著提升；本发明设计的成分+高致密度热加工技术，显著提高了链轮钢的耐磨性能，链轮使用寿命大幅提高。
具体实施方式
1、化学成分设计构思
本发明自主设计了高耐磨性链轮钢成分，通过合理的提高Mn、Cr等含量提高耐磨性，添加少量的B元素提高淬透性和耐磨性，本发明的化学成分及重量百分比为：
C 0.37～0.47%，Si 0.15～0.30，Mn 0.90～1.00%，Cr 1.90～2.10%，P＜0.020%，S＜0.010%，Ni 0.20～0.30%，Mo 0.45～0.55%，V 0.15～0.2%，B0.001～0.003%，其余为Fe和不可避免的杂质。
2、高耐磨链轮钢的制造方法包括下述依次的步骤：电炉冶炼+LF精炼+VD真空脱气→浇铸钢锭→镦拔锻造→动态砧宽比硬壳拔长→退火，钢的耐磨性能及使用寿命大幅提升。具体过程如下：
第一步 冶炼
电炉冶炼钢水经LF精炼、调整成分后，经VD真空脱气，最后浇铸成钢锭；LF精炼过程中控制熔渣碱度R(CaO/SiO2）=4.0-6.0，精炼渣中Al2O3含量为20%-27%，还原渣形成后保持时间25-30分钟；VD真空脱气过程在50-80Pa高真空下保持时间18-25分钟，破空后喂硅钙线1.5-2.5米/吨，软搅时间15-20分钟，保证钢质高纯净度；具体成分控制如下：
C 0.37～0.47%，Si 0.15～0.30，Mn 0.90～1.00%，Cr 1.90～2.10%，P＜0.020%，S＜0.010%，Ni 0.20～0.30%，Mo 0.45～0.55%，V0.15～0.2%，B0.001～0.003%其余为Fe和不可避免的杂质。
第二步 热加工
钢质的致密性影响链轮在使用过程中磨损程度，钢质越致密，耐磨性越强，寿命也就越长，为此设计高致密度热加工技术，采用“镦拔锻造+动态砧宽比硬壳拔长”锻造方式，具体工艺如下：将钢锭在加热炉中加热到1240～1260℃，保温5小时，然后采用3000t锻机进行镦粗、拔长，采用上下平板镦粗，每次镦粗至原高度1/2，采用动态砧宽比拔长，过程中砧宽比0.8-0.9，镦粗拔长步骤重复3次，过程中若温降造成无法锻造时及时入炉补温2小时，最后一次拔长后装炉补温，在1240～1260℃保温1h后降低温度到1140-1160℃保温2h，制造心表温差，实现“硬壳锻造”，砧宽比控制在0.6-0.8，保证心部更加致密。
第三步 热处理
由于合金含量较高，大规格锻材冷却过程容易开裂，因此镦拔锻造后要及时装炉退火，退火保温温度740±10℃，保温时间14-18小时。
实施例1
1、冶炼
高耐磨链轮钢冶炼工艺流程为80t电炉+80t LF精炼+80t VD真空脱气，LF精炼过程中控制熔渣碱度R(CaO/SiO2）=5.1，精炼渣中Al2O3含量23%，还原渣形成后保持时间26分钟，VD在67Pa高真空保持时间24分钟，破空后喂硅钙线1.8米/吨，软搅时间17分钟，主要成分如表1。
VD处理后浇铸成8.4t矩形锭，每炉浇铸9支，钢锭红送加热进行锻造。
2、热加工及热处理
将步骤1得到的8.4吨钢锭缓慢加热（加热速度80℃/h）到1250℃，保温6h，采用3000t液压锻造机锻造。具体步骤为：
（1）采用上下平板将钢锭镦粗至原高度的1/2（1.2m）；
（2）采用上平砧进行多向拔长（砧宽比0.8），拔长原长度，进行第二次镦粗至钢锭长度的1/2（1.2m），装炉补温2h；
（3）拔长至原钢锭长度后镦粗至长度的1/2，最后一次拔长后截面边长500mm，装炉，保温1h后温度降为1150℃保温2h；
（4）采用合适孔型砧子锻造成直径为400mm；
（5）装炉退火，温度750℃，保温15h。
钢材经处理后与常用链轮钢42CrMo和40CrNiMoA进行耐磨性对比实验如表2，具体处理工艺为调质处理（900℃淬火+620℃回火）后进行淬火（860℃）+低温回火（200℃）。
实施例2
1、冶炼
高耐磨链轮钢冶炼工艺流程为80t电炉+80t LF精炼+80t VD真空脱气，LF精炼过程中控制熔渣碱度R(CaO/SiO2）=4.8，精炼渣中Al2O3含量25%，还原渣形成后保持时间19分钟，VD在67Pa高真空保持时间19分钟，破空后喂硅钙线2.1米/吨，软搅时间22分钟，主要成分如表3。
VD处理后浇铸成9.22t圆锭，每炉浇铸7支，钢锭红送加热进行锻造。
2、热加工及热处理
将步骤1得到的9.22吨钢锭缓慢加热（加热速度60℃/h）到1250℃，保温6h，采用3000t液压锻造机锻造。具体步骤为：
（6）采用上下平板将钢锭镦粗至原高度的1/2（含帽口1.3m）；
（7）采用上平砧进行多向拔长（砧宽比0.8），拔长原长度，进行第二次镦粗至钢锭长度的1/2（1.3m），装炉补温3h；
（8）拔长至原钢锭长度后镦粗至长度的1/2，最后一次拔长后截面边长500mm，装炉，保温1.5h后温度降为1150℃保温3h；
（9）采用合适孔型砧子锻造成直径为400mm；
（10）装炉退火，温度750℃，保温15h。
钢材经处理后与常用材料40CrNiMoA进行耐磨性对比实验如表4，具体处理工艺为调质处理（900℃淬火+620℃回火）后进行淬火（860℃）+低温回火（200℃）。
本发明设计的链轮钢化学成分及高致密热加工技术，使链轮钢在硬度及耐磨性能等方面优于常规材质链轮钢。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明所保护范围的结构特征并不限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围内。
Claims (1)
1.一种高耐磨链轮用钢的制造方法，其特征在于：高耐磨链轮用钢的化学成分及重量百分比为：C：0.37～0.47%，Si：0.15～0.30%， Mn：0.90～1.00%，Cr：1.90～2.10%，P：＜0.020%，S：＜0.010%，Ni：0.20～0.30%，Mo：0.45～0.55%，V：0.15～0.2%，B：0.001～0.003%，其余为Fe和不可避免的杂质；
前述高耐磨链轮用钢的制造方法，包括以下步骤：
第一步，冶炼：电炉冶炼钢水经LF精炼、调整成分后，经VD真空脱气，最后浇铸成钢锭；LF精炼过程中控制熔渣碱度R(CaO/SiO2）=4.0-6.0，精炼渣中Al2O3含量为20%-27%，还原渣形成后保持时间25-30分钟；VD真空脱气过程在50-80Pa高真空下保持时间18-25分钟，破空后喂硅钙线1.5-2.5米/吨，软搅时间15-20分钟，保证钢质高纯净度；具体成分控制如下：C：0.37～0.47%，Si：0.15～0.30%，Mn：0.90～1.00%，Cr：1.90～2.10%，P：＜0.020%，S：＜0.010%， Ni：0.20～0.30%，Mo：0.45～0.55%，V：0.15～0.2%，B：0.001～0.003%，其余为Fe和不可避免的杂质；
第二步，热加工：钢质的致密性影响链轮在使用过程中磨损程度，钢质越致密，耐磨性越强，寿命也就越长，为此设计高致密度热加工技术，采用“镦拔锻造+动态砧宽比硬壳拔长”锻造方式，具体工艺如下：将钢锭在加热炉中加热到1240～1260℃，保温5-7小时，然后采用3000t锻机进行镦粗、拔长，采用上下平板镦粗，每次镦粗至原高度1/2，采用动态砧宽比拔长，过程中砧宽比0.8-0.9，镦粗拔长步骤重复2-3次，过程中若温降造成无法锻造时及时入炉补温2-3小时，最后一次拔长后装炉补温，在1240～1260℃保温1-1.5h后降低温度到1140-1160℃保温2-3h，制造心表温差，实现“硬壳锻造”，砧宽比控制在0.6-0.8，保证心部更加致密；
第三步，热处理：由于合金含量较高，大规格锻材冷却过程容易开裂，因此镦拔锻造后要及时装炉退火，退火保温温度740±10℃，保温时间14-18小时。
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