CN116265594A - 一种高性能截齿用高强钢及其热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能截齿用高强钢及其热处理工艺，通过有别于常规淬火回火得热处理工艺，该合金钢在强度不下降的条件下，冲击韧性显著提高，由淬火回火工艺的Aku55J‑65J提高到Aku85J‑95J，且性能稳定；经模锻成型后的截齿体的热处理工艺为：800℃加热正火，再加热到920℃保温20min，然后在260℃盐浴炉内保温5分钟后空冷到室温，再送入辊道炉内260℃回火2h，回火后空冷。与现有国标(截齿体冲击功大于Aku40J，硬度大于HRC38)相比，本发明提供的高强钢及热处理工艺能使截齿体的性能大幅提高(截齿体冲击功大于Aku85J，硬度大于HRC51)，提供的高强钢截齿体从根本上解决了现有截齿冲击韧性值低、硬度低，在截割硬岩时易断裂耐磨性差等问题。
Description
技术领域：
本发明涉及采煤用截齿制造技术领域，具体涉及一种高性能截齿用高强钢及其热处理工艺。
背景技术：
截齿是煤炭行业综采机组上直接切割煤岩的关键零部件，截齿是由硬质合金齿尖镶嵌在合金钢截齿体头部的凹孔内，并通过钎焊固定连接。截齿失效形式表现为截齿体头部磨损后硬质合金齿尖脱落、齿尖破碎、齿体弯曲或折断，其中截齿体头部磨损造成齿尖脱落失效约占所有失效形式的85％。脱落原因在于，在采掘过程中，整个截齿伸入煤矿层中，齿体前端受到矿岩层的强力摩擦。截齿体耐磨性不够，硬质合金齿尖过早地脱落，导致整个截齿提前损毁失效。
为了提高截齿的使用寿命，首先要保证截齿体表面要有足够的耐磨、耐腐蚀、抗冲击性能。并且随着煤矿采掘机功率的提高，要求截齿体具有更高的强度和抗冲击性能。故而，研制一种高性能截齿体用高强钢，并进行特殊的热处理技术，使该高强钢在不降低强度的条件下，冲击功显著提高到国标的2倍以上，进而延长截齿使用寿命。
中国发明专利CN95112052.2公开了一种采煤机截齿中频焊接淬火一次完成复合工艺，将截齿齿体放入中频感应加热设备的铜线圈中进行中频加热焊接硬质合金刀头，后直接将焊接好带硬质合金刀头的齿体放入260-290℃的硝盐槽中淬火冷却，即可一次完成焊接淬火复合工艺。
又如中国发明专利CN201210425945.9公开了一种采煤机截齿的生产方法，通过感应加热的将截齿与齿头焊接在一起，(1)将齿体齿孔与齿头配合；(2)将配合好的截齿逐次进入感应器的加热区；(3)截齿进入感应器的焊接区时，首先向合金齿头上补撒硼砂，待铜融化后轻摇合金，使铜液充满焊缝周围；(4)等温热处理，等温槽温度控制在230℃～270℃，将焊接好的截齿浸入等温槽盐液中，温度达到265℃时开始送水降温，且保证加水之后等温槽的温度不小于230℃；(5)截齿在等温槽内变化不超过20℃的恒定温度状态下停留的时间不小于30分钟；(6)达到等温时间后将截齿提出液面，淋盐后迅速清洗冷却得到产品。
上述发明专利主要内容是截齿体所用材料为35CrMo或42CrMo，截齿的热处理技术采用了等温淬火的工艺，得到贝氏体组织，截齿体性能为Aku40J，硬度达HRC38，虽然通过等温淬火技术能够提高冲击功，但往往伴随着硬度下降，没有达到硬度和韧性同时提高的目的。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种高性能截齿用高强钢及其热处理工艺。
本发明由如下技术方案实施：
一种高性能截齿用高强钢，高强钢坯体的化学成分质量百分比为：碳：0.30％、硅：2.2％、锰：1.0％、铬：1.0％、钼：0.10％、镍：1.0％、硫：0％～0.01％、磷：0％～0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质。
一种高性能截齿热处理工艺，该工艺步骤包括：
步骤一：采用上述高强钢坯体，经过温挤压成型后的截齿体，截齿体进行正火预处理，加热温度为800℃，保温1h后空冷；
步骤二：再将截齿体加热到920℃，保温20分钟，将截齿体浸入260℃的盐浴中，保温20s，出炉空冷；
步骤三：将空冷后的截齿体进行二次回火。回火温度260℃，回火时间2h。回火后空冷到室温；
步骤四：重复上述回火步骤，完成二次回火
采用上述工艺步骤，截齿体的性能达到抗拉强度达到1750MPa，冲击功大于Aku85J，硬度大于HRC51。
本发明的优点：
1、合金成分设计独特：硅：2.2％、锰：1.0％、镍：1.0％。如此高的硅元素含量增加固溶强化作用，抑制碳化物形成，提高疲劳性能和冲击功；如此高的锰含量，增加可动位错密度，提高塑性和韧性；通过添加镍，进一步提高韧性，而且与锰元素的含量等比例1:1匹配，获得高的冲击功。
2、热处理工艺独特：经温挤压成型的截齿体，存在大量细长条铁素体，采用加热到800℃，保温1h的正火工艺，消除温挤压带来的铁素体晶粒细长条取向缺陷，实现晶粒等轴化。为冲击功稳定和提高奠定了预处理组织基础。
3、采用Ms点之下260℃保温20s再空冷工艺，使部分奥氏体在260℃保温时先转变为低温贝氏体，细化了残余奥氏体组织。随后的空冷使残余奥氏体转变为更为细小的马氏体或贝氏体。
4、截齿体采用新型高强钢制造，显著提高截齿体的强度、韧性、硬度。抗拉强度达到1750MPa，冲击功达Aku85J以上，硬度达HRC51以上。
5、可以使得截齿体的硬度、强度、冲击性能大幅提高，特别是冲击性能，能提高到2倍，显著避免截齿体折断现象的发生。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供以下技术方案：一种高性能截齿用高强钢，高强钢坯体的化学成分质量百分比为：碳：0.30％、硅：2.2％、锰：1.0％、铬：1.0％、钼：0.10％、镍：1.0％、硫：0％～0.01％、磷：0％～0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质，成分范围控制在国标偏差内。
一种高性能截齿热处理工艺，该工艺步骤包括：
步骤一：采用上述高强钢坯体，经过温挤压成型后的截齿体，截齿体进行正火预处理，加热温度为800℃，保温1h后空冷，该关键热处理工艺能够显著消除温挤压带来的晶粒取向缺陷，实现晶粒等轴化，显著提高冲击功并使截齿的冲击功稳定在较高的范围；
步骤二：再将截齿体加热到920℃，保温20分钟，将截齿体浸入260℃的盐浴中，保温20s，出炉空冷；
步骤三：将空冷后的截齿体进行二次回火。回火温度260℃，回火时间2h。回火后空冷到室温；
步骤四：重复上述回火步骤，完成二次回火
采用上述工艺步骤，截齿体的性能达到抗拉强度达到1750MPa，冲击功大于Aku85J，硬度大于HRC51。
本发明的工作原理及使用流程：
实施例1通过添加锰：1.0％、镍：1.0％，采用淬火回火工艺，没有正火预处理工艺，冲击功为Aku55J-65J，HRC51-53。
实施例2在发明钢成分基础上，淬火回火前采取正火预处理工艺，截齿体的冲击功由Aku55J-65J提高到Aku75J-85之间，HRC52-55。
实施例3采用预形成低温贝氏体组织细化残余奥氏体转变组织工艺，即采用Ms点之下260℃保温20s再空冷工艺，冲击功由Aku75J-85J提高到Aku85J-95之间，HRC52-55。
上述工艺之后都进行了二次回火步骤。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种高性能截齿用高强钢，其特征在于：高强钢坯体的化学成分质量百分比为：碳：0.30％、硅：2.2％、锰：1.0％、铬：1.0％、钼：0.10％、镍：1.0％、硫：0％～0.01％、磷：0％～0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.一种高性能截齿热处理工艺，其特征在于：该工艺步骤包括：
步骤一：采用上述高强钢坯体，经过温挤压成型后的截齿体，截齿体进行正火预处理，加热温度为800℃，保温1h后空冷；
步骤二：再将截齿体加热到920℃，保温20分钟，将截齿体浸入260℃的盐浴中，保温20s，出炉空冷；
步骤三：将空冷后的截齿体进行二次回火。回火温度260℃，回火时间2h。回火后空冷到室温；
步骤四：重复上述回火步骤，完成二次回火。
3.根据权利要求2所述的一种高性能截齿热处理工艺，其特征在于，采用上述工艺步骤，截齿体的性能达到抗拉强度达到1750MPa，冲击功大于Aku85J，硬度大于HRC51。
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