CN117721377B - 耐磨链轮材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了耐磨链轮材料，具体涉及链轮冶炼技术领域，该链轮材料由以下成分以及百分比组成：碳0.45‑0.65％，硅0.30‑1.50％，锰0.20‑0.80％，铬5.00‑7.00％，镍0.20‑1.00％，钼1.00‑2.50％，钒0.50‑2.00％，铌0.020‑0.060％，电解铝0.010‑0.040％，磷≤0.025％，硫≤0.015％，稀土元素0.01‑0.1％，其余为铁。本发明所制备的链轮相较于传统链轮不仅表面硬度高，而且硬化层更深，使得本发明的链轮不只是表面耐磨性优异，而且在长时间使用，表面逐渐被磨损掉之后，也不会出现耐磨性降低的情况，大幅度提升使用寿命，在煤矸石含量越多的情况下，提升的幅度越大。
Description
技术领域
本发明涉及链轮冶炼技术领域，更具体地说，本发明涉及耐磨链轮材料。
背景技术
链轮是煤机或矿山生产中矿石井下运输的重要部件，是一种带嵌齿式扣链齿的轮子，用以与节链环或缆索上节距准确的块体相啮合。
煤矸石是在煤形成的过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石，其主要成分是Al2O3、SiO2，另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素(镓、钒、钛、钴)；
在煤炭开采的过程中，从顶板、底板及夹层里采出的矸石与煤一起通过刮板输送机运输，由于地质条件的变化，一些煤层含有大量的煤矸石，这些煤矸石颗粒在运输的过程中会附着在刮板输送机的链条上，链条运转时，附着在链条上的煤矸石颗粒进入到链条和链轮的链窝之间，从而会加快链轮链窝的磨损，降低链轮使用寿命50％以上。
针对上述情况，本发明提出耐磨链轮材料，该材料表面淬火硬度比传统材料高5HRc以上，淬硬层深并且内部含有大量高硬度碳化物，能够大幅提高材料的耐磨性，可以很好的应对煤矸石含量高的生产情况。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供耐磨链轮材料，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：耐磨链轮材料，所述该材料由以下成分以及百分比组成：碳0.45-0.65％，硅0.30-1.50％，锰0.20-0.80％，铬5.00-7.00％，镍0.20-1.00％，钼1.00-2.50％，钒0.50-2.00％，铌0.020-0.060％，电解铝0.010-0.040％，磷为≤0.025％，硫≤0.015％，稀土元素0.01-0.1％，其余为铁。
优选地，所述该材料由以下成分以及百分比组成：碳0.49-0.65％，硅1.11-1.50％，锰0.52-0.80％，铬6.42-7.00％，镍0.47-1.00％，钼1.24-2.50％，钒1.48-2.00％，铌0.02-0.06％，电解铝0.01-0.040％，磷为0.008％，硫0.001％，稀土元素0.03-0.1％，其余为铁。
优选地，所述该材料由以下成分以及百分比组成：所述该材料由以下成分以及百分比组成：碳0.59-0.65％，硅0.52-1.50％，锰0.34-0.80％，铬5.63-7.00％，镍0.79-1.00％，钼2.13-2.50％，钒0.81-2.00％，铌0.05-0.06％，电解铝0.03-0.04％，磷为0.001％，硫0.003％，稀土元素0.07-0.1％，其余为铁。
优选地，所述该材料由以下成分以及百分比组成：所述该材料由以下成分以及百分比组成：所述该材料由以下成分以及百分比组成：碳0.62-0.65％，硅0.33-1.50％，锰0.22-0.80％，铬5.11-7.00％，镍0.96-1.00％，钼2.46-2.50％，钒0.52-2.00％，铌0.04-0.06％，电解铝0.03-0.04％，磷为0.007％，硫0.002％，稀土元素0.09-0.1％，其余为铁。
优选地，所述稀土元素由镧元素和铈元素的任意一种或者两种。
本发明还提供一种制备方法，用于制备上述的耐磨链轮材料，该制备方法包括以下步骤：
步骤二、高温扩散热处理，上述材料的加热温度为1230℃～1300℃，并保温5～15小时；
步骤三、经过高温扩散热处理的钢锭降温至1100℃～1200℃温度范围内进行多方向锻造加工，采用三镦三拔的锻造方式，总锻造压缩比≥6，终锻温度≥900℃；
步骤四、正火处理，将上述材料加热温度为1020℃～1100℃，保温时间为5～15小时，快速冷却后装退火炉300℃保温5～10小时；
步骤五、球化退火处理，第一阶段等温退火温度为820～880℃，保温时间为10～25小时；第二阶段等温退火温度为720～760℃，保温时间为10～25小时；
步骤六、在步骤五的基础上，不断往钢锭的表面注入含氮的气体，期间再次保温8-12小时；
步骤七、淬火处理：淬火温度为1020℃～1100℃，保温时间为5～15小时，采用淬火液或油冷至150℃以下；随后进行500-550℃的进行二次硬化处理，保温时间为10～20小时，得到链轮材料。
优选地，在对钢锭进行三墩三拔的具体步骤为，对材料进行三次墩粗和三次拔长，且每一次墩粗工艺后紧接进行拔长操作。
优选地，在对上述化学成分以及百分比进行混合配料的先后顺序为，先将碳、硅、锰、铬、镍、钼、钒、铌、电解铝、磷、硫和铁混合后，加入稀土元素，最后同时混合搅拌。
本发明的技术效果和优点：
1、通过将碳、硅、锰、铬、镍、钼、钒、铌、电解铝、磷、硫和铁等多种金属元素经过混合后，通过电炉冶炼或转炉进行冶炼、精炼和真空处理；电渣重熔；高温扩散热处理、多方向锻造加工；正火处理、球化退火处理；粗加及半精加工；淬火处理；渗氮处理，淬火后进行500-550℃的进行二次硬化处理；精加工等步骤得到的成品链轮材料，表面淬火硬度比传统材料高5HRc以上，淬硬层深并且内部含有大量高硬度碳化物，能够大幅提高材料的耐磨性，可以很好的应对煤矸石含量高的生产情况
2、通过在多种金属材料的基础上添加稀土元素，稀土元素能够改善链轮材料内部的晶粒结构，使得链轮材料的晶粒更加细小，进而能够大幅度改善链轮材料的强度和硬度，而且在进行高温锻造时，防止链轮材料在高温下发生相变的催化。
附图说明
图1为本发明的链轮材料制备流程图。
具体实施方式
实施例1、
本发明提供耐磨链轮材料，该材料由以下成分以及百分比组成：碳0.45-0.65％，硅0.30-1.50％，锰0.20-0.80％，铬5.00-7.00％，镍0.20-1.00％，钼1.00-2.50％，钒0.50-2.00％，铌0.020-0.060％，电解铝0.010-0.040％，磷为≤0.025％，硫≤0.015％，稀土元素0.01-0.1％，其余为铁。
其中稀土元素由镧元素和铈元素的任意一种或者两种。
而具体到本实施例中，所包含以下成分以及百分比组成：碳0.45％，硅1.48％，锰0.68％，铬6.97％，镍0.23％，钼1.07％，钒1.95％，铌0.03％，电解铝0.02％，磷为0.009％，硫0.002％，镧元素0.03％，其余为铁。
本发明还提供一种制备方法，用于制备上述的耐磨链轮材料，该制备方法包括以下步骤：
步骤一、将碳、硅、锰、铬、镍、钼、钒、铌、电解铝、磷、硫和铁混合后，加入镧元素，最后同时混合搅拌；
采用电炉冶炼加温1500℃冶炼、精炼和真空处理，得到胚料；将材料进行电渣重熔；造渣时间为28min，电流为3800A，精炼35min电流7450A，重熔电压为75V，电流：8425A～13072A，补缩电压为61V电流时间40min模冷时间72分钟；
步骤二、高温扩散热处理：上述材料的加热温度为1280℃，并保温10小时；
步骤三、经过高温扩散热处理的钢锭降温至1118℃温度范围内进行多方向锻造加工，采用三镦三拔的锻造方式，总锻造压缩比≥6，终锻温度934℃；
步骤四、正火处理，将上述材料加热温度为1050℃，保温时间为10小时，快速冷却后装退火炉300℃保温8小时；
步骤五、球化退火处理，第一阶段等温退火温度为850℃，保温时间为18小时；第二阶段等温退火温度为730℃，保温时间为18小时；
步骤六、在步骤五的基础上，不断往钢锭的表面注入含氮的气体，期间再次保温10小时；
步骤七、淬火处理：淬火温度为1050℃，保温时间为10小时，采用淬火液或油冷至150℃以下；随后进行520℃的进行二次硬化处理，保温时间为15小时，得到链轮材料。
实施例2、
本实施例所包含以下成分以及百分比组成：碳0.49％，硅1.11％，锰0.52％，铬6.42％，镍0.47％，钼1.24％，钒1.48％，铌0.02％，电解铝0.01％，磷为0.008％，硫0.001％，铈元素0.05％，其余为铁。
一种制备方法，用于制备上述的耐磨链轮材料，该制备方法包括以下步骤：
步骤一、将碳、硅、锰、铬、镍、钼、钒、铌、电解铝、磷、硫和铁混合后，加入铈元素，最后同时混合搅拌；
采用电炉冶炼加温1500℃冶炼、精炼和真空处理，得到胚料；将材料进行电渣重熔；造渣时间为28min，电流为3800A，精炼35min电流7450A，重熔电压为75V，电流：8425A～13072A，补缩电压为61V电流时间40min模冷时间72分钟；
步骤二、高温扩散热处理，上述材料的加热温度为1250℃，并保温8小时；
步骤三、经过高温扩散热处理的钢锭降温至1150℃温度范围内进行多方向锻造加工，采用三镦三拔的锻造方式，总锻造压缩比≥6，终锻温度950℃；
步骤四、正火处理，将上述材料加热温度为1035℃，保温时间为8小时，快速冷却后装退火炉300℃保温10小时；
步骤五、球化退火处理，第一阶段等温退火温度为845℃，保温时间为20小时；第二阶段等温退火温度为745℃，保温时间为20小时；
步骤六、在步骤五的基础上，不断往钢锭的表面注入含氮的气体，期间再次保温8小时；
步骤七、淬火处理：淬火温度为1080℃，保温时间为6小时，采用淬火液或油冷至150℃以下；随后进行540℃的进行二次硬化处理，保温时间为18小时，得到链轮材料。
实施例3、
本实施例所包含以下成分以及百分比组成：碳0.54％，硅0.87％，锰0.41％，铬6.06％，镍0.62％，钼1.55％，钒1.05％，铌0.06％，电解铝0.03％，磷为0.008％，硫0.002％，镧元素和铈元素混合物0.08％，其余为铁。
一种制备方法，用于制备上述的耐磨链轮材料，该制备方法包括以下步骤：
步骤一、将碳、硅、锰、铬、镍、钼、钒、铌、电解铝、磷、硫和铁混合后，加入镧元素和铈元素混合物，最后同时混合搅拌；
采用电炉冶炼加温1500℃冶炼、精炼和真空处理，得到胚料；将材料进行电渣重熔；造渣时间为28min，电流为3800A，精炼35min电流7450A，重熔电压为75V，电流：8425A～13072A，补缩电压为61V电流时间40min模冷时间72分钟；
步骤二、高温扩散热处理，上述材料的加热温度为1280℃，并保温12小时；
步骤三、经过高温扩散热处理的钢锭降温至1180℃温度范围内进行多方向锻造加工，采用三镦三拔的锻造方式，总锻造压缩比≥6，终锻温度1020℃；
步骤四、正火处理，将上述材料加热温度为1045℃，保温时间为12小时，快速冷却后装退火炉300℃保温6小时；
步骤五、球化退火处理，第一阶段等温退火温度为852℃，保温时间为20小时；第二阶段等温退火温度为750℃，保温时间为24小时；
步骤六、在步骤五的基础上，不断往钢锭的表面注入含氮的气体，期间再次保温12小时；
步骤七、淬火处理：淬火温度为1075℃，保温时间为12小时，采用淬火液或油冷至150℃以下；随后进行512℃的进行二次硬化处理，保温时间为20小时，得到链轮材料。
实施例4、
本实施例所包含以下成分以及百分比组成：碳0.59％，硅0.52％，锰0.34％，铬5.63％，镍0.79％，钼2.13％，钒0.81％，铌0.05％，电解铝0.03％，磷为0.01％，硫0.003％，镧元素0.05％，其余为铁。
一种制备方法，用于制备上述的耐磨链轮材料，该制备方法包括以下步骤：
步骤一、将碳、硅、锰、铬、镍、钼、钒、铌、电解铝、磷、硫和铁混合后，加入镧元素，最后同时混合搅拌；
采用电炉冶炼加温1500℃冶炼、精炼和真空处理，得到胚料；将材料进行电渣重熔；造渣时间为28min，电流为3800A，精炼35min电流7450A，重熔电压为75V，电流：8425A～13072A，补缩电压为61V电流时间40min模冷时间72分钟；
步骤二、高温扩散热处理，上述材料的加热温度为1285℃，并保温13小时；
步骤三、经过高温扩散热处理的钢锭降温至1195℃温度范围内进行多方向锻造加工，采用三镦三拔的锻造方式，总锻造压缩比≥6，终锻温度1145℃；
步骤四、正火处理，将上述材料加热温度为1075℃，保温时间为13小时，快速冷却后装退火炉300℃保温8小时；
步骤五、球化退火处理，第一阶段等温退火温度为870℃，保温时间为21小时；第二阶段等温退火温度为745℃，保温时间为18小时；
步骤六、在步骤五的基础上，不断往钢锭的表面注入含氮的气体，期间再次保温10小时；
步骤七、淬火处理：淬火温度为1085℃，保温时间为8小时，采用淬火液或油冷至150℃以下；随后进行535℃的进行二次硬化处理，保温时间为18小时，得到链轮材料。
实施例5、
本实施例所包含以下成分以及百分比组成：碳0.65％，硅0.33％，锰0.22％，铬5.11％，镍0.96％，钼2.46％，钒0.52％，铌0.04％，电解铝0.04％，磷为0.007％，硫0.002％，铈元素0.09％，其余为铁。
一种制备方法，用于制备上述的耐磨链轮材料，该制备方法包括以下步骤：
步骤一、将碳、硅、锰、铬、镍、钼、钒、铌、电解铝、磷、硫和铁混合后，加入铈元素，最后同时混合搅拌；
采用电炉冶炼加温1500℃冶炼、精炼和真空处理，得到胚料；将材料进行电渣重熔；造渣时间为28min，电流为3800A，精炼35min电流7450A，重熔电压为75V，电流：8425A～13072A，补缩电压为61V电流时间40min模冷时间72分钟；
步骤二、高温扩散热处理，上述材料的加热温度为1300℃，并保温6小时；
步骤三、经过高温扩散热处理的钢锭降温至1200℃温度范围内进行多方向锻造加工，采用三镦三拔的锻造方式，总锻造压缩比≥6，终锻温度900℃；
步骤四、正火处理，将上述材料加热温度为1084℃，保温时间为12小时，快速冷却后装退火炉300℃保温8小时；
步骤五、球化退火处理，第一阶段等温退火温度为875℃，保温时间为24小时；第二阶段等温退火温度为750℃，保温时间为20小时；
步骤六、在步骤五的基础上，不断往钢锭的表面注入含氮的气体，期间再次保温8小时；
步骤七、淬火处理：淬火温度为1090℃，保温时间为10小时，采用淬火液或油冷至150℃以下；随后进行545℃的进行二次硬化处理，保温时间为10小时，得到链轮材料。
对比例1、
该对比例与实施例1的制备方式相同，不同的在于其所选用的化学物质以及百分比不同，具体地，该对比例所选用的原料以及百分比为：碳0.41％，硅0.23％，锰0.56％，铬0.77％，镍1.33％，钼0.19％，磷0.01％，硫0.01％，其余为铁。
总之，本发明通过电炉冶炼或转炉进行冶炼、精炼和真空处理；电渣重熔；高温扩散热处理、多方向锻造加工；正火处理、球化退火处理；粗加及半精加工；淬火处理；渗氮处理，淬火后进行500-550℃的进行二次硬化处理；精加工等步骤得到的成品链轮材料。
上述实施例1-5以及对比例1所选用的原料以及百分比如下表所示：
下面针对上述实施例以及对比例的链轮进行性能测试；
一、下表为本发明生产的链轮和常规链轮进行解刨后，由链窝表面向内部的硬度检验结果对比：
| 材料 | 距表面距离(mm) | 0 | 1.5 | 3 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 40 | 50 |
| 实施例1 | 硬度(HRc) | 59 | 59 | 59 | 58.5 | 59 | 58.5 | 58 | 58 | 58.5 | 58 | 58.5 |
| 实施例2 | 硬度(HRc) | 59.5 | 59 | 59 | 59 | 59.5 | 59.5 | 59.5 | 59 | 58.5 | 59 | 58.5 |
| 实施例3 | 硬度(HRc) | 60.5 | 60.5 | 60 | 60 | 60 | 60 | 59.5 | 59 | 59.5 | 59.5 | 59 |
| 实施例4 | 硬度(HRc) | 60 | 60.5 | 60 | 60.5 | 60 | 60 | 60 | 60.5 | 59.5 | 60 | 59.5 |
| 实施例5 | 硬度(HRc) | 61 | 61 | 61 | 60.5 | 60.5 | 60.5 | 60 | 60.5 | 60 | 59.5 | 60 |
| 对比例 | 硬度(HRc) | 53 | 53 | 52.5 | 50 | 48.5 | 42.5 | 32 | 31.5 | 31 | 29.5 | 29 |
二、根据GB12444.2.90金属磨损实验方法，利用MM-200型磨损试验机测定在250N的载荷下测量各个时间条件下的磨损质量损失如下表：
| 材料 | 磨损时间(小时) | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 |
| 实施例1 | 磨损质量损失(mg) | 0.7 | 1.5 | 2.2 | 2.9 | 3.4 | 4.5 |
| 实施例2 | 磨损质量损失(mg) | 0.8 | 1.4 | 2.1 | 2.7 | 3.2 | 4.0 |
| 实施例3 | 磨损质量损失(mg) | 0.8 | 1.5 | 2.2 | 2.8 | 3.6 | 4.2 |
| 实施例4 | 磨损质量损失(mg) | 0.7 | 1.4 | 2.4 | 2.7 | 3.4 | 4.3 |
| 实施例5 | 磨损质量损失(mg) | 0.6 | 1.3 | 1.9 | 2.5 | 3.1 | 3.9 |
| 对比例 | 磨损质量损失(mg) | 1.5 | 2.8 | 5 | 12 | 15 | 27 |
由上面两组对比实验数据可知，传统链轮表面硬度只有53HRc，硬度低耐磨性差，并且硬化层浅，在表面硬化层磨掉后，内部硬度低的部分会迅速被磨损掉，并导致链轮失效，这种情况在煤矸石含量较多的工况下，表现的尤为明显；
本发明生产的链轮相较于传统链轮不仅表面硬度高，而且硬化层更深，因此，本发明生产的链轮不只是表面耐磨性优异，而且在长时间使用，表面逐渐被磨损掉之后，也不会出现耐磨性降低的情况，因此本发明的生产的链轮大幅度提升使用寿命，在煤矸石含量越多的情况下，提升的幅度越大。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，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 (7)
1.耐磨链轮材料，其特征在于：所述材料由以下成分以及百分比组成：碳0.45-0.65％，硅0.30-1.50％，锰0.20-0.80％，铬5.00-7.00％，镍0.20-1.00％，钼1.00-2.50％，钒0.50-2.00％，铌0.020-0.060％，电解铝0.010-0.040％，磷≤0.025％，硫≤0.015％，稀土元素0.01-0.1％，其余为铁；
该耐磨链轮材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、进行混合配料，采用电炉冶炼或转炉冶炼、精炼和真空处理，然后进行电渣重熔；
步骤二、高温扩散热处理，加热温度为1230℃～1300℃，并保温5～15小时；
步骤三、经过高温扩散热处理的钢锭降温至1100℃～1200℃温度范围内进行多方向锻造加工，采用三镦三拔的锻造方式，总锻造压缩比≥6，终锻温度≥900℃；
步骤四、正火处理，加热温度为1020℃～1100℃，保温时间为5～15小时，快速冷却后装退火炉300℃保温5～10小时；
步骤五、球化退火处理，第一阶段等温退火温度为820～880℃，保温时间为10～25小时；第二阶段等温退火温度为720～760℃，保温时间为10～25小时；
步骤六、在步骤五的基础上，不断往钢锭的表面注入含氮的气体，期间再次保温8-12小时；
步骤七、淬火处理：淬火温度为1020℃～1100℃，保温时间为5～15小时，采用淬火液或油冷至150℃以下；随后进行500-550℃的二次硬化处理，保温时间为10～20小时，得到耐磨链轮材料。
2.根据权利要求1所述的耐磨链轮材料，其特征在于：所述材料由以下成分以及百分比组成：碳0.49-0.65％，硅1.11-1.50％，锰0.52-0.80％，铬6.42-7.00％，镍0.47-1.00％，钼1.24-2.50％，钒1.48-2.00％，铌0.02-0.06％，电解铝0.01-0.040％，磷0.008％，硫0.001％，稀土元素0.03-0.1％，其余为铁。
3.根据权利要求1所述的耐磨链轮材料，其特征在于：所述材料由以下成分以及百分比组成：碳0.59-0.65％，硅0.52-1.50％，锰0.34-0.80％，铬5.63-7.00％，镍0.79-1.00％，钼2.13-2.50％，钒0.81-2.00％，铌0.05-0.06％，电解铝0.03-0.04％，磷0.001％，硫0.003％，稀土元素0.07-0.1％，其余为铁。
4.根据权利要求1所述的耐磨链轮材料，其特征在于：所述材料由以下成分以及百分比组成：碳0.62-0.65％，硅0.33-1.50％，锰0.22-0.80％，铬5.11-7.00％，镍0.96-1.00％，钼2.46-2.50％，钒0.52-2.00％，铌0.04-0.06％，电解铝0.03-0.04％，磷0.007％，硫0.002％，稀土元素0.09-0.1％，其余为铁。
5.根据权利要求1所述的耐磨链轮材料，其特征在于：所述稀土元素为镧元素和铈元素的任意一种或者两种。
6.根据权利要求1所述的耐磨链轮材料，其特征在于：对钢锭进行三墩三拔的具体步骤为，对材料进行三次墩粗和三次拔长，且每一次墩粗工艺后紧接进行拔长操作。
7.根据权利要求1所述的耐磨链轮材料，其特征在于：进行混合配料的先后顺序为，先将碳、硅、锰、铬、镍、钼、钒、铌、电解铝、磷、硫和铁混合后，加入稀土元素，最后同时混合搅拌。
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