CN1268775C - 一种制备牙轮钻机履带板材料的方法 - Google Patents

一种制备牙轮钻机履带板材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种制备牙轮钻机履带板材料的方法，具体工艺为：材料的化学成分0.28-0.34重量%C，0.6-0.8重量%Cr，1.0-1.2重量%Mn，0.5-0.9重量%Si，0-0.4重量%Mo，0.03-0.05重量%RE，P、S小于0.04重量%；采用中频感应电炉熔化上述材料。待钢水过热至1600-1620℃时，用占钢水重量0.3～0.6%的铝脱氧，于1580-1600℃出钢，浇注温度1530-1560℃。选用水玻璃表干砂型成型；试样升温至840-860℃保温50～70分钟，然后随炉降温至720-750℃均温20～40分钟0.5小时最后出炉水淬。回火温度为520-540℃，保温50～70分钟。其优点在于：具有强韧性配合，制造成本相对低廉，生产中操作简便特点，可有效地提高牙轮钻机履带板的使用寿命。

Description

一种制备牙轮钻机履带板材料的方法
技术领域
本发明属于矿山牙轮钻机用材料技术领域，特别是提供了一种制备牙轮钻机履带板材料的方法，用于牙轮钻机履带板，有助于降低履带板的生产成本，提高其使用寿命。
背景技术
牙轮钻机是露天矿山开采用的一种高效穿孔设备。以往，我国对大型钻机的需求主要依靠进口。近些年来，国内组织力量，在消化国外同类机型的基础上，研制成功了具有自主知识产权的中、小型牙轮钻机。这些钻机投放到各大、中型露天矿山后，极大程度地改善了我国露天矿穿孔工艺的状况。但是，国产钻机受穿孔孔径所限及行走机构寿命的不足，实际上还远未能发挥其效益(张旭明，露天采矿挖掘机、牙轮钻机的现状与发展，世界采矿快报，2000，8：290)。因此，为切实提高牙轮钻机、尤其是大型牙轮钻机(如KY-380等)的开采能力，延长其使用寿命，自行研制行走机构新型钢铁材料极为迫切。
牙轮钻机采用履带行走方式。其行走机构包括履带板、主动轮、从动轮、支重轮和托轮(简称“四轮一带”)。“四轮一带”构成摩擦与磨损副。“四轮一带”中由于履带板常年与土壤、砂石和泥水等介质接触，且受拉、压、扭转等力及冲击应力作用，因而是上述行走机构中最易损坏的一个部件。
现行履带板材料多采用ZG35Mn铸钢。实地调查结果表明：牙轮钻机在起动、停车、超越障碍及在矿岩和不平路面上作业时，上述材料的履带板常因销孔和跑道等部位磨损而报废。失效分析表明，履带板的损坏包括磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损等几种主要的磨损破坏形式。由于牙轮钻机接触的砂石和矿岩比较尖锐且硬度较高，因此，磨料磨损在上述数种磨损破坏形式中尤为突出。实际上，对牙轮钻机履带板销孔和跑道磨损部位进行的仔细观察也发现犁沟、碾压变形和刮伤特征尤为明显。由此可见，选择牙轮钻机履带板新型钢铁材料的前提是立足于国内资源、保证一定韧性不致断裂的情况下适度地提高其硬度(强韧性配合)。
目前各种合金铸铁(如镍硬铸铁、高铬铸铁)虽然具有较好的抗磨性能，但脆性较大。高锰钢尽管被认为是一种优良的抗磨材料，但它只有在经受强烈冲击的工况条件下由于加工硬化作用才能凸显其优良的耐磨性。考虑到牙轮钻机质量大(重达100吨)，行走速度慢(低于1公里/小时)，与矿岩和泥土接触时冲击负荷不大(高锰钢材料不适合)，结合国内资源情况，本发明提供了一种不含Ni、强韧性配合的中碳低合金铸钢作为牙轮钻机履带板新型材料。
发明内容
本发明的目的在于：提供了一种制备牙轮钻机履带板材料的方法，制备一种强韧性配合的中碳低合金铸钢，用于大、中型牙轮钻机履带板材料，有效地提高其使用寿命，并实现了成本相对低廉、制备工艺简单的目的。
本发明的工艺过程包括中碳低合金铸钢成分的选择、熔炼和成型工艺的选定和热处理制度三部分。
1.中碳低合金铸钢成分的选择：本发明选择材料的化学成分为：0.28-0.34重量％C，0.6-0.8重量％Cr，1.0-1.2重量％Mn，0.5-0.9重量％Si，0-0.4重量％Mo，0.03-0.05重量％RE(稀土)，P、S小于0.04重量％。
2.熔炼和成型工艺的选定：选用中频感应电炉熔化上述材料。炉料为生铁、废钢、硅铁(含75重量％Si)、锰铁(含68重量％Mn)、铬铁(含55重量％Cr)、钼铁(含60重量％Mo)和铈基稀土；待钢水过热至1600-1620℃时，用占钢水重量0.3～0.6的铝脱氧，于1580-1600℃出钢，浇注温度1530-1560℃；选用水玻璃表干砂型成型。
3.热处理制度的确定：
本发明采用降温水淬工艺：将试样升温至840-860℃保温50～70分钟，随炉降温至720-750℃，均温20～40分钟出炉水淬；回火温度为520-540℃，保温50～70分钟。
中碳低合金铸钢热处理过程中产生的主要问题是淬火裂纹，主要原因是淬透性强，淬火前后材料比容变化较大，加上合金元素降低钢的导热性并提高奥氏体在较高温度下的屈服强度，因而淬火后组织应力值增大，淬裂倾向增加。
对于这类钢种，多数研发单位采用油淬，以防止裂纹并保证淬火后的性能。但油淬常出现介质老化、变质及易燃等问题，因此实际生产中还需寻求更为简便的工艺。
本发明提供的中碳低合金铸钢中的主导元素C、Mn使相变临界点Ar1、Ar3和Ms降低，因此，淬火入水温度可适当降低。然而，从发挥合金元素作用、改善材料的组织性能方面来看又要求奥氏体化温度适度提高。为此，本发明提出一种降温水淬工艺，即先将试样升温至840-860℃(Ac3以上30-50℃)保温1小时，使之奥氏体化和成分均匀，然后随炉降温到稍高于Ar3(720-750℃)均温0.5小时最后出炉水淬。重复试验结果表明，该工艺对预防试样纵裂效果良好。而且，试样在炉内降温均热至合适温度后淬水，生产中操作简便。回火温度确定为520-540℃，以避免回火脆性。
材料经上述调质处理后，组织为回火索氏体，冲击韧性αk为45～56J/cm2，硬度HRC为35～45，具有优良的强韧性配合。
本发明的优点在于：材料不含Ni合金元素，具有强韧性配合，制造成本相对低廉，生产中操作简便特点，可有效地提高牙轮钻机履带板的使用寿命。
具体实施方式
实施例1
用中频感应电炉制备材料成分为0.29重量％C，0.6重量％Cr，1.0重量％Mn，0.6重量％Si，0.03重量％RE(稀土)，P、S小于0.04重量％的中碳低合金铸钢。待钢水过热至1610℃时，插入占钢水重量0.4％的铝脱氧，于1590℃出钢，浇注温度1550℃。选用水玻璃表干砂型成型。
试样经845℃保温50分钟+740℃保温25分钟后水淬，再经525℃保温60分钟回火，力学性能为σb为956MPa，σs为880MPa，δ为13％，Ψ为35％，αk为48J/cm2，HRC为37。
实施例2
用中频感应电炉制备材料成分为0.31重量％C，0.7重量％Cr，1.2重量％Mn，0.7重量％Si，0.2重量％Mo，0.035重量％RE(稀土)，P、S小于0.04重量％的中碳低合金铸钢。待钢水过热至1600℃时，插入占钢水重量0.5％的铝脱氧，于1590℃出钢，浇注温度1550℃。选用水玻璃表干砂型成型。
试样经845℃保温70分钟+740℃保温35分钟后水淬，再经535℃保温55分钟回火，力学性能为σb为1110MPa，σs为930MPa，δ为15.8％，Ψ为38％，αk为51J/cm2，HRC为42。
实施例3
用中频感应电炉制备材料成分为0.34重量％C，0.8重量％Cr，1.1重量％Mn，0.8重量％Si，0.4重量％Mo，0.05重量％RE(稀土)，P、S小于0.04重量％的中碳低合金铸钢。待钢水过热至1620℃时，插入占钢水重量0.3％的铝脱氧，于1600℃出钢，浇注温度1545℃。选用水玻璃表干砂型成型。
试样经855℃保温70分钟+735℃保温40分钟后水淬，再经537℃保温68分钟回火，力学性能为σb为1190MPa，σs为1120MPa，δ为18％，Ψ为50％，αk为56J/cm2，HRC为44。
对比实施例
用中频感应电炉制备材料成分为0.35重量％C，1.2重量％Mn，0.36重量％Si，P、S小于0.04重量％的ZG35Mn。待钢水过热至1600℃时，插入占钢水重量0.4％的铝脱氧，于1600℃出钢，浇注温度1540℃。选用水玻璃表干砂型成型。
试样经850℃保温60分钟后水淬，再经530℃保温60分钟回火，力学性能为σb为590MPa，σs为340MPa，δ为14％，Ψ为30％，αk为50J/cm2，HRC为28。

Claims (2)

1、一种制备牙轮钻机履带板材料的方法，其特征在于：具体工艺为：
a.中碳低合金铸钢成分的选择：0.28～0.34重量％C，0.6～0.8重量％Cr，1.0～1.2重量％Mn，0.5～0.9重量％Si，0～0.4重量％Mo，0.03-0.05重量％稀土，P、S小于0.04重量％；
b.熔炼和成型工艺的选定：采用中频感应电炉熔化上述材料，炉料为生铁、废钢、硅铁、锰铁、铬铁、钼铁和铈基稀土；待钢水过热至1600-1620℃时，用占钢水重量0.3～0.6％的铝脱氧，于1580～1600℃出钢，浇注温度1530-1560℃，选用水玻璃表干砂型成型；
c.热处理制度的确定：采用降温水淬工艺：将试样升温至840～860℃保温50～70分钟，随炉降温至720～750℃，均温20～40分钟出炉水淬；回火温度为520～540℃，保温50～70分钟。
2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：炉料中硅铁含75重量％Si，锰铁含68重量％Mn，铬铁含55重量％Cr，钼铁含60重量％Mo。
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