[發(fā)明專利]高韌性耐磨復(fù)相鋼截齒及制造工藝

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110224611.0
• 申請日: 2011-08-08
• 公開（公告）號: CN102925819A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王軍祥
• 申請（專利權(quán)）人: 王軍祥
• 主分類號: C22C38/54
• 分類號: C22C38/54;C22C33/06;C21D9/00;E02F9/28
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及耐磨低合金鋼領(lǐng)域，尤其是高韌性耐磨復(fù)相鋼截齒及其制造工藝，適用于中、高沖擊載荷作用下，絞吸式、耙吸式等挖泥船的絞刀齒、耙頭、齒座和礦山機械中的電鏟斗齒、鏟刃板、破碎機齒板等制造。

背景技術(shù)：

我國已有數(shù)百條大型挖沙船用于沿海、江、湖泊的吹填造陸、采沙、清淤疏浚等，挖沙船刀齒受復(fù)雜的環(huán)境(如海水腐蝕與粗沙、礫石、珊瑚礁等的復(fù)雜土質(zhì))并承受周期性的拉應(yīng)力、壓應(yīng)力和沖擊載荷作用。礦山斗齒裝在挖掘機械和電鏟鏟斗前端，系懸臂梁構(gòu)件，直接與礦石、砂土等物料接觸，既承受沖擊作用，又承受彎曲作用。在服役過程中，挖沙船絞刀齒和礦山斗齒的主要失效形式為刀體磨損、折斷及刀齒脫落。由于齒體材料的使用壽命短，工作中刀齒的頻繁更換降低了作業(yè)效率，同時也增加了工人的勞動強度，造成的經(jīng)濟損失不可估量。因此開發(fā)低成本、高性能、長壽命的耐磨鋼齒體材料已引起廣泛關(guān)注，對于裝備的安全、穩(wěn)定和可靠運行也有著十分重要的意義。

目前使用的耐磨齒體材料主要為高錳鋼和各種低合金鋼。高錳鋼常溫下為奧氏體組織，韌性好且在使用中加工硬化作用強。在強烈沖擊載荷及高擠壓應(yīng)力下，高錳鋼工件表面可實現(xiàn)α馬氏體相變而得到充分強化，但高錳鋼起始硬度低(約220HB)，使用時也遠(yuǎn)未發(fā)揮其性能潛力，故耐磨性能較差。低合金鋼經(jīng)過熱處理后，可獲得高強度、高硬度與一定的韌性配合，具有優(yōu)良的耐磨性能，正逐步取代傳統(tǒng)的高錳鋼而成為廣泛使用的一種耐磨材料。其中中國發(fā)明專利CN101906588A、CN1477225A、CN1042950A等涉及到中高碳錳系空冷貝氏體鋼，以Mn、Cr、Si為主要合金元素，經(jīng)過空冷、霧化水冷條件下得到均勻復(fù)相貝氏體/馬氏體組織，具有高強度和高硬度組織。國內(nèi)外常用的截齒材料為35CrMnNi、42CrMoA和55SiMnMo等，使用中易出現(xiàn)折彎、脆斷、磨損快等缺點。康沫狂等通過多年的研究提出了Si-Mn-Mo系中碳貝氏體鋼，其組織為貝氏體鐵素體和殘余奧氏體組成的準(zhǔn)貝氏體鋼，具有良好的強韌性和耐磨性，但該貝氏體鋼中貴重元素Mo的含量通常在0.5％以上，加大了合金鋼的成本。

傳統(tǒng)的貝氏體鋼存在如下問題：以C、Si、Mn和Cr為主要元素，經(jīng)空冷生成貝氏體等組織結(jié)構(gòu)，還不能很好滿足齒體在使用中承受較大的沖擊載荷和磨損性能要求；由于齒體的結(jié)構(gòu)厚度大于60mm以上，芯部難以淬透，存在大量的鐵素體和珠光體組織，嚴(yán)重降低了齒體材料的韌性和耐磨性能。

發(fā)明主要內(nèi)容：

本發(fā)明針對合金鋼在截齒應(yīng)用領(lǐng)域中存在的問題，通過對合金元素的合理設(shè)計，對熔煉、淬火、回火溫度等工藝參數(shù)控制，獲得一種具有高淬透性的能夠制造厚壁件截齒材料，獲得一種強韌性和耐磨性能優(yōu)異的復(fù)相鋼。

技術(shù)方案：高韌性耐磨復(fù)相鋼截齒及制造工藝，其化學(xué)成分和組成質(zhì)量百分比為：C?0.30～0.55?Mn?1.5～2.5?Si?0.5～2.0?Cr?1.0～2.0?Ni?0.1～0.25?V0.05～0.15?Ti?0.05～0.1?Al?0.05～0.1?B?0.003～0.007?Re：0.02～0.07?S≤0.02P≤0.04，其余為Fe。上述RE是Ce和La，其中Ce≤0.06?La≤0.04。

制造本發(fā)明的高韌性耐磨復(fù)相鋼，其制造工藝如下：

(1)熔煉：在500Kg中頻感應(yīng)電爐加入20-40mm廢鋼板，以盡快形成熔池；大塊鋼板沿爐壁四周加入，F(xiàn)eCr、NiFe、MnFe直接加到熔化的鋼液中，待鋼水熔清后加入FeSi；攪動鋼液，待爐前成分調(diào)整合格后，溫度升至1600～1630℃；加入硅鈣合金、鋁棒進(jìn)行脫氧；將FeV分?jǐn)喑?0～20mm左右小塊加入。

(2)澆注：鋼液出爐溫度約為1530～1550℃；將RESiFe、TiFe和BFe分?jǐn)喑?0mm左右的小塊并烘烤至300℃，置入澆包底部，用包內(nèi)沖入法對鋼水進(jìn)行復(fù)合處理。鋼液出完爐后立即攪拌，快速扒凈熔渣，然后用珍珠巖覆蓋表面。鋼水鎮(zhèn)靜2～3分鐘后，以1480℃～1500℃將熔化鋼水澆注到抽真空狀態(tài)下EPS截齒模具中，并充滿EPS模具熱解消失后的空間而獲得截齒澆鑄件，澆注后維持負(fù)壓真空度為0.04MPa，并保持8～12min。

(3)熱處理：以消失模工藝生產(chǎn)出截齒坯件，經(jīng)過去除冒口和清理后，按不高于80℃/h在電爐中升至900～950℃，保溫4h，爐冷至室溫；按不高于100℃/h升至850～900℃，保溫2h，截齒出爐后直接噴水或在50～70℃水中，淬火至200～250℃以下；在電爐中升溫至250～300℃進(jìn)行低溫回火處理，保溫4h，出爐空冷。