CN104004963A

CN104004963A - 一种疏浚挖泥船铰刀齿及其制备方法

Info

Publication number: CN104004963A
Application number: CN201410264628.2A
Authority: CN
Inventors: 李宜彬; 张新疆; 赫晓东; 彭庆宇; 许健君; 郑明�; 井夫吉; 朱世安
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2034-06-13
Also published as: CN104004963B

Abstract

本发明提供了一种疏浚挖泥船铰刀齿及其制备方法，解决了现有的疏浚挖泥船铰刀齿耐磨性能及抗冲击性能欠佳的问题。所述铰刀齿含有下列重量百分比的化学成分：C：0.25-0.28％，Mn：0.70-1.10％，Si：1.30-1.60％，Cr：1.50-1.70％，Nb：0.07-0.12％，S≤0.040％，P≤0.070％，余量为Fe。上述铰刀齿的制备方法包括浇注铰刀齿工艺和热处理工艺两个步骤。本发明所述铰刀尺的抗拉强度为1600-1730MPa，伸长率为5-7％，V型缺口冲击韧性为23-28J/cm²，硬度HRC50-52。本发明所述铰刀齿其机械性能稳定，强度高，冲击韧性好，耐磨性能优异，使用寿命长，可大大降低疏浚作业中铰刀齿的更换和维修次数，提高了生产效率，降低了生产成本。

Description

一种疏浚挖泥船铰刀齿及其制备方法

技术领域

本发明属于金属耐磨材料技术领域，涉及一种疏浚挖泥船铰刀齿及其制备方法。

背景技术

疏浚挖泥船铰刀齿主要用于江、河、港口等进行疏浚施工的挖泥船上，主要承担淤泥砾石的开挖任务，它是疏浚工程施工中使用广泛且磨损最严重的零件，特别是在复杂磨料磨损工况条件下，每年的易磨损件消耗量相当惊人。铰刀齿因其在水下作业，工况条件相当复杂，这就要求铰刀齿材质必须具有较高的抗拉强度和屈服强度，较高的硬度和足够的韧性相配合。国内的大型挖泥船铰刀尺仍需要进口，生产成本较高。而国内目前使用的铰刀齿主要是高锰钢、奥-贝球铁(ADI)以及高铬铸铁。在已知的高锰钢现有技术中，例如200610134360.6的“超高性能耐磨高硅钢及其生产方法”，其化学成分按重量百分比为：C：1.00-1.50％，Mn：10.5-20.0％，Si：0.30-0.80％，Cr：1.30-2.80％，S≤0.040％，P≤0.070％，Ti：0.06-0.20％，V：0.10-0.40％，B：0.002-0.010％，Mg：0.06-0.30％，RE：0.08-0.40％，N：0.05-0.20％，余量为Fe。高锰钢的优点是使用于重负荷冲击磨损条件，而在疏浚挖泥船铰刀齿等水下中等或低冲击负荷条件下的磨损，高锰钢会因加工硬化不足而大大降低其冲击耐磨性能；且高锰钢的屈服强度低，初始硬度低，磨损较快，变形严重而造成拆卸维修困难，这些产品使用寿命低，耗材严重。而奥-贝球铁和高铬铸铁的韧性低，冲击韧性偏低，在开挖岩石等较硬材质的过程中容易脆断，不适应于有较大冲击的磨损领域，生产成本较高。

经过对现有技术的文献检索发现，杨慧鹏在大型铸锻件3(1992)P47-49上发表的“挖泥船铰刀铸钢件的整体铸造”一文中介绍了用组芯法生产挖泥船铰刀铸钢件的整体铸造工艺，但未提及铰刀齿的成分及整个制备工艺流程及内容。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种综合性能优异的疏浚挖泥船铰刀齿及其制备方法，通过控制铰刀齿的化学成分、选定合理的浇注工艺及热处理工艺制备疏浚挖泥船铰刀齿，解决了现有的疏浚挖泥船铰刀齿耐磨性能及抗冲击性能欠佳的问题。该铰刀齿具有淬透性高，高强韧，耐磨损，成本低等优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种疏浚挖泥船铰刀齿，含有下列重量百分比的化学成分：C：0.25-0.28％，Mn：0.70-1.10％，Si：1.30-1.60％，Cr：1.50-1.70％，Nb：0.07-0.12％，S≤0.040％，P≤0.070％，余量为Fe。

上述铰刀齿当Nb的含量为0.07-0.12％时，还可以含有稀土元素Ce或Y，其含量为0.03-0.05％。

本发明的疏浚挖泥船铰刀齿含有一定量的Nb和/或RE，稳定奥氏体组织，细化了钢的晶粒，提高淬透性，提高钢的强度和韧性。

一种上述疏浚挖泥船铰刀齿的制备方法，包括浇注铰刀齿工艺和热处理工艺两个步骤，具体步骤如下：

一、浇注铰刀齿工艺：先将生铁、废钢和各种铁合金加入感应熔炼炉或电弧熔炼炉熔炼合金铸钢，其合金铸钢的成分如以上所述；其采用砂模或树脂砂模铸造，钢水开浇温度为1550-1600℃，浇注完成后铸件缓冷到室温脱模。

二、热处理工艺：(1)铰刀齿浇注脱模后首先进行整体退火，控制加热温度在200℃以下为70-90℃/小时，300℃以上为150-180℃/小时，在970-1050℃保温2-3小时，炉冷至300℃取出空冷至室温；(2)然后去除浇冒口及表面氧化皮后置入辉光离子渗氮炉中进行低温渗氮处理，渗氮温度为480-560℃，保温6-8小时，NH₃流量0.4-0.6m³/h，真空度800-1000Pa，随炉冷却到室温；(3)再将渗氮处理后的铰刀齿以100-120℃/h加热至880-930℃保温1-3小时，然后由炉中取出冷待3-5秒后，放入恒温160-200℃的硝酸盐熔盐中进行淬火，保温1-2小时后取出水冷至室温，再以100-120℃/h加热至400-450℃进行铰刀齿整体回火处理，保温20-30分钟后油淬至室温。

本发明所述用于疏浚行业中的铰刀齿，其淬透性好，热处理工艺简单可行，热处理后的铰刀齿内部具有马氏体和残余奥氏体的双相组织，纳米级碳化物弥散其中，组织细化均匀，其具有高强度硬度的同时又保持了良好的韧性，表面经渗氮处理后进一步提高了耐磨性。本发明所述铰刀尺的抗拉强度为1600-1730MPa，伸长率为5-7％，V型缺口冲击韧性为23-28J/cm²，硬度HRC50-52，整体综合性能和使用寿命优异。本发明所述铰刀齿其机械性能稳定，强度高，冲击韧性好，耐磨性能优异，使用寿命长，可大大降低疏浚作业中铰刀齿的更换和维修次数，提高了生产效率，降低了生产成本。

本发明的优点在于：

1、优化了铰刀齿的化学成分，解决了高强硬和强韧性之间的矛盾，耐磨性能优异，提高了铰刀齿的使用寿命。

2、热处理工艺容易操作，铰刀齿组织容易控制且稳定，无变形开裂倾向。

3、本发明铰刀齿的抗拉强度为1600-1730MPa，伸长率为4.5-7％，V型缺口冲击韧性为26-30J/cm²，硬度HRC50-52，其机械性能稳定，强度高，韧性好，耐磨性能优异。

本发明铰刀齿生产工艺简单，使用寿命较长，降低了疏浚作业中铰刀齿的更换和维修次数，提高了生产效率，降低了生产成本。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

实施例1：

本实施例以生产疏浚挖泥船铰刀齿用钢(5吨钢水)为例，该铰刀齿的化学成分为(重量百分比)：C0.26％，Mn0.81％，Si1.34％，Cr1.65％，Nb0.12％，S0.03％，P0.06％，余量为Fe。

该铰刀齿的制备方法为：钢水开浇温度为1580℃，砂模铸造，浇注完成后铸件缓冷到室温脱模，脱模后进行整体退火，控制加热温度在200℃以下为80℃/小时，300℃以上为160℃/小时，在1000℃保温2小时，炉冷至300℃取出空冷至室温。然后去除浇冒口及表面氧化皮后置入辉光离子渗氮炉中进行低温渗氮处理，渗氮温度为520℃，保温7小时，NH₃流量0.6m³/h，真空度1000Pa，随炉冷却到室温。再将渗氮处理后的铰刀齿以120℃/h加热至900℃保温2小时，然后由炉中取出冷待3秒后，放入恒温200℃的硝酸盐熔盐(按重量比为55％NaNO₃+45％KNO₃)中进行淬火，保温1.5小时后取出水冷至室温，再以110℃/h加热至400℃进行铰刀齿整体回火处理，保温30分钟后油淬至室温，即得疏浚挖泥船铰刀齿。

该实施例铰刀齿的力学性能如下：

室温抗拉强度为1680MPa，伸长率为6.7％，V型缺口冲击韧性为27J/cm²，硬度HRC51。

经装船试验，相同工况条件下，该铰刀齿的使用寿命比国内高锰钢铰刀齿提高40％，比荷兰进口铰刀齿提高9％。

实施例2：

本实施例以生产高耐磨疏浚挖泥船铰刀齿用钢(3吨钢水)为例，该铰刀齿的化学成分为(重量百分比)：C0.28％，Mn0.71％，Si1.60％，Cr1.67％，Nb0.07％，Ce0.04％，S0.03％，P0.06％，余量为Fe。

该铰刀齿的制备方法为：钢水开浇温度为1580℃，砂模铸造，浇注完成后铸件缓冷到室温脱模，脱模后进行整体退火，控制加热温度在200℃以下为70℃/小时，300℃以上为150℃/小时，在980℃保温3小时，炉冷至300℃取出空冷至室温。然后去除浇冒口及表面氧化皮后置入辉光离子渗氮炉中进行低温渗氮处理，渗氮温度为560℃，保温6小时，NH₃流量0.5m³/h，真空度900Pa，随炉冷却到室温。再将渗氮处理后的铰刀齿以100℃/h加热至910℃保温3小时，然后由炉中取出冷待3秒后，放入恒温180℃的硝酸盐熔盐中进行淬火，保温2小时后取出水冷至室温，再以110℃/h加热至440℃进行铰刀齿整体回火处理，保温25分钟后油淬至室温，即得疏浚挖泥船铰刀齿。

该实施例铰刀齿的力学性能如下：

室温抗拉强度为1710MPa，伸长率为5.5％，V型缺口冲击韧性为26J/cm²，硬度HRC51。

经装船试验，相同工况条件下，该铰刀齿的使用寿命比国内高锰钢铰刀齿提高42％，比荷兰进口铰刀齿提高10％。

实施例3：

本实施例以生产高耐磨疏浚挖泥船铰刀齿用钢(5吨钢水)为例，该铰刀齿的化学成分为(重量百分比)：C0.27％，Mn1.05％，Si1.48％，Cr1.60％，Nb0.11％，Y0.05％，S0.04％，P0.06％，余量为Fe。

该铰刀齿的制备方法为：钢水开浇温度为1550℃，砂模铸造，浇注完成后铸件缓冷到室温脱模，脱模后进行整体退火，控制加热温度在200℃以下为80℃/小时，300℃以上为150℃/小时，在1050℃保温2小时，炉冷至300℃取出空冷至室温。然后去除浇冒口及表面氧化皮后置入辉光离子渗氮炉中进行低温渗氮处理，渗氮温度为480℃，保温8小时，NH₃流量0.6m³/h，真空度1000Pa，随炉冷却到室温。再将渗氮处理后的铰刀齿以120℃/h加热至880℃保温3小时，然后由炉中取出冷待4秒后，放入恒温200℃的硝酸盐熔盐中进行淬火，保温2小时后取出水冷至室温，再以110℃/h加热至450℃进行铰刀齿整体回火处理，保温25分钟后油淬至室温，即得疏浚挖泥船铰刀齿。

该实施例铰刀齿的力学性能如下：

抗拉强度为1700MPa，伸长率为4.5％，V型缺口冲击韧性为27J/cm²，硬度HRC52。

Claims

1.一种疏浚挖泥船铰刀齿，其特征在于所述铰刀齿含有下列重量百分比的化学成分：C：0.25-0.28％，Mn：0.70-1.10％，Si：1.30-1.60％，Cr：1.50-1.70％，Nb：0.07-0.12％，S≤0.040％，P≤0.070％，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的疏浚挖泥船铰刀齿，其特征在于所述铰刀齿还含有稀土元素Ce或Y，其重量含量为0.03-0.05％。

3.根据权利要求1所述的疏浚挖泥船铰刀齿，其特征在于所述铰刀齿含有下列重量百分比的化学成分：C0.26％，Mn0.81％，Si1.34％，Cr1.65％，Nb0.12％，S0.03％，P0.06％，余量为Fe。

4.根据权利要求1所述的疏浚挖泥船铰刀齿，其特征在于所述铰刀齿含有下列重量百分比的化学成分：C0.28％，Mn0.71％，Si1.60％，Cr1.67％，Nb0.07％，Ce0.04％，S0.03％，P0.06％，余量为Fe。

5.根据权利要求1所述的疏浚挖泥船铰刀齿，其特征在于所述铰刀齿含有下列重量百分比的化学成分：C0.27％，Mn1.05％，Si1.48％，Cr1.60％，Nb0.11％，Y0.05％，S0.04％，P0.06％，余量为Fe。

6.一种权利要求1-5任一权利要求所述的疏浚挖泥船铰刀齿的制备方法，其特征在于所述方法步骤如下：

一、浇注铰刀齿工艺：先将生铁、废钢和各种铁合金加入感应熔炼炉或电弧熔炼炉熔炼合金铸钢，其合金铸钢的成分如权利要求1-5所述；其采用砂模或树脂砂模铸造，钢水开浇温度为1550-1600℃，浇注完成后铸件缓冷到室温脱模；

二、热处理工艺：(1)铰刀齿浇注脱模后首先进行整体退火；(2)然后去除浇冒口及表面氧化皮后置入辉光离子渗氮炉中进行低温渗氮处理，渗氮温度为480-560℃，保温6-8小时，NH3流量0.4-0.6m³/h，真空度800-1000Pa，随炉冷却到室温；(3)再将渗氮处理后的铰刀齿以100-120℃/h加热至880-930℃保温1-3小时，然后由炉中取出冷待3-5秒后，放入恒温160-200℃的硝酸盐熔盐中进行淬火，保温1-2小时后取出水冷至室温，再以100-120℃/h加热至400-450℃进行铰刀齿整体回火处理，保温20-30分钟后油淬至室温。

7.根据权利要求6所述的疏浚挖泥船铰刀齿的制备方法，其特征在于所述整体退火步骤如下：控制加热温度在200℃以下为70-90℃/小时，300℃以上为150-180℃/小时，在970-1050℃保温2-3小时，炉冷至300℃取出空冷至室温。

8.根据权利要求6所述的疏浚挖泥船铰刀齿的制备方法，其特征在于所述硝酸盐熔盐成分按重量比为55％NaNO₃+45％KNO₃。