CN108060356B - 一种铌氮微合金化槽帮铸钢的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布一种铌氮微合金化槽帮铸钢的制备方法，属于冶金技术领域。制备方法主要是通过配料、感应炉炼钢、浇注成型、调质热处理等工艺过程进行制备。其中，感应炉炼钢时，其熔化期的碳含量控制在0.08％以下，精炼期加入微合金元素铌的同时通过坩埚底部设置的透气砖向钢液充氮，然后再按照成分要求调整碳含量。该方法制备的槽帮铸钢的主要化学成分及其含量为：C：0.26～0.35％；Si：0.60～0.90％；Mn：1.10～2.00％；P≤0.010％；S：≤0.010％；Nb：0.02～0.06％；Nb/N＞7～9，其余含量为Fe。经过上述处理制得的槽帮铸钢，可以保证铌主要以氮化物型式析出，减少铌的碳化物析出，其铸钢抗拉强度超过900MPa，冲击韧性达到50J/cm2以上，满足槽帮铸钢对高强韧指标的要求。

Description

一种铌氮微合金化槽帮铸钢的制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及一种铌氮微合金化槽帮铸钢的制备方法。
背景技术
中部槽是刮板输送机的主要部分组成，通常每台刮板输送机都具有100多节中部槽，无论是按重量计，还是按成本计，都占整个刮板输送机的70％～80％，因此中部槽是使用量和消耗量最大的部件。每节中部槽在结构上普遍采用整体铸造铲板槽帮、挡板槽帮与高强度耐磨合金中板及底板组焊而成。其中，槽帮位于中部槽的两侧，包括铲板槽帮、挡板槽帮和少量异型槽帮，在结构上由整体铸造而成。
目前，槽帮材料普遍采用的是ZG30MnSi，由于其强韧性较低，耐磨性能不好，过煤量一般在600万t左右，低于国外1 500万t以上的水平，难以满足大采高采煤工作面的要求，其过快报废和频繁更换严重制约了煤炭生产企业的经济效益，所以研制高可靠性槽帮具有重要的意义和价值。
为此，人们在ZG30MnSi化学成分基础上，通过添加合金化元素，如Ni、Cr、Mo和稀土等开发了一些槽帮材料，其最高强度为1800MPa，对应的硬度为55.1HRC，但是其韧性太低，仅为15J/cm-2，强韧性匹配并不合理，已有实践表明，这样的槽帮材料，其使用效果并不会太理想。有的材料虽然韧性较高，却强度较低，这也不能满足槽帮材料的要求。
铌是钢中最有效的微合金化元素，其在钢中的作用强于Ti、V，且储量丰富，价格低廉，有着很大的应用前景。钢中加入铌不仅可以提高钢的强度、韧性，还可以提高钢的耐磨性和耐腐蚀性，以及降低钢脆性转变温度等。
因此，本项申请以常用槽帮材料ZG30MnSi为基础，通过铌氮的微合金化作用，来实现强韧性的合理匹配，达到槽帮铸钢的高强韧性。同时，考虑到碳含量较高时，铌的碳化物尺寸较大大，这不仅对铸钢性能不利，而且影响铌的细化晶粒效果，因此为了充分发挥铌的微合金化作用，提出了以增加铌的氮化物析出量为主要目的的制备方法。
发明内容
一种铌氮微合金化槽帮铸钢的制备方法主要是以增加铌的氮化物析出量为主要目的而提出的。其制备思路是对感应炉炼钢时熔化期的碳含量进行控制，在精炼期加入铌的同时进行充氮处理，之后再调整碳含量。
本发明通过以下技术措施实现：
一种铌氮微合金化槽帮铸钢的制备方法，其特征在于：所述的材料规定成分配料，经感应炉炼钢、浇注成型、调质热处理工艺过程后进行制备；
其中在感应炉炼钢时，其熔化期的碳含量控制在0.08％以下，精炼期加入微合金元素铌的同时通过坩埚底部设置的透气砖向钢液充氮，在保证钢液铌含量与氮含量之比在7～9的范围内之后，再按照成分要求调整碳含量。
进一步地，所述的熔化期的碳含量控制在0.08％以下，是为保证铸钢中铌以氮化物形式析出；该碳含量通过控制配料时的碳含量以及炼钢时的氧化作用来保证。
进一步地，所述的铌氮微合金化槽帮铸钢的化学成分及其质量百分比含量控制为：C：0.26～0.35％；Si：0.60～0.90％；Mn：1.10～2.00％；P≤0.025％；S：≤0.025％；Nb：0.02～0.06％；Nb/N＞7～9；其余含量为Fe。
所述的Nb/N＞7～9，是从成分方面保证铸钢中铌主要以氮化物形式析出。
进一步地，所述浇注成型工艺为：浇注成型温度为1550～1580℃、浇注速度为70～80m/s。控制浇注温度和浇注速度是为了避免铸钢晶粒迅速长大，影响铌的氮化物的细化晶粒的效果。
进一步地，所述调质热处理工艺为：淬火温为度870～890℃、回火温度为500～520℃。只有在本发明规定的调质工艺条件下，该钢种的成分才能达到最佳效果，确保该铌氮微合金化槽帮铸钢能够达到抗拉强度超过900MPa，冲击韧性达到50J/cm2以上，满足槽帮铸钢对高强韧指标的要求。
本发明的有益效果：
利用本发明提出的制备方法制备，可以保证铌主要以氮化物型式析出，减少铌的碳化物的析出，其抗拉强度超过900MPa，冲击韧性达到50J/cm2以上，满足槽帮铸钢对高强韧指标的要求。
具体实施方式
现将本发明的实施例具体叙述于后。
实施例对本发明的技术方案做进一步描述。实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。
本发明提出的一种铌氮微合金化槽帮铸钢的制备方法，主要是主要利用配料、感应炉炼钢、浇注成型、调质热处理等工艺过程后进行。其中，感应炉炼钢时，其熔化期的碳含量控制在0.08％以下，精炼期加入微合金元素铌的同时通过坩埚底部设置的透气砖向钢液充氮，在保证钢液铌含量与氮含量之比在7～9的范围内之后，再按照成分要求调整碳含量。在取样测试其化学成分满足设计要求时，炼钢结束并转入下一工序进行浇注成型，其浇注成型温度为1550～1580℃、浇注速度为70～80m/s；空冷至室温脱模后，再进行调质热处理，其淬火温度为870～890℃，回火温度为500～520℃。该槽帮铸钢的化学成分及其质量百分比含量控制为：C：0.23～0.35％；Si：0.60～0.90％；Mn：1.10～2.00％；P≤0.025％；S：≤0.025％；Nb：0.02～0.06％；Nb/N＞7～9；其余含量为Fe。
实施例1
按上述化学成分进行配料，配料时碳含量为0.06％。之后，进行感应炉炼钢，通过氧化作用，保证熔化期的碳含量不高于0.08％；在转入精炼期的后期加入0.04％的微合金元素铌，同时通过坩埚底部设置的透气砖向钢液充氮，在其含量达到0.0056％之后，再按照成分要求调整碳含量。在取样测试其化学成分满足设计要求时，炼钢结束并转入下一工序进行浇注成型，其浇注成型温度为1570℃、浇注速度为72m/s；空冷至室温脱模后，再进行调质热处理，其淬火温度为880℃，回火温度为510℃。其中，本实施例炼钢后测得的化学成分为(质量分数/％)为：0.25C，0.7Si,1.22Mn，0.012S，0.011P，0.035Nb，0.004N。
对上述方法制备的槽帮进行取样分析，结果表明，金相组织观察结果显示，未观察到铌的碳化物，力学性能测试结果显示，其抗拉强度超过920MPa，冲击韧性达到56J/cm2以上，表明该槽帮铸钢具有较高的强韧性。
实施例2
按上述化学成分进行配料，配料时碳含量为0.07％。之后，进行感应炉炼钢，通过氧化作用，保证熔化期的碳含量不高于0.08％；在转入精炼期的后期加入0.06％的微合金元素铌，同时通过坩埚底部设置的透气砖向钢液充氮，在其含量达到0.0086％之后，再按照成分要求调整碳含量。在取样测试其化学成分满足设计要求时，炼钢结束并转入下一工序进行浇注成型，其浇注成型温度为1560℃、浇注速度为75m/s；空冷至室温脱模后，再进行调质热处理，其淬火温度为870℃，回火温度为500℃。其中，本实施例炼钢后测得的化学成分为(质量分数/％)为：0.31C，0.8Si,1.62Mn，0.019S，0.020P，0.056Nb，0.0079N。
对上述方法制备的槽帮进行取样分析，结果表明，金相组织观察结果显示，未观察到铌的碳化物，力学性能测试结果显示，其抗拉强度超过1010MPa，冲击韧性达到52J/cm2以上，表明该槽帮铸钢具有较高的强韧性。
由实施例可见，采用本发明提出的铌氮微合金化槽帮铸钢的制备方法制成的槽帮，保证铌主要以氮化物形式析出，使铌的微合金化作用大大提高，其结果是使槽帮获得较高的强韧性指标，满足槽帮铸钢的服役要求。

Claims (3)

1.一种铌氮微合金化槽帮铸钢的制备方法，其特征在于：将槽帮铸钢按 规定成分配料，经感应炉炼钢、浇注成型、调质热处理工艺过程后进行制备；
其中在感应炉炼钢时，其熔化期的碳含量控制在0.08%以下，精炼期加入微合金元素铌的同时通过坩埚底部设置的透气砖向钢液充氮，在保证钢液铌含量与氮含量之比在7~9的范围内之后，再按照成分要求调整碳含量；
所述的铌氮微合金化槽帮铸钢的化学成分及其质量百分比含量控制为：C：0.26~0.35%；Si：0.60~0.90%；Mn：1.10~2.00%；P≤0.025%；S：≤0.025%；Nb：0.02~0.06%；其余含量为Fe；
制备的铌氮微合金化槽帮铸钢抗拉强度超过900MPa，冲击韧性达到50J/cm2以上，满足槽帮铸钢对高强韧指标的要求；
所述的熔化期的碳含量控制在0.08%以下，是为保证铸钢中铌以氮化物形式析出；该碳含量通过控制配料时的碳含量以及炼钢时的氧化作用来保证。
2.根据权利要求1所述的一种铌氮微合金化槽帮铸钢的制备方法，其特征在于：所述浇注成型工艺为：浇注成型温度为1550~1580℃、浇注速度为70~80m/s。
3.根据权利要求1所述的一种铌氮微合金化槽帮铸钢的制备方法，其特征在于：所述调质热处理工艺为：淬火温度为870~890℃、回火温度为500~520℃。
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