CN115627427A - 一种挖机锻造斗齿用钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种挖机锻造斗齿用钢及其制备方法,所述挖机锻造斗齿用钢的化学成分以质量百分比计含有:C:0.30‑0.37%,Si:1.25‑1.55%,Mn:1.00‑1.30%,P:≤0.035%,S:≤0.035%,Cr:1.20‑1.50%,Al:0.020‑0.050%,余量为Fe和不可避免的杂质;制备过程包括转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、连铸、加热、轧制及冷却。本发明采用低成本的合金元素进行成分设计,采用最佳的成分配比,获得具有屈服强度≥1500MPa,抗拉强度≥1800MPa,20℃纵向冲击吸收功≥45J,轧态硬度220‑240HB以及淬透性良好的锻造斗齿用钢。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢材及其制备方法,尤其涉及一种挖机锻造斗齿用钢及其制备方法。
背景技术
斗齿是挖掘机工作中易损耗件,按不同的工作场景,一副斗齿在土方作业中通常可使用15-45天,矿山作业通常使用5-10天,其失效主要是齿尖不断磨损,直至暴露齿根完全报废。一副性能优良的耐磨斗齿,可以极大的减少更换维护时间,提升作业效率,这就要求斗齿用钢具备良好的组织均匀性、高淬透性、耐磨性能及优良的力学性能。低成本高淬透性设计以及与下游用户的下料及水淬工艺的匹配性是锻造斗齿用钢设计及生产的重点难点。
发明内容
发明目的:本发明旨在提供一种具有优异力学性能的挖机锻造斗齿用钢;本发明的另一目的在于提供一种所述挖机锻造斗齿用钢的制备方法,该方法采用低成本合金C、Mn、Si、Cr的成分设计及最优化的生产工艺,使钢材具备良好的组织均匀性、高淬透性、耐磨性能及优良的力学性能。
技术方案:本发明所述的挖机锻造斗齿用钢,其化学成分以质量百分比计含有:C:0.30-0.37%,Si:1.25-1.55%,Mn:1.00-1.30%,P:≤0.035%,S:≤0.035%,Cr:1.20-1.50%,Al:0.020-0.050%,余量为Fe和不可避免的杂质。
所述挖机锻造斗齿用钢的制备方法,包括如下步骤:
(1)转炉冶炼:主要炉料为废钢+铁水,冶炼过程中加入石灰和菱镁石对渣系进行调整,加入硅锰、硅铁及铬铁,对成分进行粗调,出钢后采用铝块脱氧;
(2)LF精炼:完成成分调整,使各元素控制在内控范围内,脱氧去夹杂,喂入铝线,LF全程使用碳化硅进行渣面脱氧;
(3)RH真空处理:通过真空处理脱气去夹杂,避免产生氢脆;
(4)连铸:采用大方坯连铸机生产,全保护浇铸,防止钢水二次氧化,低过热度浇铸;
(5)加热:钢坯入炉首先经过充分预热,使钢坯表面温度与芯部温度基本一致,然后加热至1200℃以上;
(6)轧制及冷却:铸坯出加热炉后采用高压水除磷,开轧温度按照1040-1140℃控制,终轧采用KOCKS机组进行控制轧制,轧后采用长尺大冷床缓冷,冷床加盖保温罩,匀速摇动冷床使圆钢缓慢冷却,提高材料平直度并释放应力。
进一步地,步骤(3)中所述真空处理后钢液中氢含量≤2ppm。
进一步地,步骤(4)中所述连铸过程中控制中间包第一炉过热度≤40℃,连浇炉按10-30℃控制,拉速保持0.80-0.90m/min。
进一步地,步骤(5)中所述加热温度具体为预热段≤950℃,加热一段1050-1180℃,加热二段1200-1290℃,均热段1200-1270℃,总加热时间≥210min。
进一步地,步骤(6)中所述控制除磷压力大于18MPa;所述终轧温度为800-870℃。
有益效果:与现有技术相比,本发明具有如下显著优点:本发明所述挖机锻造斗齿用钢不添加Mo、Ni、Ti、W等高成本合金元素,具有低成本优势,同时具有优异的性能,屈服强度≥1500MPa,抗拉强度≥1800MPa,20℃纵向冲击吸收功≥45J,淬透性J1.5:54-56HRC,J8:52-55HRC,J15:50-52HRC,J20:48-50HRC,J30:47-49HRC,轧态硬度220-240HB。
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说明。
以生产的5炉次作为实施例,分别为实施例1~5,制备方法如下:
(1)转炉冶炼
主要炉料为废钢+铁水,冶炼过程中加入石灰、菱镁石等对渣系进行调整,加入部分硅锰、硅铁及铬铁,对成分进行粗调,出钢后采用铝块脱氧。
具体工艺参数如下:
(2)LF精炼
完成成分调整,使各元素控制在内控范围内,脱氧去夹杂,根据样1(Alt)含量喂入铝线使(Alt)≥0.040%,LF全程使用碳化硅进行渣面脱氧,进RH前喂铝线使(Alt)达到0.035%。
具体工艺参数如下:
(3)RH真空处理
通过真空处理脱气去夹杂,使钢液中氢含量≤2ppm,避免产生氢脆。
具体工艺参数如下:
真空度mbar | 静搅时间min | 真空保持时间min | 定氢ppm | 出站温度/℃ | |
实施例1 | 0.38 | 50 | 15 | 1.3 | 1558 |
实施例2 | 0.36 | 33 | 15 | 1.2 | 1560 |
实施例3 | 0.38 | 51 | 15 | 1.5 | 1555 |
实施例4 | 0.38 | 44 | 15 | 1.2 | 1610 |
实施例5 | 0.37 | 37 | 15 | 1.5 | 1625 |
(4)连铸
采用5机5流大方坯连铸机生产,全保护浇铸,防止钢水二次氧化,低过热度浇铸,中间包第一炉过热度控制≤40℃,连浇炉按10-30℃控制,拉速保持0.85m/min恒定,结晶器电磁搅拌采用380A*2HZ,末端电磁搅拌参数520A*6HZ,自动液位控制保持结晶器液面波动在±5mm,超出判废。
(5)加热
由于钢种合金含量较高,连铸坯组织应力及冷却应力较大,容易出现加热缺陷。在加热工艺方面。钢坯入炉首先经过充分预热,使钢坯表面温度与芯部温度基本一致,然后快速加热至1200℃以上。斗齿用钢生产按照预热段≤950℃,加热一段1100℃,加热二段1220℃,均热段1220℃,总加热时间≥210min控制。
(6)轧制
铸坯出加热炉后采用高压水除磷,控制除磷压力大于18MPa,开轧温度按照1040-1140℃控制,终轧采用KOCKS机组进行控制轧制,轧后采用长尺大冷床缓冷,冷床加盖保温罩,匀速摇动冷床使圆钢缓慢冷却,提高材料平直度并释放应力,本发明工艺下钢材无需入坑缓。
具体工艺参数如下:
成品检测结果
(1)化学成分
实施例1-5所述挖机锻造斗齿用钢的化学成分及含量如下(%):
C | Si | Mn | P | S | Cr | Al | 余量 | |
实施例1 | 0.35 | 1.28 | 1.16 | 0.011 | 0.003 | 1.28 | 0.027 | Fe和杂质 |
实施例2 | 0.34 | 1.25 | 1.20 | 0.013 | 0.004 | 1.29 | 0.029 | Fe和杂质 |
实施例3 | 0.35 | 1.30 | 1.18 | 0.012 | 0.003 | 1.25 | 0.031 | Fe和杂质 |
实施例4 | 0.33 | 1.26 | 1.15 | 0.013 | 0.002 | 1.26 | 0.024 | Fe和杂质 |
实施例5 | 0.35 | 1.25 | 1.16 | 0.014 | 0.005 | 1.28 | 0.028 | Fe和杂质 |
(2)低倍
轧材低倍如下(级):
一般疏松 | 中心疏松 | 中心偏析 | 一般点状偏析 | 边缘点状偏析 | |
实施例1 | 0 | 0.5 | 0 | 无 | 无 |
实施例2 | 0.5 | 0 | 0 | 无 | 无 |
实施例3 | 0 | 0.5 | 0.5 | 无 | 无 |
实施例4 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 无 | 无 |
实施例5 | 0.5 | 1.0 | 0.5 | 无 | 无 |
(3)轧材硬度及力学性能
控制终轧温度及冷床保温罩盖内缓冷,降低轧材内应力。圆钢加工成Φ25mm的毛坯后,采用淬火930±15℃水冷,回火230±10℃水冷的工艺,得到力学性能如下。
热轧态硬度HB | 抗拉强度Rm/MPa | 屈服强度Rm/MPa | 冲击功AKU2/J | |
实施例1 | 225 | 1948 | 1541 | 45 |
实施例2 | 231 | 1834 | 1536 | 46 |
实施例3 | 221 | 1897 | 1533 | 48 |
实施例4 | 234 | 1941 | 1545 | 51 |
实施例5 | 231 | 1945 | 1538 | 46 |
(4)非金属夹杂物
非金属夹杂物情况如下(级):
A细 | A粗 | B细 | B粗 | C细 | C粗 | D细 | D粗 | |
实施例1 | 0.5 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.5 |
实施例2 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.5 | 0.5 |
实施例3 | 0 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.5 | 0 |
实施例4 | 0 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.5 | 0.5 |
实施例5 | 1.0 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.5 | 0.5 |
(5)淬透性
淬透性数据如下(HRC):
J1.5 | J8 | J15 | J20 | J30 | |
实施例1 | 55 | 54 | 51 | 50 | 48 |
实施例2 | 55 | 54 | 51 | 50 | 48 |
实施例3 | 56 | 55 | 51 | 51 | 49 |
实施例4 | 54 | 54 | 51 | 50 | 48 |
实施例5 | 55 | 54 | 51 | 50 | 48 |
按照上述工艺生产的斗齿用钢,用户可实现冷剪下料,提高用户生产效率,经热处理后斗齿产品硬度均匀,产品性能稳定,耐磨性良好且极具成本优势。
Claims (7)
1.一种挖机锻造斗齿用钢,其特征在于,其化学成分以质量百分比计含有:C:0.30-0.37%,Si:1.25-1.55%,Mn:1.00-1.30%,P:≤0.035%,S:≤0.035%,Cr:1.20-1.50%,Al:0.020-0.050%,余量为Fe和不可避免的杂质。
2.一种权利要求1所述挖机锻造斗齿用钢的制备方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
(1)转炉冶炼:主要炉料为废钢+铁水,冶炼过程中加入石灰和菱镁石对渣系进行调整,加入硅锰、硅铁及铬铁,对成分进行粗调,出钢后采用铝块脱氧;
(2)LF精炼:完成成分调整,使各元素控制在内控范围内,脱氧去夹杂,喂入铝线,LF全程使用碳化硅进行渣面脱氧;
(3)RH真空处理:通过真空处理脱气去夹杂,避免产生氢脆;
(4)连铸:采用大方坯连铸机生产,全保护浇铸,防止钢水二次氧化,低过热度浇铸;
(5)加热:钢坯入炉首先经过充分预热,使钢坯表面温度与芯部温度基本一致,然后加热至1200℃以上;
(6)轧制及冷却:铸坯出加热炉后采用高压水除磷,开轧温度按照1040-1140℃控制,终轧采用KOCKS机组进行控制轧制,轧后采用长尺大冷床缓冷,冷床加盖保温罩,匀速摇动冷床使圆钢缓慢冷却,提高材料平直度并释放应力。
3.根据权利要求2所述挖机锻造斗齿用钢的制备方法,其特征在于,步骤(3)中所述真空处理后钢液中氢含量≤2ppm。
4.根据权利要求2所述挖机锻造斗齿用钢的制备方法,其特征在于,步骤(4)中所述连铸过程中控制中间包第一炉过热度≤40℃,连浇炉按10-30℃控制,拉速保持0.80-0.90m/min。
5.根据权利要求2所述挖机锻造斗齿用钢的制备方法,其特征在于,步骤(5)中所述加热温度具体为预热段≤950℃,加热一段1050-1180℃,加热二段1200-1290℃,均热段1200-1270℃,总加热时间≥210min。
6.根据权利要求2所述挖机锻造斗齿用钢的制备方法,其特征在于,步骤(6)中所述控制除磷压力大于18MPa。
7.根据权利要求2所述挖机锻造斗齿用钢的制备方法,其特征在于,步骤(6)中所述终轧温度为800-870℃。
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