專(zhuān)利名稱(chēng)：一種微合金可焊接鑄鋼齒座及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料領(lǐng)域，特別是鑄鋼領(lǐng)域，具體說(shuō)是涉及一種微合金可焊接鑄鋼齒座及其制備方法。
背景技術(shù)：
齒座，又稱(chēng)齒根，是挖掘機(jī)挖斗的重要部件之一，既是結(jié)構(gòu)件，又是耐磨件。工作時(shí)通過(guò)電焊方式焊接于挖斗前端的刃口板上，與可折卸式斗齒通過(guò)銷(xiāo)連接構(gòu)成挖掘總成。根據(jù)齒座的功能分析，齒座材料應(yīng)具有下列性能(1)良好的焊接性能。齒座與刃口板的焊接多發(fā)生在工地，要求能適應(yīng)變化的焊接工藝條件和環(huán)境溫度，焊縫不能產(chǎn)生裂紋。
(2)高的沖擊韌性。在挖掘總成中，齒座材料的可靠性要高于斗齒，斗齒的壽命一般為幾十小時(shí)到幾百小時(shí)，而齒座的壽命要求數(shù)月，因此齒座材料的沖擊韌性要高于斗齒材料，一般要求Akv≥30J。
(3)一定的耐磨性。表面硬度要求大于35HRC。
(4)適宜的強(qiáng)度性能。一般要求σb≥800MPa.
現(xiàn)有的齒座材料有兩種。一種是普通的35#鑄鋼，熱處理工藝為正火加齒座頭局部淬火，35#鑄鋼齒座的焊接性和耐磨性差，沖擊韌性和抗拉強(qiáng)度也較低，服役過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生焊接裂紋和齒座頭斷裂現(xiàn)象，即使不發(fā)生斷裂或裂紋，由于齒座頭的表面硬度小于30HRC而過(guò)快磨損，這種齒座的壽命通常只有1～2個(gè)月，因此，35#鑄鋼不能滿(mǎn)足齒座的材料要求，但35#鑄鋼齒座的制造成本低廉，售價(jià)便宜，還有一定的市場(chǎng)份額。另一種齒座材料是低碳中低鉻鉬合金鑄鋼，熱處理工藝為900～950℃淬火，500～650℃回火，其化學(xué)成份為(w％)C≤0.28，Si0.3～0.9，Mn0.6～1.0，Cr0.9～1.2，Mo0.2～0.3，P，S≤0.03，還可以根據(jù)需要加(w％)Ni1.0，碳當(dāng)量CE0.51～0.81，焊接性能略顯不足，但與A3鋼或同為低碳合金鋼的刃口板焊接沒(méi)有困難，其它性能均能較好的滿(mǎn)足齒座材料的要求，不足之處是材料成本高，齒座售價(jià)高，降低了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種既能滿(mǎn)足齒座材料的性能要求，且材料和制造成本低廉的可焊接鑄鋼齒座材料。
本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種制造上述可焊接鑄鋼齒座材料的方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為本發(fā)明微合金可焊接鑄鋼齒座，其特征在于它的化學(xué)成份為C0.15～0.25wt％，Si0.3～1.0wt％，Mn0.6～1.4wt％，Cr0.4～1.0wt％，B0.0005～0.007wt％，Al0.01～0.1wt％，Ce0～0.045wt％，La0～0.035wt％，Ti0～0.1wt％，P≤0.03wt％，S≤0.03wt％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。
其中Ce、La的含量?jī)?yōu)選為Ce0.001～0.045wt％，La0.001～0.035wt％。
其中Ti的含量?jī)?yōu)選為T(mén)i0.01～0.1wt％。
本發(fā)明微合金可焊接鑄鋼齒座的優(yōu)選技術(shù)方案為其中C、Si、Mn、Cr、B、Ce、La、Ti的含量為C0.15～0.23wt％，Si0.3～0.6wt％，Mn0.9～1.2wt％，Cr0.4～0.7wt％，B0.002～0.004wt％、Ce0.005～0.02wt％，La0.005～0.02wt％、Ti0.015～0.35wt％。
本發(fā)明制備所述微合金可焊接鑄鋼齒座的方法，包括鋼水熔煉及熱處理步驟，其特征在于所述鋼水熔煉步驟中，B，Ti，Ce，La分別以BFe合金、TiFe合金和ReSiFe合金的形式加入，加入方法為正常煉鋼工藝完成后把鋼水溫度升至1600～1610℃后加入TiFe合金，熔清、扒渣，接著向定量澆包內(nèi)傾出鋼水，同時(shí)向澆包內(nèi)投入BFe合金和ReSiFe合金；所述熱處理步驟的工藝為淬火加回火，且淬火和回火工藝參數(shù)為(1)B＜0.004wt％時(shí)，淬火溫度為900～950℃；B≥0.004wt％時(shí)，淬火溫度為950～1020℃；(2)要求表面硬度≥35HRC時(shí)，選擇200～230℃回火2～3小時(shí)；要求表面硬度＜35HRC時(shí)，選擇450～500℃回火1～3小時(shí)。
鋼水熔煉中，BFe合金用鐵質(zhì)容器包裝，ReSiFe合金用塑封袋封裝。
對(duì)應(yīng)于優(yōu)選的微合金可焊接鑄鋼齒座技術(shù)方案，所述熱處理步驟中淬火和回火工藝參數(shù)為920～950℃保溫2～3小時(shí)淬火，200～230℃回火2～3小時(shí)。
按本發(fā)明的技術(shù)方案獲得的鑄鋼齒座材料的的表層及亞表層相組織為馬氏體或馬氏體的高、中、低溫回火組織，心部組織為馬氏體加少量鐵素體或馬氏體的高、中、低溫回火組織加少量鐵素體。
各元素的作用如下C是影響鑄鋼焊接性能最大的元素，C含量越高，焊接性能越差。本發(fā)明的C0.15～0.25wt％，屬于低碳鋼范圍，優(yōu)化后的C0.15～0.23wt％，保證了材料良好的焊接性能，同時(shí)低含碳量能夠確保材料的沖擊韌性。
Si、Mn、Cr是合金鋼中常用的元素，本發(fā)明中添加這三種合金元素是彌補(bǔ)低碳含量帶來(lái)的強(qiáng)度不足和淬透性不夠的問(wèn)題，使材料有足夠的強(qiáng)度和硬度，含量控制在優(yōu)化范圍內(nèi)可以減少對(duì)焊接性能的不利影響。
B屬于微合金元素，大大細(xì)化馬氏體的亞結(jié)構(gòu)，極大地增加鋼的淬透性，提高鋼的沖擊韌性和斷裂韌性。
Ti也屬于微合金元素，其主要作用是細(xì)化晶粒和固氮，在焊接組織，Ti的碳氮化物能有效地阻礙焊接熱影響區(qū)的晶粒長(zhǎng)大，提高熱影響區(qū)的強(qiáng)度，防止焊接裂紋的產(chǎn)生。
Ce、La為稀土(RE)微合金元素，主要作用為細(xì)化鑄態(tài)組織，凈化晶界，改善碳化物和夾雜物的形態(tài)，還有細(xì)化馬氏體晶的作用。有利于提高材料韌性。
Al是煉鋼用鋁絲脫氧的殘留含量，保持適當(dāng)?shù)匿X殘量，可以防止鋼水的二次氧化。
由于微合金元素含量很低，對(duì)材料的焊接性能的影響很小，因此本發(fā)明鑄鋼材料的焊接性能仍可以用碳當(dāng)量來(lái)表征碳當(dāng)量CE(％)＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Si+Ni)/15依此計(jì)算優(yōu)化成份的碳當(dāng)量CE(％)為0.40～0.63，小于業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)0.68，確保了材料的焊接性能。
按本發(fā)明優(yōu)化的成份和熱處理工藝制備的標(biāo)準(zhǔn)試棒的力學(xué)性能如表1表1本發(fā)明鑄鋼的標(biāo)準(zhǔn)試棒的力學(xué)性能

表1的數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明的材料完全能夠滿(mǎn)足齒座材料的性能要求。而且，其材料成本低，不到低碳中低鉻鉬合金鑄鋼價(jià)格的70％。
本發(fā)明的材料同35#鑄鋼及低碳中低鉻鉬合金鑄鋼的的區(qū)別是明顯的，同本申請(qǐng)人的在先申請(qǐng)ZL200410067527.2“一種微合金馬氏體耐磨鑄鋼”相比，微合金化的原理和作用基本相同，但由于基本合金元素C、Si、Mn、Cr的配方原理和含量不同，使得材料的性能不同，用途也不一樣。在先申請(qǐng)ZL200410067527.2“一種微合金馬氏體耐磨鑄鋼”的碳含量為C0.25～0.34wt％，熱處理后材料具有高強(qiáng)度高硬度特點(diǎn)，其抗拉強(qiáng)度σb≥1600MPa，HRC48以上，不能焊接，適合于制造高強(qiáng)高耐磨性要求的斗齒等耐磨件，而本發(fā)明材料的碳含量?jī)H為C0.15～0.25wt％，熱處理后強(qiáng)度和硬度適中，而沖擊韌性?xún)?yōu)于前者，焊接性能良好，適合于制造齒座或齒根。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
實(shí)施例以下各實(shí)施例中微合金可焊接鑄鋼齒座的制備，包括鋼水熔煉及熱處理步驟其中鋼水熔煉步驟中，B，Ti，Ce，La分別以BFe合金、TiFe合金和ReSiFe合金的形式加入，加入方法為正常煉鋼工藝完成后把鋼水溫度升至1600～1610℃后加入TiFe合金，熔清、扒渣，接著向定量澆包內(nèi)傾出鋼水，同時(shí)向澆包內(nèi)投入BFe合金和ReSiFe合金；熱處理步驟的工藝為淬火加回火，且淬火和回火工藝參數(shù)為(1)B＜0.004wt％時(shí)，淬火溫度為900～950℃；B≥0.004wt％時(shí)，淬火溫度為950～1020℃；(2)要求表面硬度≥35HRC時(shí)，選擇200～230℃回火2～3小時(shí)；要求表面硬度＜35HRC時(shí)，選擇450～500℃回火1～3小時(shí)。
鋼水熔煉中，BFe合金用鐵質(zhì)容器包裝，ReSiFe合金用塑封袋封裝。
對(duì)應(yīng)于優(yōu)選的微合金可焊接鑄鋼齒座技術(shù)方案，熱處理步驟中淬火和回火工藝參數(shù)為920～950℃保溫2～3小時(shí)淬火，200～230℃回火2～3小時(shí)。
用本發(fā)明實(shí)施例的鑄鋼制造的齒座的性能如表1(見(jiàn)第5頁(yè))和表2(見(jiàn)第6頁(yè))，其中表1為本發(fā)明不同化學(xué)成份的實(shí)施例鑄鋼在同一型號(hào)齒座7120上的對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)，表2為本發(fā)明優(yōu)化成份的齒座的日常檢測(cè)數(shù)據(jù)。
由表1和表2可見(jiàn)，用本發(fā)明實(shí)施例鑄鋼制造的齒座的力學(xué)性能完全能滿(mǎn)足齒座材料的要求。并且經(jīng)過(guò)工地試用，證明其完全能達(dá)到齒座材料的焊接性能和力學(xué)性能要求，使用壽命完全能達(dá)到低碳中低鉻鉬合金鑄鋼的水平。
表1本發(fā)明不同成份的7120齒座的檢測(cè)數(shù)據(jù)

表2本發(fā)明優(yōu)選成份的齒座日常檢測(cè)項(xiàng)性能

權(quán)利要求
1.一種微合金可焊接鑄鋼齒座，其特征在于它的化學(xué)成份為C 0.15～0.25wt％，Si 0.3～1.0wt％，Mn 0.6～1.4wt％，Cr 0.4～1.0wt％，B 0.0005～0.007wt％，Al 0.01～0.1wt％，Ce 0～0.045wt％，La 0～0.035wt％，Ti 0～0.1wt％，P≤0.03wt％，S≤0.03wt％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄鋼齒座，其特征在于其中Ce、La的含量為Ce0.001～0.045wt％，La 0.001～0.035wt％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鑄鋼齒座，其特征在于其中Ti的含量為T(mén)i 0.01～0.1wt％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鑄鋼齒座，其特征在于其中C、Si、Mn、Cr、B、Ce、La、Ti的含量為C 0.15～0.23wt％，Si 0.3～0.6wt％，Mn 0.9～1.2wt％，Cr 0.4～0.7wt％，B 0.002～0.004wt％、Ce 0.005～0.02wt％，La 0.005～0.02wt％、Ti 0.015～0.35wt％。
5.一種制備如權(quán)利要求1所述的微合金可焊接鑄鋼齒座的方法，包括鋼水熔煉及熱處理步驟，其特征在于所述鋼水熔煉步驟中，B，Ti，Ce，La分別以BFe合金、TiFe合金和ReSiFe合金的形式加入，加入方法為正常煉鋼工藝完成后把鋼水溫度升至1600～1610℃后加入TiFe合金，熔清、扒渣，接著向定量澆包內(nèi)傾出鋼水，同時(shí)向澆包內(nèi)投入BFe合金和ReSiFe合金；所述熱處理步驟的工藝為淬火加回火，且淬火和回火工藝參數(shù)為(1)B＜0.004wt％時(shí)，淬火溫度為900～950℃；B≥0.004wt％時(shí)，淬火溫度為950～1020℃；(2)要求表面硬度≥35HRC時(shí)，選擇200～230℃回火2～3小時(shí)；要求表面硬度＜35HRC時(shí)，選擇450～500℃回火1～3小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述熱處理步驟中淬火和回火工藝參數(shù)為920～950℃保溫2～3小時(shí)淬火，200～230℃回火2～3小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種微合金可焊接鑄鋼齒座，其特征在于它的化學(xué)成份為C 0.15～0.25wt％，Si 0.3～1.0wt％，Mn 0.6～1.4wt％，Cr 0.4～1.0wt％，B 0.0005～0.007wt％，Al 0.01～0.1wt％，Ce 0～0.045wt％，La 0～0.035wt％，Ti 0～0.1wt％，P≤0.03wt％，S≤0.03wt％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。其經(jīng)淬火加回火處理后，強(qiáng)度和硬度適中，沖擊韌性高，焊接性能良好，特別適合于制造挖掘機(jī)挖斗的齒座或齒根。
文檔編號(hào)C22C33/00GK1876879SQ20061005216
公開(kāi)日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2006年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月28日
發(fā)明者胡開(kāi)華 申請(qǐng)人:寧波浙東精密鑄造有限公司