一種高強(qiáng)高韌耐磨挖掘機(jī)斗齒用鋼及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)高韌耐磨挖掘機(jī)斗齒用鋼及其制造方法。該鋼的組成按重量百分?jǐn)?shù)為：C:0.23～0.27%，P:0.001～0.025%，Si:0.90～1.20%,S:0.001～0.025%,Mn:2.20～2.60%,Cr:0.10～0.30%,Mo:0.30～0.40%,Cu:0.10～0.30%,V:0.08～0.12%,Ni:0.10～0.30%,[O]:0～15×10-4%,Al:0.015～0.040%,其它為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明還提供所述挖掘機(jī)斗齒用鋼的制造方法。所制得低碳硅錳鉬釩合金鋼具有高強(qiáng)度、高韌性、高純凈度，用于鍛造工作環(huán)境惡劣的挖掘機(jī)斗齒。
【專利說(shuō)明】一種高強(qiáng)高韌耐磨挖掘機(jī)斗齒用鋼及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于合金結(jié)構(gòu)鋼【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種高強(qiáng)高韌耐磨挖掘機(jī)斗齒鍛造用低碳硅錳鑰釩高性能合金結(jié)構(gòu)鋼及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]斗齒是挖掘機(jī)上的重要耗損部件，其結(jié)構(gòu)形式有兩種:整體式和組合式。組合式斗齒是目前市場(chǎng)使用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式，斗齒與齒座靠銷軸連接。其主要失效形式為磨損和斷裂。斗齒工作面與被挖掘物直接接觸，當(dāng)其耐磨性不足時(shí)就會(huì)導(dǎo)致過(guò)度磨損而提前報(bào)廢。銳利棱角的挖掘物在齒面上滑動(dòng)，猶如刀具一樣對(duì)齒面產(chǎn)生切削作用而造成斗齒的切削磨損；較軟的挖掘物與斗齒反復(fù)推擠碾壓過(guò)程中，齒面反復(fù)經(jīng)歷塑性變形，從而因疲勞而引起剝落；挖掘物與斗齒反復(fù)作用造成斗齒強(qiáng)烈的塑性變形引起很高的加工硬化，使其脆性增大，在挖掘物的強(qiáng)烈撞擊下，會(huì)發(fā)生碎裂而形成磨損。斗齒在承受物料的沖擊和彎曲應(yīng)力作用下，還會(huì)在斗齒的中上部發(fā)生早期斷裂現(xiàn)象。這就要求斗齒有足夠的剛度和耐磨性，同時(shí)必須具備良好的塑性、韌性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，挖掘機(jī)斗齒的生產(chǎn)從材料到制造工藝都取得了重大突破。斗齒制造傳統(tǒng)上采用精密鑄造、鍛造等工藝，鑄造斗齒由于容易產(chǎn)生增碳、粘砂、皺皮、夾渣等缺陷，斗齒的疲勞壽命偏低，越來(lái)越無(wú)法滿足挖掘機(jī)斗齒高疲勞壽命和高經(jīng)濟(jì)效益的要求，采用鍛造工藝加工斗齒具有成本低、材料質(zhì)量有保障、疲勞壽命高等優(yōu)勢(shì)，引起工程機(jī)械行業(yè)的聞度關(guān)注，為進(jìn)一步提聞斗齒的疲勞壽命，選擇聞質(zhì)量的鍛造用鋼材成為斗齒鍛造行業(yè)最迫切需要解決的問(wèn)題。
[0003]CN102140612A公開(kāi)了一種多元合金鑄鋼斗齒，其包含的化學(xué)成分及相應(yīng)的重量百分比分別為:C:0.30 ~1.00; Cr: 1.50 ~3.00;Μη:0.60 ~1.00;S1:l.00 ~
2.00;Mo:0.20 ~1.00;N1:0.5 ~1.50;T1:0.005 ~0.1;Re:0.15 ~0.25;P/S: ( 0.030;
余量為Fe;本發(fā)明的多元合金鑄鋼是一種不同于現(xiàn)有斗齒的新鋼種，在砂石工況下提高了材料的耐磨性，延長(zhǎng)了使用壽命，其性能達(dá)到:抗拉強(qiáng)度1700Mpa,硬度HRC52~55，夏比沖擊Akv≤15J,具有優(yōu)異的強(qiáng)韌性和高的硬度。
[0004]CN103205638A本發(fā)明公開(kāi)了一種耐磨鑄鋼斗齒及其制備方法，耐磨鑄鋼斗齒材料成分按重量百分比為:c:0.9 ~1.2%, Ti:0.2 ~0.25%, Al:0.08 ~0.12%, Mo:2 ~3%, W:3~5%，P 0.02%, S 0.02%，余量為Fe。本發(fā)明通過(guò)選擇合理鑄造、熱處理工藝而制備成一種挖掘機(jī)斗齒，其性能達(dá)到抗拉強(qiáng)度Rm≤1650MPa，夏比沖擊Akv≤17J。
[0005]以上專利文件的產(chǎn)品主要面向精密鑄造斗齒領(lǐng)域，在成分設(shè)計(jì)、工藝制造等各方面具有獨(dú)有特點(diǎn)，材料的耐磨性、強(qiáng)度、硬度等技術(shù)指標(biāo)得到一定程度提高，但其抗沖擊能力普遍較低。為提高斗齒的疲勞壽命，滿足鍛造斗齒用材料技術(shù)要求，需要一種成分合理的鋼材，使得制成的挖掘機(jī)斗齒具有更高的沖擊韌性，同時(shí)，還需要具有高的硬度、耐磨性?，F(xiàn)有技術(shù)報(bào)道的斗齒合金鋼上無(wú)法滿足環(huán)境惡劣的挖掘機(jī)斗齒的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]針對(duì)鍛造挖掘機(jī)斗齒現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種高強(qiáng)高韌耐磨挖掘機(jī)斗齒用鋼及其制造方法，滿足鍛造斗齒高疲勞壽命的使用要求。
[0007]挖掘機(jī)斗齒是挖掘機(jī)主要工作部件，采用鍛造加工方式加工，對(duì)鋼材的機(jī)械性能、內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量都有嚴(yán)格的要求，針對(duì)挖掘機(jī)斗齒對(duì)鋼材高質(zhì)量、高性能要求，本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是鋼的成分設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝參數(shù)的優(yōu)化，使產(chǎn)品鋼具有高強(qiáng)度、高耐磨性、高塑性、高韌性、高純凈度的特定。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]一種挖掘機(jī)斗齒用低碳硅錳鑰釩合金鋼，鋼的組成按重量百分?jǐn)?shù)為:
[0010]
C: 0.23~0.27%P: 0.001 ~0.025%
Si: 0.90~1.20%S: 0.001 ~0.025%
Mn: 2.20~2.60%Cr: 0.10~O, 30%
Mo: 0.30~0.40%Cu: 0.10~0.30%
V: 0.08~0.12%N1: 0.10~0.30%
[O]: O~15X10、Al: 0.015~0.040%
[0011]其它為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所`述挖掘機(jī)斗齒用低碳硅錳鑰釩合金鋼的組成按重量百分?jǐn)?shù)
為:
[0013]
C: 0.23~0.26%P: 0.001 ~0.025%
Si: 0.90~1.10%S； 0.001 ~0.025%
Mn: 2.20~2.50%Cr: 0.10~0.20%
Mo: 0.30~0.40%Cu: 0.10~0.20%
V: 0.08~0.11%N1: 0.10~0.20%
[O]: 5 ~15Χ10-4%Al: 0.015 ~0.035%
[0014]其它為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0015]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述挖掘機(jī)斗齒用低碳硅錳鑰釩合金鋼的組成按重量百分?jǐn)?shù)為:
[0016]
C: 0.24~0.26%P: 0.001 ~0.020%
Si: 1.00~1.10%S: 0.001 ~0.015%
Mn: 2.35~2.50%Cr: 0.10~0.20%
Mo: 0.32~0.40%Cu: 0.10~0.20%
Y: 0.09~0.11%Ni; 0.10~0.20%
[O]: 8~15X10—4%Al: 0.020~0.030%
[0017]其它為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明最優(yōu)選的，所述挖掘機(jī)斗齒用低碳硅錳鑰釩合金鋼的組成按重量百分?jǐn)?shù)為:[0019]C:0.25%, Si:1.06%, Mn:2.40%, Mo:0.36%, V:0.11%, P:0.015%, S:0.007%, Cr:0.15%, Cu:0.14%, N1:0.13%, Al:0.026%, [O]: 11 X 10_4%，其它為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，所述的挖掘機(jī)斗齒用低碳硅錳鑰釩合金鋼的制備方法，包括冶煉及合金化、連鑄、熱軋制，根據(jù)鋼的成分設(shè)計(jì)要求，包括步驟如下:
[0021](I)冶煉及合金化 [0022]采用電爐冶煉，終點(diǎn)[C]≥0.10%、P ≤0.012%,殘余元素含量符合設(shè)計(jì)要求，且鋼水溫度達(dá)到1620~1680°C出鋼；LF爐精煉，精煉渣堿度控制在3.0~3.5 ;白渣保持時(shí)間20~30min ；LF出鋼前鋼中喂入Ca線，控制Ca/Al比0.07~0.14 ;VD真空脫氣處理，真空度小于67Pa，保持時(shí)間12~20min, VD后軟吹氬時(shí)間15~20min。
[0023](2)連鑄
[0024]連鑄采用全保護(hù)澆鑄，結(jié)晶器電磁攪拌參數(shù)200A/3.0HZ，末端電磁攪拌參數(shù)150A/12HZ，中間包液面700±50mm，結(jié)晶器液面波動(dòng)≤±2mm，中間包過(guò)熱度按10~20°C控制，連鑄拉坯速度為0.57~0.64m/min。鑄坯進(jìn)拉矯機(jī)溫度≥920°C。鑄坯緩冷時(shí)間不少于24小時(shí)。
[0025](3)軋制
[0026]鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1100~1200°C，允許溫差≤25°C，加熱時(shí)間為2.5~3h ;開(kāi)軋溫度為1050~1100°C，終軋溫度為870~970°C ;軋制比控制在12~25軋制圓鋼。軋制鋼材緩冷時(shí)間不少于36小時(shí)。為保證鋼材組織均勻，控制嚴(yán)重帶狀組織的出現(xiàn)，應(yīng)保證加熱均勻，適當(dāng)提高終軋溫度，控制合理軋制比。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的制備方法，進(jìn)一步優(yōu)選的工藝條件如下:
[0028]步驟(1)中，精煉渣堿度控制在3.2~3.4 ;白渣保持時(shí)間25min ；LF出鋼前喂入Φ9πιπι的Ca線1.0~2.0米/噸鋼；
[0029]步驟(2)中，鑄坯緩冷時(shí)間24-36小時(shí)；步驟(3)中，軋制鋼材緩冷時(shí)間36_48小時(shí)；
[0030]步驟(3)中，開(kāi)軋溫度為1050~1080°C，終軋溫度為950~960°C;軋制比控制在12~25。進(jìn)一步優(yōu)選軋制比控制在15-16。
[0031]本發(fā)明的制造方法中未特別限定的均按現(xiàn)有技術(shù)。
[0032]本發(fā)明的低碳硅錳鑰釩合金鋼具有高強(qiáng)度，高韌性、高純凈度，特別適用于鍛造工作環(huán)境惡劣的挖掘機(jī)斗齒。
[0033]本發(fā)明制備的的低碳硅錳鑰釩合金鋼的應(yīng)用，用于鍛造挖掘機(jī)斗齒。
[0034]本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)在于成分和生產(chǎn)工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)。為適應(yīng)挖掘機(jī)斗齒的工作要求，其綜合力學(xué)性能要求具備相當(dāng)高的強(qiáng)度、硬度，又須具備高的塑性、韌性，經(jīng)熱處理須獲得板條狀馬氏體組織，因此將成分C特別選定在0.23~0.27% ；Mn含量限定在2.20~
2.50% ；Si能顯著提高鋼的強(qiáng)度，提高過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性，提高鋼的回火抗力，選定Si含量在0.90~1.20% ;加入一定量的合金V能在很大程度上細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和韌性，Mo為中強(qiáng)碳化物形成元素，起固溶強(qiáng)化作用，在細(xì)化晶粒的同時(shí)能夠抑制鋼的回火脆性，特別設(shè)計(jì)
V:0.08~0.12%，Mo:0.30~0.40% ;為了保證鋼的純凈度，磷、硫都設(shè)計(jì)在較低的水平，Al控制在0.020~0.030%,同時(shí)鋼中喂入Ca線對(duì)降低D類、DS類夾雜物起到積極作用；保證鋼的各項(xiàng)性能。[0035]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)及突出效果主要包括以下幾個(gè)方面:
[0036]1.本發(fā)明鋼是一種低碳硅錳鑰釩合金鋼，成分設(shè)計(jì)成分C選定在0.23~0.27%，采用S1、Mn、Mo、V搭配合金化提高鋼的強(qiáng)度、塑性、韌性，特別適合用于鍛造在惡劣環(huán)境下工作的挖掘機(jī)斗齒產(chǎn)品。其性能達(dá)到:抗拉強(qiáng)度1490MPa，硬度HRC53~56，沖擊韌度Akv2 ^ 42J。本發(fā)明低碳硅錳鑰釩合金鋼制成的挖掘機(jī)斗齒抗沖擊能力顯著高于現(xiàn)有的各種斗齒用合金鋼。
[0037]2.本發(fā)明通過(guò)生產(chǎn)工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，鋼材氧含量嚴(yán)格控制在15X10_4%以下，熱頂鍛、顯微組織和鋼材內(nèi)部質(zhì)量?jī)?yōu)良，滿足了鋼材鍛造的技術(shù)要求。
[0038]3.為保證鋼材純凈度，控制夾雜物水平，對(duì)本發(fā)明的低碳硅錳鑰釩合金鋼，特別優(yōu)選精煉堿度渣度控制在3.0~3.5，白渣保持時(shí)間20~30min ；VD后軟吹氬時(shí)間15~20min,有利于夾雜物數(shù)量的下降及其所占比列的下降。參見(jiàn)實(shí)施例表4。
[0039]4.全保護(hù)澆鑄，采用低過(guò)熱度，結(jié)晶器電磁攪拌參數(shù)200A/3.0ΗΖ，末端電磁攪拌參數(shù)150A/12HZ，中間包液面700±50mm，結(jié)晶器液面波動(dòng)≤±2mm，中間包過(guò)熱度按10~20°C控制,保證鑄還質(zhì)量。為保證軋制鋼材質(zhì)量,鑄還緩冷時(shí)間> 24小時(shí)；軋制鋼材緩冷時(shí)間> 36小時(shí)。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，但不限于此。
[0041]實(shí)施例:
[0042]本發(fā)明低碳硅錳鑰釩合金鋼是采用UHP (超高功率電爐)，LF (爐外精煉)，VD真空脫氣處理工藝冶煉，通過(guò)全保護(hù)澆鑄連鑄，熱軋制成材。實(shí)施例是以Φ80πιπι規(guī)格圓鋼成材的生產(chǎn)來(lái)具體說(shuō)明本發(fā)明是如何實(shí)施的。
[0043]挖掘機(jī)斗齒用低碳硅錳鑰釩合金鋼的制備方法，鋼的成分如表1所述，步驟如下:
[0044](I)冶煉及合金化，采用電爐冶煉，終點(diǎn)[C]≥0.10%、Ρ ( 0.012%，殘余元素含量符合設(shè)計(jì)要求，且鋼水溫度達(dá)到1630~1660°C出鋼；LF爐外精煉，精煉渣堿度控制在3.0~
3.4 ；白渣保持時(shí)間25min ；LF出鋼前喂入Ca線1.2米/噸鋼(0 9mm);VD真空脫氣處理，真空度小于67Pa，保持時(shí)間16min，VD后軟吹氬時(shí)間17min。
[0045](2)連鑄，采用全保護(hù)澆鑄連鑄，中間包液面730mm±30mm，結(jié)晶器液面波動(dòng)(±2mm，中間包過(guò)熱度控制在12±2°C，控制連鑄中間包鋼水溫度為1516±2°C，連鑄拉坯速度為0.60±0.02m/min。鑄坯進(jìn)拉矯機(jī)溫度950±5°C。鑄坯緩冷時(shí)間30小時(shí)。
[0046](3)軋制，鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1100~1150°C，溫差≤20°C，加熱時(shí)間為
2.5~3h ;開(kāi)軋溫度為1050~1080°C，終軋溫度為950~960°C ;軋制比控制在15.5。軋制鋼材緩冷時(shí)間48小時(shí)。
[0047]表1為實(shí)施例1-3鋼的化學(xué)成分，表2為實(shí)施例1-3的生產(chǎn)工藝參數(shù)，表3為實(shí)施例1-3的鋼材性能檢測(cè)結(jié)果，表4為實(shí)施例1-3鋼的夾雜物檢測(cè)結(jié)果。測(cè)定方法為本領(lǐng)域常規(guī)方法。
[0048]表1:實(shí)施例1-3鋼的化學(xué)成分(wt%，F(xiàn)e余量)
[0049]
【權(quán)利要求】
1.一種挖掘機(jī)斗齒用低碳硅錳鑰釩合金鋼，其特征在于鋼的組成按重量百分?jǐn)?shù)為:C: 0.23~0.27%P: 0.0Ol~0.025%Si: 0.90~1.20%S: 0.001 ~0.025%Mn: 2.20~2.60%Cr: 0.10~0.30%Mo: 0.30~0.40%Cu: 0.10~0.30%V； 0.08~0.12%N1: 0.10~0.30%[O]: O~15X10_4%Al: 0.015~0.040% 其它為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的低碳硅錳鑰釩合金鋼，其特征在于，鋼的組成按重量百分?jǐn)?shù)為:
C: 0.23~0.26%P: 0.001 ~0.025% Si: 0.90~1.10%S: 0.001~0.025%Mn: 2.20~2.50%Cr: 0.10~0.20%Mo: 0.30~0.40%Cu: 0.10~0.20%V: 0.08~0.11%N1: 0.10~0.20%[O]: 5 ~15X10—4%Al: 0.015 ~0.035% 其它為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1所述的低碳硅錳鑰釩合金鋼，其特征在于，鋼的組成按重量百分?jǐn)?shù)為:
C: 0.24~0.26%P: 0.001 ~0.020%S1: 1.00~1.10%S: 0.001 ~0.015%Mn: 2.35~2.50%Cr: 0.10~0.20%Mo: 0.32~0.40%Cu: 0.10~0.20%V: 0.09~0.11%N1: 0.10~0.20%[O]: 8 ~15X10、Al; 0.020 ~0.030% 其它為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1所述的低碳硅錳鑰釩合金鋼，其特征在于，鋼的組成按重量百分?jǐn)?shù)為: C:0.25%, S1:1.06%, Mn:2.40%, Mo:0.36%, V:0.11%, P:0.015%, S:0.007%, Cr:0.15%,Cu:0.14%, N1:0.13%, Al:0.026%, [O]: 11 X 10-4%，其它為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
5.一種權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述的挖掘機(jī)斗齒用低碳硅錳鑰釩合金鋼的制備方法，包括冶煉及合金化、連鑄、熱軋制，根據(jù)鋼的成分要求，包括步驟如下: (1)冶煉及合金化 采用電爐冶煉，終點(diǎn)[C]≥0.10%、Ρ ≤0.012%，殘余元素含量符合設(shè)計(jì)要求，且鋼水溫度達(dá)到1620~1680°C出鋼；LF爐精煉，精煉渣堿度控制在3.0~3.5 ;白渣保持時(shí)間20~30min ；LF出鋼前鋼中喂入Ca線，控制Ca/Al比0.07~0.14 ；VD真空脫氣處理，真空度小于67Pa，保持時(shí)間12~20min，VD后軟吹氬時(shí)間15~20min ； (2)連鑄 連鑄采用全保護(hù)澆鑄，結(jié)晶器電磁攪拌參數(shù)200A/3.0ΗΖ，末端電磁攪拌參數(shù)150A/12HZ，中間包液面700±50mm，結(jié)晶器液面波動(dòng)≤±2mm，中間包過(guò)熱度按10~20°C控制，連鑄拉坯速度為0.57~0.64m/min。鑄坯進(jìn)拉矯機(jī)溫度≥920°C。鑄坯緩冷時(shí)間不少于24小時(shí)； (3)軋制 鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1100~1200°C，允許溫差≤25°C，加熱時(shí)間為2.5~3h ;開(kāi)軋溫度為1050~1100°C，終軋溫度為870~970°C ;軋制比控制在12~25軋制圓鋼。軋制鋼材緩冷時(shí)間不少于36小時(shí)。
6.如權(quán)利要求5所述的挖掘機(jī)斗齒用低碳硅錳鑰釩合金鋼的制備方法，其特征在于步驟(I)中，精煉渣堿度控制在3.2~3.4 ;白渣保持時(shí)間25min。
7.如權(quán)利要求5所述的挖掘機(jī)斗齒用低碳硅錳鑰釩合金鋼的制備方法，其特征在于步驟(I)中，LF出鋼前喂入Φ9_的Ca線1.0~2.0米/噸鋼。
8.如權(quán)利要求5所述的挖掘機(jī)斗齒用低碳硅錳鑰釩合金鋼的制備方法，其特征在于步驟(2)中，鑄坯緩冷時(shí)間24-36小時(shí)；步驟(3)中，軋制鋼材緩冷時(shí)間36-48小時(shí)。
9.如權(quán)利要求5所述的挖掘機(jī)斗齒用低碳硅錳鑰釩合金鋼的制備方法，其特征在于步驟(3)中，開(kāi)軋溫度為1050~1080°C，終軋溫度為950~960°C ;軋制比控制在12~25 ;優(yōu)選軋制比控制在15-16。
10.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)制備的低碳硅錳鑰釩合金鋼的應(yīng)用，用于鍛造挖掘機(jī)斗齒。
【文檔編號(hào)】C22C38/58GK103556081SQ201310528730
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】時(shí)振明, 翟正龍, 李小雄, 戈文英, 路禮堂, 郭峰 申請(qǐng)人:萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司