高強韌高耐磨鉸刀齒及其熱處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強韌高耐磨鉸刀齒材料及其熱處理方法，解決了現(xiàn)有鉸刀齒較易發(fā)生斷裂和裂紋，使用壽命短的問題。所述鉸刀齒含有下列重量百分比的化學(xué)成分：C?0.33-0.35％，Mn?1.50-1.70％，Si?0.50-0.70％，Cr?1.30-1.50％，Mo?0.05-0.10％，V?0.05-0.10％，Ti?0.10-0.15％，B?0.008-0.015％，S≤0.040％，P≤0.070％，余量為Fe。獲得上述鉸刀齒的熱處理方法包括鉸刀齒整體熱處理及齒尖表面感應(yīng)加熱淬火兩個步驟。本發(fā)明鉸刀齒的抗拉強度為1500-1650MPa，延伸率為8-14％，V型缺口沖擊韌性為28-34J/cm2，硬度HRC49-53，使用壽命比國內(nèi)高錳鋼同類產(chǎn)品提高40-50％；生產(chǎn)工藝簡單，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。
【專利說明】高強韌高耐磨鉸刀齒及其熱處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種疏浚挖泥船行業(yè)中使用的鉸刀齒及其熱處理方法，特別是涉及一種具有高強韌高耐磨的鉸刀齒及其熱處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鉸刀齒主要用于江、河、港口等進行疏浚施工的挖泥船上，洗懸臂梁構(gòu)件，均為水下作業(yè)，主要承擔(dān)河礫石的開挖任務(wù)，它是疏浚工程施工中廣泛使用的量大、面廣的易損件。挖掘時，鉸刀尺直接與砂土、巖石等物料接觸，鉸刀齒尖部要反復(fù)承受的較大的沖擊滑動磨粒磨損，尖部表面常出現(xiàn)各式犁溝、鑿削、變形，造成表面磨損或脫落。因此，鉸刀齒既要求具有高強度、高硬度，還要求具有優(yōu)良的沖擊韌性和良好的耐磨性。目前大型挖泥船鉸刀齒材料還需進口，成本較高。國內(nèi)鉸刀齒材料多采用高錳鋼(ZGMnl3)，例如200610134360.6的“超高性能耐磨高硅鋼及其生產(chǎn)方法”，其化學(xué)成分為按重量百分比為: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%, T1:0.06-0.20%, 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%，余量為Fe。高錳鋼水韌處理后的組織為單向奧氏體，在強烈沖擊、擠壓等載荷的反復(fù)作用下具有加工硬化的特點，沖擊能量越大，硬化效果越好。但在中小載荷鑿削式的工況下，高猛鋼的加工硬化峰不在外表層，而在亞表層，此處的組織脆化萌生裂紋會引起磨損表面的剝落?？梢姡咤i鋼對疏浚作業(yè)中這種既受沖擊又受復(fù)雜磨料磨損的工況條件下的耐磨性能不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高強韌高耐磨的疏浚挖泥船鉸刀齒及其熱處理方法，解決了現(xiàn)有鉸刀齒較易發(fā)生斷裂和裂紋，使用壽命短的問題。該鉸刀齒材料具有強度硬度高、韌性優(yōu)異、抗磨損性能好、成本低等優(yōu)點。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0005]一種高耐磨疏浚挖泥船鉸刀齒，含有下列重量百分比的化學(xué)成分:C
0.33-0.35 %, Mn 1.50-1.70 %, Si 0.50-0.70 %, Cr 1.30-1.50 %, Mo 0.05-0.10 %, V
0.05-0.10%, Ti 0.10-0.15%, B 0.008-0.015%, S ≤ 0.040%, P ≤0.070%，余量為 Fe。
[0006]本發(fā)明采用多元合金鑄鋼作為疏浚挖泥船鉸刀齒材料，其碳含量為中低碳，其他適量合金化元素的加入提高鉸刀齒的淬透性，提高鋼中奧氏體的硬度和強度，并且貝氏體和馬氏體具有高強韌性，提高了鉸刀尺的強度、硬度和耐磨性。
[0007]一種上述高強韌高耐磨鉸刀齒的熱處理方法，包括鉸刀齒整體熱處理及齒尖表面感應(yīng)加熱淬火兩個步驟，具體步驟如下:
[0008]一、鉸刀齒整體熱處理:(I)采用砂模鑄造上述化學(xué)成分的鑄鋼鉸刀齒，開澆溫度為1580-1630°C，澆注完成后緩冷到室溫脫模；(2)鉸刀齒澆注脫模后首先進行整體退火，控制加熱溫度在300°C以下為50-70°C /小時，300°C以上為120_150°C /小時，在980-1050°C保溫2-4小時，以70_90°C /小時爐冷至700-800°C保溫2-3小時，然后爐冷到400°C取出空冷至室溫；(3)然后經(jīng)機加工切除澆冒口后進行整體淬火，控制加熱溫度在300 °C以下為50-70 °C /小時，300°C以上為120-150 °C /小時，加熱到930-950 °C，保溫2-3小時后，由爐中取出空冷待5-10秒，放入恒溫300-400°C的硝酸鹽溶液(55%NaN03+45% KNO3)中進行淬火，保溫2_3小時取出空冷至室溫；(4)再以40_50°C /小時加熱到240-300°C進行鉸刀齒整體回火處理，保溫40-60分鐘后，取出空冷至室溫；
[0009]二、齒尖表面感應(yīng)加熱淬火:取以上所述整體熱處理后的鉸刀齒再利用高頻感應(yīng)加熱裝置對齒尖進行表面感應(yīng)加熱淬火，齒尖的感應(yīng)加熱溫度為860-910°C，感應(yīng)加熱10-20秒，然后使用質(zhì)量濃度為15%的鹽水淬火到室溫，再將齒尖放入恒溫160-200°C的硝酸鹽溶液(55%NaN03+45%KN03)中進行回火處理，保溫20-40分鐘后，取出空冷至室溫，SP得本發(fā)明所述疏浚挖泥船鉸刀齒。
[0010]本發(fā)明采用合理的合金元素配比，大大提高了淬適性，采用硝鹽鹽浴淬火，熱效率高，齒件加熱均勻，并可在大截面上獲得貝氏體和馬氏體，使熱處理對鉸刀齒的組織控制更加可靠。采用表面感應(yīng)加熱淬火提高了齒尖表面的硬度和耐磨性，同時齒尖的心部還保留很好的韌性，避免齒尖在大沖擊負(fù)荷下的斷裂。本發(fā)明所述鉸刀齒的屈服強度為1000-1150MPa，抗拉強度為1500_1650MPa，延伸率為8-14%，V型缺口沖擊韌性為28-34J/cm2，硬度HRC49-53，達到了高強硬高耐磨與高韌性的配合，在不同的疏浚施工工況條件下，其經(jīng)受低中高各種沖擊負(fù)荷下均能表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，使用壽命較長。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0012]1、優(yōu)化了鉸刀 齒的化學(xué)成分，鉸刀齒保持高強硬的同時還具有高韌性，耐磨性能優(yōu)異，提高了鉸刀齒的使用壽命。
[0013]2、熱處理工藝容易操作，鉸刀齒組織容易控制且穩(wěn)定性好，降低鉸刀齒在熱處理過程中的變形開裂傾向。
[0014]3、本發(fā)明鉸刀齒的抗拉強度為1500_1650MPa，延伸率為8_14%，V型缺口沖擊韌性為28-34J/cm2，硬度HRC49-53，可替代大型挖泥船用鉸刀齒進口產(chǎn)品，使用壽命比國內(nèi)高錳鋼同類產(chǎn)品提高40-50 %。
[0015]4、本發(fā)明鉸刀齒生產(chǎn)工藝簡單，且具有高強韌和高耐磨性，使用壽命較長，降低了疏浚作業(yè)中鉸刀齒的更換和維修次數(shù)，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍中。
[0017]實施例1:
[0018]本實施例以生產(chǎn)疏浚挖泥船鉸刀齒用鋼(5噸鋼水)為例，該鋼種的化學(xué)成分為(重量百分比):C 0.35%, Mn 1.55%, Si 0.53%, Cr 1.43%, Mo 0.09%, V 0.07%, Ti
0.10%, B 0.009%, S 0.025%, P 0.063%，余量為 Fe。
[0019]該鉸刀齒的制備方法為:鋼水開澆溫度為1530°C，樹脂砂模鑄造，在模殼溫度250°C時澆注，澆注完成后鑄件緩冷到室溫脫模，脫模后進行退火，控制加熱溫度在300°C以下為70°C /小時，300°C以上為130°C /小時，在1000°C保溫3小時，以80°C /小時爐冷至750°C保溫2小時，然后爐冷到400°C取出空冷至室溫。然后經(jīng)機加工切除斗齒上的澆冒口后進行淬火，控制加熱溫度在300°C以下為60°C /小時，300°C以上為130°C /小時，加熱到9300C，保溫2小時，然后由爐中取出冷待8秒，放入恒溫300°C的硝酸鹽溶液(熔鹽成分按重量比為55% NaN03+45% KNO3)中進行淬火，保溫I小時取出空冷至室溫，再以50°C /小時加熱到280°C進行回火處理，保溫40分鐘后，取出空冷至室溫。再利用中頻感應(yīng)加熱裝置對齒尖進行表面感應(yīng)加熱淬火，齒尖的感應(yīng)加熱溫度為870°C，感應(yīng)加熱20秒，然后使用15%鹽水淬火到室溫，再將齒尖放入恒溫180°C的硝酸鹽溶液(55% NaN03+45% KNO3)中進行回火處理，保溫30分鐘后，取出空冷至室溫，即得疏浚挖泥船鉸刀齒。
[0020]該實施例鉸刀齒的力學(xué)性能如下:
[0021]室溫抗拉強度為1580MPa，伸長率為6.2%，V型缺口沖擊韌性為32J/cm2，硬度HRC50。
[0022]經(jīng)裝船試驗，相同工況條件下，該鉸刀齒的使用壽命比國內(nèi)高錳鋼鉸刀齒提高38%，比荷蘭進口鉸刀齒提高8%。
[0023]實施例2:
[0024]本實施例以生產(chǎn)高耐磨疏浚挖泥船鉸刀齒用鋼(3噸鋼水)為例，該鋼種的化學(xué)成分為(重量百分比):C0.33%, Mn 1.58%, Si 0.70%, Cr 1.47%, Mo 0.10%, V 0.08%, Ti
0.15%, B 0.015%, S 0.020%, P 0.043%，余量為 Fe。
[0025]該鉸刀齒的制備方法為:鋼水開澆溫度為1510°C，樹脂砂模鑄造，在模殼溫度300°C時澆注，澆注完成后鑄件緩冷到室溫脫模，脫模后進行退火，控制加熱溫度在300°C以下為80°C /小時，3000C以上為140°C /小時，在980°C保溫2.5小時，以80°C /小時爐冷至800°C保溫2小時，然后爐冷到400°C取出空冷至室溫。然后經(jīng)機加工切除斗齒上的澆冒口后進行淬火，控制加熱溫度在300°C以下為70°C /小時，300°C以上為120°C /小時，加熱到9000C，保溫2.5小時，然后由爐中取出冷待7秒，放入恒溫320°C的硝酸鹽溶液(熔鹽成分按重量比為55% NaN03+45% KNO3)中進行淬火，保溫1.5小時取出空冷至室溫，再以50°C /小時加熱到300°C進行回火處理，保溫30分鐘后，取出空冷至室溫。再利用中頻感應(yīng)加熱裝置對齒尖進行表面感應(yīng)加熱淬火，齒尖的感應(yīng)加熱溫度為90°C，感應(yīng)加熱10秒，然后使用15%鹽水淬火到室溫，再將齒尖放入恒溫160°C的硝酸鹽溶液(55% NaN03+45% KNO3)中進行回火處理，保溫40分鐘后，取出空冷至室溫，即得疏浚挖泥船鉸刀齒。
[0026]該實施例鉸刀齒的力學(xué)性能如下:
[0027]室溫抗拉強度為1630MPa，伸長率為5.5%，V型缺口沖擊韌性為30J/cm2，硬度HRC51。
[0028]經(jīng)裝船試驗，相同工況條件下，該鉸刀齒的使用壽命比國內(nèi)高錳鋼鉸刀齒提高40%，比荷蘭進口鉸刀齒提高10%。
[0029]實施例3:
[0030]本實施例以生產(chǎn)高耐磨疏浚挖泥船鉸刀齒用鋼(5噸鋼水)為例，該鋼種的化學(xué)成分為(重量百分比):C0.35%, Mn 1.65%, Si 0.67%, Cr 1.41%, Mo 0.08%, V 0.10%, Ti
0.13%, B 0.012%, S 0.031%, P ^ 0.056%，余量為 Fe。
[0031]該鉸刀齒的制備方法為:鋼水開澆溫度為1580°C，樹脂砂模鑄造，在模殼溫度250°C時澆注，澆注完成后鑄件緩冷到室溫脫模，脫模后進行退火，控制加熱溫度在300°C以下為70°C /小時，300°C以上為130°C /小時，在1050°C保溫3小時，以80°C /小時爐冷至700°C保溫2.5小時，然后爐冷到400°C取出空冷至室溫。然后經(jīng)機加工切除斗齒上的澆冒口后進行淬火，控制加熱溫度在300°C以下為60°C /小時，300°C以上為140°C /小時，加熱到950°C，保溫2小時，然后由爐中取出冷待8秒，放入恒溫350°C的硝酸鹽溶液(熔鹽成分按重量比為55% NaN03+45% KNO3)中進行淬火，保溫2小時取出空冷至室溫，再以40°C /小時加熱到280°C進行回火處理，保溫60分鐘后，取出空冷至室溫。再利用中頻感應(yīng)加熱裝置對齒尖進行表面感應(yīng)加熱淬火，齒尖的感應(yīng)加熱溫度為870°C，感應(yīng)加熱20秒，然后使用15%鹽水淬火到室溫，再將齒尖放入恒溫200°C的硝酸鹽溶液(55% NaN03+45% KNO3)中進行回火處理，保溫25分鐘后，取出空冷至室溫，即得疏浚挖泥船鉸刀齒。
[0032]該實施例鉸刀齒的力學(xué)性能如下:
[0033]抗拉強度為1600MPa，伸長率為7.5%，V型缺口沖擊韌性為35J/cm2，硬度HRC49。
[0034]經(jīng)裝船試驗，相同工況條件下，該鉸刀齒的使用壽命比國內(nèi)高錳鋼鉸刀齒提高45%，比荷蘭進口鉸 刀齒提高12%。
【權(quán)利要求】
1.一種高強韌高耐磨鉸刀齒，其特征在于所述鉸刀齒含有下列重量百分比的化學(xué)成分:C 0.33-0.35%, Mn 1.50-1.70%, Si 0.50-0.70%, Cr 1.30-1.50%, Mo 0.05-0.10%, V0.05-0.10%, Ti 0.10-0.15%, B 0.008-0.015%, S ≤ 0.040%, P ≤ 0.070%，余量為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強韌高耐磨鉸刀齒，其特征在于所述鉸刀齒含有下列重量百分比的化學(xué)成分:C 0.35%, Mn 1.55%, Si 0.53%, Cr 1.43%, Mo 0.09%, V 0.07%, Ti0.10%, B 0.009%, S 0.025%, P 0.063%，余量為 Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強韌高耐磨鉸刀齒，其特征在于所述鉸刀齒含有下列重量百分比的化學(xué)成分:c 0.33%, Mn 1.58%, Si 0.70%, Cr 1.47%, Mo 0.10%, V 0.08%, Ti0.15%, B 0.015%, S 0.020%, P 0.043%，余量為 Fe。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強韌高耐磨鉸刀齒，其特征在于所述鉸刀齒含有下列重量百分比的化學(xué)成分:C 0.35%, Mn 1.65%, Si 0.67%, Cr 1.41%, Mo 0.08%, V 0.10%, Ti0.13%, B 0.012%, S 0.031%, P ^ 0.056%，余量為 Fe。
5.一種權(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述的高強韌高耐磨鉸刀齒的熱處理方法，其特征在于所述熱處理方法步驟如下: 一、鉸刀齒整體熱處理:(I)采用砂模鑄造權(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述化學(xué)成分的鑄鋼鉸刀齒，開澆溫度為1580-1630°C，澆注完成后緩冷到室溫脫模；(2)鉸刀齒澆注脫模后首先進行整體退火；(3)然后經(jīng)機加工切除澆冒口后進行整體淬火；(4)再以40-50°C /小時加熱到240-300°C進行鉸刀齒整體回火處理，保溫40-60分鐘后，取出空冷至室溫； 二、齒尖表面感應(yīng)加熱淬火:取以上所述整體熱處理后的鉸刀齒再利用高頻感應(yīng)加熱裝置對齒尖進行表面感應(yīng)加熱淬火，然后使用鹽水淬火到室溫，再將齒尖放入恒溫160-200°C的硝酸鹽溶液中進行回火處理，保溫20-40分鐘后，取出空冷至室溫，即得疏浚挖泥船鉸刀齒。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強韌高耐磨鉸刀齒的熱處理方法，其特征在于所述硝酸鹽溶液成分按重量比為55% NaNO3和45% KNO3。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強韌高耐磨鉸刀齒的熱處理方法，其特征在于所述鹽水的質(zhì)量濃度為15%。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強韌高耐磨鉸刀齒的熱處理方法，其特征在于所述整體退火步驟如下:控制加熱溫度在300°C以下為50-70°C /小時，3000C以上為120_150°C /小時，在980-1050°C保溫2-4小時，以70_90°C /小時爐冷至700-800°C保溫2-3小時，然后爐冷到400°C取出空冷至室溫。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強韌高耐磨鉸刀齒的熱處理方法，其特征在于所述整體淬火步驟如下:控制加熱溫度在300°C以下為50-70°C /小時，3000C以上為120_150°C /小時，加熱到930-950°C，保溫2-3小時后，由爐中取出空冷待5_10秒，放入恒溫300-400°C的硝酸鹽溶液中進行淬火，保溫2-3小時取出空冷至室溫。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強韌高耐磨鉸刀齒的熱處理方法，其特征在于所述齒尖的感應(yīng)加熱溫度為860-910°C，感應(yīng)加熱時間為10-20秒。
【文檔編號】C21D1/607GK104004964SQ201410264626
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】李宜彬, 張新疆, 赫曉東, 彭慶宇, 許健君, 鄭明 , 井夫吉, 朱世安 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)