一种超硬粒子增强型索氏体矿用槽帮耐磨铸钢及其制造方法技术

一种超硬粒子增强型索氏体矿用槽帮耐磨铸钢及其制造方法，属于铸造低合金钢技术领域。该耐磨槽帮铸钢化学组成按重量百分含量(wt.％)为C：0.30‑0.50；Mn：0.90‑1.80；Si：0.25‑0.65；Mo：0.20‑0.60；Ti：0.30‑0.70；S≤0.030；P≤0.030；余量为Fe和不可避免的杂质元素。该槽帮铸钢的制造工艺依次包括：转炉或电炉冶炼、炉外精炼、槽帮模铸、开箱、热处理。根据上述成分及工艺，矿用槽帮耐磨铸钢可得到体积分数为0.4‑1.2％的TiC析出相，析出物平均粒径约为3μm；耐磨性可达ZG30MnSiMo的1.5倍，且机加工性能和焊接性能优良，能够满足矿用刮板输送机中部槽的使用要求。

【技术实现步骤摘要】
一种超硬粒子增强型索氏体矿用槽帮耐磨铸钢及其制造方法
本专利技术属于铸造低合金钢
，特别是提供了一种超硬粒子增强型索氏体矿用槽帮耐磨铸钢及其制造方法，是一种具有优异耐磨性和加工性能的超硬粒子增强型索氏体矿用槽帮耐磨铸钢。
技术介绍
目前，煤矿用刮板输送机铸造槽帮使用的材料为ZG30MnSiMo，该材料铸造的槽帮在优越工况下或中、重型刮板输送机设备上能够满足使用要求，但随着近年来煤矿综采技术的高速发展，ZG30MnSiMo材料铸造的槽帮在使用时不断显露出它的不足，如：槽帮铲板不耐磨、槽帮上表面不耐磨等。ZG30MnSiMo铸造材料提高其耐磨性的主要方法是提高淬火硬度，然而，随着硬度的提高，该铸钢的加工性和韧性严重恶化，难以满足刮板输送机中部槽制造要求。如何在保证良好加工性和韧性的前提下大幅改善铸造槽帮的耐磨性，成为煤机制造行业亟待解决的关键技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种超硬粒子增强型索氏体矿用槽帮铸钢及其制造方法，解决了现有矿用槽帮铸钢ZG30MnSiMo不耐磨，难以满足刮板输送机中部槽制造要求的难题，本专利技术提供一种耐磨性可达ZG30MnSiMo的1.5倍的一种超硬粒子增强型索氏体矿用槽帮钢。超硬粒子选择硬度HV≥3000的TiC析出相，析出相平均尺寸约为3μm，体积分数为0.4-1.2％。这些超硬TiC粒子提高耐磨性原理是：阻止磨粒磨损犁沟的通过，或者破碎磨粒、钝化磨粒尖角，显著减轻基体的磨损失重。本专利技术的耐磨槽帮铸钢化学组成按重量百分含量(wt.％)为C：0.30-0.50；Mn：0.90-1.80；Si：0.25-0.65；Mo：0.20-0.60；Ti：0.30-0.70；S≤0.030；P≤0.030；余量为Fe和不可避免的杂质元素。本专利技术各元素的作用及配比依据如下：碳：提高钢的淬透性，具有强烈的固溶强化作用，显著提高马氏体钢的强度和硬度；适当含量的碳与钛结合形成微米级TiC粒子，可显著改善耐磨性。本专利技术钢控制碳含量为0.30-0.50％，碳含量低于0.20wt.％，难以形成足够体积分数的TiC粒子，且钢的淬透性和硬度都较低，碳含量高于0.40wt.％，则钢的韧塑性、加工性和焊接性恶化。硅：钢中脱氧元素之一，同时具有一定的固溶强化作用，但过量的硅对钢的韧性及焊接性能不利。综合上述考虑，本专利技术钢硅含量范围为0.25-0.65wt.％。锰：明显提高钢的淬透性，同时具有一定的固溶强化作用。但锰含量较高时，其在铸坯中的偏析倾向增加，钢的回火脆性敏感性增大，另外对焊接性能不利。本专利技术钢锰含量范围为0.90-1.80wt.％。钛：作为强碳化物形成元素，与碳结合形成硬度HV大于3000的超硬粒子TiC，显著改善钢的耐磨性。本专利技术控制钛含量0.30-0.70wt.％，所形成的TiC粒子体积分数约为0.4-1.2％，平均粒度约为3μm。过多的TiC粒子恶化材料的塑性及韧性，过少的粒子不能有效提高材料的耐磨性。采用强碳化物形成元素Ti，含量在0.30-0.70％范围能有效提高材料的耐磨性，同时材料加工性和焊接性优良，能够满足相关设备制造要求。钼：显著提高钢的淬透性，降低回火脆性，提高钢的耐延迟断裂性能。同时，钼可溶入TiC形成(TiMo)C，提高TiC颗粒的体积分数。本专利技术控制钼含量范围为0.20-0.60wt.％。磷、硫作为杂质元素严重损害钢的韧塑性，含量分别控制在S≤0.030wt.％，P≤0.030wt.％。本专利技术矿用槽帮铸钢的制造方法，工艺依次包括：转炉或电炉冶炼、炉外精炼、槽帮模铸、开箱、热处理。矿用槽帮铸钢的热处理，包括淬火和回火，在工艺中控制的技术参数如下。淬火加热温度为860～920℃，加热时间为60-120分钟，矿用槽帮铸钢加热后水淬至室温。过高的加热温度使奥氏体晶粒粗化，降低矿用槽帮铸钢的韧塑性；过低的加热温度则明显降低矿用槽帮铸钢的淬透性和矿用槽帮的心部硬度，影响耐磨性。回火温度为520-620℃，保温时间30-180分钟，保温后水冷至室温。通过上述工艺，该矿用槽帮铸钢的基体组织为索氏体，同时基体中包含体积分数约为0.4-1.2％的TiC析出相，析出物颗粒尺寸平均约为3um(如图1和图2所示)。材料的屈服强度大于780MPa，抗拉强度大于860MPa，延伸率大于8％，室温冲击功大于20J，硬度HB280-250，机加工性能和焊接性能优良，能够满足矿用刮板输送机中部槽的使用要求。材料的耐磨粒磨损性能可达ZG30MnSiMo的1.5倍以上。本专利技术突破了ZG30MnSiMo矿用槽帮铸钢单纯通过提高硬度来改善耐磨性的技术思路，在硬度基本不变条件下，通过引入一定体积分数微米级超硬TiC粒子提高耐磨性，有效解决了ZG30MnSiMo矿用槽帮铸钢耐磨性与加工性和焊接性的突出矛盾，具有广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术超硬粒子增强型索氏体矿用槽帮耐磨铸钢的光学微观组织，图中白色粒子为TiC。图2为本专利技术的超硬粒子增强型索氏体矿用槽帮耐磨铸钢TiC粒子粒度分布。具体实施方式：实施例1：本专利技术的化学组成按重量百分含量为C：0.43；Si：0.45；Mn：1.24；Mo：0.41；Ti：0.39；S：0.030；P：0.020；余量为Fe及不可避免的杂质。制造工艺：电弧炉冶炼，LF精炼，槽帮模铸，开箱，热处理。热处理工艺：奥氏体化温度880℃，保温时间1.5小时，水淬至室温，然后560℃回火2小时水冷至室温。实施例2：本专利技术的化学组成按重量百分含量为C：0.38；Si：0.48；Mn：0.98；Mo：0.35，Ti，0.38，S：0.02；P：0.015；余量为Fe及不可避免的杂质。制造工艺：电弧炉冶炼，LF精炼，槽帮模铸，开箱，热处理。热处理工艺：奥氏体化温度900℃，保温时间1.5小时，水淬至室温，然后580℃回火2小时水冷至室温。实施例3：本专利技术的化学组成按重量百分含量为C：0.40；Si：0.36；Mn：1.15；Mo：0.38；Ti：0.52；S：0.02；P：0.02；余量为Fe及不可避免的杂质。制造工艺：电弧炉冶炼，LF精炼，槽帮模铸，开箱，热处理。热处理工艺：奥氏体化温度920℃，保温时间1.5小时，水淬至室温，然后600℃回火2小时水冷至室温。本专利技术实施例与ZG30MnSiMo矿用槽帮铸钢力学性能和耐磨性检测结果如表1所示。表1本专利技术实施例与ZG30MnSiMo矿用槽帮铸钢力学性能和耐磨性检测结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超硬粒子增强型索氏体矿用槽帮耐磨铸钢，其特征在于：采用转炉或电炉冶炼，化学组成按重量百分含量(wt.％)为C：0.30‑0.50；Mn：0.90‑1.80；Si：0.25‑0.65；Mo：0.20‑0.60；Ti：0.30‑0.70；S≤0.030；P≤0.030；余量为Fe和不可避免的杂质元素。

【技术特征摘要】
1.一种超硬粒子增强型索氏体矿用槽帮耐磨铸钢，其特征在于：采用转炉或电炉冶炼，化学组成按重量百分含量(wt.％)为C：0.30-0.50；Mn：0.90-1.80；Si：0.25-0.65；Mo：0.20-0.60；Ti：0.30-0.70；S≤0.030；P≤0.030；余量为Fe和不可避免的杂质元素。2.一种权利要求1所述的超硬粒子增强型索氏体矿用槽帮耐磨铸钢的制造方法，工艺依次包括：转炉或电炉冶炼、炉外精炼、槽帮模铸、开箱、热处理；其特征在于：热处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆润青，康韶光，朱秀光，李凤敏，韩效寿，明月忠，
申请(专利权)人：中煤张家口煤矿机械有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北,13