一种高强韧性和良好焊接性矿山机械用钢及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种高强韧性和良好焊接性矿山机械用钢及其生产方法，所述矿山机械用钢化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.22～0.29%、Si：0.16～0.30%、Mn：0.35～0.60%、Cr：1.24～1.58%、Ni：1.20～1.60%、Mo：0.23～0.30%、Al：0.021～0.035%、P≤0.020%、S≤0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、调质处理工序。本发明专利技术通过化学成分匹配，Ni保证高韧性，Cr、Ni、Mo等保证高强度，降低C含量提高焊接性能，解决了同类用钢不能兼具高强韧性与良好焊接性难题，满足了矿山机械用钢要求。

A high strength and good weldability steel for mining machinery and its production method

The invention discloses a mining machinery steel with high strength, toughness and good weldability and its production method. The chemical composition and quality percentage of the mining machinery steel are C: 0.22-0.29%, Si: 0.16-0.30%, Mn: 0.35-0.60%, Cr: 1.24-1.58%, Ni: 1.20-1.60%, Mo: 0.23-0.30%, Al: 0.021-0.30%. 035%, P < 0.020%, S < 0.015%, Fe and unavoidable impurities, the production methods include smelting, continuous casting, heating, rolling, tempering and treatment processes. By matching chemical composition, Ni guarantees high toughness, Cr, Ni, Mo guarantees high strength, reduces C content and improves welding performance, solves the difficult problem that similar steels can not have both high toughness and good weldability, and meets the requirements of mining machinery steels.

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧性和良好焊接性矿山机械用钢及其生产方法
本专利技术属于冶金
，具体涉及一种高强韧性和良好焊接性矿山机械用钢及其生产方法。
技术介绍
采煤机是煤炭生产的重要设备，采煤机滚筒工作部件齿座是直接焊接在螺旋叶板上，作用是固定截齿，并且能够将发动机的动力传递到截齿，从而实现割煤的过程。采煤机工作环境恶劣，采煤机组在采煤过程中齿座表面受到来自煤层或岩石的冲击力和磨损，致使采煤机滚筒齿座失效现象时常出现；又由于顶、底板经常发生变化，至使采煤机切割过程中受力多变，造成机组滚筒齿座经常开焊严重影响煤炭生产。可见，齿座材料需要具有高的耐磨性、抗冲击性，同时具有良好的焊接性能。因此提供高质量的具有高耐磨性、抗冲击性及良好焊接性能的齿座材料成为必然要求。专利技术一种适合滚筒齿座用钢提高滚筒齿座的综合力学性能，才能提高滚筒的使用寿命，以满足高产能高可靠性的使用要求。当前国内外采煤机滚筒齿座材料主要使用35CrMnSiA、20CrNiMo、42CrMo、ZG40Cr1。35CrMnSiA材料强度高，但韧性较差；20CrNiMo材料焊接性好，形成焊接冷裂的倾向小，但强度、硬度低；42CrMo具有高强度和韧性，但焊接性较差。目前使用的几种材料不能适合滚筒齿座用钢的综合力学性能，迫切需要开发一种具有耐磨性、抗冲击性同时具有良好的焊接性能的滚筒齿座用钢。本专利技术一种高强韧性和良好焊接性矿山机械用钢在具有高强韧性同时兼具良好焊接性，解决了其它钢不能兼具高强韧性与良好焊接性难题，满足了矿山机械用钢要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种高强韧性和良好焊接性矿山机械用钢；本专利技术还提供了一种高强韧性和良好焊接性矿山机械用钢的生产方法。为解决上述技术问题，本专利技术采取的技术方案是：一种高强韧性和良好焊接性矿山机械用钢，所述矿山机械用钢化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.22～0.29%、Si：0.16～0.30%、Mn：0.35～0.60%、Cr：1.24～1.58%、Ni：1.20～1.60%、Mo：0.23～0.30%、Al：0.021～0.035%、P≤0.020%、S≤0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质。本专利技术各化学成分在钢中的作用机理为：C：提高钢材硬度和强度的主要元素，C含量过低，材料在热处理后强度过低，无法满足滚筒齿座所需强度要求；C含量越高焊接时热影响区越容易产生淬硬组织，降低材料塑、韧性，就越容易产生开裂，同时碳当量升高影响焊接性，焊接强度不够。Si：显著强化铁素体，是保证强度的必须元素，过低强度不够；过高引起铁素体基体变脆，韧性下降。Mn：适当Mn含量，使其淬透性较高，无回火脆性，焊接性好，形成冷裂的倾向小。Cr：降低珠光体转变温度的合金元素，本专利技术中Cr、Mn同时加入，可有效降低珠光体片层间距，提高钢材强度和韧性；但Cr含量过高则容易降低钢材组织及硬度均匀性。Ni：显著提高韧性、塑性，还能提高钢的强度。Ni在钢中不形成碳化物，只能固溶于奥氏体与铁素体，起着细化晶粒、强化铁素体、改善韧性，特别是改善低温冲击韧性的作用，对韧性要求较高的部件特别有用。Mo：可固溶于铁素体、奥氏体和碳化物中，有固溶强化作用，提高钢的强度与耐磨性，增强钢的回火稳定性，防止回火脆性。Al：通过与N结合形成AlN加强沉淀强化及细化晶粒效果，利于提高强韧性；但Al含量过高容易引起连铸时流动性变差，增大钢的生产难度，同时增加钢中TiN夹杂的含量及尺寸，损害钢材韧性。S：元素控制过高会降低钢的洁净度，恶化钢的性能。P：增加钢的脆性，降低冲击性能，将P元素含量控制在不超过0.020%。本专利技术所述矿山机械用钢碳当量CEQ≤0.8%。本专利技术所述矿山机械用钢力学性能：抗拉强度Rm≥1380MPa，屈服强度ReL≥1200MPa，室温23±5℃冲击韧性Aku≥55J，钢的焊接性良好。本专利技术还提供了一种高强韧性和良好焊接性矿山机械用钢的生产方法，所述生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、调质处理工序；所述调质处理工序，采用油淬火+空冷回火热处理工艺。本专利技术所述冶炼工序，转炉装料加镍铁35～45kg/t，转炉出钢过程钢包内加镍板8～12kg/t钢；VD真空脱气处理真空保持时间10～20min，VD真空脱气处理后喂入铝丝0.1～0.5kg/t钢。本专利技术所述连铸工序，铸坯入缓冷坑冷却，入坑温度≥600℃，坑冷时间≥24h；铸坯化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.22～0.29%、Si：0.16～0.30%、Mn：0.35～0.60%、Cr：1.24～1.58%、Ni：1.20～1.60%、Mo：0.23～0.30%、Al：0.021～0.035%、P≤0.020%、S≤0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质。本专利技术所述加热工序，钢坯加热至1150～1250℃，保温0.5～0.8h。本专利技术所述轧制工序，开轧温度1090～1150℃，终轧温度980～1050℃，轧制后入缓冷坑缓冷，入坑温度≥350℃，出坑温度＜150℃。本专利技术所述调质处理工序，采用调质热处理工艺，油淬火温度845～875℃，空冷回火温度160～200℃。本专利技术高强韧性和良好焊接性矿山机械用钢产品标准参考GB/T3077-2015；产品性能检测方法标准参考GB/T228.1、GB/T229。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本专利技术通过添加Al形成AlN粒子，细化晶粒，提高强度的同时改善钢的韧性。2、本专利技术通过化学成分匹配，Ni含量保证高韧性，Cr、Ni、Mo等合金元素含量保证高强度，同时降低C含量来提高焊接性能。3、本专利技术产品具有高强韧性、同时兼具良好焊接性，解决了其它钢不能兼具高强韧性与良好焊接性难题，满足了矿山机械用钢要求。4、本专利技术矿山机械用钢力学性能：抗拉强度Rm≥1380MPa，屈服强度ReL≥1200MPa，室温23±5℃冲击韧性Aku≥55J，钢的焊接性良好。5、本专利技术采用“冶炼、连铸、加热、轧制、调质处理”的工艺生产，保证了产品的成分及力学性能。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细的说明。实施例1本实施例高强韧性和良好焊接性矿山机械用钢化学成分组成及其质量百分含量见表1。本实施例高强韧性和良好焊接性矿山机械用钢生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、调质处理工序，具体工艺步骤如下所述：（1）冶炼工序：转炉装料加镍铁42kg/t钢，转炉出钢过程钢包内加镍板8kg/t钢；VD真空脱气处理真空保持时间10min，VD真空脱气处理后喂入铝丝0.3kg/t钢；（2）连铸工序：铸坯入缓冷坑冷却，入坑温度656℃，坑冷时间30h；铸坯的化学成分组成及其质量百分含量见表1；（3）加热工序：钢坯加热至1172℃，保温0.8h；（4）轧制工序：开轧温度1115℃，终轧温度1002℃，轧制后入缓冷坑缓冷，入坑温度412℃，出坑温度66℃；（5）调质处理工序：采用调质热处理工艺，电阻炉加热，油淬火温度862℃，空冷回火温度195℃。本实施例高强韧性和良好焊接性矿山机械用钢性能见表4。实施例2本实施例高强韧性和良好焊接性矿山机械用钢化学成分组成及其质量百分含量见表1。本实施例高强韧性和良好焊接性矿山机械用钢生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、调质处理工序，具体工艺步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强韧性和良好焊接性矿山机械用钢，其特征在于，所述矿山机械用钢化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.22～0.29%、Si：0.16～0.30%、Mn：0.35～0.60%、Cr：1.24～1.58%、Ni：1.20～1.60%、Mo：0.23～0.30%、Al：0.021～0.035%、P≤0.020%、S≤0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高强韧性和良好焊接性矿山机械用钢，其特征在于，所述矿山机械用钢化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.22～0.29%、Si：0.16～0.30%、Mn：0.35～0.60%、Cr：1.24～1.58%、Ni：1.20～1.60%、Mo：0.23～0.30%、Al：0.021～0.035%、P≤0.020%、S≤0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种高强韧性和良好焊接性矿山机械用钢，其特征在于，所述矿山机械用钢碳当量CEQ≤0.8%。3.根据权利要求1所述的一种高强韧性和良好焊接性矿山机械用钢，其特征在于，所述矿山机械用钢力学性能：抗拉强度Rm≥1380MPa，屈服强度ReL≥1200MPa，室温23±5℃冲击韧性Aku≥55J。4.基于权利要求1-3任意一项所述的一种高强韧性和良好焊接性矿山机械用钢的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、调质处理工序；所述调质处理工序，采用油淬火+空冷回火热处理工艺。5.根据权利要求4所述的一种高强韧性和良好焊接性矿山机械用钢的生产方法，其特征在于，所述冶炼工序，转炉装料加镍铁35～45kg/t，转炉出钢过程钢包内加镍板8～12kg/t钢；VD真空脱气处理真空保持时间10～20m...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永，王信康，黄胜永，杨进航，李福勇，李冠军，戴观文，郑朝辉，孙晓明，王绍丹，华祺年，
申请(专利权)人：石家庄钢铁有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北,13