一种高强度采煤机摇臂壳体铸钢材料及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种高强度采煤机摇臂壳体铸钢材料，由以下质量百分数的成分组成：C 0.22％～0.28％，Si 0.4％～0.6％，Mn 1.2％～1.5％，Cr 0.4％～0.6％，Ni 0.6％～0.8％，Mo 0.2％～0.3％，V 0.05％～0.10％，Nb 0.03％～0.06％，P小于0.02％，S小于0.015％，余量为Fe；本发明专利技术还公开了一种高强度采煤机摇臂壳体铸钢材料的制备工艺，采用LF精炼得铸钢坯体后进行热处理。本发明专利技术通过调节各成分的组成及含量，使碳钢材料具有高强度、良好的塑韧性和焊接性能，适用于采煤机摇臂壳体；本发明专利技术采用LF精炼结合热处理，有效提高组织均匀性，消除铸造应力。

A kind of cast steel material for the rocker arm shell of high strength shearer and its preparation process

【技术实现步骤摘要】
一种高强度采煤机摇臂壳体铸钢材料及其制备工艺
本专利技术属于铸钢材料
，具体涉及一种高强度采煤机摇臂壳体铸钢材料及其制备工艺。
技术介绍
采煤机摇臂是采煤机截割煤炭的关键部件，其质量的可靠性直接影响整个机组的工作效率。采煤机摇臂故障主要是摇臂壳体磨损、安装孔变形磨损及齿轮轴承损坏。摇臂体积大、自身重量大、承载力大，从近几年大采高采煤机摇臂壳体矿方反馈和摇臂大修情况得知，摇臂壳体强度不足，不耐磨是导致摇臂连接孔、安装孔变形从而引起摇臂壳体可靠性降低的主要因素。摇臂壳体的结构复杂，壁厚不均匀，目前国内外均采用铸钢材料制备摇臂壳体。对铸钢件，需要对铸后气孔微裂纹等缺陷进行焊接，而壳体内腔设置水道及水道盖板等也少不了焊接工序，因此，摇臂壳体不仅要有较高的强度，一定的耐磨性，同时较好的焊接性能也是必须的。因此，研究制造一种低碳合金钢材料是较好的选择途径，尤其是精选一种能够通过调质提高强度的低碳合金铸钢，使其在保证足够强度的条件下，具有一定塑韧性及良好的焊接性能是我们研究的主要目标。目前，国内摇臂使用的材料大部分是传统的ZG25Mn，ZG25Mn2等，虽然有报道研制了具有较高强度的合金铸钢材料，其抗拉强度最高可达850MPa～900MPa，屈服强度可达700MPa～750MPa，但仍然不能满足更高煤层或更薄煤层采掘的使用性能要求，而且，报道的合金铸钢成分焊接碳当量已超过0.8％，焊接性能太差，不足以满足高端采煤机生产要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种高强度采煤机摇臂壳体铸钢材料。该铸钢材料利用多元合金元素的综合作用，通过调节碳钢材料中各成分的组成及含量，使得碳钢材料的强度大大提高，并具有良好的塑韧性，同时改善了碳钢材料的焊接性能，满足了大采高及薄煤层采煤机摇臂壳体的性能需求。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案为：一种高强度采煤机摇臂壳体铸钢材料，其特征在于，由以下质量百分数的成分组成：C0.22％～0.28％，Si0.4％～0.6％，Mn1.2％～1.5％，Cr0.4％～0.6％，Ni0.6％～0.8％，Mo0.2％～0.3％，V0.05％～0.10％，Nb0.03％～0.06％，P小于0.02％，S小于0.015％，余量为Fe；所述铸钢材料的抗拉强度大于900MPa，屈服强度大于750MPa，延伸率大于14％，断面收缩率大于30％，冲击韧性大于35J/cm2。本专利技术在铸造低碳硅锰钢的基础上进行改进，首先通过增加C量至0.22％～0.28％，提高了铸钢材料的强度及淬透性能；通过加入0.4％～0.6％的Si，使Si完全溶入铁素体或奥氏体中，提高了铸钢材料的强度和耐磨性，同时提高了铸钢材料的韧性，降低缺口敏感性；同时将Mn调节为1.2％～1.5％，该含量的Mn可改善钢的淬透性并降低相变温度和细化晶粒，Mn大部分溶于铁素体中，有效提高了铸钢材料的强度和耐磨性，并且Mn增加了添加的Nb成分的溶解度；通过加入0.4％～0.6％的Cr细化晶粒，进一步提高铸钢材料的强度和淬透性；通过加入0.2％～0.3％的强碳化物元素Mo，进一步细化铸钢材料的晶粒度，同时起到二次硬化的作用，更一步提高了碳钢材料的强度和淬透性；通过加入0.6％～0.8％的Ni，提高了碳钢材料的塑韧性；加入0.03％～0.06％的Nb和0.05％～0.10％的V，起到细化晶粒的作用，同时增强了碳钢材料的强度和塑性，上述碳钢材料中各成分共同作用，有效提高了碳钢材料的强度及塑韧性和淬透性。另外，依据国际焊接协会焊接碳当量公式：焊接碳当量％＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，本专利技术碳钢材料的焊接碳当量为0.58～0.78，低于目前报道的碳钢材料的焊接碳当量0.81，因此本专利技术的碳钢材料具有良好的焊接性能。本专利技术的碳钢材料制备成采煤机摇臂壳体后的铸件补焊、以及后续焊接水道管和水道盖板等时，只需采用直径1.2mm的ER120S-G焊丝，在局部温度为250℃～280℃的条件下进行气体保护焊接即可，该焊接工艺简单易行。上述的一种高强度采煤机摇臂壳体铸钢材料，其特征在于，由以下质量百分数的成分组成：C0.26％，Si0.52％，Mn1.3％，Cr0.4％，Ni0.76％，Mo0.3％，V0.09％，Nb0.06％，P0.01％，S0.006％，余量为Fe。上述的一种高强度采煤机摇臂壳体铸钢材料，其特征在于，由以下质量百分数的成分组成：C0.28％，Si0.52％，Mn1.33％，Cr0.58％，Ni0.8％，Mo0.2％，V0.08％，Nb0.04％，P0.013％，S0.009％，余量为Fe。上述的一种高强度采煤机摇臂壳体铸钢材料，其特征在于，由以下质量百分数的成分组成：C0.22％，Si0.6％，Mn1.5％，Cr0.6％，Ni0.6％，Mo0.3％，V0.10％，Nb0.04％，P0.013％，S0.009％，余量为Fe。上述的一种高强度采煤机摇臂壳体铸钢材料，其特征在于，由以下质量百分数的成分组成：C0.25％，Si0.4％，Mn1.2％，Cr0.4％，Ni0.8％，Mo0.25％，V0.05％，Nb0.03％，P0.013％，S0.009％，余量为Fe。另外，本专利技术还提供了一种制备高强度采煤机摇臂壳体铸钢材料的工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：步骤一、按照目标产物铸钢材料的设计成分进行选料和配料，得到混合物料，然后进行LF精炼，铸造成型后得到铸钢坯体；步骤二、将步骤二中得到的铸钢坯体进行均匀化退火，然后依次进行预热处理；所述预热处理依次包括正火和高温回火；步骤三、将步骤二中经预热处理后的铸钢坯体进行粗加工，然后进行调质热处理，得到铸钢材料；所述调质热处理依次包括淬火和高温回火。本专利技术根据铸钢材料的设计成分进行选料和配料，然后采用LF精炼法(即钢包精炼法)进行精炼，通过钢液精炼实现了钢水洁净化、夹杂物的形态控制、偏析控制的最优化，并同时进行微合金化和成分微调，保证了对铸钢材料中各合金成分的精确控制；本专利技术对铸钢坯体进行均匀化退火处理，有效消除了化学成分偏析和杂质偏析，提高了铸钢材料的组织均匀性，同时避免了铸态组织的出现，减少了铸造过程中的压力；然后进行预热处理，通过正火进一步细化晶粒，均匀组织，进一步减少铸造应力，再通过高温回火进一步稳定组织，减少铸造及热处理应力，为后续调质做好组织准备；最后经粗加工去除铸钢坯体表面的氧化脱碳层后进行调质热处理，先淬火再进行高温回火，提高了铸钢材料的硬度；本专利技术通过采用LF精炼和均匀化退火、预热处理、调质热处理这三种热处理工序，使铸钢材料获得高强度及良好的塑韧性，且综合机械性能优良，同时焊接性能良好，使其适合应用于大采高及薄煤层采煤机摇臂壳体。上述的工艺，其特征在于，步骤二中所述均匀化退火在箱式电炉中进行，所述均匀化退火的过程为：加热至910℃～930℃后保温6h～8h，然后随炉冷却至250℃以下再出炉冷却。该优选过程有利于均匀化退火的完全进行，进一步消除了化学成分偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度采煤机摇臂壳体铸钢材料，其特征在于，由以下质量百分数的成分组成：C 0.22％～0.28％，Si 0.4％～0.6％，Mn 1.2％～1.5％，Cr 0.4％～0.6％，Ni 0.6％～0.8％，Mo 0.2％～0.3％，V 0.05％～0.10％，Nb 0.03％～0.06％，P小于0.02％，S小于0.015％，余量为Fe；所述铸钢材料的抗拉强度大于900MPa，屈服强度大于750MPa，延伸率大于14％，断面收缩率大于30％，冲击韧性大于35J/cm

【技术特征摘要】
1.一种高强度采煤机摇臂壳体铸钢材料，其特征在于，由以下质量百分数的成分组成：C0.22％～0.28％，Si0.4％～0.6％，Mn1.2％～1.5％，Cr0.4％～0.6％，Ni0.6％～0.8％，Mo0.2％～0.3％，V0.05％～0.10％，Nb0.03％～0.06％，P小于0.02％，S小于0.015％，余量为Fe；所述铸钢材料的抗拉强度大于900MPa，屈服强度大于750MPa，延伸率大于14％，断面收缩率大于30％，冲击韧性大于35J/cm2。


2.根据权利要求1所述的一种高强度采煤机摇臂壳体铸钢材料，其特征在于，由以下质量百分数的成分组成：C0.26％，Si0.52％，Mn1.3％，Cr0.4％，Ni0.76％，Mo0.3％，V0.09％，Nb0.06％，P0.01％，S0.006％，余量为Fe。


3.根据权利要求1所述的一种高强度采煤机摇臂壳体铸钢材料，其特征在于，由以下质量百分数的成分组成：C0.28％，Si0.52％，Mn1.33％，Cr0.58％，Ni0.8％，Mo0.2％，V0.08％，Nb0.04％，P0.013％，S0.009％，余量为Fe。


4.根据权利要求1所述的一种高强度采煤机摇臂壳体铸钢材料，其特征在于，由以下质量百分数的成分组成：C0.22％，Si0.6％，Mn1.5％，Cr0.6％，Ni0.6％，Mo0.3％，V0.10％，Nb0.04％，P0.013％，S0.009％，余量为Fe。


5.据权利要求1所述的一种高强度采煤机摇臂壳体铸钢材料，其特征在于，由以下质量百...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵友军，闫雪侠，周晓红，赵书斐，宋晓军，
申请(专利权)人：西安煤矿机械有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61