專利名稱：一種制備牙輪鉆機履帶板材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于礦山牙輪鉆機用材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種制備牙輪鉆機履帶板材料的方法，用于牙輪鉆機履帶板，有助于降低履帶板的生產(chǎn)成本，提高其使用壽命。
背景技術(shù)：
牙輪鉆機是露天礦山開采用的一種高效穿孔設(shè)備。以往，我國對大型鉆機的需求主要依靠進(jìn)口。近些年來，國內(nèi)組織力量，在消化國外同類機型的基礎(chǔ)上，研制成功了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的中、小型牙輪鉆機。這些鉆機投放到各大、中型露天礦山后，極大程度地改善了我國露天礦穿孔工藝的狀況。但是，國產(chǎn)鉆機受穿孔孔徑所限及行走機構(gòu)壽命的不足，實際上還遠(yuǎn)未能發(fā)揮其效益(張旭明，露天采礦挖掘機、牙輪鉆機的現(xiàn)狀與發(fā)展，世界采礦快報，2000，8290)。因此，為切實提高牙輪鉆機、尤其是大型牙輪鉆機(如KY-380等)的開采能力，延長其使用壽命，自行研制行走機構(gòu)新型鋼鐵材料極為迫切。
牙輪鉆機采用履帶行走方式。其行走機構(gòu)包括履帶板、主動輪、從動輪、支重輪和托輪(簡稱“四輪一帶”)。“四輪一帶”構(gòu)成摩擦與磨損副?！八妮喴粠А敝杏捎诼膸О宄Ｄ昱c土壤、砂石和泥水等介質(zhì)接觸，且受拉、壓、扭轉(zhuǎn)等力及沖擊應(yīng)力作用，因而是上述行走機構(gòu)中最易損壞的一個部件。
現(xiàn)行履帶板材料多采用ZG35Mn鑄鋼。實地調(diào)查結(jié)果表明牙輪鉆機在起動、停車、超越障礙及在礦巖和不平路面上作業(yè)時，上述材料的履帶板常因銷孔和跑道等部位磨損而報廢。失效分析表明，履帶板的損壞包括磨料磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損等幾種主要的磨損破壞形式。由于牙輪鉆機接觸的砂石和礦巖比較尖銳且硬度較高，因此，磨料磨損在上述數(shù)種磨損破壞形式中尤為突出。實際上，對牙輪鉆機履帶板銷孔和跑道磨損部位進(jìn)行的仔細(xì)觀察也發(fā)現(xiàn)犁溝、碾壓變形和刮傷特征尤為明顯。由此可見，選擇牙輪鉆機履帶板新型鋼鐵材料的前提是立足于國內(nèi)資源、保證一定韌性不致斷裂的情況下適度地提高其硬度(強韌性配合)。
目前各種合金鑄鐵(如鎳硬鑄鐵、高鉻鑄鐵)雖然具有較好的抗磨性能，但脆性較大。高錳鋼盡管被認(rèn)為是一種優(yōu)良的抗磨材料，但它只有在經(jīng)受強烈沖擊的工況條件下由于加工硬化作用才能凸顯其優(yōu)良的耐磨性?？紤]到牙輪鉆機質(zhì)量大(重達(dá)100噸)，行走速度慢(低于1公里/小時)，與礦巖和泥土接觸時沖擊負(fù)荷不大(高錳鋼材料不適合)，結(jié)合國內(nèi)資源情況，本發(fā)明提供了一種不含Ni、強韌性配合的中碳低合金鑄鋼作為牙輪鉆機履帶板新型材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種制備牙輪鉆機履帶板材料的方法，制備一種強韌性配合的中碳低合金鑄鋼，用于大、中型牙輪鉆機履帶板材料，有效地提高其使用壽命，并實現(xiàn)了成本相對低廉、制備工藝簡單的目的。
本發(fā)明的工藝過程包括中碳低合金鑄鋼成分的選擇、熔煉和成型工藝的選定和熱處理制度三部分。
1.中碳低合金鑄鋼成分的選擇本發(fā)明選擇材料的化學(xué)成分為0.28-0.34重量％C，0.6-0.8重量％Cr，1.0-1.2重量％Mn，0.5-0.9重量％Si，0-0.4重量％Mo，0.03-0.05重量％RE(稀土)，P、S小于0.04重量％。
2.熔煉和成型工藝的選定選用中頻感應(yīng)電爐熔化上述材料。爐料為生鐵、廢鋼、硅鐵(含75重量％Si)、錳鐵(含68重量％Mn)、鉻鐵(含55重量％Cr)、鉬鐵(含60重量％Mo)和鈰基稀土；待鋼水過熱至1600-1620℃時，用占鋼水重量0.3～0.6的鋁脫氧，于1580-1600℃出鋼，澆注溫度1530-1560℃；選用水玻璃表干砂型成型。
3.熱處理制度的確定本發(fā)明采用降溫水淬工藝將試樣升溫至840-860℃保溫50～70分鐘，隨爐降溫至720-750℃，均溫20～40分鐘出爐水淬；回火溫度為520-540℃，保溫50～70分鐘。
中碳低合金鑄鋼熱處理過程中產(chǎn)生的主要問題是淬火裂紋，主要原因是淬透性強，淬火前后材料比容變化較大，加上合金元素降低鋼的導(dǎo)熱性并提高奧氏體在較高溫度下的屈服強度，因而淬火后組織應(yīng)力值增大，淬裂傾向增加。
對于這類鋼種，多數(shù)研發(fā)單位采用油淬，以防止裂紋并保證淬火后的性能。但油淬常出現(xiàn)介質(zhì)老化、變質(zhì)及易燃等問題，因此實際生產(chǎn)中還需尋求更為簡便的工藝。
本發(fā)明提供的中碳低合金鑄鋼中的主導(dǎo)元素C、Mn使相變臨界點Ar1、Ar3和Ms降低，因此，淬火入水溫度可適當(dāng)降低。然而，從發(fā)揮合金元素作用、改善材料的組織性能方面來看又要求奧氏體化溫度適度提高。為此，本發(fā)明提出一種降溫水淬工藝，即先將試樣升溫至840-860℃(Ac3以上30-50℃)保溫1小時，使之奧氏體化和成分均勻，然后隨爐降溫到稍高于Ar3(720-750℃)均溫0.5小時最后出爐水淬。重復(fù)試驗結(jié)果表明，該工藝對預(yù)防試樣縱裂效果良好。而且，試樣在爐內(nèi)降溫均熱至合適溫度后淬水，生產(chǎn)中操作簡便。回火溫度確定為520-540℃，以避免回火脆性。
材料經(jīng)上述調(diào)質(zhì)處理后，組織為回火索氏體，沖擊韌性αk為45～56J/cm2，硬度HRC為35～45，具有優(yōu)良的強韌性配合。
本發(fā)明的優(yōu)點在于材料不含Ni合金元素，具有強韌性配合，制造成本相對低廉，生產(chǎn)中操作簡便特點，可有效地提高牙輪鉆機履帶板的使用壽命。
具體實施例方式
實施例1用中頻感應(yīng)電爐制備材料成分為0.29重量％C，0.6重量％Cr，1.0重量％Mn，0.6重量％Si，0.03重量％RE(稀土)，P、S小于0.04重量％的中碳低合金鑄鋼。待鋼水過熱至1610℃時，插入占鋼水重量0.4％的鋁脫氧，于1590℃出鋼，澆注溫度1550℃。選用水玻璃表干砂型成型。
試樣經(jīng)845℃保溫50分鐘+740℃保溫25分鐘后水淬，再經(jīng)525℃保溫60分鐘回火，力學(xué)性能為σb為956MPa，σs為880MPa，δ為13％，ψ為35％，αk為48J/cm2，HRC為37。
實施例2用中頻感應(yīng)電爐制備材料成分為0.31重量％C，0.7重量％Cr，1.2重量％Mn，0.7重量％Si，0.2重量％Mo，0.035重量％RE(稀土)，P、S小于0.04重量％的中碳低合金鑄鋼。待鋼水過熱至1600℃時，插入占鋼水重量0.5％的鋁脫氧，于1590℃出鋼，澆注溫度1550℃。選用水玻璃表干砂型成型。
試樣經(jīng)845℃保溫70分鐘+740℃保溫35分鐘后水淬，再經(jīng)535℃保溫55分鐘回火，力學(xué)性能為σb為1110MPa，σs為930MPa，δ為15.8％，ψ為38％，αk為51J/cm2，HRC為42。
實施例3用中頻感應(yīng)電爐制備材料成分為0.34重量％C，0.8重量％Cr，1.1重量％Mn，0.8重量％Si，0.4重量％Mo，0.05重量％RE(稀土)，P、S小于0.04重量％的中碳低合金鑄鋼。待鋼水過熱至1620℃時，插入占鋼水重量0.3％的鋁脫氧，于1600℃出鋼，澆注溫度1545℃。選用水玻璃表干砂型成型。
試樣經(jīng)855℃保溫70分鐘+735℃保溫40分鐘后水淬，再經(jīng)537℃保溫68分鐘回火，力學(xué)性能為σb為1190MPa，σs為1120MPa，δ為18％，ψ為50％，αk為56J/cm2，HRC為44。
對比實施例用中頻感應(yīng)電爐制備材料成分為0.35重量％C，1.2重量％Mn，0.36重量％Si，P、S小于0.04重量％的ZG35Mn。待鋼水過熱至1600℃時，插入占鋼水重量0.4％的鋁脫氧，于1600℃出鋼，澆注溫度1540℃。選用水玻璃表干砂型成型。
試樣經(jīng)850℃保溫60分鐘后水淬，再經(jīng)530℃保溫60分鐘回火，力學(xué)性能為σb為590MPa，σs為340MPa，δ為14％，ψ為30％，αk為50J/cm2，HRC為28。
權(quán)利要求
1.一種制備牙輪鉆機履帶板材料的方法，其特征在于工藝過程包括中碳低合金鑄鋼成分的選擇、熔煉和成型工藝的選定和熱處理制度的確定三部分；具體工藝為a.中碳低合金鑄鋼成分的選擇0.28～0.34重量％C，0.6～0.8重量％Cr，1.0～1.2重量％Mn，0.5～0.9重量％Si，0～0.4重量％Mo，0.03-0.05重量％稀土，P、S小于0.04重量％；b.熔煉和成型工藝的選定采用中頻感應(yīng)電爐熔化上述材料，爐料為生鐵、廢鋼、硅鐵、錳鐵、鉻鐵、鉬鐵和鈰基稀土；待鋼水過熱至1600-1620℃時，用占鋼水重量0.3～0.6％的鋁脫氧，于1580～1600℃出鋼，澆注溫度1530-1560℃，選用水玻璃表干砂型成型；c.熱處理制度的確定采用降溫水淬工藝將試樣升溫至840～860℃保溫50～70分鐘，隨爐降溫至720～750℃，均溫20～40分鐘出爐水淬；回火溫度為520～540℃，保溫50～70分鐘。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于爐料中硅鐵含75重量％Si，錳鐵含68重量％Mn，鉻鐵含55重量％Cr，鉬鐵含60重量％Mo。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制備牙輪鉆機履帶板材料的方法，具體工藝為材料的化學(xué)成分0.28－0.34重量％C，0.6－0.8重量％Cr，1.0－1.2重量％Mn，0.5－0.9重量％Si，0－0.4重量％Mo，0.03－0.05重量％RE，P、S小于0.04重量％；采用中頻感應(yīng)電爐熔化上述材料。待鋼水過熱至1600－1620℃時，用占鋼水重量0.3～0.6％的鋁脫氧，于1580－1600℃出鋼，澆注溫度1530－1560℃。選用水玻璃表干砂型成型；試樣升溫至840－860℃保溫50～70分鐘，然后隨爐降溫至720－750℃均溫20～40分鐘0.5小時最后出爐水淬?；鼗饻囟葹?20－540℃，保溫50～70分鐘。其優(yōu)點在于具有強韌性配合，制造成本相對低廉，生產(chǎn)中操作簡便特點，可有效地提高牙輪鉆機履帶板的使用壽命。
文檔編號C22C33/04GK1609255SQ200410009570
公開日2005年4月27日 申請日期2004年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月17日
發(fā)明者楊濱, 羅繼文, 陳國香, 金子敏, 謝豐隆 申請人:北京科技大學(xué)