專利名稱：一種高強(qiáng)度礦山機(jī)械用鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合金結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)度礦山機(jī)械用鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
掘進(jìn)機(jī)是煤礦井下巷道鐵路和隧道施工的掘進(jìn)設(shè)備。破碎煤巖等硬質(zhì)物的工作機(jī)構(gòu)截割頭是其重要部件之一，掘進(jìn)機(jī)工作時截齒會承受高的壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力和沖擊負(fù)荷， 煤巖中還含有硬的礦料如煤矸石等，會受到很大的沖擊并且在采煤和鑿巖過程中截齒還有升溫問題，導(dǎo)致齒頂材質(zhì)軟化加速了截齒的失效過程。CN101899624A公開了一種高碳低合金大規(guī)格鍛造礦用耐磨鋼球及其生產(chǎn)方法，該耐磨鋼球包含H彡1. 5ppm以及下述質(zhì)量百分比組分、Si 0. 20 0. 40,Mn 0. 90 1. 00、 P 彡 0. 020、S 彡 0. 020、Cr 0. 90 1. 00、Ni 0. 05 0. 15、Mo 0. 06 0. 15、Al 0. 020 0. 050、Cu 0. 1 0. 25 ；本生產(chǎn)方法包括將上述熱軋圓鋼加熱至1050 1150°C，保溫后剪切成料段、鍛造成磨球；待磨球鍛后強(qiáng)冷至室溫，再重新加熱、保溫一定時間后出爐 ’待達(dá)到淬火溫度時入水淬火，再配以低溫回火；本耐磨鋼球的直徑從125 160mm，其表面硬度可達(dá)HRC60 62，而且硬度分布均勻、內(nèi)外硬度差較小，無淬火軟點等缺陷，其沖擊性能良好，D125 D160mm磨球的沖擊值可以達(dá)到10 18J/cm2。CN101899624A發(fā)明是一種適用于選礦用的耐磨鋼球用鋼，根據(jù)選礦用鋼工況條件，對鋼的要求主要是高硬度和耐磨性。因此，該鋼碳含量高，C為0.80 0.90%，但高的碳含量會影響沖擊性能(10 18J/cm2)。因此，CN101899624A發(fā)明鋼不能滿足掘進(jìn)機(jī)截割頭工況條件，掘進(jìn)機(jī)截割頭用鋼要求能承受高的壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力和沖擊負(fù)荷。并且 CN101899624A發(fā)明鋼含有Ni、Mo等元素，會增加鋼的制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明適應(yīng)高產(chǎn)高效礦井建設(shè)和發(fā)展的需要，解決了煤礦掘進(jìn)機(jī)截齒壽命和截割效率低，生產(chǎn)停機(jī)時間長，截齒損耗高等問題，提供了一種高強(qiáng)度、高韌性和耐磨性，綜合性能優(yōu)異且承受重載荷的礦山機(jī)械用鋼及其制造方法。本發(fā)明提供了一種礦山機(jī)械用鋼，其特征在于其組成按重量百分?jǐn)?shù)為C :0. 32 0. 39%Si 1. 10 --1. 40%
Mn 0. 80 --1. 10%P 0. 005 --0. 020%
S 0. 001 --0. 025%Cr 1. 10 --1. 40%
Cu 0. 01 --0. 20%Ni 0. 01 --0. 30%
Al 0. 010 0. 060%05~ 20X10_6余為!^e和不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選的，所述礦山機(jī)械用鋼的強(qiáng)度彡1500MPa，更優(yōu)選1500 2000MPa。所述礦山機(jī)械用鋼的韌性彡70J/cm2，更優(yōu)選70 lOOJ/cm2。
鋼種成分的確定掘進(jìn)機(jī)截齒作為破碎煤巖的刀具，在工作過程中除了要承受高的壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力和沖擊負(fù)荷外，還存在隨著工作時間增加溫度升高，導(dǎo)致截齒軟化的問題，加速截齒磨損。鋼性能主要取決鋼的化學(xué)成分、純潔度和組織均勻性三個方面， 其中以化學(xué)成分影響最大。碳是鋼主要的強(qiáng)化元素，考慮鋼高強(qiáng)度和韌性的綜合要求，設(shè)計C 0. 32 0. 39% ；硅有較好的固溶強(qiáng)化作用，還能改變回火時析出碳化物的數(shù)量、尺寸和形態(tài)，提高鋼的回火穩(wěn)定性，但含量過高，會助長鋼加熱時的脫碳、石墨化和晶粒粗化傾向，設(shè)計Si 1. 10 1.40% ；錳顯著提高鋼的淬透性，強(qiáng)化基體和細(xì)化珠光體，提高鋼的強(qiáng)度和硬度，鉻顯著提高鋼的淬透性，同時形成鉻的碳化物提高鋼的耐磨性，Cr-Mn復(fù)合更有利鋼淬透性，設(shè)計Mn 0. 80 1. 10%、Cr :1. 10 1.40% ；微量元素Al的加入可以細(xì)化晶粒，提高鋼的強(qiáng)度和綜合性能，設(shè)計Al :0. 010-0. 060%。S、P在鋼中視為有害元素，因此，本發(fā)明控制SS 0. 025%, P^O. 025% ；Ni |、Cu為殘余元素，為減少危害，控制 Ni ^0. 30%,Cu ^ 0. 20%;為提高鋼的純凈度和疲勞壽命，本發(fā)明還對氧提出了控制要求
彡 20Χ10Λ在上述優(yōu)化設(shè)計基礎(chǔ)上，為保證鋼的性能穩(wěn)定一致，優(yōu)選的，鋼的組成按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C :0. 33 0. 38%, Si 1. 20 1. 40%, Mn 0. 95 1. 10%, Cr 1. 25 1. 40%, P 0. 005 0. 025%,S 0. 001 0. 025%,Cu :0. 01 0. 20%,Ni :0. 01 0. 30%,Al :0. 015 0. 060%,
5 20 X ΙΟ、余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明還提供礦山機(jī)械用鋼的制備方法，包括以下步驟(1)冶煉采用電爐冶煉，終點[C]0. 10 0. 15%、[P]彡0. 015%，殘余元素含量符合設(shè)計要求，鋼水的出鋼溫度1630 1640°C ；LF爐外精煉，精煉渣堿度3. 0 4. 5，白渣保持時間18 20分鐘；精煉后真空處理，真空度小于671 ，保持時間15 18分鐘，VD后軟吹氬時間12 15分鐘；氧含量12 17ppm。(2)澆注采用連鑄全程保護(hù)澆注，中包鋼水溫度控制在1500 1515°C，拉速在 0.55 0. 75/min。(3)軋制對連鑄坯進(jìn)行緩冷后軋制，軋制壓縮比30 40?？刂萍訜釥t均熱溫度 1210 1230°C，加熱時間2. 5 3小時，開軋溫度1080 1120°C，終軋溫度900 IOOO0C0LF爐外精煉鋼包爐外精煉，是采用氬氣攪拌，在大氣下用石墨電極埋弧加熱，再加上白渣精煉技術(shù)處理的工藝過程；VD 鋼包內(nèi)真空處理鋼水的工藝過程。優(yōu)選的，步驟(1)中真空度為30 671^。優(yōu)選的，步驟O)中中包鋼水溫度控制在1500 1510°C。優(yōu)選的，步驟O)中拉速按0. 60 0. 65/min控制。優(yōu)選的，步驟O)中連鑄中采用電磁攪拌。優(yōu)選的，步驟(1)中，電爐爐料配比為鐵水40 60%，廢鋼40 60%。優(yōu)選的，步驟(1)中采用全程泡沫渣工藝。所述泡沫渣工藝是指在鋼的冶煉過程中，在氧化期脫碳產(chǎn)生CO氣泡，使熔池沸騰的過程。優(yōu)選的，步驟O)中連鑄過程實施全程保護(hù)澆注；采用高效堿性大包、中包覆蓋劑，即保證了吸附夾雜物作用，又起到良好的保溫工作；采用專用保護(hù)渣，提高保護(hù)渣的堿度，提高保護(hù)渣吸附夾雜物能力，凈化鋼水。高效堿性大包、中包覆蓋劑型號TD-WX，主要理化指標(biāo)見表1 ；專用保護(hù)渣主要理化指標(biāo)見表2。表ITD-WX覆蓋劑理化指標(biāo)
權(quán)利要求
1. 一種高強(qiáng)度礦山機(jī)械用鋼，其組成按重量百分?jǐn)?shù)為C :0. 32 0.39%Si :1. 10 1. 40%Mn :0. 80 1. 10%P :0. 005 0. 020%S :0. 001 0. 025%Cr :1. 10 1. 40%Cu :0. 01 0. 20%Ni :0. 01 0. 30%Al :0. 010 0. 060% 0:5 20Χ1(Γ6 余為！^和不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度礦山機(jī)械用鋼，其特征在于，所述礦山機(jī)械用鋼的強(qiáng)度彡1500MPa,更優(yōu)選1500 2000MPa。所述礦山機(jī)械用鋼的韌性彡70J/cm2,更優(yōu)選70
3.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度礦山機(jī)械用鋼，其特征在于，鋼的組成按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1 3任一項所述的高強(qiáng)度礦山機(jī)械用鋼的制備方法，包括以下步驟(1)冶煉采用電爐冶煉，終點[C]0.10 0. 15%、[P]彡0. 015%，殘余元素含量符合設(shè)計要求，鋼水的出鋼溫度1630 1640°C ；LF爐外精煉，精煉渣堿度3. 0 4. 5，白渣保持時間18 20分鐘；精煉后真空處理，真空度小于671 ，保持時間15 18分鐘，VD后軟吹氬時間12 15分鐘；氧含量12 17ppm ；(2)澆注采用連鑄全程保護(hù)澆注，中包鋼水溫度控制在1500 1515°C，拉速在 0. 55 0. 75/min ；(3)軋制對連鑄坯進(jìn)行緩冷后軋制，軋制壓縮比30 40?？刂萍訜釥t均熱溫度 1210 1230°C，加熱時間2. 5 3小時，開軋溫度1080 1120°C，終軋溫度900 1000°C。
5.如權(quán)利要求4所述的高強(qiáng)度礦山機(jī)械用鋼的制備方法，其特征在于，步驟(1)中真空度為30 67Pa。
6.如權(quán)利要求4所述的高強(qiáng)度礦山機(jī)械用鋼的制備方法，其特征在于，步驟(2)中中包鋼水溫度控制在1500 1510°C。
7.如權(quán)利要求4所述的高強(qiáng)度礦山機(jī)械用鋼的制備方法，其特征在于，步驟(2)中拉速按0. 60 0. 65/min控制；步驟O)中連鑄中采用電磁攪拌。
8.如權(quán)利要求4所述的高強(qiáng)度礦山機(jī)械用鋼的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，電爐爐料配比為鐵水40 60%，廢鋼40 60%。
9.如權(quán)利要求4所述的高強(qiáng)度礦山機(jī)械用鋼的制備方法，其特征在于，步驟(1)中采用全程泡沫渣工藝。
10.如權(quán)利要求4所述的高強(qiáng)度礦山機(jī)械用鋼的制備方法，其特征在于，包括以下步驟100J/cm2。C :0. 33 0. 38% Mn 0. 95 1. 10% P 0. 005-0. 025% Cu 0. 01-0. 20% Al 0. 015-0. 060%S 0. 001-0. 025% Ni 0. 01-0. 30% 05~ 20X10_6Si :1. 20 1. 40% Cr 1. 25 1. 40%⑴冶煉電爐爐料配比為鐵水40 60%，廢鋼40 60%。全程泡沫渣工藝；電爐終點控制技術(shù)，終點碳含量控制在0. 10 0. 15%，達(dá)到控制終點氧含量的目的；控制精煉爐渣組成，精煉渣組成，見下表。 冶煉精煉渣組成種類Σ FeSiO2P2O5SCaOMgOAl2O3R精煉渣3. 0811. 820. 0061. 2449. 377. 2013. 474. 218采用智能吹氬技術(shù)；(2)澆注連鑄過程實施全程保護(hù)澆注；采用高效堿性大包、中包覆蓋劑；采用專用保護(hù)渣； 中包鋼水溫度控制在1500 1510°C，拉速依照過熱度高拉速低的原則調(diào)整，按照 0. 55 0. 75m/min控制；結(jié)晶器和末端采用電磁攪拌；(3)軋制為保證鋼的內(nèi)部質(zhì)量，對連鑄坯進(jìn)行緩冷后軋制，軋制壓縮比30 40?？刂萍訜釥t均熱溫度1210 1230°C，加熱時間2. 5 3小時，開軋溫度1080 1120°C，終軋溫度900 1000°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度礦山機(jī)械用鋼，其組成按重量百分?jǐn)?shù)為C0.32～0.39％、Si1.10～1.40％、Mn0.80～1.10％、P0.005～0.020％、S0.001～0.025％、Cr1.10～1.40％、Cu0.01～0.20％、Ni0.01～0.30％、Al0.010～0.060％、O5～20×10-6余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明還提供了所述高強(qiáng)度礦山機(jī)械用鋼的制備方法。本發(fā)明鋼綜合性能優(yōu)異，制造的掘進(jìn)機(jī)截齒較好地滿足了大型礦山機(jī)械使用要求，提高了煤炭生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號C22C38/40GK102251186SQ20111016752
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者盧棟, 吳希周, 徐鋒, 戈文英, 毛建強(qiáng), 翟正龍, 鄭桂蕓, 郭暉 申請人:萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司