專利名稱：煤礦用ZG30MnSiCu鑄鋼及其熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤礦機(jī)器材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種煤礦用ZG30MnSiCu鑄鋼及其熱處理工藝。
背景技術(shù)：
ZG30MnSi鋼是目前煤礦普遍使用的鑄造用鋼，由于具有抗拉強(qiáng)度高的特點(diǎn)，在煤礦的頂梁和金屬支柱上得到廣泛應(yīng)用，但是其缺點(diǎn)是塑性差，具有延遲斷裂的特征?，F(xiàn)有ZG30MnSi鋼的熱處理工藝為:正火+調(diào)質(zhì)，此工藝雖然提高了鑄態(tài)合金的強(qiáng)度和韌性，但是塑性提高不明顯，且能耗大，不利于節(jié)能環(huán)保。眾所周知，煤礦井下環(huán)境運(yùn)輸機(jī)器設(shè)備難度較大，所以對煤礦機(jī)器的強(qiáng)度、塑性、韌性和耐磨性等綜合性能要求較高，不允許出現(xiàn)機(jī)器設(shè)備的斷裂和過度磨損等問題，這就迫切需要研制一種新型煤礦用鑄鋼。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種煤礦用ZG30MnSiCu鑄鋼，該鑄鋼材料夾雜物少，成品率高，使用中不易斷裂，尤其是與現(xiàn)有煤礦用鑄鋼相比顯著提高了塑形，綜合使用性能優(yōu)越。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種煤礦用ZG30MnSiCu鑄鋼，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:C 0.28 0.34%, Mn 0.80 1.40%, Si 0.60 0.90%, Cu 0.60 1.00%, S〈0.030%,P〈0.025%，余量為Fe，質(zhì)量百分比總和為100%。本發(fā) 明煤礦用ZG30MnSiCu鑄鋼的特點(diǎn)還包括:所述煤礦用ZG30MnSiCu鑄鋼性能參數(shù)為:抗拉強(qiáng)度彡940MPa，硬度HBW270 280，延伸率彡12%，沖擊韌性彡45J / cm2。本發(fā)明還包括煤礦用ZG30MnSiCu鑄鋼的熱處理工藝，具體步驟如下:將澆注得到的鑄件加熱到900 950°C，保溫2小時，然后風(fēng)冷到300±10°C，切割澆冒口系統(tǒng)；再加熱至920±10°C，保溫時間2小時，然后風(fēng)冷到室溫。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明煤礦用ZG30MnSiCu鑄鋼與現(xiàn)有煤礦使用的ZG30MnSi相比，流動性好，砂型鑄造缺陷減少，鋼中夾雜物減少；切割澆冒口時不容易出現(xiàn)裂紋，減少廢品；塑性得到顯著提高，因此使用中不易斷裂，綜合使用性能優(yōu)于現(xiàn)有煤礦用鑄鋼。本發(fā)明熱處理工藝能降低能耗，提高出品率成本，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。


圖1是現(xiàn)有普通熔鑄的組織結(jié)構(gòu)圖。圖2是現(xiàn)有煤礦用ZG30MnSi鑄鋼熱處理后的組織結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明煤礦用ZG30MnSiCu鑄鋼熱處理后的組織結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明一種煤礦用ZG30MnSiCu鑄鋼，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:C 0.28 0.34%，Mn 0.80 1.40%, Si 0.60 0.90%, Cu 0.60 1.00%, S〈0.030%, Ρ〈0.025%，余量為 Fe，質(zhì)量百分比總和為100%。該煤礦用ZG30MnSiCu鑄鋼性能參數(shù)為:抗拉強(qiáng)度≥940MPa，硬度HBW270 280，延伸率≥12%，沖擊韌性≥45J / cm2。碳(C)是提高強(qiáng)度硬度最顯著并且是最廉價的元素。鑄鋼的含碳量增加，抗拉強(qiáng)度(Ob)和屈服強(qiáng)度(OS)隨之提高，伸長率(δ)則下降。含碳量超過0.50%以后，鑄鋼的塑性隨碳含量的增加進(jìn)一步下降，而強(qiáng)度卻提高不多，屈服強(qiáng)度甚至略有下降。硅(Si)有強(qiáng)化固溶體的作用，使屈服強(qiáng)度提高。在亞共析鋼中，含硅量增加，鋼的臨界冷卻速度降低，鋼中含碳量愈低，這種作用就愈顯著。因此，在降低鑄鋼含碳量的情況下，提高含硅量可改善鋼的淬透性，提高鋼的強(qiáng)度而不降低塑性和韌性。增加鑄鋼中的含硅量，可以改善鋼液的脫氧狀況并增強(qiáng)其抵抗出鋼和澆注過程中二次氧化的能力，從而可以防止鑄鋼件發(fā)生氣孔缺陷。在降低含碳量的同時，為使鑄鋼具有所需的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)拇阃感?，需要提高鋼中的含錳量。鋼中的錳(Mn)使共析點(diǎn)向含碳較低的方向移動，因而增加含錳量可以降低含碳量而不減少鋼中珠光體的量。此外，錳還使Arl溫度降低并減緩?qiáng)W氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變，結(jié)果使珠光體細(xì)化，使鋼的強(qiáng)度提高。在含錳量不超過2.0%的情況下，錳對鋼的塑性和韌性沒有不利的影響。本發(fā)明鑄鋼中含有質(zhì)量百分比為0.60 1.00%銅(Cu)，目的是適當(dāng)提高韌性。但銅不宜多加，因其穩(wěn)定奧氏體故將其控制在一定范圍內(nèi)，能提高材質(zhì)流動性，降低熱烈傾向。本發(fā)明煤礦用ZG30MnSiCu鑄鋼通過采用現(xiàn)有常規(guī)澆注制備方法均可獲得，以下提供一種具體的澆注制備方法和參數(shù):開爐前檢查爐況、水電；建議在爐底加爐料總質(zhì)量1%的熔劑(50%石灰+50%石英砂)；加料:底渣上加入小料15 20kg，裝中大塊料；送電熔化:先送60%的功率，使金屬預(yù)熱爐膛越30分鐘；然后送滿功率，依次循環(huán)熔化、補(bǔ)加料、熔化，直至爐料全部加完，升溫到< 1540°C，扒除熔渣，取樣快速分析成分；補(bǔ)加Si鐵、Mn鐵和Cu，升高溫度到1580°C ;快速分析成分，補(bǔ)加合金；升溫到1600°C，準(zhǔn)備出鋼；取樣檢查成分；停電出鋼，鋼包內(nèi)放占鋼液總量0.15%的Al脫氧劑；包內(nèi)取鋼液，澆注試樣，最終得到本發(fā)明煤礦用ZG30MnSiCu鑄鋼，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:C 0.28 0.34%,Mn 0.80
1.40%, Si 0.60 0.90%, Cu 0.60 1.00%, S〈0.030%, Ρ〈0.025%，余量為 Fe，質(zhì)量百分比總和為100%ο本發(fā)明煤礦用鑄鋼ZG30MnSiCu的熱處理工藝，具體步驟如下:將澆注得到的鑄件加熱到900 950°C，保溫2小時，然后風(fēng)冷到300±10°C，切割澆冒口系統(tǒng)；再加熱至920±10°C，保溫時間2小時，然后風(fēng)冷到室溫。 本發(fā)明煤礦用鑄鋼ZG30MnSiCu的性能參數(shù)為:抗拉強(qiáng)度≥940MPa,硬度HBW270 280，延伸率≥12%，沖擊韌性≥45J / cm2。實(shí)施例1按照上述澆注制備方法制備本發(fā)明煤礦用ZG30MnSiCu鑄鋼，化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:C 0.28%, Mn 0.80%, Si 0.60%, Cu 0.60%, S〈0.030%, Ρ〈0.025%，余量為 Fe，質(zhì)量百分比總量為100%。對上述得到的本發(fā)明煤礦用鑄鋼進(jìn)行熱處理工藝，具體步驟如下:將澆注得到的鑄件加熱到930°C，保溫2小時，然后風(fēng)冷到300°C，切割澆冒口系統(tǒng)；再加熱至920°C，保溫時間2小時，然后風(fēng)冷到室溫。本實(shí)施例煤礦用鑄鋼性能參數(shù)為:抗拉強(qiáng)度為940MPa，硬度HBW為270，延伸率為13%，沖擊韌性為45J/cm2。實(shí)施例2按照上述制備方法制備本發(fā)明煤礦用ZG30MnSiCu鑄鋼，化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:C 0.34%, Mn 1.40%, Si 0.90%, Cu 1.00%, S〈0.030%, Ρ〈0.025%，余量為 Fe，質(zhì)量百分比總量為100%。對上述得到的本發(fā)明煤礦用鑄鋼進(jìn)行熱處理工藝，具體步驟如下:將澆注得到的鑄件加熱到950°C，保溫2小時，然后風(fēng)冷到310°C，切割澆冒口系統(tǒng)；再加熱至930°C，保溫時間2小時，然后風(fēng)冷到室溫。本實(shí)施例煤礦用鑄鋼性能參數(shù)為:抗拉強(qiáng)度為965MPa，硬度HBW為280，延伸率為12%，沖擊韌性為47.5J/cm2。實(shí)施例3按照上述制備方法制備本發(fā)明煤礦用ZG30MnSiCu鑄鋼，化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:C 0.30%, Mn 1.20%, Si 0.80%, Cu 0.70%, S〈0.030%, Ρ〈0.025%，余量為 Fe，質(zhì)量百分比總量為100%。 對上述得到的本發(fā)明煤礦用鑄鋼進(jìn)行熱處理工藝，具體步驟如下:將澆注得到的鑄件加熱到900°C，保溫2小時，然后風(fēng)冷到290°C，切割澆冒口系統(tǒng)；再加熱至9101:，保溫時間2小時，然后風(fēng)冷到室溫。本實(shí)施例煤礦用鑄鋼性能參數(shù)為:抗拉強(qiáng)度為940MPa，硬度HBW為270，延伸率為12%，沖擊韌性為47.5J/cm2?，F(xiàn)有煤礦用鑄鋼性能參數(shù)數(shù)據(jù):抗拉強(qiáng)度為935MPa，硬度HBW為275，延伸率為5%，沖擊韌性為50J/cm2。因此，本發(fā)明煤礦用鑄鋼ZG30MnSiCu的機(jī)械性能與目前使用的ZG30MnSi的強(qiáng)度相當(dāng)，且韌性也可以滿足使用要求，是ZG30MnSi合金調(diào)質(zhì)后的延伸率的240% ο如圖1所示，現(xiàn)有普通熔鑄的晶粒組織粗大，且有塊狀鐵素體晶界處析出，很明顯會嚴(yán)重惡化鑄鋼的力學(xué)性能。如圖2所示，現(xiàn)有ZG30MnSi熱處理后的組織，可以看出調(diào)質(zhì)后的組織中有很多碳化物析出，碳化物的析出會增大鑄鋼的強(qiáng)度。如圖3所示，為本發(fā)明煤礦用ZG30MnSiCu鑄鋼熱處理后的組織的晶粒比圖1和圖2中所示組織明顯細(xì)小，且有很多碳化物析出，既起到細(xì)晶強(qiáng)化的作用又提高了塑性。
權(quán)利要求
1.一種煤礦用ZG30MnSiCu鑄鋼，其特征在于，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:C 0.28 0.34%,Mn 0.80 1.40%, Si 0.60 0.90%, Cu 0.60 1.00%, S〈0.030%, Ρ〈0.025%,余量為Fe，質(zhì)量百分比總和為100%。
2.按照權(quán)利要求1所述煤礦用ZG30MnSiCu鑄鋼，其特征在于，其性能參數(shù)為:抗拉強(qiáng)度≥940MPa，硬度HBW270 280，延伸率彡12%，沖擊韌性彡45J / cm2。
3.權(quán)利要求1或2所述煤礦用ZG30MnSiCu鑄鋼的熱處理工藝，其特征在于，具體步驟如下:將澆注得到的鑄件加熱到900 950°C，保溫2小時，然后風(fēng)冷到300±10°C，切割澆冒口系統(tǒng)；再加熱至920±10°C，保溫時間2小時，然后風(fēng)冷到室溫。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煤礦用ZG30MnSiCu鑄鋼，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C 0.28～0.34%，Mn 0.80～1.40%，Si 0.60～0.90%，Cu 0.60～1.00%，S<0.030%，P<0.025％，余量為Fe，質(zhì)量百分比總和為100%。本發(fā)明還公開了對該煤礦用ZG30MnSiCu鑄鋼的熱處理工藝，將澆注得到的鑄件加熱到900～950℃，保溫2小時，然后風(fēng)冷到300±10℃，切割澆冒口系統(tǒng)；再加熱至920±10℃，保溫時間2小時，然后風(fēng)冷到室溫。本發(fā)明煤礦用ZG30MnSiCu鑄鋼材料夾雜物少，成品率高，使用中不易斷裂，尤其是顯著提高塑形，綜合使用性能優(yōu)于現(xiàn)有煤礦用鑄鋼。
文檔編號C22C38/16GK103215509SQ20131014575
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者崔紅保, 蔡明華, 郭學(xué)鋒, 劉前坤, 楊繼忠, 李勝, 樊祥軍, 高建光, 盧文君, 趙強(qiáng), 武昆昆, 張豫 申請人:河南理工大學(xué), 山西晉煤集團(tuán)金鼎煤機(jī)礦業(yè)有限責(zé)任公司