1.本發(fā)明涉及鑄鋼件的熱處理技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種大幅提高刮板運(yùn)輸機(jī)中部槽槽幫鑄鋼件強(qiáng)韌性的分級固溶淬火、立即低溫回火的短流程熱處理方法。

背景技術(shù)：

2.刮板輸送機(jī)是煤炭開采過程中最主要的運(yùn)輸設(shè)備。中部槽作為其中磨損量和使用量最大的主要部件之一，在開采過程中承受壓力、摩擦、沖擊等復(fù)雜工況，要求具有高強(qiáng)度、高韌性、良好的耐磨性和焊接性能。目前，我國中部槽槽幫多采用zg30simn鑄鋼材料。傳統(tǒng)zg30simn鑄鋼槽幫表面硬度不足、耐磨性較差，使用壽命較低。此外，zg30simn中c、si含量較高，碳當(dāng)量及冷裂敏感系數(shù)大，槽幫與中板在焊接過程中容易產(chǎn)生熱裂紋和焊接冷裂紋，而新型高強(qiáng)耐磨中板材料的使用，使得槽幫與中板性能不匹配導(dǎo)致中部槽整體壽命降低的問題愈加凸顯。zg30simn鑄鋼件一般采用正火細(xì)化奧氏體晶粒、促進(jìn)成分均勻；再經(jīng)高溫固溶淬火轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈邞?yīng)變間隙固溶碳原子的體心正方馬氏體和殘余奧氏體、隨后高溫回火進(jìn)行調(diào)質(zhì)實(shí)現(xiàn)鐵素體基體上細(xì)小碳化物的彌散分布，形成回火馬氏體，降低組織內(nèi)部殘余內(nèi)應(yīng)力。經(jīng)正火和調(diào)質(zhì)處理后其抗拉強(qiáng)度一般為720mpa、斷后伸長率為10%、硬度為220~280hbw。

3.現(xiàn)有提高zg30simn鑄鋼槽幫材料力學(xué)性能的方法主要有：微合金化和熱處理。zg30simnmo經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后抗拉強(qiáng)度為850~1000mpa、斷后伸長率≥10%、硬度為230~280hbw?！督饘贌崽幚怼返?0卷第10期公開了“化學(xué)成分及熱處理對槽幫鑄鋼力學(xué)性能的影響”，zg26simnmov通過調(diào)質(zhì)處理所制備的鑄鋼抗拉強(qiáng)度≥1000mpa，硬度為300~350hbs。cn107475619a專利申請公開了“一種超硬粒子增強(qiáng)型索氏體礦用槽幫耐磨鑄鋼及其制造方法”，通過在zg30simnmo中添加超硬tic粒子提高耐磨性，經(jīng)淬火和回火的熱處理方法所制備的鑄鋼屈服強(qiáng)度≥780mpa，抗拉強(qiáng)度≥860mpa，伸長率≥8%，室溫沖擊功≥20j，硬度250~280hbw，耐磨損性能是zg30mnsimo的1.5倍。然而，上述方法仍未能實(shí)現(xiàn)槽幫材料強(qiáng)度、塑韌性、硬度、耐磨性的最佳匹配。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

4.本發(fā)明目的在于解決上述技術(shù)問題，提供一種刮板運(yùn)輸機(jī)的中部槽槽幫鑄鋼件的熱處理方法。

5.鑄鋼件的奧氏體化溫度和時間至關(guān)重要。奧氏體化溫度較低或時間較短，將導(dǎo)致碳化物顆粒不能完全溶解或溶解的碳元素分布不均勻，因此形成的馬氏體硬度不足、殘余奧氏體含量過高、尺寸粗大，材料的強(qiáng)度、塑韌性較差。常規(guī)槽幫鑄鋼在正火和淬火熱處理時需要兩次被升至高溫并長時間保溫。而過高的奧氏體化溫度和加熱時間的延長，使得奧氏體晶粒粗大，導(dǎo)致淬火過程中馬氏體形核數(shù)量減少、形成的馬氏體晶粒粗大；殘余奧氏體數(shù)量增加且粗大奧氏體晶粒更不穩(wěn)定，在后續(xù)焊接加工及使用時向馬氏體轉(zhuǎn)變的傾向性加劇、由此發(fā)生體積膨脹產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而導(dǎo)致冷裂紋。此外，常規(guī)采用的高溫回火導(dǎo)致粗大碳化

物顆粒的形成和聚集，使鑄鋼的沖擊韌性急劇下降。

6.因此，本發(fā)明采用分級固溶淬火并立即回火的方法代替原有正火加淬火、回火進(jìn)行調(diào)質(zhì)的熱處理方式，通過分級短時固溶處理并淬火的方法實(shí)現(xiàn)均勻成分、細(xì)化晶粒、控制碳化物析出、獲得細(xì)小板條狀馬氏體及少量殘余奧氏體組織；通過立即回火，從過飽和馬氏體中析出部分碳元素?cái)U(kuò)散進(jìn)入殘余奧氏體中穩(wěn)定奧氏體，從而實(shí)現(xiàn)大幅度提高鑄鋼強(qiáng)度、塑韌性的目的。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種提高刮板運(yùn)輸機(jī)中部槽槽幫鑄鋼件強(qiáng)韌性的熱處理方法，具體為：對槽幫鑄鋼件在850~870℃和890~910℃的溫度下進(jìn)行“分級固溶、淬火”，之后立即在270~290℃溫度下進(jìn)行“回火”。

7.進(jìn)一步的，“分級固溶、淬火”工藝為將槽幫鑄鋼件放置于熱處理爐中，由室溫以每分鐘5~10℃的速度隨爐升溫至850~870℃，保溫0.5~1小時，然后以每分鐘5~10℃的速度升溫至890~910℃，保溫2.5~3小時，取出試樣進(jìn)行水淬。

8.進(jìn)一步的，

?“

回火”工藝為將淬火后的試樣立即放置于270~290℃的熱處理爐中，保溫2.5~3小時，取出試樣空冷。

9.進(jìn)一步的，槽幫鑄鋼件含有c、si、mn、p、s、cr、mo、al，各元素質(zhì)量百分含量為c：0.20~0.25%，si：0.40~0.55%，mn：1.7~1.9%，p：≤0.03%，s：≤0.03%，cr：0.4~0.6%，mo：0.3~0.5%，al：≤0.05%，re稀土：0.01%，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)元素。

10.本發(fā)明所用鑄鋼不同于常規(guī)zg30simn中碳錳系低合金鋼，其c含量較低、si含量略高、增加了cr、mo、al等合金元素，在提高鑄鋼淬透性的同時，具有阻止碳化物顆粒聚集、細(xì)化奧氏體晶粒、提高鑄鋼耐腐蝕性的作用。

11.將鑄鋼件隨爐升溫（升溫速率為5~10℃/min）至860℃保溫1小時完成鐵素體向奧氏體的晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變、滲碳體顆粒的充分溶解和碳元素的均勻分布；繼續(xù)升溫（升溫速率為5~10℃/min）至900℃保溫3小時進(jìn)一步使未熔合金碳化物完全溶解固溶于奧氏體基體中、并使碳及其它合金元素均勻分布，以此獲得細(xì)小均勻的奧氏體晶粒組織，有利于淬火后獲得細(xì)小的板條狀馬氏體和穩(wěn)定性更好的殘余奧氏體組織。

12.為保證亞穩(wěn)態(tài)奧氏體完全轉(zhuǎn)變?yōu)榇慊瘃R氏體，選用水淬方式進(jìn)行淬火。淬火過程中，當(dāng)淬火馬氏體數(shù)量增加時，這種亞穩(wěn)態(tài)的馬氏體脆性極高，有潛在開裂的風(fēng)險(xiǎn)，且這種亞穩(wěn)態(tài)馬氏體在室溫條件下，也會隨時間發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)等不同程度的變化，因此，需要立即回火。在280℃保溫3小時完成低溫回火，消除淬火后工件中殘余的內(nèi)應(yīng)力，同時實(shí)現(xiàn)淬火馬氏體與殘余奧氏體之間的碳擴(kuò)散。在介于m

s

和m

f

之間的溫度保溫，高濃度硅將阻礙馬氏體中過飽和碳形成滲碳體。因此，馬氏體中多余的碳擴(kuò)散進(jìn)入具有更高溶碳量的面心立方殘余奧氏體中，冷卻至室溫可獲得更加穩(wěn)定的富碳奧氏體。

13.本發(fā)明所述槽幫鑄鋼件熱處理工藝采用隨爐升溫的方式加熱鑄件、分級固溶加淬火的方式進(jìn)行淬火、立即低溫回火的方式進(jìn)行回火，本發(fā)明方法所得槽幫鑄鋼件的抗拉強(qiáng)度達(dá)1506mpa以上、斷后伸長率達(dá)20%以上，平均硬度達(dá)到534.83 hv0.5以上。槽幫鑄件既滿足強(qiáng)度和硬度的要求，同時也大幅提高了鑄鋼件的塑韌性。采用本發(fā)明方法處理的槽幫鑄鋼件實(shí)現(xiàn)了槽幫材料強(qiáng)度、塑韌性、硬度、耐磨性的最佳匹配，節(jié)省了槽幫的維修成本與生產(chǎn)時間，降低了槽幫焊裂的風(fēng)險(xiǎn)，提高了槽幫的使用壽命，具有很好的實(shí)際應(yīng)用價值。

附圖說明

14.圖1表示本發(fā)明的槽幫鑄鋼件的熱處理工藝流程圖。

15.圖2表示實(shí)施例1制得的高強(qiáng)韌槽幫鑄鋼件的om圖。

16.圖3表示對比例1鑄件的om圖。

17.圖4表示對比例2鑄件的om圖。

具體實(shí)施方式

18.為使本發(fā)明目的、工藝方案及優(yōu)點(diǎn)更為清晰，現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)解釋。應(yīng)當(dāng)理解，所述的具體實(shí)施例僅是對本發(fā)明的某些特殊方面、特定性和實(shí)施方案的解釋，并不用于限制本發(fā)明。

19.本發(fā)明實(shí)施例中，一種提高刮板運(yùn)輸機(jī)中部槽槽幫鑄鋼件強(qiáng)韌性的熱處理方法，其中，槽幫鑄鋼含有c、si、mn、p、s、cr、mo、al，各元素質(zhì)量百分含量為c：0.20~0.25%，si：0.40~0.55%，mn：1.7~1.9%，p：≤0.03%，s：≤0.03%，cr：0.4~0.6%，mo：0.3~0.5%，al：≤0.05%，re稀土：0.01%，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)元素。

20.實(shí)施例1一種槽幫鑄鋼件的熱處理工藝，步驟如下：淬火：將鑄鋼試樣由室溫置于熱處理爐中，隨爐升溫（升溫速率為5~10℃/min）至860℃，保溫1小時，然后升溫（升溫速率為5~10℃/min）至900℃，保溫3小時，出爐水淬；回火：立即將淬火后鑄鋼試樣置于280℃的熱處理爐中，保溫3小時，出爐空冷。

21.所得槽幫鑄鋼件如圖2。

22.由圖2可以看出鑄鋼組織主要由細(xì)小、均勻分布的板條馬氏體與奧氏體組成，細(xì)小板條馬氏體為槽幫鑄鋼提供了高強(qiáng)度、高硬度，其間分布的細(xì)小均勻奧氏體為槽幫鑄鋼提供了良好的塑韌性，實(shí)現(xiàn)了槽幫鑄鋼強(qiáng)度、硬度、塑韌性的高度配合。

23.對比例1本對比例的槽幫鑄鋼件的熱處理工藝，步驟如下：淬火：將鑄鋼試樣置于熱處理爐中，隨爐升溫（升溫速率為5~10℃/min）至860℃，保溫1小時，然后升溫（升溫速率為5~10℃/min）至900℃，保溫3小時，出爐水淬；回火：立即將淬火后鑄鋼試樣置于280℃的熱處理爐中，保溫6小時，出爐空冷。

24.對比例2本對比例的槽幫鑄鋼件的熱處理工藝，步驟如下：淬火：將鑄鋼試樣置于熱處理爐中，隨爐升溫（升溫速率為5~10℃/min）至860℃，保溫1小時，然后升溫（升溫速率為5~10℃/min）至900℃，保溫3小時，出爐水淬；回火：將淬火后的鑄鋼試樣在空氣中靜置5小時候后放入280℃的熱處理爐中，保溫3小時，出爐空冷。

25.將實(shí)施例1與對比例1、2所得槽幫鑄件的機(jī)械性能進(jìn)行對比，其中，表1為槽幫鑄件經(jīng)過不同熱處理工藝的機(jī)械性能。

26.表1槽幫鑄件經(jīng)過不同熱處理工藝的力學(xué)性能

從表1中可以看出，實(shí)施例1具有優(yōu)異的強(qiáng)度、塑性以及硬度。其中對比例1、2的強(qiáng)度不及實(shí)施例1，原因?yàn)椋簩Ρ壤?中回火保溫時間過長，馬氏體中過飽和的碳以碳化物顆粒形式大量析出并在局部團(tuán)聚，導(dǎo)致回火馬氏體的硬度、強(qiáng)度顯著降低，合金的強(qiáng)度、塑性、硬度下降；對比例2中淬火與回火工藝間隔時間過長，淬火后槽幫鑄鋼內(nèi)部為亞穩(wěn)態(tài)馬氏體組織且有較大的殘余內(nèi)應(yīng)力，相變與內(nèi)應(yīng)力兩者疊加使組織變形增加易于開裂，導(dǎo)致強(qiáng)度降低。

27.本發(fā)明方法以分級固溶淬火、立即回火的方法代替原有正火、淬火+回火調(diào)質(zhì)的方法，最大限度地控制奧氏體化溫度、固溶溫度、回火溫度與時間，在對碳及合金元素分布進(jìn)行有效控制的同時、細(xì)化奧氏體晶粒，獲得細(xì)小均勻的板條狀馬氏體及少量穩(wěn)定的殘余奧氏體組織，所得鑄件既滿足強(qiáng)度和硬度要求，同時大幅提高了鑄件的塑韌性，降低了鑄件焊裂的風(fēng)險(xiǎn)與維修成本，提高了鑄件的使用壽命，同時節(jié)省能耗、縮短生產(chǎn)時間，顯著降低生產(chǎn)成本。

28.以上所述的實(shí)施例僅是對本發(fā)明的特殊性進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種修改、等同替換和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。

29.另外，對于本發(fā)明中的數(shù)值范圍，應(yīng)理解為還具體公開了該范圍的上限和下限之間的每個中間值。在任何陳述值或陳述范圍內(nèi)的中間值以及任何其他陳述值或在所述范圍內(nèi)的中間值之間的每個較小的范圍也包括在本發(fā)明內(nèi)。這些較小范圍的上限和下限可獨(dú)立地包括或排除在范圍內(nèi)。

30.除非另有說明，否則本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有本發(fā)明所述領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)人員通常理解的相同含義。關(guān)于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均為開放性的用語，即意指包含但不限于。技術(shù)特征：

1.一種提高刮板運(yùn)輸機(jī)中部槽槽幫鑄鋼件強(qiáng)韌性的熱處理方法，其特征在于：對槽幫鑄鋼在850~870℃和890~910℃的分級固溶下進(jìn)行淬火，之后在270~290℃的溫度下進(jìn)行回火。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高刮板運(yùn)輸機(jī)中部槽槽幫鑄鋼件強(qiáng)韌性的熱處理方法，其特征在于：淬火工藝為將槽幫鑄鋼放置于熱處理爐中，由室溫以每分鐘5~10℃的速度隨爐升溫至850~870℃，保溫0.5~1小時，然后以每分鐘5~10℃的速度升溫至890~910℃，保溫2.5~3小時，水淬。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種提高刮板運(yùn)輸機(jī)中部槽槽幫鑄鋼件強(qiáng)韌性的熱處理方法，其特征在于：回火工藝為將淬火后試樣立即放置于270~290℃的熱處理爐中，保溫2.5~3小時，空冷。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種提高刮板運(yùn)輸機(jī)中部槽槽幫鑄鋼件強(qiáng)韌性的熱處理方法，其特征在于：槽幫鑄鋼含有c、si、mn、p、s、cr、mo、al，各元素質(zhì)量百分含量為c：0.20~0.25%，si：0.40~0.55%，mn：1.7~1.9%，p：≤0.03%，s：≤0.03%，cr：0.4~0.6%，mo：0.3~0.5%，al：≤0.05%，re稀土：0.01%，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)元素。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種提高刮板運(yùn)輸機(jī)中部槽槽幫鑄鋼件強(qiáng)韌性的熱處理方法，其特征在于：此發(fā)明方法所得槽幫鑄鋼的抗拉強(qiáng)度達(dá)1506mpa以上、斷后伸長率達(dá)20%以上，平均硬度達(dá)到534.83 hv0.5以上。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開一種提高刮板運(yùn)輸機(jī)中部槽槽幫鑄鋼件強(qiáng)韌性的熱處理方法，將槽幫鑄鋼隨爐升溫至850~870℃保溫0.5~1h，然后升溫至890~910℃保溫2.5~3h后水淬；立即在270~290℃保溫2.5~3h，空冷。槽幫鑄鋼化學(xué)成分按重量百分含量為C：0.20~0.25；Si：0.40~0.55；Mn：1.7~1.9；P：≤0.03；S：≤0.03；Cr：0.4~0.6；Mo：0.3~0.5；Al：≤0.05；RE稀土：0.01；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。該工藝實(shí)現(xiàn)槽幫材料強(qiáng)度、塑韌性、硬度、耐磨性的最佳匹配，降低槽幫鑄鋼的焊裂風(fēng)險(xiǎn)，提高槽幫鑄鋼的使用壽命，節(jié)省槽幫的維修成本與生產(chǎn)時間。修成本與生產(chǎn)時間。修成本與生產(chǎn)時間。

技術(shù)研發(fā)人員：邊麗萍 韓紹杰 梁偉 任忠凱 劉江林 梁建國

受保護(hù)的技術(shù)使用者：太原理工大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2021.07.02

技術(shù)公布日：2021/10/8