一种高强高韧性耐磨铸钢材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高强高韧性耐磨铸钢材料及其制备方法，属于高性能新材料的开发及工艺制备的技术领域。
【背景技术】
[0002]刮板输送机是煤炭综采工作面的主要运输设备，也是采煤机运行轨道和液压支架的配套设备，因其具有结构强度高，运输能力大，既能弯曲，又便于推移等优点，所以在煤炭生产中得到了广泛应用。中部槽是刮板输送机的主要部件，质量占刮板输送机总质量的70%以上。刮板输送机的失效，主要是由于中部槽的过度磨损或断裂引起的，因此其使用量和消耗量较大。据不完全统计，因中部槽设计强度不够或制造缺陷造成断裂的现象时有发生，我国每年因此失效的中部槽达数十万节，造成了资源的浪费，严重制约了煤矿的生产。
[0003]中部槽是由两个槽帮、中板和底板通过组焊的方式构成。在使用过程中是物料的承载部分，运行过程中不仅承受煤、刮板和链条的剧烈摩擦，而且还承受采煤机的运行负荷，推、拉液压支架的侧向力和纵向力，大块煤、岩石卡死在槽中时的挤压、冲击力等。以上恶劣工况，造成中部槽的损坏形式除铲面磨损外，还有槽体的变形、断裂以及凸凹端连接件的损坏等，占整机失效率的40%，其使用寿命是衡量整机使用寿命的重要指标。
[0004]目前所使用的槽帮材料为ZG20CrSiMoMn，随着国内外刮板输送机不断向大运量、长运距、大功率、长寿命与高可靠性方向发展，对高性能刮板输送机槽帮的研发提出了更高的要求。因此，针对其恶劣的工况条件进行分析，尽快研制出耐磨性能优越、抗弯曲、拉伸性能好、抗撕裂、耐冲击、易施工、摩擦阻力小的耐磨材料，对提高中部槽的使用寿命和可靠性，具有重要意义。
【发明内容】
[0005]本发明为解决目前槽帮材料成本较高，耐磨损性及强韧性性能不足等技术问题，提供一种尚强尚初性耐磨铸钢材料及制备方法。
[000?]本发明所述的一种尚强尚初性耐磨铸钢材料是米用以下技术方案实现的:一种尚强高韧性耐磨铸钢材料，其化学成分为:C: 0.17-0.22wt%，Si: <0.35wt%，Mn:1.0-1.2wt%，P<0.025wt%，S < 0.025wt%，Cr:0.9-1.lwt%，Mo:0.2-0.3wt%，Nb:0.02-0.035wt%，B:0.003-
0.004wt%;余量为Fe及不可避免的杂质;在上述化学原料的基础上再加入RE，其中RE的加入量占上述化学原料质量的0.02-0.05 wt%0
[0007]本发明所述的一种高强高韧性耐磨铸钢材料的制备方法是采用以下技术方案实现的:按照高强高韧性耐磨铸钢材料的化学成分准备化学物质材料，使用的化学物质材料包括:废钢、生铁、铬铁合金、锰铁合金、硅铁合金、钼铁合金、铌铁合金、硼铁合金及混合稀土；
包括以下步骤:
(I)精选化学物质材料对使用的化学物质材料质量纯度控制如下，其中的杂质含量均要低于规定的质量百分比:
铬铁合金:固态固体0.2 %
锰铁合金:固态固体0.2 %
硅铁合金:固态固体0.2 %
钼铁合金:固态固体0.2 %
铌铁合金:固态固体0.2 %
硼铁合金:固态固体0.2 %
混合稀土:固态固体0.2 %
(2)冶炼
将废钢、生铁、铬铁合金和钼铁合金混合加热熔化，熔清后加入硅铁合金和锰铁合金预脱氧和合金化；炉前调整成分合格后将温度升至1650°C以上，加入铌铁合金和硼铁合金终脱氧和合金化，而后出炉；将混合稀土破碎至粒度小于25mm的小块，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理;变质处理后，将钢水在普通铸型中浇注成铸件；
(3)铸造
铸造主要包括以下步骤:浇注成铸件，在冒口上撒些冒口保温剂，型中冷却，开箱，去砂，铸件冷却，切除冒口；
(4)热处理
铸件正火:920±3°C，
铸件淬火:820±3°C，
铸件回火:550±3°C;
得到高强高韧性耐磨铸钢材料。
[0008]本发明与【背景技术】相比具有明显的先进性，是针对槽帮在运行过程中不仅承受煤、刮板和链条的剧烈摩擦，而且还承受采煤机的运行负荷，推、拉液压支架的侧向力和纵向力，大块煤、岩石卡死在槽中时的挤压、冲击力等恶劣工况，设计开发的一种经济型高强高韧性耐磨铸钢材料。其成分特点是以低碳钢为基体，添加微合金元素Nb、B等使其微合金化，化学成分为:C: 0.17-0.22wt%，Si: < 0.35wt%，Mn:1.0-1.2wt%，P < 0.025wt%，S <
0.025wt%，Cr:0.9-1.lwt%,Mo:0.2-0.3wt%，Nb:0.02-0.035wt%,B:0.003-0.004wt%;余量为Fe及不可避免的杂质；在上述化学原料的基础上再加入RE，其中RE的加入量占上述化学原料质量的0.02-0.05 wt%。其中RE不是最终样品中的保留的含量，而是以前述多种化学成分为基准加入的。冶炼上将废钢、生铁、铬铁合金和钼铁合金混合加热熔化，熔清后加入硅铁合金和锰铁合金预脱氧和合金化;炉前调整成分合格后将温度升至1650°C以上，加入铌铁合金和硼铁合金终脱氧和合金化，而后出炉;将混合稀土破碎至粒度小于25mm的小块，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理;变质处理后，将钢水在普通铸型中浇注成铸件;热处理工艺上通过均匀化正火处理、亚温淬火及高温回火热处理方法，以大幅度提高新材料的综合力学性能和耐磨损性能。
[0009]进一步的，冶炼上采用电弧炉冶炼、LF钢包炉外精炼及氩气搅拌技术，热处理工艺上通过均匀化正火、临界淬火及高温回火热处理方法。上述方法能够有效提高合金收得率、钢液的纯净度、均匀度与晶粒细化程度。
[0010]本发明的目的是针对【背景技术】的不足，发明了一种高性能新铸钢材料，其性能指标可以达到:抗拉强度Rm^ 900MPa;断裂延伸率A 2 16%;冲击吸收功Aku^ 32J;布氏硬度HB300-320 ο耐磨损性能:失重1.55 ± 0.03g;失重率15.5 ± 0.3mg/m。此制备方法易生产、低成本、高性能。可在矿山、能源、交通、农机、工程机械等行业中实现批量生产应用。
【附图说明】
[0011]图1热处理工艺图。
[0012]图2为样品金相组织结构图。
【具体实施方式】
[0013]一种高强高韧性耐磨铸钢材料，所述高强高韧性耐磨铸钢材料的化学成分为:C:
0.17-0.22界七％(可选择0.17 wt%、0.19 wt%、0.21 wt%、0.22 wt%)，S1: < 0.35wt%，Mn:1.0-1.2wt%(可选择 1.0 wt%、l.l wt%、1.2 wt%) , P < 0.025wt%, S < 0.025wt%, Cr: 0.9-1.lwt%(可选择0.9 wt%、1.0 wt%、l.l 界七％)，]?0:0.2-0.3￥七％，恥:0.02-0.035￥七％(可选择0.02￥七％、0.025wt%、0.030wt%、0.035wt%),B:0.003-0.004wt%(可选择0.003 wt%、0.0035 wt%、0.004wt%);余量为Fe及不可避免的杂质;在上述化学原料的基础上再加入稀土RE，其中稀土RE的加入量占上述化学原料质量的0.02-0.05 wt%(0.02wt%、0.03wt%、0.04wt%、0.05wt%)。
[0014]实施例1一种高强高韧性耐磨铸钢材料及制备方法，采用以下原料:废钢、生铁、铬铁合金、锰铁合金、硅铁合金、钼铁合金、铌铁合金、硼铁合金及混合稀土等；
包括以下步骤:
(1)精选化学物质材料
对使用的化学物质材料质量纯度控制如下(杂质含量低于):