一種采煤機械用高強度鑄鋼件的鑄造生產方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鑄造技術領域，特別涉及一種采煤機械用高強度鑄鋼件的鑄造生產方法。
【背景技術】
[0002]米煤機是一個集機械、電氣和液壓為一體的大型復雜系統，在高沖擊的惡劣環境下工作，長時間受到礦石的沖擊，因此對與其配套的鑄鋼件產品，質量要求較高，一般要求鑄件100%進行磁粉探傷(MT)和超聲波探傷(UT)檢測，鑄件表面不允許有線型缺陷、縮松、冷疤、裂紋等。對機械性能及內部組織要求非常高，尤其是高端綜采區的設備鑄件。如果采煤機在工作中出現故障將會導致整個采煤工作的中斷，造成經濟損失。
[0003]這種高性能采煤機產品，除了材料選用要合理外，重點就是如何通過合適的熱處理工藝，將材料自身的性能發揮到最大，而作為鑄件產品，則還需要同時兼顧鑄件不開裂，不變形。本發明所涉及的產品鑄件輪廓尺寸最大為3500 X 1200 X 1100mm，壁厚最薄320mm，最厚200mm，多有腔體和筋板平面，壁厚比變化大，R角小。鑄件材料的常溫力學性能要求抗拉強度2 850MPa，屈服強度2 700MPa，延伸率2 15%，斷面收縮率2 40%，布氏硬度260?300HB，金屬夏比U型缺口沖擊功2 40J。從常溫力學性能來看，要求鑄件具備高強度的同時必須具有較好的塑韌性。另外還有高的抗疲勞性這一潛在性能要求。
[0004]該類型鑄件在以往生產中，采用傳統的正火風冷的方式，因為從鑄件高溫狀態風冷到低溫狀態，冷卻速度相對緩慢柔和，所以鑄件應力相對較小。因而鑄件變形小也不易發生開裂，但力學性能中強度和硬度較低，達不到目前的高強度要求。如果采用淬火，一般傳統淬火介質選用水或者油，采用水淬，各項力學性能指標能達到要求，但鑄件變形大且易開裂;采用油淬，鑄件變形相對水淬要小些，也不易開裂，但油淬后鑄件的強度和硬度偏下限，易發生力學性能不符合的情況，另外，采用油淬，油煙大，且容易著火，環境污染大，淬火后的鑄件回火前還需要清洗等，增加額外的生產成本。
【發明內容】
[0005]本發明針對現有技術中采煤機械用高強度鑄鋼件的使用及性能要求，提供一種采煤機械用高強度鑄鋼件的鑄造生產方法，以滿足該類鑄件的高強度、高塑韌性，且變形小不易不開裂的要求。
[0006]本發明的目的是這樣實現的，一種采煤機械用高強度鑄鋼件的鑄造生產方法，鑄鋼件材料包括如下質量組份的各元素，c%:0.23-0.27、Si%:0.25-0.40、Mn%:1.00-1.20、P%
<0.015、S%< 0.010、Cr%:0.5?0.6、Μο%:0.30?0.4、Ni%:0.6?0.9，其中，殘余元素Sn <
0.030%, Sb < 0.005% ,Pb< 0.002% ,As<0.03%，余量為鐵和不可避免的雜質;所述鑄鋼件材料的碳當量Ceq=0.61-0.75，所述鑄鋼件材料冶煉時采用EAF電爐熔煉、LF鋼包精煉+真空脫氣VOD熔煉工藝使出鋼水前鋼水中的氧活性< 10ppm，H含量<2ppm;將熔煉后成分符合要求的鋼水進行澆注，澆注后的鑄鋼件升溫至840?880°C后進行淬火處理，然后再升溫至600?640 °C進行回火處理。
[0007]本發明的鑄造生產方法，從合理控制鑄件的材料成分入手，確立合適的化學成分控制范圍及碳當量和較低的殘余元素含量。鋼水熔煉時，控制氧活性和氫含量，采淬火加高溫回火相調配的熱處理工藝，防止鑄件淬火開裂的情況下，最終實現了鑄件高強度，高塑韌性的力學性能。
[0008]為合理控制本發明鑄件的材料成分，所述碳當量按Ceq= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，其中式中的元素符合代素百分含量。
[0009]為合理控制本發明鑄件的材料成分，電弧爐EAF冶煉時，采用投料一熔化一吹氧一還原的熔煉工藝，投料時先在爐底加入鋼水重量5.5-6.0%的石灰石，然后加入重量比為廢鋼50%、生鐵20%、鉻鉬返回料30%進行熔煉，使出鋼前C含量為0.23-0.25、％，S含量< 0.005% ；在鋼水溫度大于1550°C時測量鋼水氧活性，然后將鋼水轉入鋼包精煉爐中，若氧活性>lOppm，加入0.5?lkg/t鋼招粒和0.5?lkg/t娃|丐進行還原，使氧活性< lOppm，當鋼水溫度?1550°C后，進行取樣分析，并調整鋼水中合金元素的含量，使其化學成分達到設計要求，同時控制鋼水中S的百分含量小于0.03%;再將鋼水轉入真空脫氣爐中進行VD冶煉，所述VD冶煉時，將爐內真空度抽至60Pa以下，并保持15—30min，使H含量小于2 ppm。
[0010]為防止澆注時二次氧化，避免鋼水中的氧含量超標，熔煉后的鋼水進行澆注時，對澆注的澆包及鑄件型腔采用吹氬氣保護，具體為，在澆包的澆口四角底部設置氬氣通入裝置，澆注時鑄件的型腔設置吹氬氣裝置，以防止鋼液與空氣接觸氧化。
[0011 ]為保證鑄鋼件的機械性能，澆注后的鑄鋼件打箱后進行淬火處理工藝為:將鑄鋼件平整地裝到熱處理爐內，以65—75°C/h的升溫速度，將鑄件均勻升溫至840?880 V，然后保溫TI時間，保溫時間Tl按lmin/mm*最大壁厚+1?3h計算得出，保溫結束后，將鑄件移出熱處理爐，當鑄件整體溫度降至740?780 °C時，將鑄件浸入裝有PAG淬火液的淬火槽中，鑄件在淬火槽中持續冷卻，待鑄件最高溫度降至200?250°C時，將鑄件從淬火槽中吊出并在靜止空氣中繼續自然冷卻；當鑄件溫度降至100?150°C后再次移入熱處理爐進行回火處理，進爐后以50—60 0C /h的升溫速度將鑄件再次加熱至600?640 V后保溫T2時間，保溫時間T2按照I?2min/mm*鑄件最大壁厚+1?3h計算得出，保溫結束后將鑄件以50—60°C/h的速度隨爐緩慢冷卻至<2000C時出爐，最后在空氣中自然冷卻。
[0012]為使鑄鋼件在熱處理爐內受熱均勻，所述熱處理爐為自動控溫的臺式熱處理爐，所述熱處理爐內設有用于放置鑄件的墊鐵，所述鑄件置于熱處理爐前，平整的放置在一便于吊運的托盤上，并用楔鐵將鑄件底部與托盤之間的接觸間隙填實，鑄件及托盤吊運至熱處理爐內墊鐵上時，將墊鐵與托盤之間的間隙也用楔鐵填實。
[0013]為便于實現鑄鋼件淬火處理后速冷的要求，淬火處理過程中，鑄件移入裝有PAG淬火液的淬火槽內后，所述PAG淬火液的溫度通過攪拌和循環冷卻的方式保持在20—40°C。
[0014]本發明的上述采煤機械用高強度鑄鋼件的鑄造生產方法，從鑄件的材料成分入手，確立合適的化學成分控制范圍及碳當量，并采用先進的冶煉技術和控制手段，使殘余元素含量較低。采用PAG淬火液替代傳統風冷或者水冷或油冷，再加上合理的高溫回火調配，從而在防止鑄件淬火開裂的情況下，最終實現了鑄件高強度，高塑韌性的力學性能。經過批量生產驗證，力學性能中抗拉強度為900?100MPa，屈服強度為750?850MPa，延伸率為17?21%，斷面收縮率為45?54%，布氏硬度為260?300HB，金屬夏比U型缺口沖擊功為50?80 J。同時鑄件在熱處理的過程中沒有發生開裂和明顯的變形。因此，采用本發明方法，簡單易行，可操作性強，能實現采煤機械用高強度鑄鋼件批量生產，同時對其它同類材質鑄件的生產也具有指導意義。
【具體實施方式】
[0015]實施例1
本實施例的采煤機械用高強度鑄鋼件的鑄造生產方法生產的鑄件為鑄件為行走箱的殼體鑄件，該鑄件的輪廓尺寸為1374*1380*1025mm，最薄壁厚為25mm，最大壁厚為80mm，鑄件重量約1.3t。首先鋼水熔煉時采用電弧爐EAF冶煉，采用投料一熔化一吹氧一還原的熔煉工藝，投料時先在爐底加入鋼水重量6.0%的石灰石，然后加入重量比為廢鋼50%、生鐵20%、鉻鉬返回料30%進行熔煉，使出鋼前C含量為0.23-0.25、％，S含量< 0.005%;在鋼水溫度大于1550°C時測量鋼水氧活性，然后將鋼水轉入鋼包精煉爐中，若氧活性>lOppm，加入0.5?lkg/t鋼招粒和0.5~11^/1:娃|丐進行還原，使氧活性< 1ppm,當鋼水溫度2 1550°C后，進行取樣分析，并調整鋼水中合金元素的含量，各元素的含量為0%: 0.25、Si%: 0.30、Mn%: 1.1O、P%:0.010、Cr%:0.55、Mo%:0.33、Ni%:0.7，Sn < 0.030%,Sb< 0.005%,Pb< 0.002%,As<
0.03%，余量為鐵和不可避免的雜質，同時控制鋼水中S的百分含量小于0.003%;再將鋼水轉入真空脫氣爐中進行VD冶煉，VD冶煉時，將爐內真空度抽至60Pa以下，并保持15min，使H含量小于2 ppm。熔煉后的鋼水進行行走箱殼體鑄件的澆注，對澆注的澆包及鑄件型腔采用吹氬氣保護，具體為，在澆包的澆口四角底部設置氬氣通入裝置，澆注時鑄件的型腔設備吹氬氣裝置，以防止鋼液與空氣接觸氧化。澆注后的鑄鋼件打箱后進行淬火處理工藝為:將鑄鋼件平整地裝到熱處理爐內，本方法采用的熱處理爐為自動控溫的臺式熱處理爐，熱處理爐內設有用于放置鑄件的墊鐵，鑄件置于熱處理爐前，平整的放置在一便于吊運的托盤上，并將鑄件底部與托盤之間的接觸間隙用楔鐵填實，鑄件及托盤吊運至熱處理爐內墊鐵上時，將墊鐵與托盤之間的間隙也用楔鐵填實，以保證鑄件在熱處理爐內均勻加熱升溫。鑄件進爐后，以65°C/h的升溫速度，將鑄件均勻升溫至850°C，然后保溫3.3h，保溫結束后，將鑄件移出熱處理爐，當鑄件整體溫度降至740?745°C時，將鑄件浸入裝有PAG淬火液的淬火槽中，鑄件在淬火槽中持續冷卻，冷卻時，通過攪拌和循環冷卻的方式保持PAG淬火液的溫度在20—40°C范圍內以加速鑄件冷卻。待鑄件最高溫度降至200°C時，將鑄件從淬火槽中吊出并在靜止空氣中繼續自然冷卻；當鑄件溫度降至100°C后再次移入熱處理爐進行回火處理，以進爐后以50°C/h的升溫速度將鑄件再次加熱至600°C后進行保溫4h，保溫結束后鑄件以500C/h的速度隨爐緩慢冷卻至<2000C時出爐，最后在空氣中自然冷卻。
[0016]經檢測該行走箱殼體鑄件的抗拉強度為971MPa，屈服強度為824MPa，延伸率為19%，斷面收縮率為52%，布氏硬度為289HB，金屬夏比U型缺口沖擊功為59J。
[0017]實施例2
本實施例的采煤機械用高強度鑄