一種疏浚挖泥船鉸刀齒及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種疏浚挖泥船鉸刀齒及其制備方法，解決了現(xiàn)有的疏浚挖泥船鉸刀齒耐磨性能及抗沖擊性能欠佳的問題。所述鉸刀齒含有下列重量百分比的化學(xué)成分：C：0.25-0.28％，Mn：0.70-1.10％，Si：1.30-1.60％，Cr：1.50-1.70％，Nb：0.07-0.12％，S≤0.040％，P≤0.070％，余量為Fe。上述鉸刀齒的制備方法包括澆注鉸刀齒工藝和熱處理工藝兩個(gè)步驟。本發(fā)明所述鉸刀尺的抗拉強(qiáng)度為1600-1730MPa，伸長率為5-7％，V型缺口沖擊韌性為23-28J/cm2，硬度HRC50-52。本發(fā)明所述鉸刀齒其機(jī)械性能穩(wěn)定，強(qiáng)度高，沖擊韌性好，耐磨性能優(yōu)異，使用壽命長，可大大降低疏浚作業(yè)中鉸刀齒的更換和維修次數(shù)，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。
【專利說明】一種疏浚挖泥船鉸刀齒及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬耐磨材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種疏浚挖泥船鉸刀齒及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]疏浚挖泥船鉸刀齒主要用于江、河、港口等進(jìn)行疏浚施工的挖泥船上，主要承擔(dān)淤泥礫石的開挖任務(wù)，它是疏浚工程施工中使用廣泛且磨損最嚴(yán)重的零件，特別是在復(fù)雜磨料磨損工況條件下，每年的易磨損件消耗量相當(dāng)驚人。鉸刀齒因其在水下作業(yè)，工況條件相當(dāng)復(fù)雜，這就要求鉸刀齒材質(zhì)必須具有較高的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，較高的硬度和足夠的韌性相配合。國內(nèi)的大型挖泥船鉸刀尺仍需要進(jìn)口，生產(chǎn)成本較高。而國內(nèi)目前使用的鉸刀齒主要是高錳鋼、奧-貝球鐵(ADI)以及高鉻鑄鐵。在已知的高錳鋼現(xiàn)有技術(shù)中，例如200610134360.6的“超高性能耐磨高硅鋼及其生產(chǎn)方法”，其化學(xué)成分按重量百分比為:C:1.00-1.50%, Mn:10.5-20.0%, S1:0.30-0.80%, Cr:1.30-2.80%, S ≤ 0.040%,P^0.070%, T1:0.06-0.20%, V:0.10-0.40%, B:0.002-0.010%, Mg:0.06-0.30%, RE:
0.08-0.40%，N:0.05-0.20%，余量為Fe。高錳鋼的優(yōu)點(diǎn)是使用于重負(fù)荷沖擊磨損條件，而在疏浚挖泥船鉸刀齒等水下中等或低沖擊負(fù)荷條件下的磨損，高錳鋼會因加工硬化不足而大大降低其沖擊耐磨性能；且高錳鋼的屈服強(qiáng)度低，初始硬度低，磨損較快，變形嚴(yán)重而造成拆卸維修困難，這些產(chǎn)品使用壽命低，耗材嚴(yán)重。而奧-貝球鐵和高鉻鑄鐵的韌性低，沖擊韌性偏低，在開挖巖石等較硬材質(zhì)的過程中容易脆斷，不適應(yīng)于有較大沖擊的磨損領(lǐng)域，生產(chǎn)成本較高。
[0003]經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，楊慧鵬在大型鑄鍛件3 (1992) P47-49上發(fā)表的“挖泥船鉸刀鑄鋼件的整體鑄造” 一文中介紹了用組芯法生產(chǎn)挖泥船鉸刀鑄鋼件的整體鑄造工藝，但未提及鉸刀齒的成分及整個(gè)制備工藝流程及內(nèi)容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種綜合性能優(yōu)異的疏浚挖泥船鉸刀齒及其制備方法，通過控制鉸刀齒的化學(xué)成分、選定合理的燒注工藝及熱處理工藝制備疏浚挖泥船鉸刀齒，解決了現(xiàn)有的疏浚挖泥船鉸刀齒耐磨性能及抗沖擊性能欠佳的問題。該鉸刀齒具有淬透性高，高強(qiáng)韌，耐磨損，成本低等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種疏浚挖泥船鉸刀齒，含有下列重量百分比的化學(xué)成分:C:0.25-0.28 %，Mn:0.70-1.10 %, S1:1.30-1.60 %, Cr:1.50-1.70 %, Nb:0.07-0.12 %, S ^ 0.040 %,P≤0.070%，余量為Fe。
[0007]上述鉸刀齒當(dāng)Nb的含量為0.07-0.12%時(shí)，還可以含有稀土元素Ce或Y，其含量為 0.03-0.05%。
[0008]本發(fā)明的疏浚挖泥船鉸刀齒含有一定量的Nb和/或RE，穩(wěn)定奧氏體組織，細(xì)化了鋼的晶粒，提高淬透性，提高鋼的強(qiáng)度和韌性。[0009]一種上述疏浚挖泥船鉸刀齒的制備方法，包括澆注鉸刀齒工藝和熱處理工藝兩個(gè)步驟，具體步驟如下:
[0010]一、澆注鉸刀齒工藝:先將生鐵、廢鋼和各種鐵合金加入感應(yīng)熔煉爐或電弧熔煉爐熔煉合金鑄鋼，其合金鑄鋼的成分如以上所述；其采用砂?；驑渲澳ｈT造，鋼水開澆溫度為1550-1600°c，澆注完成后鑄件緩冷到室溫脫模。
[0011]二、熱處理工藝:(I)鉸刀齒澆注脫模后首先進(jìn)行整體退火，控制加熱溫度在200°C 以下為 70-90°C / 小時(shí)，300°C 以上為 150_180°C / 小時(shí)，在 970_1050°C保溫 2-3 小時(shí)，爐冷至300°C取出空冷至室溫；(2)然后去除澆冒口及表面氧化皮后置入輝光離子滲氮爐中進(jìn)行低溫滲氮處理，滲氮溫度為480-560°C，保溫6-8小時(shí)，NH3流量0.4-0.6m3/h，真空度800-1000Pa，隨爐冷卻到室溫；(3)再將滲氮處理后的鉸刀齒以100_120°C /h加熱至880-930°C保溫1-3小時(shí)，然后由爐中取出冷待3_5秒后，放入恒溫160_200°C的硝酸鹽熔鹽中進(jìn)行淬火，保溫1-2小時(shí)后取出水冷至室溫，再以100-120°C /h加熱至400-450°C進(jìn)行鉸刀齒整體回火處理，保溫20-30分鐘后油淬至室溫。
[0012]本發(fā)明所述用于疏浚行業(yè)中的鉸刀齒，其淬透性好，熱處理工藝簡單可行，熱處理后的鉸刀齒內(nèi)部具有馬氏體和殘余奧氏體的雙相組織，納米級碳化物彌散其中，組織細(xì)化均勻，其具有高強(qiáng)度硬度的同時(shí)又保持了良好的韌性，表面經(jīng)滲氮處理后進(jìn)一步提高了耐磨性。本發(fā)明所述鉸刀尺的抗拉強(qiáng)度為1600-1730MPa，伸長率為5-7%，V型缺口沖擊韌性為23-28J/cm2，硬度HRC50-52，整體綜合性能和使用壽命優(yōu)異。本發(fā)明所述鉸刀齒其機(jī)械性能穩(wěn)定，強(qiáng)度高，沖擊韌性好，耐磨性能優(yōu)異，使用壽命長，可大大降低疏浚作業(yè)中鉸刀齒的更換和維修次數(shù)，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。 [0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0014]1、優(yōu)化了鉸刀齒的化學(xué)成分，解決了高強(qiáng)硬和強(qiáng)韌性之間的矛盾，耐磨性能優(yōu)異，提聞了絞刀齒的使用壽命。
[0015]2、熱處理工藝容易操作，鉸刀齒組織容易控制且穩(wěn)定，無變形開裂傾向。
[0016]3、本發(fā)明鉸刀齒的抗拉強(qiáng)度為1600_1730MPa，伸長率為4.5_7%，V型缺口沖擊韌性為26-30J/cm2，硬度HRC50-52，其機(jī)械性能穩(wěn)定，強(qiáng)度高，韌性好，耐磨性能優(yōu)異。
[0017]本發(fā)明鉸刀齒生產(chǎn)工藝簡單，使用壽命較長，降低了疏浚作業(yè)中鉸刀齒的更換和維修次數(shù)，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
[0019]實(shí)施例1:
[0020]本實(shí)施例以生產(chǎn)疏浚挖泥船鉸刀齒用鋼(5噸鋼水)為例，該鉸刀齒的化學(xué)成分為(重量百分比):C0.26%, Mn0.81%, Sil.34%, Crl.65%, Nb0.12%, S0.03%, P0.06%，余
量為Fe。
[0021]該鉸刀齒的制備方法為:鋼水開澆溫度為1580°C，砂模鑄造，澆注完成后鑄件緩冷到室溫脫模，脫模后進(jìn)行整體退火，控制加熱溫度在200°C以下為80°C /小時(shí)，3000C以上為160°C /小時(shí)，在1000°C保溫2小時(shí)，爐冷至300°C取出空冷至室溫。然后去除澆冒口及表面氧化皮后置入輝光離子滲氮爐中進(jìn)行低溫滲氮處理，滲氮溫度為520°C，保溫7小時(shí)，MV流量0.6m3/h，真空度lOOOPa，隨爐冷卻到室溫。再將滲氮處理后的鉸刀齒以120°C /h加熱至900°C保溫2小時(shí)，然后由爐中取出冷待3秒后，放入恒溫200°C的硝酸鹽熔鹽(按重量比為55% NaN03+45% KNO3)中進(jìn)行淬火，保溫1.5小時(shí)后取出水冷至室溫，再以110°C /h加熱至400°C進(jìn)行鉸刀齒整體回火處理，保溫30分鐘后油淬至室溫，即得疏浚挖泥船鉸刀齒。
[0022]該實(shí)施例鉸刀齒的力學(xué)性能如下:
[0023]室溫抗拉強(qiáng)度為1680MPa，伸長率為6.7%，V型缺口沖擊韌性為27J/cm2，硬度HRC51。
[0024]經(jīng)裝船試驗(yàn)，相同工況條件下，該鉸刀齒的使用壽命比國內(nèi)高錳鋼鉸刀齒提高40%，比荷蘭進(jìn)口鉸刀齒提高9%。
[0025]實(shí)施例2:
[0026]本實(shí)施例以生產(chǎn)高耐磨疏浚挖泥船鉸刀齒用鋼(3噸鋼水)為例，該鉸刀齒的化學(xué)成分為(重量百分比):C0.28%, Mn0.71%, Sil.60%, Crl.67%, Nb0.07%, Ce0.04%,S0.03%, P0.06%，余量為 Fe。
[0027]該鉸刀齒的制備方法為:鋼水開澆溫度為1580°C，砂模鑄造，澆注完成后鑄件緩冷到室溫脫模，脫 模后進(jìn)行整體退火，控制加熱溫度在200°C以下為70°C /小時(shí)，3000C以上為150°C /小時(shí)，在980°C保溫3小時(shí)，爐冷至300°C取出空冷至室溫。然后去除澆冒口及表面氧化皮后置入輝光離子滲氮爐中進(jìn)行低溫滲氮處理，滲氮溫度為560°C，保溫6小時(shí)，NH3流量0.5m3/h,真空度900Pa，隨爐冷卻到室溫。再將滲氮處理后的鉸刀齒以100°C /h加熱至910°C保溫3小時(shí)，然后由爐中取出冷待3秒后，放入恒溫180°C的硝酸鹽熔鹽中進(jìn)行淬火，保溫2小時(shí)后取出水冷至室溫，再以110°C /h加熱至440°C進(jìn)行鉸刀齒整體回火處理，保溫25分鐘后油淬至室溫，即得疏浚挖泥船鉸刀齒。
[0028]該實(shí)施例鉸刀齒的力學(xué)性能如下:
[0029]室溫抗拉強(qiáng)度為1710MPa，伸長率為5.5%，V型缺口沖擊韌性為26J/cm2，硬度HRC51。
[0030]經(jīng)裝船試驗(yàn)，相同工況條件下，該鉸刀齒的使用壽命比國內(nèi)高錳鋼鉸刀齒提高42%，比荷蘭進(jìn)口鉸刀齒提高10%。
[0031]實(shí)施例3:
[0032]本實(shí)施例以生產(chǎn)高耐磨疏浚挖泥船鉸刀齒用鋼(5噸鋼水)為例，該鉸刀齒的化學(xué)成分為(重量百分比):C0.27%, Mnl.05%, Sil.48%, Crl.60%, Nb0.11%, Y0.05%,S0.04%, P0.06%，余量為 Fe。
[0033]該鉸刀齒的制備方法為:鋼水開澆溫度為1550°C，砂模鑄造，澆注完成后鑄件緩冷到室溫脫模，脫模后進(jìn)行整體退火，控制加熱溫度在200°C以下為80°C /小時(shí)，3000C以上為150°C /小時(shí)，在1050°C保溫2小時(shí)，爐冷至300°C取出空冷至室溫。然后去除澆冒口及表面氧化皮后置入輝光離子滲氮爐中進(jìn)行低溫滲氮處理，滲氮溫度為480°C，保溫8小時(shí)，NH3流量0.6m3/h，真空度lOOOPa，隨爐冷卻到室溫。再將滲氮處理后的鉸刀齒以120°C /h加熱至880°C保溫3小時(shí)，然后由爐中取出冷待4秒后，放入恒溫200°C的硝酸鹽熔鹽中進(jìn)行淬火，保溫2小時(shí)后取出水冷至室溫，再以110°C/h加熱至450°C進(jìn)行鉸刀齒整體回火處理，保溫25分鐘后油淬至室溫，即得疏浚挖泥船鉸刀齒。
[0034]該實(shí)施例鉸刀齒的力學(xué)性能如下:
[0035]抗拉強(qiáng)度為1700MPa，伸長率為4.5%，V型缺口沖擊韌性為27J/cm2，硬度HRC52。
[0036]經(jīng)裝船試驗(yàn)，相同工況條件下，該鉸刀齒的使用壽命比國內(nèi)高錳鋼鉸刀齒提高42%，比荷蘭進(jìn) 口鉸刀齒提高10%。
【權(quán)利要求】
1.一種疏浚挖泥船鉸刀齒，其特征在于所述鉸刀齒含有下列重量百分比的化學(xué)成分:C:0.25-0.28%, Mn:0.70-1.10%, Si:1.30-1.60%, Cr:1.50-1.70%, Nb:0.07-0.12%,S ≤ 0.040%, P ( 0.070%，余量為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疏浚挖泥船鉸刀齒，其特征在于所述鉸刀齒還含有稀土元素Ce或Y,其重量含量為0.03-0.05 %。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疏浚挖泥船鉸刀齒，其特征在于所述鉸刀齒含有下列重量百分比的化學(xué)成分:C0.26%, Mn0.81%, Sil.34%, Crl.65%, Nb0.12%, S0.03%, P0.06%,余量為Fe。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疏浚挖泥船鉸刀齒，其特征在于所述鉸刀齒含有下列重量百分比的化學(xué)成分:C0.28%, Mn0.71%, Sil.60%, Crl.67%, Nb0.07%, Ce0.04%, S0.03%,P0.06%，余量為 Fe。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疏浚挖泥船鉸刀齒，其特征在于所述鉸刀齒含有下列重量百分比的化學(xué)成分:C0.27%, Mnl.05%, Sil.48%, Crl.60%, Nb0.11%, Y0.05%, S0.04%,P0.06%，余量為 Fe。
6.—種權(quán)利要求1-5任一權(quán)利要求所述的疏浚挖泥船鉸刀齒的制備方法,其特征在于所述方法步驟如下: 一、澆注鉸刀齒工藝:先將生鐵、廢鋼和各種鐵合金加入感應(yīng)熔煉爐或電弧熔煉爐熔煉合金鑄鋼，其合金鑄鋼的成分如權(quán)利要求1-5所述；其采用砂?；驑渲澳ｈT造，鋼水開澆溫度為1550-1600°C，澆注完成后鑄件緩冷到室溫脫模； 二、熱處理工藝:(I)鉸刀齒澆注脫模后首先進(jìn)行整體退火；(2)然后去除澆冒口及表面氧化皮后置入輝光離子滲氮爐中進(jìn)行低溫滲氮處理，滲氮溫度為480-560°C，保溫6-8小時(shí)，NH3流量0.4-0.6m3/h,真空度800-1000Pa，隨爐冷卻到室溫；(3)再將滲氮處理后的鉸刀齒以100-120°C /h加熱至880-930°C保溫1_3小時(shí)，然后由爐中取出冷待3_5秒后，放入恒溫160-200°C的硝酸鹽熔鹽中進(jìn)行淬火，保溫1-2小時(shí)后取出水冷至室溫，再以100-120°C /h加熱至400-450°C進(jìn)行鉸刀齒整體回火處理，保溫20-30分鐘后油淬至室溫。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的疏浚挖泥船鉸刀齒的制備方法，其特征在于所述整體退火步驟如下:控制加熱溫度在200°C以下為70-90°C /小時(shí)，300°C以上為150-180°C /小時(shí)，在970-1050°C保溫2-3小時(shí)，爐冷至300°C取出空冷至室溫。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的疏浚挖泥船鉸刀齒的制備方法，其特征在于所述硝酸鹽熔鹽成分按重量比為55% NaN03+45% KNO3。
【文檔編號】C21D9/22GK104004963SQ201410264628
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】李宜彬, 張新疆, 赫曉東, 彭慶宇, 許健君, 鄭明 , 井夫吉, 朱世安 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)