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)