耐磨合金鋼產品的製造設備的製作方法

2023-07-21 02:50:36

專利名稱：耐磨合金鋼產品的製造設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種耐磨合金鋼產品的製造設備。
背景技術：
磨損是許多工業部門普遍存在並成為引起設備失效或材料破壞的一個重要原因， 同時其也消耗了大量的能源和材料。由合金鑄鋼製造的各種工程挖掘機和裝載機鬥齒、各 種耐磨輸送管道、各種破碎機錘頭和顎板、各種履帶板，由於處於高強度、惡劣氣候等工作 條件，其磨損情況更加嚴重。目前的技術現狀是一般材料的硬度和韌性是互相矛盾的性能指標，通常是硬度 高則韌性差，韌性高則硬度低。一類是強調材料的高韌性，一類是強調材料的抗磨性。而無 法達到一個有效的統一，尤其是在用於室外礦山開採、挖掘等工程機械上的應用。高錳鋼 的耐磨性是有條件的，而且其屈服強度低、易於變形；低、中合金耐磨鋼具有較好的強韌性， 低、中衝擊載荷下的耐磨性優於高錳鋼，但存在淬透性和淬硬性低的問題，耐磨性較差；高 鉻鑄鐵組織中含有超過20%的高硬度共晶碳化物，具有優異的耐磨性，可是存在合金元素 含量高、生產成本高以及高溫熔煉易變形開裂的不足；普通白口鑄鐵和低合金白口鑄鐵碳 化物硬度低，碳化物呈連續狀分布，脆性大，使用中易剝落甚至開裂。因此需要提供新一代耐磨合金鑄鋼，通過其組分和含量的創新和設計，得到一種 強韌性高、淬透性與淬硬性好是耐磨材料的發展趨勢，同時保證在低溫環境中的良好工作， 並在多工礦條件中也能良好使用的耐磨材料，以減少金屬磨損，對國民經濟的發展有著十 分重要的意義。人們還認識到一種新的與耐磨合金鑄鋼的合金成分相適應的熔煉工藝將是保證 耐磨合金鑄鋼的合金成分進而保證其機械性能的重要的製造技術環節。同時一種新的與耐 磨合金鑄鋼的合金成分相適應的熱處理工藝不僅是製造耐磨合金鑄鋼的技術環節，同時， 合理的熱處理工藝也將對耐磨合金鑄鋼的機械性能具有積極的作用，使合金成分得到更有 效的利用。因此，也需要一個可以最大的實現和優化相應鑄鋼的包括熔煉和熱處理工藝的 製造設備，同時該製造工藝也應是一種結構簡單、成本低且無汙染並適於自動化的大規模 生產過程。

實用新型內容為解決上述技術問題，本實用新型提供一種與新型耐磨合金鋼產品的製造設備。其中所述新型耐磨合金鑄鋼的化學成分及其質量百分比為C :0. 27-0. 32 ； Mn 0. 70-0. 90 ；Si 0. 90-1. 30 ；Cr 1. 40-1. 80 ；Mo 0. 10-0. 20 ；Ni 0. 10-0. 20 ；Ti 0. 02-0. 03。其相應的製造設備包括熔煉設備部分、熱處理設備部分和上位控制單元。1)熔煉設備，包括熔煉爐，置於爐內以監測所述熔煉爐內溫度的溫度監控裝置，可向所述熔煉爐中投放材料的下料裝置，向所述熔煉爐中投入所述熔劑進行造渣的造渣裝置，對爐中的合金 元素進行取樣分析的取樣分析裝置，向熔煉爐中加入脫氧劑以儘量減小鋼液中的含氣量的 脫氧裝置；2)熱處理設備，包其包括熱處理系統和將所述耐磨合金鑄鋼在所述熱處理系統 間運輸連接的運輸系統，所述熱處理系統沿著所述運輸系統依次具有可設定加熱溫度和 停留時間的退火爐、淬火爐、回火爐；在所述淬火爐和所述回火爐之間還具有可以設定冷卻 溫度和停留時間的、置有冷卻介質為水溶性淬火液的淬火槽，同所述淬火槽相連並為所述 淬火槽提供淬火液的淬火介質系統，所述退火爐、淬火爐或回火爐可以具有多個加熱區，所 述每個加熱區可以設有用於對所述加熱區實現溫度的顯示、記錄和遠程報告的溫度監控裝 置；3)上位控制單元，其根據所述熔煉爐內的溫度監控裝置控制所述下料裝置，根據 所述熱處理設備中的溫度監控裝置，控制所述熱處理設備內的加熱溫度和停留時間，以及 淬火介質系統的自動化大循環形式和特殊攪拌功能。經過本實用新型所提供的機構簡單、成本低、汙染小的適於自動化的製造 設備可以有效、優質得到所述耐磨合金鑄鋼，其抗拉強度1500-1800MPa，屈服強度 1200-1400MPa，延伸率S 57_15%，V 型缺口衝擊韌性 Akv25_40J，硬度48_55HRC。並適合 用於在低溫環境中，如-20°C 0°C，與凍巖、凍土層接觸的耐磨工程機械設備，適應在寒帶 環境中長期工作的要求。

圖1是本實用新型製造設備的總示意圖；圖2是本實用新型製造設備中熔煉設備的示意圖；和圖3是本實用新型製造設備中熱處理設備的示意圖。
具體實施方式
本實用新型提供一種與新型耐磨合金鋼產品的製造設備。其所述鑄鋼的化學成分及其質量百分比為C :0. 27-0. 32 ；Mn 0. 70-0. 90 ；Si 0. 90-1. 30 ；Cr 1. 40-1. 80 ；Mo 0. 10-0. 20 ；Ni 0. 10-0. 20 ；Ti 0. 02-0. 03。其中各合金所
具有的主要功能為碳(C)碳含量越高，鋼的強度和硬度值增加，塑性和韌性值降低；矽(Si)強化鐵素體，提高抗拉強度和屈服強度，提高耐熱性和耐蝕性，降低韌性 和塑性；錳(Mn)提高強度，硬度和耐磨性；鉻(Cr)降低鋼的導熱性，能提高耐磨性；鉬(Mo)強化鐵素體，提高高溫性能，改善脆性；鎳(Ni)擴大奧氏體區，是奧氏體化的有效元素，提高強度而不顯著降低塑性，有 良好的耐腐蝕能力；鈦鐵(Ti)能強化鐵素體，脫氧和細化晶粒。本實用新型還提供了具有生產工藝、機構簡單、成本低、汙染小特點，其得到的耐
4磨合金鑄鋼的強韌性高、淬透性與淬硬性好的製造設備。為達到上述目的的製造設備包括 熔煉設備和熱處理設備。優選的如圖1所示熔煉設備A和熱處理設備B均通過電線同具有信息接收、處理 和執行能力的上位控制單元6相連。通過上位控制單元6接收熔煉設備A和熱處理設備B 中溫度監控裝置發出的有關溫度信息，並控制上述裝置的有關動作。具體例如圖2和圖3 所示熔煉設備A和熱處理設備B 熔煉設備A :為得到上述耐磨合金鑄鋼，本實用新型提供了一與其相應的，並具有生產工藝簡 單、成本低、汙染小特點的熔煉設備系統，如圖2所示。其具體包括熔煉爐A1，置於爐內以 監測所述熔煉爐內溫度的溫度監控裝置A2，可向所述熔煉爐中投放材料的下料裝置A3，以 及與上述裝置相連的上位控制單元6。同時優選的，還可以具有與上位控制單元相連的並設有熔劑的造渣裝置A4，以受 控向所述熔煉爐A1中加入熔劑以形成熔渣；與上位控制單元相連的取樣分析裝置A5，以受 控對熔煉爐A1中的鋼液進行分析的取樣分析並向控制單元傳送數據結果；還有與上位控 制單元相連的脫氧裝置A6，以受控向熔煉爐A1中加入脫氧劑以儘量減小鋼液中的含氣量。熔煉爐A1優選的實施例是採用酸性的高頻或中頻感應電爐進行熔煉，並根據爐 子A1的容量大小來確定預裝量。在熔煉時首先在爐A1中底部上由上位控制單元6控制造 渣裝置4撒上一層熔劑(厚度約10mm左右)，同時根據爐子的容量大小再裝料，應先裝入 部分小料後即可送電熔化，隨著爐料的熔化，應陸續裝入未裝完的爐料，為防止「架橋」(即 阻塞)現象，應做到「下緊上松」，並且在熔煉過程中應及時捅料，以便爐料的熔化，並及時 由上位控制單元6控制造渣裝置A4撒上熔劑進行造渣，熔劑用量以覆蓋住整個熔池液面為 準。在本實用新型優選的實施例中，所述上位控制單元6可以根據所獲得的溫度監控 裝置A2傳送的溫度信號，對熔煉爐A1的溫度和下料裝置A3的工作作出如下的控制當所述溫度監控裝置A2監測到所述熔煉爐A1內熔煉鋼液升溫至1550-1560°C時， 所述下料裝置A3分別加入元素碳、鉬鐵、鉻鐵、鎳、鈦鐵，對其攪拌後通過下料裝置A3覆蓋 上熔劑造渣，然後繼續升溫；當所述溫度監控裝置A2監測到所述熔煉爐A1內熔煉鋼液升溫至1570-1580°C時， 所述下料裝置A3加入矽鐵；然後控制取樣分析裝置A5進行爐前取樣分析，分析儀器可優選的採用光譜儀，根 據取樣分析裝置A5向上位控制單元所傳送的爐前化學成份，所述控制單元控制所述下料 裝置A3再添補相應元素；當所述溫度監控裝置A2監測到所述熔煉爐A1內熔煉鋼液升溫至1590-1600°C時， 所述下料裝置A3加入錳鐵；然後上位控制單元控制脫氧裝置A6脫氧以儘量減小鋼液的含氣量，脫氧優選的 為鋁，其比例為0. 03-0. 06%，並及時控制造渣裝置A4撒上熔劑造渣；然後控制取樣分析裝 置A5進行爐後取樣分析，並結合控制下料裝置A3直至達到成份要求範圍為止；當所述溫度監控裝置A2監測到所述熔煉爐A1內熔煉鋼液升溫至1610-1630°C時， 所述熔煉爐A1斷電扒渣並出鋼液澆注。[0039]根據優選實施例中介紹，由於採用酸性爐進行熔煉，同時通過控制單元根據溫度 監控裝置與一定鋼液的溫度相對應加入不同合金元素，因此使得貴重的重要合金元素的燒 損降到最低，例如最後加入的錳鐵的有效成分便得到最大的保護。這不僅使得整個熔煉過 程生產工藝簡單、汙染小，同時生產成本也得到了有效的控制。另外，作為技術的進一步改 進，通過在適當步驟間進行熔劑造渣，排出了熔液中的雜質，熔煉產品的精度和合格品率更 加可靠和得以提高；又添加了爐前取樣分析(還可以進行爐中取樣分析)，使得工藝過程更 加緊湊，生產效率和過程更加可靠，設備利用率高。熱處理設備B 針對上述耐磨合金鑄鋼還提供了熱處理設備1、退火爐1 溫度可被設為850°C -900°C，停留時間可被設為3_5小時的退火爐1 ； 將所述耐磨合金鑄鋼8置於溫度為850°C -900°C退火爐1中，保溫3-5小時出爐，然後至於 第一空氣冷卻處I，進行第一次空冷；優選的實施例採用退火爐是推桿式退火爐，例如RJT-150-8推桿式等溫退火爐， 其共分7個加熱區，各個加熱區溫度設定為850°C -90(TC。多個被預製成與退火爐1的尺寸 相適應的耐磨合金鑄鋼8工件依批次通過上述7個加熱區，而被加熱升溫，並依次連續的在 上述7個加熱區中保溫，以使得耐磨合金鑄鋼8在退火爐中獲得有效長度的保溫時間。加 熱區數量也可以是其他的數量，其確定依據之一是與工件所需加熱的時間相適應，以保證 工件的加熱要求，和大規模連續生產的要求。同時為達到自動化生產和更有效的控制退火工序的目的，在上述的7個加熱區中 可以設有溫度監控裝置9，以實現溫度的顯示、記錄和遠程報告，並進一步實現對退火爐溫 度的及時調整。優選的，一、二、三、四、五加熱區採用TCW-32A三相調壓，六七區用數顯儀表 示溫度，每個區都有EL-100-60多點記錄儀顯示記錄溫度。耐磨合金鑄鋼8在保溫3-5小 時後出爐，然後至於第一空氣冷卻處I，進行第一次空冷。2、淬火爐2和淬火槽7 溫度可被設為900°C 士 10°C，停留時間可被設為150分鐘 的淬火爐2 ；冷卻後產品溫度設為300°C，置有冷卻介質為水溶性淬火液3的淬火槽7 ；將前 述經過第一次空冷的耐磨合金鑄鋼8置於溫度控制在900°C 士 10°C的淬火爐2中保溫150 分鐘後取出置於淬火槽7淬火，冷卻介質為水溶性淬火液3，耐磨合金鑄鋼8冷致300°C左 右後被運出淬火槽7。優選的實施例採用鑄鏈板式淬火爐，由5個加熱區組成，各個加熱區溫度控制到 900°C 士 10°C。工件保溫150分鐘後，自動置入淬火槽7，進行淬火。各個加熱區中可以設 有溫度監控裝置9，以實現溫度的顯示、記錄和遠程報告，並進一步實現對淬火爐溫度的及 時調整。優選的，各個加熱區可以設有數顯智能溫控儀主控，多點記錄儀集中記錄並監控。 另外，加熱區數量也可以是其他的數量，其確定依據之一是與工件所需加熱的時間相適應， 以保證工件的加熱要求，和大規模連續生產的要求。淬火採用的冷卻介質為水溶性淬火液3。優選的是配有PVA10%，三己醇胺1%，苯 甲酸納0. 2%，太古油0. 2%的水溶性淬火液。為實現進一步的自動化生產，與淬火槽7相 連接的淬火介質系統5可以採用具有自動化能力較高大循環形式，並配有特殊攪拌功能， 保證淬火液的連續和穩定供應。淬火液3淬火前的溫度可以為正常溫度，例如30度以下。 耐磨合金鑄鋼8在淬火液3內滯留時間8-25min，通過淬火槽7中的溫度監控裝置9檢測工件的冷卻溫度，當工件冷致300°C左右，然後由淬火槽7提升機傳送帶把工件送出淬火槽7 到區域II處，然後進行回火處理。3、回火爐4 溫度可被設為200-230°C，停留時間可被設為3_4小時的回火爐4 ；將 前述經過淬火的耐磨合金鑄鋼8置於溫度為到200-230°C的回火爐中4，保溫3_4小時取 出，然後至於第二空氣冷卻處III，進行空冷。優選的採用網帶式回火爐由5個加熱區組成的，各個加熱區溫度升到 200-230°C，保溫3-4小時取出的進行空冷。加熱區的數量同樣基於上述原因可以選擇其他 的數量，而每個加熱區可以設有數顯智能溫控儀主控，多點記錄儀集中記錄並監控等溫度 監控裝置9，以實現溫度的顯示、記錄和遠程報告。4、運輸系統其將所述耐磨合金鑄鋼在所述熱處理系統間運輸連接，以實現所述 耐磨合金鑄鋼的熱處理工藝。其包括如下部分將出自所述退火爐1的所述耐磨合金鑄鋼8運至第一空氣冷卻 處I，再運至所述淬火爐2的第一運輸裝置A ；將出自所述退淬火爐2的所述耐磨合金鑄鋼 8運至所述淬火槽7冷卻，再運至區域II處的第二運輸裝置B ；將所述耐磨合金鑄鋼8運至 所述回火爐4，再運至第二空氣冷卻處III的第三運輸裝置C。例如採用起吊裝置，輸送帶 等直線運輸裝置等。另外，本熱處理設備在上述需要時間控制的區域還配有檢測所述耐磨合金鑄鋼停 留在上述爐中時間的計時裝置10，並可以實現時間的顯示、記錄和遠程報告，便於整個生產 的高度自動化。作為更進一步的改進，本熱處理設備中還具有上位控制單元6，本系統中的退火爐 1、淬火爐2和淬火槽7、淬火介質系統5、回火爐4以及運輸系統可以分別或同時的通過有 線或無線11的形式同上位控制單元6相連接，以使得上位控制單元6可以獲得本系統中的 計時裝置10和溫度監控裝置9發出的數據信號，並及時調整爐內的溫度和停留時間，並控 制運輸系統與其相配合及時運輸，最終實現整個系統的大規模化的系統自動控制。上述熱處理設備具有自動程度高、便於對其全程進行遠程和現場的過程控制、保 證熱處理工藝的順利進行、使所述耐磨合金鑄鋼達到所需的機械性能等特點。根據實用新型所揭示的耐磨合金鑄鋼及其製造設備，所述耐磨合金鑄鋼產品抗 拉強度:1500-1800MPa，屈服強度:1200_1400MPa，延伸率8 57-15%, V型缺口衝擊韌性 Akv25-40J，硬度48-55HRC。本實用新型中的合金鑄鋼及其製造設備具有生產工藝簡單、 成本低、強韌性高、淬透性與淬硬性好且無汙染的特點。所得到的合金鑄鋼適合用於在低溫 環境中，如-20°C 0°C，與凍巖、凍土層接觸的耐磨工程機械設備，適應在寒帶環境中長期 工作的要求。本實用新型中所揭示的實施例，將通過權利要求得到體現和保護，任何根據本實 用新型中所得到的啟示，均落入本實用新型所保護的範圍之中。
權利要求一種耐磨合金鋼產品的製造設備，其特徵是，其包括1)熔煉設備，包括熔煉爐，置於爐內以監測所述熔煉爐內溫度的溫度監控裝置，可向所述熔煉爐中投放材料的下料裝置，向所述熔煉爐中投入所述熔劑進行造渣的造渣裝置，對爐中的合金元素進行取樣分析的取樣分析裝置，向熔煉爐中加入脫氧劑以儘量減小鋼液中的含氣量的脫氧裝置；2)熱處理設備，包其包括熱處理系統和將所述耐磨合金鑄鋼在所述熱處理系統間運輸連接的運輸系統，所述熱處理系統沿著所述運輸系統依次具有可設定加熱溫度和停留時間的退火爐、淬火爐、回火爐；在所述淬火爐和所述回火爐之間還具有可以設定冷卻溫度和停留時間的、置有冷卻介質為水溶性淬火液的淬火槽，同所述淬火槽相連並為所述淬火槽提供淬火液的淬火介質系統，所述退火爐、淬火爐或回火爐可以具有多個加熱區，所述每個加熱區可以設有用於對所述加熱區實現溫度的顯示、記錄和遠程報告的溫度監控裝置；3)上位控制單元，其根據所述熔煉爐內的溫度監控裝置控制所述下料裝置，根據所述熱處理設備中的溫度監控裝置，控制所述熱處理設備內的加熱溫度和停留時間，以及淬火介質系統的自動化大循環形式和特殊攪拌功能。
2.根據權利要求1所述的耐磨合金鋼產品的製造設備，其特徵在於所述上位控制單 元還可以分別或同時的通過有線或無線的形式同所述退火爐、淬火爐、回火爐以及運輸系 統連接，以使得上位控制單元可以獲得本系統中的計時裝置和溫度監控裝置發出的數據信 號，並及時調整爐內的溫度和停留時間，並控制運輸系統與其相配合及時運輸，最終實現整 個系統的大規模化的系統自動控制。
專利摘要耐磨合金鋼產品的製造設備，包括由熔煉爐、溫度監控裝置、下料裝置、以及它們相連的上位控制單元組成的熔煉設備，上位控制單元根據溫度信號對熔煉爐和下料裝置進行控制以達到上述成分和百分比；由退火爐、淬火爐和淬火槽、以及回火爐組成的熱處理設備；熱處理設備也可同上位控制單元相連，實現自動化控制。該工藝設備簡單、成本低且無汙染，所得鑄鋼可用於製造與凍巖、凍土層接觸的工程機械設備。
文檔編號C21D11/00GK201605308SQ200920177988
公開日2010年10月13日 申請日期2009年11月4日 優先權日2009年11月4日
發明者王程懿 申請人:寧波市鄞州商業精密鑄造有限公司