CN109402503A - 一种新型高耐磨刮板及其制造方法 - Google Patents

一种新型高耐磨刮板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及刮板技术领域，公开了一种新型高耐磨刮板及其制造方法，其化学成分组成和各组分的质量百分比为：C：0.70～0.95％，Si：≤0.4％，Mn：9.0～10.5％，Cr：2.0～2.4％，Mo：0.25～0.35％，V：0.3～0.45％，余量为Fe及不可避免的杂质。该刮板机械性能良好，其抗拉强度≥700MPa，屈服强度≥420MPa，断后伸长率≥15％，冲击功Akv≥120J，水韧处理后硬度HB180～250，表层冲击硬化后HV≥500，磨损率≤15.57×10‑6mm3/N·m。该刮板具有高韧性，其表面在中低冲击载荷作用下发生塑性变形并诱导加工硬化，从而具有高硬度、高耐磨性，有效地减轻了工作时由于磨损造成的损失，从而提高了刮板的使用寿命，该刮板的使用寿命比传统的40Mn2刮板使用寿命高一倍以上。并且该刮板制造方法和热处理工艺简单，也为生产降低了成本。

Description

一种新型高耐磨刮板及其制造方法
技术领域
本发明涉及刮板技术领域，特别是涉及一种新型高耐磨刮板及其制造方法。
背景技术
刮板输送机在现代化煤开采工艺中起重要作用，是煤炭、煤矸石等物料不可或缺的运输工具，同时也是采煤机赖以运行的轨道。刮板输送机工作时，中部槽内部的刮板链运动牵引刮板运动，煤炭、煤矸石等物料在刮板的推动力下形成运动，完成物料的运输。统计数据表明，在影响开机率的主要因素中刮板输送机故障率约占总事故的50％以上。由于煤、矸石或矿石以及刮板和链在中部槽滑行阻力大,磨损十分严重,即使是空载，功率也达到了30％～40％。工作中，刮板一方面和中板、槽帮发生滑动摩擦，一方面又和物料发生滑动磨擦，同时还承受因带动物料向前运动时产生的静态和动态载荷，据不完全统计,我国每年因磨损失效的刮板约有50-60万件,加上矿井下的空间有限,更换及修理极不方便，停机检修所造成的损失每年可达百亿元以上。因此，刮板的耐磨能力不仅严重影响生产的进行，而且严重影响生产的成本。
目前刮板的材质以40Mn2为主，其化学成分为C：0.35～0.45％，Si： 0.20～0.40％，Mn：1.60～1.80％，P：≤0.030％，S：≤0.030％，性能指标为：抗拉强度≥800MPa，屈服强度≥620MPa，断后伸长率≥10％，冲击功Akv≥50J，整体淬火硬度HB260～320,两端面淬火后硬度HB400～450。为了提高刮板的耐磨性能，需要对刮板材质进行改进，以使之同中底板和槽帮的寿命一致，以便同时进行更换和维修操作，提高刮板输送机的开机率。所以新型耐磨刮板的研制是非常有必要的，能从根本上解决上述问题。
发明内容
本发明旨在提供一种新型高耐磨刮板及其制造方法，已解决现有技术中刮板耐磨性能低的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种新型高耐磨刮板，其特征在于，其化学成分组成和各组分的质量百分比为：C：0.70～0.95％，Si：≤0.4％，Mn：9.0～10.5％，Cr：2.0～2.4％，Mo：0.25～0.35％，V：0.3～0.45％，余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，所述新型高耐磨刮板中C的质量百分比为0.71～0.94％，Si的质量百分比为0.20～0.39％，Mn的质量百分比为9.01～10.49％，Cr的质量百分比为 2.02～2.38％，Mo的质量百分比为0.26～0.34％，V的质量百分比为0.31～0.44％。
进一步地，所述的新型高耐磨刮板，其特征在于，所述新型高耐磨挂板中P 和S的质量百分比之和小于等于0.035％。
本发明还提供了一种新型高耐磨刮板的制造方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)熔炼：按照本体内各成分配比称取各原料，并将其混合投入到熔炼炉内，熔融成金属液，熔炼温度为1550～1580℃。
(2)连铸铸造：采用立式连铸机，将配好的熔融金属液浇注成连铸坯，连铸浇注温度为1450～1480℃。
(3)棒料轧制：选取经称重、测长后合格的连铸坯，送往加热炉加热至 1180～1250℃并保温，经高压水除磷后，送入轧机组进行轧制、精整。
(4)刮板成形：选取适当长度棒料下料，将下好的料于中频感应加热炉中加热至1180～1250℃后，采用双臂自由锻电液锤和锻造操作机进行锻造拔长，对拔长后坯料进行模锻，对锻件进行切边，待锻件自然冷却至室温后，在锻件规定位置按标准尺寸加工固定用孔洞。
(5)热处理工艺：将成形的刮板坯以95～105℃/h的加热速率加热至 590～610℃，保温1.75～2.25h,再以145～155℃/h的加热速率加热至 1080～1120℃，保温1.75～2.25h,水中冷却。
进一步地，所述的新型高耐磨刮板的制造方法，其特征在于，所述步骤(3) 中高压水除磷过程之前的保温时间为壁厚25mm/h，高压水除磷对连铸坯产生的温降在10℃左右。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种新型高耐磨刮板及其制造方法，该刮板机械性能良好，其抗拉强度≥700MPa，屈服强度≥420MPa，断后伸长率≥15％，冲击功Akv≥120J，水韧处理后硬度HB180～250，表层冲击硬化后HV≥ 500，磨损率≤15.57×10-6mm3/N·m。该刮板具有高韧性，其表面在中低冲击载荷作用下发生塑性变形并诱导加工硬化，从而具有高硬度、高耐磨性，有效地减轻了工作时由于磨损造成的损失，从而提高了刮板的使用寿命，该刮板的使用寿命比传统的40Mn2刮板使用寿命提高一倍以上。并且该刮板制造方法和热处理工艺简单，也为生产降低了成本。
附图说明
图1是本发明新型高耐磨刮板和传统40Mn2刮板的磨损率对比图。
具体实施方法
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，结合以下具体的实施例，对本发明进一步详细说明。
实施例1：一种新型高耐磨刮板，其特征在于，其化学成分组成和各组分的质量百分比为：C：0.72％，Si：0.26％，Mn：10.43％，Cr：2.33％，Mo：0.27％， V：0.33％，余量为Fe及不可避免的杂质。
所述新型高耐磨刮板的制造方法，具体包括如下步骤：
(1)熔炼：按照本体内各成分配比称取各原料，并将其混合投入到熔炼炉内，熔融成金属液，熔炼温度为1550℃。
(2)连铸铸造：采用立式连铸机，将配好的熔融金属液浇注成连铸坯，连铸浇注温度为1450℃。
(3)棒料轧制：选取经称重、测长后合格的连铸坯，送往加热炉加热至 1180℃并保温，经高压水除磷后，送入轧机组进行轧制、精整。
(4)刮板成形：选取适当长度棒料下料，将下好的料于中频感应加热炉中加热至1180℃后，采用双臂自由锻电液锤和锻造操作机进行锻造拔长，对拔长后坯料进行模锻，对锻件进行切边，待锻件自然冷却至室温后，在锻件规定位置按标准尺寸加工固定用孔洞。
(5)热处理工艺：将成形的刮板坯以95℃/h的加热速率加热至590℃，保温1.75h,再以145℃/h的加热速率加热至1080℃，保温1.75h,水中冷却。
实施例2：一种新型高耐磨刮板，其特征在于，其化学成分组成和各组分的质量百分比为：C：0.79％，Si：0.28％，Mn：10.06％，Cr：2.29％，Mo：0.30％， V：0.44％，余量为Fe及不可避免的杂质。
所述新型高耐磨刮板的制造方法，具体包括如下步骤：
(1)熔炼：按照本体内各成分配比称取各原料，并将其混合投入到熔炼炉内，熔融成金属液，熔炼温度为1580℃。
(2)连铸铸造：采用立式连铸机，将配好的熔融金属液浇注成连铸坯，连铸浇注温度为1480℃。
(3)棒料轧制：选取经称重、测长后合格的连铸坯，送往加热炉加热至 1250℃并保温，经高压水除磷后，送入轧机组进行轧制、精整。
(4)刮板成形：选取适当长度棒料下料，将下好的料于中频感应加热炉中加热至1250℃后，采用双臂自由锻电液锤和锻造操作机进行锻造拔长，对拔长后坯料进行模锻，对锻件进行切边，待锻件自然冷却至室温后，在锻件规定位置按标准尺寸加工固定用孔洞。
(5)热处理工艺：将成形的刮板坯以105℃/h的加热速率加热至610℃，保温2.25h,再以155℃/h的加热速率加热至1120℃，保温2.25h,水中冷却。
实施例3：一种新型高耐磨刮板，其特征在于，其化学成分组成和各组分的质量百分比为：C：0.86％，Si：0.38％，Mn：9.53％，Cr：2.22％，Mo：0.33％，V： 0.42％，余量为Fe及不可避免的杂质。
所述新型高耐磨刮板的制造方法，具体包括如下步骤：
(1)熔炼：按照本体内各成分配比称取各原料，并将其混合投入到熔炼炉内，熔融成金属液，熔炼温度为1565℃。
(2)连铸铸造：采用立式连铸机，将配好的熔融金属液浇注成连铸坯，连铸浇注温度为1465℃。
(3)棒料轧制：选取经称重、测长后合格的连铸坯，送往加热炉加热至 1215℃并保温，经高压水除磷后，送入轧机组进行轧制、精整。
(4)刮板成形：选取适当长度棒料下料，将下好的料于中频感应加热炉中加热至1215℃后，采用双臂自由锻电液锤和锻造操作机进行锻造拔长，对拔长后坯料进行模锻，对锻件进行切边，待锻件自然冷却至室温后，在锻件规定位置按标准尺寸加工固定用孔洞。
(5)热处理工艺：将成形的刮板坯以100℃/h的加热速率加热至600℃，保温2h,再以150℃/h的加热速率加热至1100℃，保温2h，水中冷却。
实施例4：一种新型高耐磨刮板，其特征在于，其化学成分组成和各组分的质量百分比为：C：0.91％，Si：0.34％，Mn：9.12％，Cr：2.11％，Mo：0.31％，V： 0.40％，余量为Fe及不可避免的杂质。
所述新型高耐磨刮板的制造方法，具体包括如下步骤：
(1)熔炼：按照本体内各成分配比称取各原料，并将其混合投入到熔炼炉内，熔融成金属液，熔炼温度为1560℃。
(2)连铸铸造：采用立式连铸机，将配好的熔融金属液浇注成连铸坯，连铸浇注温度为1470℃。
(3)棒料轧制：选取经称重、测长后合格的连铸坯，送往加热炉加热至 1220℃并保温，经高压水除磷后，送入轧机组进行轧制、精整。
(4)刮板成形：选取适当长度棒料下料，将下好的料于中频感应加热炉中加热至1200℃后，采用双臂自由锻电液锤和锻造操作机进行锻造拔长，对拔长后坯料进行模锻，对锻件进行切边，待锻件自然冷却至室温后，在锻件规定位置按标准尺寸加工固定用孔洞。
(5)热处理工艺：将成形的刮板坯以95℃/h的加热速率加热至600℃，保温2.25h,再以155℃/h的加热速率加热至1095℃，保温2h,水中冷却。
对实施例1～4新型高耐磨刮板样品进行拉伸试验、冲击试验、硬度测试和摩擦磨损试验，所得结果见表1。
表1.实施例新型高耐磨刮板的机械性能
由表1可见，4组实施例中抗拉强度≥700MPa，屈服强度≥420MPa，断后伸长率≥15％，冲击功Akv≥120J，水韧处理后硬度HB180～250，表层冲击硬化后HV≥500，磨损率≤15.57×10-6mm3/N·m。
其中，摩擦磨损试验样品尺寸为10×10×20mm，试验温度为室温，摩擦副为半径23mm的GCr15钢环，磨损条件为载荷200N、转数200r/min、时间2h。图 1为实施例新型高耐磨刮板和传统40Mn2刮板耐磨性的对比图。
由图1可见，新型高耐磨刮板的磨损率比传统40Mn2刮板的磨损率低得多，新型高耐磨刮板的抗磨损性能比传统40Mn2刮板的抗磨损性性能高一倍以上。
区别于现有技术，本发明中的新型高耐磨刮板采用整体热处理工艺，照比传统40Mn2刮板的两端淬火工艺，降低了生产难度，同时提高了刮板整体的韧性和耐磨性。该刮板机械性能良好，其抗拉强度≥700MPa，屈服强度≥420MPa，断后伸长率≥15％，冲击功Akv≥120J，水韧处理后硬度HB180～250，表层冲击硬化后HV≥500，磨损率≤15.57×10-6mm3/N·m。该刮板具有高韧性，其表面在中低冲击载荷作用下发生塑性变形并诱导加工硬化，从而具有高硬度、高耐磨性，有效地减轻了工作时由于磨损造成的损失，从而提高了刮板的使用寿命，该刮板的使用寿命比传统的40Mn2刮板使用寿命高一倍以上。并且该刮板制造方法和热处理工艺简单，也为生产降低了成本。
以上所述仅为本发明的较优实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明的内容所作的等效结构、等效流程变换，或直接、间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种新型高耐磨刮板，其特征在于，其化学成分组成和各组分的质量百分比为：C：0.70～0.95％，Si：≤0.4％，Mn：9.0～10.5％，Cr：2.0～2.4％，Mo：0.25～0.35％，V：0.3～0.45％，，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的新型高耐磨刮板，其特征在于，所述新型高耐磨刮板中C的质量百分比为0.71～0.94％，Si的质量百分比为0.20～0.39％，Mn的质量百分比为9.01～10.49％，Cr的质量百分比为2.02～2.38％，Mo的质量百分比为0.26～0.34％，V的质量百分比为0.31～0.44％。
3.根据权利要求1所述的新型高耐磨刮板，其特征在于，所述新型高耐磨刮板中P和S的质量百分比之和小于等于0.035％。
4.一种新型高耐磨刮板的制造方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)熔炼：按照本体内各成分配比称取各原料，并将其混合投入到熔炼炉内，熔融成金属液，熔炼温度为1550～1580℃。
(2)连铸铸造：采用立式连铸机，将配好的熔融金属液浇注成连铸坯，连铸浇注温度为1450～1480℃。
(3)棒料轧制：选取经称重、测长后合格的连铸坯，送往加热炉加热至1180～1250℃并保温，经高压水除磷后，送入轧机组进行轧制、精整。
(4)刮板成形：选取适当长度棒料下料，将下好的料于中频感应加热炉中加热至1180～1250℃后，采用双臂自由锻电液锤和锻造操作机进行锻造拔长，对拔长后坯料进行模锻，对锻件进行切边，待锻件自然冷却至室温后，在锻件规定位置按标准尺寸加工固定用孔洞。
(5)热处理工艺：将成形的刮板坯以95～105℃/h的加热速率加热至590～610℃，保温1.75～2.25h,再以145～155℃/h的加热速率加热至1080～1120℃，保温1.75～2.25h,水中冷却。
5.根据权利要求4所述的新型高耐磨刮板的制造方法，其特征在于，所述步骤(3)中高压水除磷过程之前的保温时间为壁厚25mm/h，高压水除磷对连铸坯产生的温降在10℃左右。
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