ZG40CrMo钢材质的研制0钻孔机

ZG40CrMo钢材质的研制

ZG40CrMo钢材质的研制 2011年12月04日 来源： 摘要:严格控制化学成分、冶炼、造型及热处理工艺生产的ZG40CrMo钢件，经金相物理检验，其金相组织为：细针状马氏体＋回火索氏体（约20%）＋少量残余奥氏体；机械性能为：冲击韧度ak33.25 J/cm2；抗拉强度σb362.24N/ mm2；硬度HBS平均为332，均达到或优于国内先进水平。关键词：ZG40CrMo钢 造型 冶炼 热处理ZG40CrMo钢因其优良的使用性能及较丰厚的利润回报，引起了国内许多科研机构、大专院校及生产厂家的浓厚兴趣。据报导目前对该材质进行深入研究的科研机构有西安交大、西北大学、昆明理工大学等院校，且达到了较高的水平。生产厂家有衡阳冶金机械厂、山东冶金机械厂、昆明冶金机械厂等厂家，且独自具有一套较成熟的生产经验。ZG40CrMo钢属中合金钢。其化学成分（%）为：C0.35~0.45，Si0.17~0.45，Mn0.5~0.8，Cr0.8~1.10，Mo0.2~0.3，S、P≤0.04。ZG40CrMo钢由于较低的合金比、优良的淬透性、较高的强度及良好的耐腐蚀性能，在我国冶金矿山、建材水泥、化工、核工业、炼铁高炉宽粉等行业得到了广泛应用，具有很大的市场需求量，主要用于制造强度要求较高或调质断面的锻件，如机车牵引用的大齿轮、后轴、弹簧、发动机气缸等。 我厂于2003年展开了对ZG40CrMo钢的研制工作，经各方调研、技术经济论证、方案设计及对现有设备实施技术改造，于2003年9月8日、11月6日、12月3日，先后进行了多次生产实验，经不断总结经验、完善工艺，成功研制出了各项性能指标均达到或超过国内先进水平的ZG40CrMo钢，并于12月投入采区现场进行工业性试验。一．试验的各工序过程控制：1．化学成分控制（%）： （1）碳（C）：超过共析成分后与Cr、Mn、Mo等合金元素形成的碳化物固溶于铁素体中强化基体，使钢的强度和硬度大幅度提高，从而提高钢的耐磨性，但C过高则韧度降低，因此不能单纯增加碳量来获得高强度和硬度，控制为0.35~0.45。（2）硅（Si）:固溶于铁素体和奥氏体中，有明显的强化作用，Si降低C在奥氏体中的溶解度，促使碳化物析出，提高强度和硬度。Si和O的亲和力仅次于Al和Ti，而强于Mn、Cr、V，是很好的还原剂和脱氧剂，可提高钢的致密度，但过高将显著降低钢的塑性和韧度，控制为0.17~0.45。（3）锰（Mn）：强烈增加钢的淬透性，这对生产中采用空冷淬火极为有利，淬火后得到马氏体组织。Mn还起到脱氧剂和脱硫剂的作用，可净化钢液，但过高会促使晶粒粗大，控制为0.5~0.8。（4）铬（Cr）：是碳化物形成元素，Cr溶于奥氏体中强化基体且不降低韧度，推迟过冷奥氏体转变，增加钢的淬透性，Cr使钢的强度和硬度明显提高，此外Cr能细化晶粒，提高回火稳定性，控制为0.8~1.10。（5）钼（Mo）：在钢中主要作用是提高淬透性，细化晶粒，改善碳化物的形态和分布，防止回火脆性，与Cr同时加入可改善冲击韧度，控制为0.2~0.3。2．造型工艺：本次试验所选用的工件是本公司露天矿牙轮钻导套。简图图1所示。为确定最佳造型工艺，本次试验分别采用了消失模和砂型两种造型方法进行对比试验。（1）消失模造型：采用大头(B面)在下，小头(A面)朝上并加高补缩的埋砂造型工艺；（2）砂型造型：采用大头(B面)在下，小头(A面)朝上并加高补缩的明浇底注工艺。

3．冶炼工艺（中频感应电炉熔炼，每炉以500Kg配料）：中频感应电炉是目前铸造行业最先进，同时也是应用最广泛的冶炼设备，由于它的强磁力搅拌作用，因此，冶炼钢液能够最大程度地实现"温度起伏"、"浓度起伏"和"成分起伏"，从而为本次试验工作获得成分均匀，洁净的高质量钢液提供了最有利的保障。（1）加料：加入废钢、钼铁后通电熔化，在开始通电的6-8分钟内供给60%的功率，待电流冲击停止后，逐渐将功率开至最大，随时注意捣料，防止炉料"搭桥"并继续添加炉料。（2）造渣：炉料熔清后，加入造渣材料（石灰：萤石=2：1），石灰5Kg,荧石2.5Kg造渣覆盖钢液，渣料加入量为总装量的1-1.5%。（3）取样扒渣：炉料熔清后，取样分析C、S、P、Mo、Si、Mn，P∠0.02%，并将预热的铬铁及造渣材料加入炉内,渣料熔清后将功率降到40-50%，倾炉扒渣，另造新渣。（4）脱氧：渣料化清后，加入（石灰粉：铝线=1：2）石灰0.3 Kg，铝线0.6 Kg进行扩散脱氧，脱氧过程中可用石灰粉和萤石粉调整炉渣粘度，同时在钢液温度达到1560℃（热电耦）以上时，扒除大部分炉渣，加入锰铁和造渣材料。 （5）测温：测量钢液温度，要求出钢温度在1610-1630℃（热电耦），并作圆杯试样，检查钢液脱氧情况。（6）加硅铁：出炉前5-10分钟加入硅铁，加入量按规定下限配入，并根据试样1调整化学成分。（7）出钢：钢液温度符合要求，圆杯试样收缩良好时，停电出钢，在钢包中加入稀土硅0.4kg进行孕育处理，插铝线（0.8Kg/t）0.5Kg进行终脱氧，最后加入覆盖剂，防止钢液氧化，并作成品分析。（8）浇注：钢液在包内镇静3-5分钟后进行浇注，要求浇注温度为1530-1550℃（热电耦）。4.热处理工艺：

注：（1）装炉温度404

由表1看出, 1# 试样HBS平均为338。（2）2# 试样布氏硬度见表2：

表2： 2# 试样布氏硬度压痕直径2.862.862.852.792.892.872.882.81对应HBS331331336336317.5326.5322356

由表2看出, 2# 试样HBS平均为332。2）冲击韧性(通过JB30A型冲击试验机试验)。（1）1# 试样：测得 S=8.86×10.18=0.90cm2；试验得 Ak=1.68kg.cm；计算得α=18.2J/cm2。（2）2# 试样：测得 S= 8.72×10.26=0.89cm2；试验得 Ak=3.02 kg.cm；计算得α=33.25 J/cm2。3）抗拉强度(通过WE-60型液压式万能材料试验机试验)。（1）1# 试样：测得直径 d=14.32mm；计算得：S=πd2/4=3.14×14.322/4=160.97mm2；规定标距 l0=70mm；试验得拉伸力 F=5.95J拉伸后标距 l=70.79mm；计算得△l=l-l0=0.79mm 计算延伸率：δ%= △l/l0×100%=0.79/70×100%=1.13%计算抗拉强度：δb=F/S=5.95J/160.97mm2 =362.24N/ mm2 （2）2# 试样：测得直径 d=14.42mm；计算得：S=πd2/4=3.14×14.422/4=163.23mm2；规定标距 l0=70mm；试验得拉伸力 F=12.45J拉伸后标距 l=73.36mm；计算得 △l=l-l0=3.36mm 计算延伸率 δ%= △l/l0×100%=3.36/70×100%=4.8%计算抗拉强度δb=F/S=12.45J/163.23mm2 =747.47N/ mm2。4）金相组织（通过XJL-02立式光学金相显微镜观察）。（1）1# 试样：金相组织为块状碳化物＋片层状珠光体＋铁素体。金相组织图1所示。

图1 500× 图2 500×

（2）2# 试样：金相组织为细针状马氏体＋回火索氏体（约20%）＋少量残余奥氏体。金相组织图2所示。通过以上实验结果分析可知，本项目研究各项性能指标均达到了国家标准，科研工作已取得成功，相信随着各项控制参数的不断优化，该项目产品将在本公司露天矿结构件的应用上发挥最大潜能，并取得较好的社会经济效益。三．生产应用：项目产品于2003年 12 月投入露天矿采区进行工业性试验，经 4个月的实际工况条件下应用表明，用该材质生产的压力钻导套具有：1）表面光洁，尺寸精度高，有较高的加工质量；2）抗腐蚀、耐磨，使用性能优良；3）抗冲击性能好，使用寿命长；4）综合性能优于同类产品。得到了用户普遍好评。参考文献：8.1 《铸造技术》2003（4）、（6）。 8.2《铸造》2003（6）、（8）。8.3《铸件成形理论》昆明理工大学主编。8.4《热处理手册》机械工业出版社出版。8.5《铸钢手册》机械工业出版社出版。(end)

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