刮板輸送機中部槽槽幫鋼性能提升研發報告

劉厚明

摘要：本文針對刮板輸送機中部槽槽幫易磨損、易腐蝕、強度不足等問題展開探討。

關鍵詞：刮板輸送機;中部槽槽幫;鋼性能提升

1? 課題研究目的

中部槽是刮板輸送機不可或缺的重要部件，其運行正常與否直接影響著刮板輸送機運行的效率，同時也影響企業的正常生產，中部槽槽幫是刮板輸送機移動時主要受力部位，槽幫的質量和性能直接關系著整個輸送機的正常工作。針對刮板輸送機中部槽槽幫易磨損、易腐蝕、強度不足等問題，選擇在ZG30SiMn的基礎上，重新對槽幫的化學成分和熱處理工藝進行適當調整設計方面進行研究，以提高槽幫材料的力學性能和焊接性能，解決鑄造槽幫在使用中斷耳裂翼及因中板焊接裂紋產生脫落現象，同時提高硬度增加槽幫使用壽命。

2? 課題背景

刮板輸送機是煤礦綜采的重要裝備之一，其中的槽幫構件決定其整體使用壽命，槽幫在刮板機服役過程中承受磨損、沖擊、腐蝕等較為復雜的工況，主要失效形式是磨損，還有部分斷裂。傳統的槽幫材料絕大多數采用ZG30SiMn，由于強韌性較低，耐磨性不好，過煤量處于較低水平，適應不了現代刮板輸送機的要求。因此，調整槽幫材料化學成分和熱處理工藝以提升槽幫性能，獲得高強度、高韌性、耐磨損、抗腐蝕及良好的焊接性能是刮板輸送機發展的必然趨勢。

3? 課題研究主要內容

3.1 根據合金元素對性能的影響，在原ZG30SiMn基礎上調整中部槽槽幫材料化學成分

ZG30SiMn槽幫鋼的化學成分：C 0.25-0.35%;Si 0.60-0.80%;Mn 1.10-1.14%;P≤0.03;S≤0.03。

3.1.1 碳

碳是影響鋼的綜合力學性能和鑄造性能的主要元素，碳含量越高，淬透性越好，強度越高，但塑性、韌性降低，焊接性能變差。在保證一定的強度基礎上，為提高焊接性能，可將碳含量減少，故取碳為0.20-0.27%。

3.1.2 硅

硅含量在1%以下，對鋼的力學性能影響不大。鑄造碳鋼中加入硅，主要是為了利用其較強的脫氧能力，使鋼脫氧，防止產生氣孔。基于這一考慮，硅含量不宜低于0.4%。故取硅為0.4-0.6%。

3.1.3 錳

錳在鋼中一部分固溶于鐵素體中，另一部分形成合金滲碳體。錳能顯著提高鋼的淬透性，對基體有一定的固溶強化作用。加入錳后能顯著改善鑄件的綜合力學性能。同時，根據對錳含量的規定“碳含量比上限值每降低0.01%，允許錳含量比上限值高0.04%”，現碳含量減少0.05%，錳含量可增加0.2%。故取錳為1.30-1.55%。

3.1.4 硫、磷

硫、磷是鑄鋼中的主要有害元素，所有的標準對此都有嚴格要求。故硫、磷含量仍嚴格控制在0.03%以下。

3.1.5 鉬

鉬既能使鐵素體固溶強化，也能改善滲碳體的性能。鉬能顯著地降低鋼的臨界冷卻速率，在提高淬透性方面，是作用最強的元素之一，同時，在鋼中加入0.2-0.4%的鉬即可減輕，甚至完全抑制回火脆性。鉬還能促使馬氏體分解產物成為細小的分散相，使鋼的性能更好。故取鉬為0.25-0.45%。

調整后的中部槽槽幫材料為ZG25SiMnMo，化學成分為：C 0.2-0.27%;Si 0.20-0.60%;Mn 1.35-1.55%;P≤0.03;S≤0.03;Mo 0.25-0.45%。

3.2 制取符合試驗要求的試樣

3.2.1 試驗ZG25SiMnMo主要原材料及配料比例

①精廢鋼：含碳量≤0.10%的沖壓打包廢料，加入量75%;

②廢鋼軌：含碳量0.60%，錳含量0.8%，表面除銹處理，加入量25%;

③硅鐵：含碳量≤0.10%，硅含量75%，加入量0.8%;

④中碳錳鐵：含碳量≤0.25%，錳含量65%，加入量1.2%;

⑤鉬鐵：含碳量≤0.10%，鉬含量55%，加入量0.6%。

3.2.2 ZG25SiMnMo熔煉工藝

采用1.5T中頻感應爐熔煉。按配比投入相應爐料：廢鋼、鉬鐵，化清后先加入1.2%的錳鐵預脫氧，再加入0.5%的硅鐵。出鋼前加入0.15%純鋁終脫氧，1680℃停電出鋼。在熔煉過程中，要求鋼的成分得到嚴格控制，打渣干凈，鋼水純凈。

3.2.3 試樣制取

根據GBT11352-2009一般工程用鑄造碳鋼件標準，力學性能用單鑄試塊如圖1所示，制取如圖2所示試塊5 件，試塊表面無可見裂紋、疏松、縮孔等鑄造缺陷，試樣塊均切掉澆冒口。

3.2.4 拉伸試樣

將單鑄試塊按金屬拉伸試驗方法GBT 228標準，制取如圖3所示標準拉伸試樣6件。

3.3 通過不同熱處理工藝（正火、淬火）試驗，根據力學性能試驗結果，擬訂槽幫材料的熱處理工藝

3.3.1 熱處理工藝

熱處理前，試樣表面涂刷防護涂料，防止在熱處理過程中，導致鑄鋼件表面脫碳和氧化。先進行正火處理，利用電阻爐對全部6件試樣進行加熱，加熱溫度920℃，保溫1小時，出爐空冷至室溫。然后進行調質處理，取正火后的試件4件進行加熱，920℃保溫1小時，進行水淬后，再利用電阻爐在560-580℃、580-600℃對試樣進行回火處理，保溫2小時，出爐空冷。

3.3.2 拉伸試驗、硬度、金相組織檢驗

正火試樣試驗結果：硬度216HB，抗拉強度589.5MPa，伸長率：13%;

560-580℃回火試樣試驗結果：硬度310HB，抗拉強度951.6MPa，伸長率：14.7%;

580-600℃回火試樣試驗結果：硬度286HB，抗拉強度895.3MPa，伸長率：15.3%。

正火：金相組織：鐵素體+珠光體

調質：金相組織：回火索氏體

3.3.3 熱處理工藝確定

根據試驗結果，調質后的強度、硬度明顯優于正火處理，580-600℃比560-580℃回火處理的強度硬度略低，但伸長率較高，韌性較好。故最終確定ZG25SiMnMo的熱處理工藝為920℃保溫1小時，回火溫度為580-600℃的調質熱處理工藝。

4? 結論

在ZG30SiMn槽幫材料基礎上，通過減少碳含量，增加錳含量，適當添加鉬合金元素，其材質改為ZG25SiMnMo，并采用580-600℃回火的調質熱處理工藝，力學性能為硬度286HB，抗拉強度895.3MPa，伸長率：15%，與一般ZG30SiMn調質后的力學性能：硬度216HB，抗拉強度589.5MPa，伸長率：11.5%相比，其強度、硬度值得到較大增長，槽幫的機械性能有顯著提高。

參考文獻：

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