劉厚明

摘要：本文針對(duì)刮板輸送機(jī)中部槽槽幫易磨損、易腐蝕、強(qiáng)度不足等問題展開探討。

關(guān)鍵詞：刮板輸送機(jī);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(jī)不可或缺的重要部件，其運(yùn)行正常與否直接影響著刮板輸送機(jī)運(yùn)行的效率，同時(shí)也影響企業(yè)的正常生產(chǎn)，中部槽槽幫是刮板輸送機(jī)移動(dòng)時(shí)主要受力部位，槽幫的質(zhì)量和性能直接關(guān)系著整個(gè)輸送機(jī)的正常工作。針對(duì)刮板輸送機(jī)中部槽槽幫易磨損、易腐蝕、強(qiáng)度不足等問題，選擇在ZG30SiMn的基礎(chǔ)上，重新對(duì)槽幫的化學(xué)成分和熱處理工藝進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整設(shè)計(jì)方面進(jìn)行研究，以提高槽幫材料的力學(xué)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(chǎn)生脫落現(xiàn)象，同時(shí)提高硬度增加槽幫使用壽命。

2? 課題背景

刮板輸送機(jī)是煤礦綜采的重要裝備之一，其中的槽幫構(gòu)件決定其整體使用壽命，槽幫在刮板機(jī)服役過程中承受磨損、沖擊、腐蝕等較為復(fù)雜的工況，主要失效形式是磨損，還有部分?jǐn)嗔?。傳統(tǒng)的槽幫材料絕大多數(shù)采用ZG30SiMn，由于強(qiáng)韌性較低，耐磨性不好，過煤量處于較低水平，適應(yīng)不了現(xiàn)代刮板輸送機(jī)的要求。因此，調(diào)整槽幫材料化學(xué)成分和熱處理工藝以提升槽幫性能，獲得高強(qiáng)度、高韌性、耐磨損、抗腐蝕及良好的焊接性能是刮板輸送機(jī)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

3? 課題研究主要內(nèi)容

3.1 根據(jù)合金元素對(duì)性能的影響，在原ZG30SiMn基礎(chǔ)上調(diào)整中部槽槽幫材料化學(xué)成分

ZG30SiMn槽幫鋼的化學(xué)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(xué)性能和鑄造性能的主要元素，碳含量越高，淬透性越好，強(qiáng)度越高，但塑性、韌性降低，焊接性能變差。在保證一定的強(qiáng)度基礎(chǔ)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(duì)鋼的力學(xué)性能影響不大。鑄造碳鋼中加入硅，主要是為了利用其較強(qiáng)的脫氧能力，使鋼脫氧，防止產(chǎn)生氣孔?；谶@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(duì)基體有一定的固溶強(qiáng)化作用。加入錳后能顯著改善鑄件的綜合力學(xué)性能。同時(shí)，根據(jù)對(duì)錳含量的規(guī)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(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)對(duì)此都有嚴(yán)格要求。故硫、磷含量仍嚴(yán)格控制在0.03%以下。

3.1.5 鉬

鉬既能使鐵素體固溶強(qiáng)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(qiáng)的元素之一，同時(shí)，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(chǎn)物成為細(xì)小的分散相，使鋼的性能更好。故取鉬為0.25-0.45%。

調(diào)整后的中部槽槽幫材料為ZG25SiMnMo，化學(xué)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(yàn)要求的試樣

3.2.1 試驗(yàn)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(yīng)爐熔煉。按配比投入相應(yīng)爐料：廢鋼、鉬鐵，化清后先加入1.2%的錳鐵預(yù)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(yán)格控制，打渣干凈，鋼水純凈。

3.2.3 試樣制取

根據(jù)GBT11352-2009一般工程用鑄造碳鋼件標(biāo)準(zhǔn)，力學(xué)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(yàn)方法GBT 228標(biāo)準(zhǔn)，制取如圖3所示標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣6件。

3.3 通過不同熱處理工藝（正火、淬火）試驗(yàn)，根據(jù)力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)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(hù)涂料，防止在熱處理過程中，導(dǎo)致鑄鋼件表面脫碳和氧化。先進(jìn)行正火處理，利用電阻爐對(duì)全部6件試樣進(jìn)行加熱，加熱溫度920℃，保溫1小時(shí)，出爐空冷至室溫。然后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，取正火后的試件4件進(jìn)行加熱，920℃保溫1小時(shí)，進(jìn)行水淬后，再利用電阻爐在560-580℃、580-600℃對(duì)試樣進(jìn)行回火處理，保溫2小時(shí)，出爐空冷。

3.3.2 拉伸試驗(yàn)、硬度、金相組織檢驗(yàn)

正火試樣試驗(yàn)結(jié)果：硬度216HB，抗拉強(qiáng)度589.5MPa，伸長(zhǎng)率：13%;

560-580℃回火試樣試驗(yàn)結(jié)果：硬度310HB，抗拉強(qiáng)度951.6MPa，伸長(zhǎng)率：14.7%;

580-600℃回火試樣試驗(yàn)結(jié)果：硬度286HB，抗拉強(qiáng)度895.3MPa，伸長(zhǎng)率：15.3%。

正火：金相組織：鐵素體+珠光體

調(diào)質(zhì)：金相組織：回火索氏體

3.3.3 熱處理工藝確定

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，調(diào)質(zhì)后的強(qiáng)度、硬度明顯優(yōu)于正火處理，580-600℃比560-580℃回火處理的強(qiáng)度硬度略低，但伸長(zhǎng)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(shí)，回火溫度為580-600℃的調(diào)質(zhì)熱處理工藝。

4? 結(jié)論

在ZG30SiMn槽幫材料基礎(chǔ)上，通過減少碳含量，增加錳含量，適當(dāng)添加鉬合金元素，其材質(zhì)改為ZG25SiMnMo，并采用580-600℃回火的調(diào)質(zhì)熱處理工藝，力學(xué)性能為硬度286HB，抗拉強(qiáng)度895.3MPa，伸長(zhǎng)率：15%，與一般ZG30SiMn調(diào)質(zhì)后的力學(xué)性能：硬度216HB，抗拉強(qiáng)度589.5MPa，伸長(zhǎng)率：11.5%相比，其強(qiáng)度、硬度值得到較大增長(zhǎng)，槽幫的機(jī)械性能有顯著提高。

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