[发明专利]一种掘进机复合耐磨耙爪的制造方法

说明书

本发明提供一种掘进机复合耐磨耙爪的制造方法，挖进机耙爪广泛应用于煤矿行业，在使用过程中承受剧烈的摩擦磨损，耙爪的失效主要也是由于摩擦磨损或者断裂引起的，因此提高耙爪的耐磨性能，已经成为关系煤矿行业高效生产的一个关键问题。原耙爪材质为30Mn2，通过堆焊网格状铁基合金铸铁耐磨层提高材料的耐磨性能，该工艺复杂、效率低、成本高，使用寿命偏低。根据掘进机耙爪的井下作业工况条件，本文研发一种高耐磨的中锰钢耙爪，通过消失模铸造工艺制备中锰钢板材，采用熔化极气体保护焊接的方法在ZG30Mn2工作表面焊接中锰钢，该工艺简单，成本低，可以显著提高耙爪的硬度、冲击韧性、抗拉强度、使用寿命。

技术领域

本发明属于材料加工领域，尤其是涉及一种掘进机复合耐磨耙爪的制造方法。

背景技术

目前，对于掘进机耙爪均为铸造成型方式，均采用ZG30Mn2铸造耙爪，该材质属中低碳合金铸钢，此材料使用历史较长，制造工艺比较简单，性能基本稳定。ZG30Mn2采用淬火+高温回火的调质热处理工艺，获得回火屈氏体组织，使钢的强度、塑性和韧性获得恰当的配合，但硬度偏低，导致耙爪的耐磨性相对较差。故在实际应用中，均采用在耙爪的工作面上堆焊网格状耐磨层的方式来提高其耐磨性能。采用堆焊网格状耐磨层存在以下几个方面的问题：

1.基材含碳量较高，合金元素多，淬硬倾向大，近缝区出现的马氏体组织，增大了堆焊层的冷裂倾向，焊接性较差，极易产生淬硬硬化裂纹。

2.工件基材较厚(65mm)堆焊时散热较快，拘束度很大，堆焊层冷却速度增加，焊缝容易产生冷裂纹。

3.氢致冷裂纹敏感性较大。

4.堆焊前应焊前预热，控制热输入及层间温度。在焊接过程中，需要两人同时从相对的两个拔爪方向同时施焊，每道焊缝施焊完成后，快速用小锤轻击焊缝，以便细化晶粒和消除熔渣，待熔渣清除干净后，方可继续施焊下一道焊缝，且每条焊缝的引弧处、熄弧处必须错开，焊后需要热处理和保温缓冷等工艺措施。堆焊超出要求平整度的焊缝，还需用砂轮机进行打磨。操作工艺流程复杂，效率比较低、成本高。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种掘进机复合耐磨耙爪的制造方法，尤其适合克服目前堆焊耐磨层工艺复杂、效率低、成本高、寿命短等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种掘进机复合耐磨耙爪的制造方法。

(1)耐磨中锰钢板的制备

本发明通过熔炼—成型—热处理工艺制备中锰钢板。材料的成分为C0.9～1.0％、Si≤0.5％、Mn7.0～7.8％、Cr2.5～4.0％、Mo0.3～0.4％、V0.4～0.5％；余量为Fe及不可避免的杂质。

熔炼：在电弧炉中分步加入废钢、铬铁、硅铁、镍铁、锰钢、钼铁等合金并快速熔化，升温至1640℃-1660℃，依次加入硅钙合金和铝合金脱氧后出钢，钒铁和稀土在包内冲入钢水，浇铸成钢锭。

成型：采用连铸连轧成型工艺。通过炼钢-连铸-加热-热轧系列工艺获得轧制钢板，其中连铸温度为1420-1440℃得到坯锭，加热板坯到1180-1220℃，板坯的轧制温度控制在1000-1100℃。

热处理：采用在线固溶处理的热处理工艺。轧制成型的钢板在1000～1050℃直接进行喷水冷却，以确保获得单一奥氏体组织。

中锰钢板性能指标：抗拉强度≥700MPa、屈服强度≥400MPa、断后伸长率A≥15％、冲击功Akv≥120J、水韧处理后硬度HB180～250，表层冲击硬化后HV≥500。

(2)ZG30Mn2耙爪工作表面焊接中锰钢板