低碳马氏体钢重型凿岩钎杆研制

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1、低碳马氏体钢重型凿岩钎杆的研制　　肖上工　　　　王仪康(涟源钢铁有限公司)　(中科院金属研究所)摘　要　介绍了重型液压凿岩机钎杆专用低碳马氏体钢(27SiMnNi2CrMoA)的成分设计和工艺要点、现场凿岩试验结果、显微组织特征、强度和韧性配比关系、可以通过空冷对钎杆强韧化处理等特点。关键词　低碳马氏体钢　残余奥氏体　凿岩钎杆　液压凿岩机LOWCARBONMARTENSITESTEELFORROCKDRILLINGRODXIAOShanggong(LianyuanIronandSteelCoLtd.)WANGYikang(Ins

2、tituteofMetalResearchAcademiaSinica)ABSTRACT　Adirll　steel,27SiMnNi2CrMoA,forthehighcapacityhydraulicrockdrillhasbeendeveloped.Introducedanddiscussedare:itsalloyingdesign,productiontechnique,fieldtestresults,micro-structurefeatures,strength-toughnesscombination,andcha

3、racteristicsinheattreatment,i.e.strengtheningandtougheningthroughaircooling.KEYWORDS　lowcarbonmartensitesteel,retainedaustensite,rockrollingrod,hydraulicrockdrill　　液压凿岩机是新型高效率凿岩机械，我国自1975年以来先后从国外引进了1　200余台重型液压凿岩机，这种凿岩机最大冲击功率是根据当时凿岩钎具用合金钢和制造工艺所能达到极限承受水平确定的，是在现代凿岩波动力学、

4、材料科学最新成就基础上发展起来的［1］，因此对所需钎具(钎头和钎杆等)提出了更高的要求。　　本文报道了重型凿岩机钎杆用低碳马氏体钢(27SiMnNi2CrMoA)研制经过和所制造的凿岩机用钎杆凿岩试验结果。1　对重型凿岩机用钢的要求和成分设计1.1　对重型凿岩机钎杆用钢的要求　　常用的重型液压凿岩机凿岩钎杆直径为32～38mm，带有9～13mm中心孔，长3.0～5.5m。在液压凿岩机冲击功为340J条件下，钎杆受到的实际应力为840MPa。一般要求制钎用钢材断裂强度≥1.6～2.4倍的钢材疲劳负载，则其强度应≥1　600MPa。

5、　　普通合金钢部件安全应用的疲劳负载上限一般为600MPa左右，而重型凿岩机用钎杆的疲劳负载为840MPa，已属于极限设计。故应选用对疲劳裂纹扩展不敏感的合金钢制作钎杆，同时还需要考虑对钎杆的表面处理工艺。　　重型凿岩钎杆所用钢材必须具有足够的韧性，即足够大的导致发生断裂失稳(脆断)临界缺陷。对上述尺寸的重型凿岩钎杆，不会发生脆断的临界缺陷尺寸为缺陷半径(Rcr)≥5mm，其可换算为，在重型钎杆受力为840MPa条件下，该钢断裂韧性的临界值(KⅠC)≥99.2MPa*m1/2［2］。　　为了防止重型凿岩钎杆在使用过程中“堆顶”失

6、效，要求钎杆必须有足够高的抗压强度。钢材抗压强度与钢的碳含量有关，可适当提高合金钢的碳含量。还必须考虑钢材淬透性能，保证钎杆能够通过适当淬火工艺得到均匀的淬火组织。同时也要考虑该钢的机加工性能、抗腐蚀性能和所加入合金元素成本问题。　　提高钢中硅含量达1.3%以上，可使该钢马氏体分解温度上升到350℃以上，从而在300℃以下回火时能得到稳定的回火马氏体。在钢中加入钼的前提下，将碳含量控制在0.30%以下，可以得到含残余奥氏体的板条马氏体组织。增加钢中锰和镍含量，在空冷或等温淬火的条件下均能使钎杆得到均匀板条马氏体组织。在钢中含镍前

7、提下，适当地加入铬可提高钢材耐大气腐蚀性能和钎杆的涂(漆)装性能。1.2　成分设计　　(1)重型凿岩钎杆用低碳27SiMnNiCrMoA马氏体钢设计成分(%)：0.24～0.30C，1.20～1.50Mn，1.30～1.70Si，1.65～2.00Ni，0.20～0.40Cr，0.30～0.45Mo，Cu≤0.20。对有害元素控制要求(%)：S≤0.025，P≤0.025，Sn≤0.02，Sb≤0.02，As≤0.08。　　(2)试验用钢的主要化学成分(%)：0.27C，1.59Si，1.38Mn，1.90Ni，0.29Cr，0

8、.35Mo，0.024P，0.007S。其常规力学性能见表1。表1　试验钢的力学性能Table1　Themechanicalpropertiesoftestedsteels热处理工艺σb/MPaσs/MPaψ/%δ5/%AKV/JHRCKIC/MPa*m1/29