一种用于制造液压破碎锤大规格钎杆的合金钢棒及其制造方法与流程

本发明属于特种钢铁，具体涉及一种用于制造液压破碎锤大规格钎杆的合金钢棒及其制造方法。

背景技术：

1、液压破碎锤又称破碎锤、碎石锤、液压冲击器，是一种将液压能转化为机械能的冲击工具，它以液压为动力，直接或间接驱动活塞做往复运动，靠活塞冲程时的动能冲击钎杆，令钎杆对物体产生破碎作用。液压破碎锤一般由三个部分组成，分别为钎杆、活塞、活塞缸体，其中钎杆是与被破碎的物体直接接触的，钎杆是消耗件。液压破碎锤可以与多种液压主机配套使用，如挖掘机、液压装载机、钢包拆包机、拆炉机等，其中与挖掘机的配套作业最为普遍。由于具有良好工作适应性、高工作性能、冲击功大、低噪声、高效率、维修费用低等优点，液压破碎锤广泛应用于冶金、矿山、道路、建筑等领域，对岩石、混凝土、钢包、冻土、水泥路面、桥墩、楼房等坚硬物进行开采、破碎、拆除等作业。目前，行业对炸药及爆破控制得非常严格，在岩石开采的领域，以前主要靠炸药和爆破进行开采，而现在只能使用很少量的炸药，目前岩石的开采主要是依靠钎杆来完成的，因此，今后钎杆的使用量是巨大的。

2、在破碎物体时，钎杆不但会受到复杂的周期性外力的作用，而且还会承受较高的温度，因为钎杆与破碎物体(如岩石、混凝土、水泥路面等)之间持续而剧烈的摩擦一定会导致钎杆发热，常常会使钎杆局部温度达到500℃以上。所以钎杆不但要在常温下具有足够高的强度，而且还要具有一定的高温强度。

3、目前，制作钎杆的材料大多采用42crmo钢制造；但是，采用42crmo钢制作的钎杆使用寿命往往不尽人意；尤其是制作规格较大(直径≥175mm)的钎杆时，由于该钢的淬透性比较低，钎杆淬火后硬化层深度难以满足服役要求，制作的钎杆使用寿命都比较短；另一方面，42crmo钢制作的钎杆高温强度也是比较低的，难以满足钎杆在长时间凿岩过程中对耐热的要求。

4、查阅目前公开的一些制作钎杆用钢的专利文献，要么就是性能无法满足岩石开采的要求，钎杆使用寿命都比较短，要么就是生产成本非常高；还有的钎杆是采用较低碳含量的一些合金钢经过渗碳+淬火后制作成的，不但合金原材料价格高，而且钎杆的制造工艺复杂，制造成本非常高，还不耐高温，制作的钎杆性价比低，不具有市场竞争力。

5、因此，研发一种淬透性高、使用寿命长的大规格钎杆用钢意义重大。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于制造液压破碎锤大规格钎杆的合金钢棒、钎杆及其制造方法。合金钢棒的直径为160-220mm。

2、本发明所采用的技术方案为：一种用于制造液压破碎锤大规格钎杆的合金钢棒，以fe为基础元素，且还包含如下质量百分比的化学成分：c：0.36～0.44％，si：0.15～0.60％，mn：0.50～0.80％，p：≤0.025％，s：≤0.025％，cr：0.90～1.20％，mo：0.50～0.80％，v：0.20～0.35％，以及不可避免的杂质元素。

3、钢中还可以含有ni：0～0.03％，cu：0～0.02％，mo：0～0.66％，al：0～0.019％中的一种或多种。

4、按如上所述的化学成分配制冶炼原料，依次经熔炼、精炼、真空脱气生产出高纯净度的钢水，并优选采用连铸的方式浇铸成截面390*510mm2以上的连铸坯。然后将连铸坯在加热炉内加热至1150～1250℃保温烧透后，出炉轧制成所需要直径的钢棒。

5、将轧制成的钢棒按照一定长度锯断，将一端进行加热后锻打成不同形状(四边形、八边形或圆形)尖部的钎杆，然后进行机加工，加工成钎杆造型，机加工结束后再将钎杆进行淬火、回火热处理，热处理后表面硬度≥51hrc、心部硬度≥46hrc，并且在500℃温度下的抗拉强度≥900mpa。使用本发明制造的钎杆的使用寿命得到了显著的提高，是原来42crmo钢制造的钎杆使用寿命的2.5倍以上，极大地满足钎杆服役的需要。

6、以下对本发明中所含各元素的作用及用量作具体说明：

7、c：c是钢中最基本的、最经济、最有效的强化元素，通过固溶强化和析出强化可明显提高钢的强度，为了确保钎杆的强度、硬度和耐磨性，必须具有足够的含碳量，并且，随着钢中碳含量的提高，硬度、强度和耐磨性会迅速增加；但过高的c含量对钢的韧性不利。根据试验研究结果，并考虑钎杆的实际使用状况，本发明控制c含量为0.36～0.44％。

8、si：是钢中的脱氧元素，并以固溶强化形式提高钢的硬度和强度。它可以较明显地提高钢的强度和屈强比，并能提高钢的淬透性。此外，si降低c在铁素体中的扩散速度使回火时析出的碳化物不易聚集，增加钢的回火稳定性，使钎杆回火后既能降低材料中的内应力也能使其保持高的硬度以增加耐磨性。但si含量较高会增加钢的脱碳倾向和脆性，本发明si含量控制为0.15～0.60％。

9、mn：是提高钢淬透性的一个非常有效的元素。但较高的mn会导致铸坯中容易出现中心偏析和裂纹，并且较高的mn还会导致晶粒容易长大，从而对韧性产生不利的影响。本发明mn含量控制为0.50～0.80％。

10、cr：是较强的碳化物形成元素，它是提高淬透性、提高强度和耐磨性的重要合金元素。cr也能提高钢的抗氧化和耐腐蚀性能，减少钎杆在工作环境中的腐蚀，延长其使用寿命，并能适当提高热强性；但该元素若添加过量，则会降低冲击韧性。本发明控制其含量为0.90～1.20％。

11、mo：能显著提高钢的淬透性，使钢在淬火时易形成马氏体，起到强化的作用。mo还具有提高抗回火稳定性的作用，并能提高钢的高温强度；但mo是贵重金属，含量过高会显著增加成本。本发明中mo的含量控制为0.50～0.80％。

12、v：钢中加入的v既是提高强度和硬度的合金元素，也是细化晶粒的合金元素。v的加入还具有提高抗回火稳定性的作用，并能提高钢的热强性能，提高钢的高温强度和高温硬度，但v是贵重金属，添加v元素会明显增加成本；为了让钎杆具有较高的性价比，本发明控制v含量为0.20～0.35％。

13、s、p：为钢中的有害杂质元素，易形成偏析、夹杂等缺陷。作为杂质元素会降低钢的强度和韧性，因此，应尽量降低这类元素的含量；但是，过分降低它们的含量势必会增加炼钢的成本，所以，综合考虑，本发明按p≤0.025％、s≤0.025％控制。

14、如上所述，用于制造液压破碎锤大规格钎杆的合金钢棒的制造是这样实现的：

15、按如上所述的化学成分配制冶炼原料，依次经熔炼、精炼、真空脱气和连铸，生产出高纯净度的钢水并采用连铸方式浇铸成390*510mm2的连铸坯。然后将连铸坯在加热炉加热至1150～1250℃保温烧透后，出炉轧制成所需直径的钢棒。

16、液压破碎锤大规格钎杆的制造方法如下：

17、将轧制成的钢棒按照一定长度锯断，将一端进行加热后锻造成不同形状(四边形、八边形或圆形)的尖部，然后进行机加工，机加工结束后再进行淬火加回火热处理(淬火加热温度：870℃-920℃，回火加热温度：200℃-430℃)，热处理结束后进行后续精整等工序制得破碎锤钎杆，钎杆表面硬度≥51hrc，心部硬度≥46hrc，并且在500℃和550℃温度下的抗拉强度分别达到950mpa以上和920mpa以上，而42crmo钎杆在500℃和550℃温度下的抗拉强度分别为550mpa和430mpa。使用该发明制造的钎杆使用寿命得到了显著的提高，是原来42crmo钢制造的钎杆使用寿命的2.5倍以上，极大地满足了钎杆服役的需要。