重型钎具用钢组织性能控制的研究现状

蒋波¹，刘雅政¹，周乐育²，张朝磊¹，陈列³，王国存³

1. 北京科技大学材料科学与工程学院2. 北京机电研究所3. 西宁特殊钢股份有限公司青海省特殊钢工程技术研究中心

摘 要：凿岩钎具是由钎头、钎杆、钎尾等部件组成的一个细长的杆件系统,是矿业资源开采、交通道路建设、水电项目施工、城镇化建设等施工项目中用于钻凿岩石的主要工具。重载钎具产品在使用过程中受到岩矿石的剧烈磨损、高压水流或气流以及矿坑水的冲刷腐蚀,要承载凿岩机活塞每分钟3 000次以上的高频冲击功,在拉压、弯曲及扭转应力的受力状况下高速冲击岩石。由于使用条件的限制和复杂的受力状况,高品质的重载钎具用钢一方面要求具有良好的强韧性匹配以保证其耐磨损和抗冲击性能,另一方面又要求其具有良好的加工工艺性能和一定的抗腐蚀能力。钎具钢的组织结构是各生产工艺系统控制的结果,包括对钎钢轧材纯净性和组织均匀性的控制、钎具的成形工艺以及后续的渗碳及热处理组织性能控制,因此,对钎具钢进行系统研究以提高钎具产品质量及使用寿命是十分必要的。通过对钎具的缺陷分析以及国内外优质钎具的组织性能对比得出,优质钎具在渗碳层外表面和基体之间的过渡区域存在大量下贝氏体,使高硬度的表面与韧性较好的心部有更好的组织过渡,是造成钎具质量存在差异的主要原因之一。为延长重载钎具疲劳寿命,轧材需控制夹杂物形态、尺寸及数量从而提高纯净度,改善带状组织特征以促进显微组织均匀化,而渗碳和后续热处理工艺控制对于改善疲劳寿命影响最为显著。对于渗碳工艺而言,需综合考虑渗碳工艺参数对碳浓度分布、显微组织和硬度分布的影响,避免在渗碳层表面形成残余奥氏体从而降低硬度,同时还要考虑成本。而对于渗碳后淬回火工艺而言,淬火的冷却方式是影响钎具钢渗碳和热处理后冲击韧性和组织性能分布的关键因素。重型钎具的最佳组织结构应为:表面为高硬度高耐磨性的高碳马氏体组织;过渡区为马氏体+下贝氏体的混合组织;心部为韧性较好的贝氏体组织,同时,具有组织性能平缓过渡的渗碳层。本文归纳了重型钎具的服役条件及各部件的性能要求,对目前重型钎具的失效方式、国内外钎具的组织性能对比进行介绍,分析了目前关于重载钎具用钢组织性能控制关键因素的研究现状,并针对重载钎具用钢组织性能系统控制目标的实现提出了总结与展望。

关键词：重型钎具用钢;渗碳;热处理;组织性能;强韧化;