矿山高锰钢铲齿断裂原因分析

矿山高锰钢铲齿断裂原因分析

尹凌峰

包钢（集团）公司白云鄂博铁矿内蒙古包头市白云鄂博矿区014080

摘要根据电铲铲齿入冬以来的频繁断裂，从造型、冶炼、浇注、热处理、安装、气候等方面确定了铲齿断裂的原因，使铸件质量得到了提高，从而有效的延长了铲齿的使用寿命。

关键词铲齿断裂质量

引言

电铲的铲齿大部分都是高锰钢铸件。铲齿在工作过程中要承受强烈的冲击磨损，很大的弯曲作用力和严重的冲击载荷，所以常见有铲齿的断裂现象,有时还会遇到刚安装的铲齿开始运行工作就断裂的情况。虽然电铲铲齿属于磨损件，但更换铲齿不仅影响生产、还使成本上升、效率下降、有时还会造成严重的设备故障。我们在实践工作过程中,分析了铲齿的化学成分、工艺流程、安装情况，总结出铲齿断裂的原因，并从各个环节上提高铲齿寿命的工艺方法。使生产出的铲齿强韧、耐磨，收到了很好的实用效果。

1化学成分对质量的影响及对策

化学成分是决定铲齿质量的内在因素。高锰钢的基本元素是:C、Si、Mn、S、P，由于现冶炼所需废钢含S元素已达标，所以现分析对铲齿寿命影响最大的是C、Mn、P。

图1

根据国家标准,高锰钢中的含碳量，应根据产品截面大小、工作条件等而有所差别。当以耐磨性为主时C=1.15—1.35％；当工作条件为冲击载荷较大时，以韧性为主，含碳量应在0.9—1.1％为宜。高锰钢中的碳化物均为(Fe、Mn)C型碳化物,聚集倾向大、脆性大、沿晶界网状析出时危害最大。所以，严格控制含碳量是保证铲齿质量的重要环节。

含锰量

锰是高锰钢中主要成份，它扩大合金的γ相区，稳定奥氏体组织，并降低Ms点，使高锰钢奥氏体组织能保持到室温，锰在钢中除固溶于奥氏体外，另一部分存于（Fe、Mn）C型碳化物中，锰含量增加，强度、冲击韧性提高，这和锰增加晶间结合力有关。

锰含量的多少，主要由工况条件、铸件结构等方面决定。用于强烈冲击的铸件，含锰量也应高一些。其中碳锰比也影响到钢的性能，根据实践表明，矿山所用的高锰钢铲齿，当C/Mn接近1:12时最为合适。

含磷量

冶炼高锰钢时，由于锰铁的含磷量较高，而磷对高锰钢裂纹敏感性的影响最大，在含内磷量较高的奥氏体晶界上会产生磷共晶，磷含量越高，铲齿裂纹程度越大。因为磷会降低钢的冲击韧度并使铸件容易开裂，所以应尽量降低铸件的含磷量。

结合现作业条件及实际情况，在保证铲齿韧性和强度的前提下，提锰降碳，我们把C含量区间设定为0.9—1.15%，Mn含量区间设定为11—12.5%。因含磷量较高的奥氏体晶界上会生成磷共晶，增大铲齿的脆性，尤其在低温时，产生冷脆。所以在冶炼过程中，除加入废锰钢外，还配入10—15%低磷碳素钢，用于控制铲齿的磷含量。

2改进铸造工艺

高锰钢的机械性能与铸态组织中的晶粒大小紧密相关，铲齿中粗大的奥氏体晶粒不能通过热处理方法加以细化，所以要获得细小的晶粒应该主要从优化冶炼工艺入手。

2.1改善冶炼工艺

冶炼过程中，精选优质的废锰钢和其它辅助原料作为入炉料，由过去的返回法，改为混合法，即冶炼前期去除钢中的气体和夹杂钢液中的渣钢，当在一定时间内产生沸腾时，加入集渣剂，去除融化渣，缩短融化期，增加精炼期。炉料熔清后取样分析成分含量，合金化后，用AL进行脱氧。

2.2严格控制浇注温度

适当降低浇注温度,可获得细小的晶粒。由于生产的实际条件所限，低温浇注操作有一定难度。如果用快速热电偶，采用包内测温，可将浇注温度控制在1450～1470℃；或者采用样勺结膜25—30s的时间控制法。出钢温度较高时，根据造型箱的多少，静置适当的时间，原则是浇完最后一箱时钢包内剩余钢水呈半凝固状态为准。

2.3精准控制打箱时间

由于高锰钢的导热性较差，如果铲齿浇注后保温时间过短，冷却速度过快，会使铲齿的收缩应力增加，从而导致铲齿裂纹的产生。所以应使浇注完后的铲齿尽可能的在砂型箱内缓慢冷却，经过具体实践，精准控制铲齿浇注完后打箱的时间为24h，延长保温时间，并使热影响区温差控制在最小范围内，保证铲齿不产生裂纹。

3影响铲齿断裂的外因

铲齿与铲斗之间的组合是由两种铆钉配合进行装配，而且两种铆钉与铲齿的配合都是紧配合。由于铲斗是易磨损件，6—9个周期后会导致铆钉不易楔合到位，从而导致勾型铆钉发生断裂，致使铲齿断裂脱落；为解决此类问题，我们根据铲斗磨损情况，制作不同裆距的铲齿，最终实现铆钉与铲齿的紧配合安装。

对于冬季铲齿断裂比较频繁，这和当地的气温也有很大关系，由于白云鄂博矿区属于内陆干燥气候区，冬季温度可达到-35℃，这也是导致铲齿断裂的原因；为保证冬季铲齿的正常使用，一到入冬，改变铲齿的化学成份，增加Mn含量，适当的降低碳锰比，经试验了两个冬季，效果良好，杜绝了天气温度降低就断铲齿的问题。

4结束语通过电铲铲齿早期断裂，我们对此作出分析，并总结出了提高其寿命的方法和措施。首先从冶炼、浇注、打箱、等方面严格把关，然后通过实践了解外界因素影响的原因，对此作出解决办法，最终是以提高铲齿的使用寿命和生产效率。

参考文献

1、陈希杰高锰钢北京:机械工业出版社1989,212

2、张清金属磨损和金属耐磨材料手册北京:冶金工业出版社1991,113

3、赵沛合金钢冶炼北京:冶金工业出版社,1992,10

4、刘景生高锰钢斗齿断裂原因分析

5、浅析化学成分对高锰钢性能的影响摘自毕业论文网

6、陈希杰，高锰钢，北京：机械工业出版社1989，2

7、高锰钢铸件裂纹原因及防止方法浅析