CN102605266B

CN102605266B - 一种履带式工程机械链轨节销套用钢及其制造方法

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Publication number: CN102605266B
Application number: CN201210066092.4A
Authority: CN
Inventors: 郑桂芸; 翟正龙; 郭晖; 王立君; 时振明; 李法兴; 李顺; 徐锋; 赵德钢; 张伟; 范黎明
Original assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2032-03-13
Also published as: CN102605266A

Abstract

本发明涉及一种履带式工程机械链轨节销套用钢及其制造方法，属于冶金技术领域。履带式工程机械链轨节销套用钢的化学成分范围按重量百分比计为：C：0.38～0.43％，Si：0.10～0.25％，Mn：0.60～0.85％，Cr：0.90～1.20％，Cu≤0.30％，S≤0.025％，P≤0.030％，Ni≤0.20％，B：0.001～0.004％，Ti：0.030～0.050％，Al：0.015～0.060％，[O]≤15×10^-6，[H]≤3×10^-6，[N]≤60×10^-6，余为Fe和不可避免的杂质。本发明还提供了履带式工程机械链轨节销套用钢的制备方法，采用该制造方法可生产规格Φ30～100mm的圆钢。该钢具有高的抗疲劳、耐磨性和抗腐蚀性，加工后的履带式工程机械链轨节销套性能优异，采用该钢制造的履带式工程机械链轨节销套使用寿命超过一般合金结构钢材料。

Description

一种履带式工程机械链轨节销套用钢及其制造方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种用于制造履带式工程机械链轨节销套用钢及其制造方法。

背景技术

履带式推土机主要是在较为复杂、恶劣的环境中进行工作。履带销和套是连接链轨节的重要环节。推土机作业时，销和销套之间的接触应力是循环变化的，处于摩擦状态，其内部磨损是不可避免的。无论推土机是前进还是后退，销和销套都是在同-侧接触，所以，销套内侧为单侧磨损。同时，销套外侧还要受到驱动轮轮齿的挤压、冲击和摩擦所造成的损伤。当推土机在沼泽地带或岩石地带进行作业时，泥沙、碎石颗粒还会进入销和销套的配合面，造成销和销套之间的磨料磨损，同时，其配合面还会受到酸、碱等介质的腐蚀，从而加剧了推土机履带销套的磨损失效。总之，疲劳磨损、磨料磨损和腐蚀磨损对推土机履带销套的磨损都会产生严重的影响。改善销套的材质和构造.是延长销套寿命的重要因素。推土机生产厂家可以对履带的构造进行改进。采用密封式稀油润滑结构的销套，这样，既可以避免腐蚀介质和土壤磨料进入销和销套的配合面，又可以在其配合面形成润滑油膜，从而，改善接合面的工作条件，减轻销和销套的磨损。另外，应不断提高销套制造的工艺水平，改善材质的表面硬度，使销套获得良好的耐磨性和抗腐蚀性，从而达到降低磨损、增强可靠性、延长使用寿命的目的。

CN101310915公开了一种工程挖掘机履带销套的加工方法：(1)下料，截取棒材；(2)镦粗、挤压，使坯料中心形成圆桶状内孔；(3)退火、去底、镗内孔后，得到空心轴状销套；(4)抛丸处理；(5)进行贯穿冷挤压，得到内径不变、外径缩小、长度增加的空心轴状销套；(6)对空心轴状销套两端的内孔面挤锥度，使销套内孔面由三部分构成，中间部分为圆柱内孔面，两端为喇叭口圆锥形内孔面；(7)精加工。使用该加工方法生产工程挖掘机履带销套可以提高工程挖掘机工作效率、延长其使用寿命。

CN2905279公开了涉及履带销套精加工装置，涉及有主轴、主轴夹具、工件位、尾座旋转顶尖和尾座套筒组成，配合双向刀具实现对履带销套以车代磨的精加工。主轴前端设置有主轴夹具，在主轴夹具的前端设置有工件位，与主轴夹具相对应，设置有尾座旋转顶尖。尾座旋转顶尖设置在车床的尾座套筒上，通过脚踏开关控制，经车床液压系统实现尾座旋转顶尖伸缩，与主轴端的主轴夹具配合撑紧放置在销套内孔中的弹簧涨套，实现销套的定位与夹紧。用双向刀具在一次装夹中精车端面和两端外圆，倒头精车另一端面，实现快速装卡，提高生产效率。本实用新型从加工装置的结构上将精车对端面进行加工和磨削对外圆进行加工两个工序合并为一个工序，使得工艺简化，可以适应大批量销套生产的要求。

CN2602984公开了工程机械履带销套与链轨节的密封装置，涉及有蝶形密封圈、锥形引销、密封圈A、O形圈和密封圈B组成，所说的锥形引销是本实用新型所述工程机械履带销套与链轨节的密封装置的辅助件，蝶形密封圈A设置在履带销套的端部，在蝶形密封圈的内侧，设置有密封圈A和密封圈B，在密封圈A和密封圈B之间，设置有O形圈，本实用新型所述的工程机械履带销套与链轨节的密封装置，由于其中的的锥形引销采用锥形结构，通过锥形引销的打入，将密封圈B撑开，且沿着密封圈A和锥形引销的斜面向四周位移，同时将密封圈A和蝶形密封圈向主套端位移并压紧，从而起到更好的密封作用。

上述专利分别涉及销套的加工方法及密封问题，在改善接合面的工作条件，减轻磨损，特别是磨料磨损和腐蚀磨损方面有一定效果；但没有涉及到材料本身对解决疲劳磨损及腐蚀磨损方面的问题。

CN101624675公开了一种履带链轨销轴用45BM钢，其组成重量百分数为：C：0.43～0.47％，Si：0.17～0.35％，Mn：0.60～0.80％，P：0.005～0.025％，S：0.001～0.020％，Cr：0.01～0.20％，Ni：0.01～0.20％，Cu：0.01～0.20％，B：0.0005～0.0030％，Ti：0.020～0.060％，Al：0.01～0.06％，余为Fe和不可避免的杂质。其制造方法是电炉冶炼、出钢，LF炉外精炼，VD真空脱气处理。在还原后的钢水中，加铝终脱氧、加钛固定氮、VD脱真空处理后加硼铁合金化；连铸浇注铸坯，过热度为20～30℃，连铸拉坯速度为0.90～1.20m/min，钢坯在加热炉的均热温度为1180～1220℃，加热时间为2.5～3h，开轧温度1100～1150℃，终轧温度850～1000℃。

CN101660101公开了一种低碳耐磨履带板用钢及其制造方法，其化学成分按重量百分比计为：C：0.17～0.27％，Si：0.17～0.37％，Mn：0.85～1.20％，Cr：0.10～0.30％，Al：0.010～0.060％，Cu：0.010～0.20％，Ni：0.01～0.20％，P：0.003～0.025％，S：0.001～0.025％，Ti：0.020～0.060％，B：0.0005～0.0035％，[O]：5～20×10^-6％，[N]：40～90×10^-6％，余为Fe和不可避免的杂质。其制造方法是电炉冶炼、出钢，LF炉外精炼，VD真空脱气处理。但其成分设计不能满足销套用钢的需求。

发明内容

本发明针对履带式工程机械链轨节销套用钢使用要求，开发生产抗疲劳耐腐蚀硼微合金化销套用钢，通过合理设计钢种成分，改进制备方法；解决钢材成分设计、性能、组织、纯净度、表面质量的问题，提供了一种可以满足用户需求的履带式工程机械链轨节销套用钢及其制造方法。该发明用于销套用钢，与销轴、履带板相比使用部位不同，失效形式不一样，因此成分设计不同。为稳定硼元素含量及成分均匀性，硼的加入方式进行优化设计。

本发明提供了一种履带式工程机械链轨节销套用钢，其特征在于其组成按重量百分数为：

C：0.38～0.43％，Si：0.10～0.25％，Mn：0.60～0.85％，Cr：0.90～1.20％，Cu≤0.30％，S≤0.025％，P≤0.030％，Ni≤0.20％，B：0.001～0.004％，Ti：0.030～0.050％，Al：0.015～0.060％，[O]≤15×10^-6，[H]≤3×10^-6，[N]≤60×10^-6，余为Fe和不可避免的杂质。

钢种成分的确定：销套工作时和销之间处于摩擦状态，销和销套都是在同-侧接触，销套内侧为单侧磨损。同时，销套外侧还要受到驱动轮轮齿的挤压、冲击和摩擦造成损伤。当推土机在沼泽地带或岩石地带进行作业时，泥沙、碎石颗粒还会进入销和销套的配合面，造成销和销套之间的磨料磨损，同时，其配合面还会受到酸、碱等介质的腐蚀；疲劳磨损、磨料磨损和腐蚀磨损对推土机履带销套的磨损都会产生严重的影响。因而销套材料要有耐磨性和抗疲劳，同时也要有抗腐蚀性。C对钢的机械性能影响极为显著，对钢的心部强度影响很大，太低，强度达不到要求，过高会使钢的塑性和韧性下降；为保证钢材性能稳定控制碳含量在C：0.38～0.43％；Mn主要作为脱氧元素，能提高钢的性能和纯洁度，控制Mn：0.60～0.85％；Si强烈提高渗层的淬透性，但在渗碳过程中容易发生晶界氧化而形成黑色网状缺陷；随合金元素添加量的增加，钢的马氏体点下降，使淬火后渗层中含有大量残余奥氏体，影响零件的疲劳性能及耐磨性，控制Si：0.10～0.25％；硼元素在钢中形成的硼化物在钢中就具有高的耐磨性和热稳定性，同时微量硼能显著提高钢的淬透性，控制B：0.001～0.004％，S、P在钢中视为有害元素，因此，本发明控制S≤0.025％，P≤0.030％；铬元素具有高的抗腐蚀性，控制Cr：0.90～1.20％；Ni|、Cu为残余元素，为减少危害，控制Ni≤0.20％，Cu≤0.30％；为提高钢的纯净度和疲劳寿命，本发明还对氧、氢、氮和铝提出了控制要求：[O]≤15×10^-6，[H]≤3×10^-6，[N]≤60×10^-6，[Al]：0.015～0.060％。

进一步优选的，本发明的履带式工程机械链轨节销套用钢，其特征在于其组成按重量百分数为

C：0.40～0.43％，Si：0.20～0.25％，Mn：0.65～0.75％，Cr：0.95～1.05％，Cu≤0.05％，S≤0.010％，P≤0.015％，Ni≤0.05％，B：0.001～0.002％，Ti：0.030～0.040％，Al：0.025～0.035％，[O]≤15×10^-6，[H]≤3×10^-6，[N]≤80×10^-6，余为Fe和不可避免的杂质。

本发明提供了一种履带式工程机械链轨节销套用钢的制备方法，包括冶炼及合金化、浇注、轧制、缓冷，其特征在于，控制钢的化学成分重量百分比含量为：C：0.38～0.43％，Si：0.10～0.25％，Mn：0.60～0.85％，Cr：0.90～1.20％，Cu≤0.30％，S≤0.025％，P≤0.030％，Ni≤0.20％，B：0.001～0.004％，Ti：0.030～0.050％，Al：0.015～0.060％，[O]≤15×10^-6，[H]≤3×10^-6，[N]≤60×10^-6，余为Fe和不可避免的杂质。通过钢包吹氩、真空脱气处理加强钢的脱氧去气的冶炼控制，终脱氧喂入铝线，真空脱气处理前加入B铁；采用全程保护浇注；钢坯在加热炉的均热温度为1130～1200℃，加热和高温扩散时间为2.5～3h，开轧温度1080～1150℃，终轧温度850～1000℃。

为提高钢材组织均匀性，设计钢坯在加热炉的均热温度为1130～1200℃，加热和高温扩散时间为2.5～3h，开轧温度1080～1150℃，终轧温度850～1000℃。

进一步优选的，履带式工程机械链轨节销套用钢的制备方法可考虑以下工艺条件进行操作：

(1)冶炼：控制铁水(或生铁)兑入比例40％～50％，重量比，电炉终点碳含量控制在0.20％～0.25％；采用铝脱氧，控制钢芯铝加入量在1.5～2.5kg/t钢并控制钢水中酸溶铝处于0.015～0.040％；

在精炼过程中选择精炼渣系和软吹氩制度，去除钢中夹杂物、降低总氧含量，提高钢的纯净度。喂铝线1.5～3m/吨钢和硅钙线2.0～3.0m/吨钢(φ13mm)。加钛2-4米/吨钢固氮，氮含量可控制在80ppm以下。硼在VD炉前加入，吨钢加入量为：0.1～0.12kg/吨钢，加入前控制炉中渣量在45～50mm；钢水温度为1600～1630℃，氩气压力为0.15～0.36MPa；确保了硼的回收率控制在90％，同时避免了在加硼的过程中对钢水造成的二次污染，提高和稳定了硼的回收率。

(2)浇铸，采用全保护浇铸，控制中间包过热度为15～30℃，控制连铸拉坯速度为0.55～1.00m/min。

(3)轧制，钢坯在加热炉的均热温度为1130～1200℃，加热和高温扩散时间为2.5～3h，开轧温度1080～1150℃，终轧温度850～1000℃。

所述VD为真空脱气。VD是英文Vacuum Degassing的缩写。

优选的，步骤1)所述的精炼渣系为，CaO％：45～50，SiO2％：7～12，MgO％：5～10，Al2O3％：15～25，TFe％：3～6，(FeO)+(MnO)≤1.0％，重量比；所述软吹氩制度为：氩气流量100L/min～300L/min，压力0.20MPa～0.30Mpa。

优选的，步骤1)所述的钢水温度为1605～1620℃；优选的，步骤1)所述的氩气压力0.20MPa～0.30Mpa。

步骤1)中强化脱氧及夹杂物变形处理。通过VD炉真空脱气处理进一步降低钢中的气体含量提高钢材的纯净度。

步骤1)所述的VD炉为真空脱气炉；VD真空脱气为用来脱除钢中氢气、氮气。

本发明所述的百分比或其他比例，未特别说明的均为重量比。

与现有技术相比，本发明的技术方案的有下列优点：

1、同目前广泛应用的履带式工程机械链轨节销套用钢及钢的生产相比较

(1)本发明钢控制B元素的含量，保证了钢的淬透性，同时增强了钢材的耐磨性。加工后经一般淬回火后具有高强度、高冲击韧性、高耐磨性能，延长履带式工程机械链轨节销套的使用寿命。

(2)该钢具有高的抗疲劳、耐磨性和抗腐蚀性，加工后的履带式工程机械链轨节销套性能优异，采用该钢制造的履带式工程机械链轨节销套使用寿命超过一般合金结构钢材料。

(3)硼含量控制技术：硼在VD前加入，加入前合理控制炉中合适渣量在45～50mm、合适钢水温度，合理的氩气流量及加入时机确保了硼的回收率控制在90％.同时避免了在加硼的过程中对钢水造成的二次污染。提高和稳定了硼的回收率。

(4)氮含量的控制技术：通过控制铁水(或生铁)兑入比例、精炼炉渣量、VD炉操作和强化水口保护浇铸效果，加钛固氮，氮含量可控制在80ppm以下。

2、本发明的履带式工程机械链轨节销套用钢的制备方法

钢的冶炼，加强钢的脱氧去气等冶炼控制，保证钢中硼的含量；钢液浇注控制过热度、连铸速度，连铸结晶器采用专用保护渣，根据钢的凝固特性，设计合理的配水模型，提高连铸坯质量；钢的轧制，钢坯在加热炉的均热温度为1130～1200℃，加热和高温扩散时间为2.5～3h，开轧温度1080～1150℃，终轧温度850～1000℃。采用该制造方法可生产规格Φ30～100mm的圆钢。

附图说明

图1为本发明钢热轧态金相组织照片，热轧状态：100×

具体实施方式

本发明钢是采用UHP(超过功率电炉)→LF(炉外精炼)→VD(真空脱气)→连铸(电磁搅拌)→入坑缓冷→轧制→精整工艺生产钢材。

实施例：

以Φ70mm规格钢材的生产工艺来具体说明本发明是如何实施的。

具体工艺步骤为：

(1)冶炼及合金化，兑入铁水，电炉冶炼、出钢，采用炉外精炼、真空脱气处理。通过钢包吹氩、真空脱气处理加强钢的脱氧去气的冶炼控制，终脱氧喂入铝线，真空脱气处理前加入B铁，确保化学成分符合要求，钢中氧含量不大于20×10^-6。

(2)连铸，控制过热度，连铸中间包过热度为15～30℃，控制连铸拉坯速度为0.55～1.00m/min。

具体参数见表1和表2。

表1是实施例履带式工程机械链轨节销套用钢化学成份；表2是氮、氧含量控制情况；具体过程记录参数见表3～表6。表7物理检验结果。

表1实施例化学成份(重量，％)

表2氮、氧含量控制(重量，ppm)

表3铁水加入情况

表4电炉冶炼

表5精炼冶炼

所有炉次VD炉处理均符合工艺规程要求，(保持时间16分钟)；最低真空度40Pa。

表6连铸工序控制

三个流结晶器电磁搅拌实际参数：200A，3.0Hz；末端电磁搅拌实际参数：100A，12.0Hz。全程正常使用，运行良好。

生产40CrBM钢时使用40Cr配水模型，结晶器净环水流量设定为180m3/h，实际流量在185～192m3/h；二冷比水量设定值0.34L/Kg，实际值0.34～0.35L/Kg。结晶器保护渣使用西保40MnB钢保护渣，

该种履带式工程机械链轨节销套用钢经实验测定有关性能数据列于表7中，测试方法采用国际通用方法。

表7钢的物理特性

Claims

1.一种履带式工程机械链轨节销套用钢，其特征在于，其组成按重量百分数为：

C：0.38～0.43％，Si：0.10～0.25％，Mn：0.60～0.85％，Cr：0.90～1.20％，Cu≤0.30％，S≤0.025％，P≤0.030％，Ni≤0.20%,B：0.001～0.004％，Ti：0.030～0.050％，Al：0.015～0.060％，[O]≤15×10^-6，[H]≤3×10^-6，[N]≤60×10^-6，余为Fe和不可避免的杂质；所述的履带式工程机械链轨节销套用钢的制备方法，包括下列步骤：

（1）冶炼：控制铁水或生铁兑入比例40%～50%，重量比，电炉终点碳含量控制在0.20%～0.25%；采用铝脱氧，控制钢芯铝加入量在1.5～2.5kg/t钢并控制钢水中酸溶铝处于0.015～0.040%；

在精炼过程中选择精炼渣系和软吹氩制度；喂铝线1.5～3m/吨钢和硅钙线2.0～3.0m/吨钢；加钛2-4米/吨钢固氮，氮含量控制在80ppm以下；硼在VD炉前加入，吨钢加入量为：0.1～0.12㎏/吨钢，加入前控制炉中渣量在45～50mm；钢水温度为1600～1630℃，氩气压力为0.15～0.36MPa；确保了硼的回收率控制在90%；

(2)浇铸，采用全保护浇铸，控制中间包过热度为15～30℃，控制连铸拉坯速度为0.55～1.00m/min；

2.如权利要求1所述的履带式工程机械链轨节销套用钢，其特征在于其组成按重量百分数为：

C：0.40～0.43％，Si：0.20～0.25％，Mn：0.65～0.75％，Cr：0.95～1.05％，Cu≤0.05％，S≤0.010％，P≤0.015％，Ni≤0.05%,B：0.001～0.002％，Ti：0.030～0.040％，Al：0.025～0.035％，[O]≤15×10^-6，[H]≤3×10^-6，[N]≤60×10^-6，余为Fe和不可避免的杂质。

3.如权利要求1所述的履带式工程机械链轨节销套用钢的制备方法，包括冶炼及合金化、浇注、轧制、缓冷，其特征在于，控制钢的化学成分重量百分比含量为：C：0.38～0.43％，Si：0.10～0.25％，Mn：0.60～0.85％，Cr：0.90～1.20％，Cu≤0.30％，S≤0.025％，P≤0.030％，Ni≤0.20%,B：0.001～0.004％，Ti：0.030～0.050％，Al：0.015～0.060％，[O]≤15×10^-6，[H]≤3×10^-6，[N]≤60×10^-6，余为Fe和不可避免的杂质；通过钢包吹氩、真空脱气处理加强钢的脱氧去气的冶炼控制，终脱氧喂入铝线，真空脱气处理前加入B铁；采用全程保护浇注；钢坯在加热炉的均热温度为1130～1200℃，加热和高温扩散时间为2.5～3h，开轧温度1080～1150℃，终轧温度850～1000℃；包括下列步骤：

4.如权利要求3所述的履带式工程机械链轨节销套用钢的制备方法，其特征是，步骤1）所述的精炼渣系为，CaO%：45～50,SiO₂%:7～12,MgO%：5～10，Al₂O₃%:15～25,TFe%:3～6,（FeO）＋（MnO）≦1.0%，重量比；所述软吹氩制度为：氩气流量100L/min～300L/min，压力0.20MPa～0.30MPa。

5.如权利要求3所述的履带式工程机械链轨节销套用钢的制备方法，其特征是，步骤1）所述的钢水温度为1605～1620℃；步骤1）所述的氩气压力0.20MPa～0.30MPa。

6.如权利要求3所述的履带式工程机械链轨节销套用钢的制备方法，其特征是，步骤1）所述的铝线硅钙线的直径为φ13mm。