CN103194673B - 一种工程机械履带板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种工程机械履带板及其制备方法，工程机械履带板的材料以重量百分比的组成成分为：C：0.25～0.30%，Si：0.12～0.17%，Ti：0.2～0.23%，Al：0.07～0.09%，Mn：2～2.5%，W：1.7～2.0%，B：≤0.0035%，P：≤0.025%，S：≤0.025%，余量为Fe。其制备方法为：电炉炼钢、真空脱气处理，钢水出炉，浇铸铸件，铸件降温至1230～1250℃时保温2～3小时，然后降温至930～950℃淬火，360℃回火后速冷，待用。本发明制备的工程机械履带板具有优良的强度、韧性和硬度匹配，提高了履带板在复杂工况作业时的耐磨性和寿命。
Description
技术领域
本发明涉及机械设计制造领域，具体涉及一种工程机械履带板及其制备方法。
背景技术
工程机械履带板经常与不平坦地面接触，承受不同程度负荷、受到强烈冲击和磨损，因此，要求履带板具有较高的强度、硬度和冲击韧性。高锰钢(如ZGMn13)具有良好的强度和韧性，并能在强烈冲击震动过程中产生形变硬化，耐磨损能力强，所以常作为履带板材料来用。然而，在非强烈冲击下，高锰钢的硬度和耐磨性不足，使用过程中易发生流变而导致履带板损坏，因此，高锰钢作为履带板耐磨材料不是理想选择。通过添加合金元素能够提高高锰钢在中低负荷下的硬度，如日本SCMnH21钢，但以牺牲延伸率和冲击韧性为代价。
低合金铸钢是目前常用的履带板材料，文献1（陈国香，肖军民.履带板用新型中碳Cr-Mn-Si-Mo-RE低合金铸钢；特殊钢；2001，22(6):36-38）报道了一种履带板用新型中碳Cr-Mn-Si-Mo-RE低合金铸钢，其σb为900～1100MPa，δ为10%～15%，冲击韧性ak为45～55J/cm2，硬度为HRC35～45，用于牙轮钻机履带板，使用寿命是ZG35Mn钢的1.7倍；ZG34Ni2Cr2Mo具有高的强度和韧性，也用于履带板材料。然而，这两种钢的硬度偏低，履带板在砂石工况地面下作业时寿命短；美国4330M钢通过水淬和回火获得马氏体组织，许多进口履带板都采用这种材料，但是，该钢具有中等硬度，砂石工况地面下作业时的硬度有待于提高。公开号为CN101660101A的中国发明专利公开了一种低碳耐磨工程机械履带板及其制造方法，该钢具有好的淬透性。然而，该钢用于制造履带板需包含轧制步骤，工艺复杂。公开号为CN101876030A的中国发明专利公开了一种用于制造履带式起重机履带板的低合金钢及制备方法，该钢抗拉强度、冲击韧性和硬度较ZG30NiCrMo好，可用于大吨位履带板。然而，该钢硬度HB294～329，履带板在砂石工况地面下作业时抗磨损寿命短。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有优良的强度、冲击韧性和硬度匹配的工程机械履带板及其制备方法，其在复杂工况地面和不同程度负荷冲击作业时满足耐磨和长寿命要求。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种工程机械履带板，以重量百分比计，该工程机械履带板的材料由如下成分组成：C：0.25～0.30%，Si：0.12～0.17%，Ti：0.2～0.23%，Al：0.07～0.09%，Mn：2～2.5%，W：1.7～2.0%，B：≤0.0035%，P：≤0.025%，S：≤0.025%，余量为Fe；
所述的工程机械履带板按照如下工序制备：
1）以重量百分比计，将成分为：C：0.25～0.30%，Si：0.12～0.17%，Ti：0.2～0.23%，Al：0.07～0.09%，Mn：2～2.5%，W：1.7～2.0%，B：≤0.0035%，P：≤0.025%，S：≤0.025%，余量为Fe的钢水脱硫，进行转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，在钢水温度为1640～1670℃时出炉；
2）在预热温度为480～500℃的蜡模壳内浇铸工程机械履带板铸件，铸件降温至1550℃的时间控制在15～18分钟；
3）当工程机械履带板铸件降温至1230～1250℃时保温2～3小时；
4）当工程机械履带板铸件降温至930～950℃时，连同蜡模壳一起放入水中淬火，破碎蜡模壳，360℃回火后速冷，得到工程机械履带板。
优选地，所述的工程机械履带板的材料，以重量百分比计，由如下成分组成：C：0.25%，Si：0.17%，Ti：0.2%，Al：0.09%，Mn：2.5%，W：1.7%，B：0.0035%，P：0.02%，S：0.01%，余量为Fe。
本发明还提供一种工程机械履带板的制备方法，该方法按照以下工序进行：
1）以重量百分比计，将成分为：C：0.25～0.30%，Si：0.12～0.17%，Ti：0.2～0.23%，Al：0.07～0.09%，Mn：2～2.5%，W：1.7～2.0%，B：≤0.0035%，P：≤0.025%，S：≤0.025%，余量为Fe的钢水脱硫，进行转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，在钢水温度为1640～1670℃时出炉；
2）在预热温度为480～500℃的蜡模壳内浇铸工程机械履带板铸件，铸件降温至1550℃的时间控制在15～18分钟；
3）当工程机械履带板铸件降温至1230～1250℃时保温2～3小时；
4）当工程机械履带板铸件降温至930～950℃时，连同蜡模壳一起放入水中淬火，破碎蜡模壳，360℃回火后速冷，得到工程机械履带板。
本发明通过加入适当含量的C元素和强碳化物形成元素Ti与W，热处理时形成碳化物弥散析出，提高该钢的硬度；通过加入Si、Mn元素进行固溶强化，Si元素提高钢的塑性、流动性和铸造性能，Mn元素增加淬透性，Si、Mn元素共同作用提高强度和冲击韧性；通过加入Ti、Al元素，细化晶粒，减少钢中气体和夹杂，提高该钢的强度和冲击韧性；通过保温铸造消除铸造缺陷，通过蜡模壳预热提高履带板成型性能和外观质量。
本发明的有益效果是在复杂工况地面和不同程度负荷冲击作业时提高工程机械履带板的耐磨性和寿命。同时，履带板制备方法简便，生产成本低，其性能达到抗拉强度1050～1120MPa，延伸率13～15%，硬度HRC54～56，冲击韧性ak为58～59J/cm2。
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
具体实施方式
以下给出发明人提供的具体实施例，需要说明的是本发明的技术方案不限于以下具体实施例，凡在本发明技术方案上进行的同等变换均落入本发明权利要求保护的范围内。
实施例1
一种工程机械履带板，以重量百分比计，由如下成分组成：C：0.25%，Si：0.17%，Ti：0.2%，Al：0.09%，Mn：2.5%，W：1.7%，B：0.0035%，P：0.02%，S：0.01%，余量为Fe；制备工程机械履带板的制备方法，包括以下工序：
1）以重量百分比计，将成分为：C：0.25%，Si：0.17%，Ti：0.2%，Al：0.09%，Mn：2.5%，W：1.7%，B：0.0035%，P：0.02%，S：0.01%，余量为Fe的钢水脱硫，进行转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，在钢水温度为1640℃时出炉；
2）在预热温度为480℃的蜡模壳内浇铸工程机械履带板铸件，铸件降温至1550℃的时间控制在15分钟；
3）当工程机械履带板铸件降温至1230℃时保温2小时，使碳化物充分弥散析出；
4）当工程机械履带板铸件降温至930℃时，连同蜡模壳一起放入水中淬火，破碎蜡模壳，360℃回火后速冷，得到工程机械履带板。
实施例2
一种工程机械履带板，以重量百分比计，由如下成分组成：C：0.28%，Si：0.14%，Ti：0.21%，Al：0.08%，Mn：2.3%，W：1.9%，B：0.0028%，P：0.025%，S：0.009%，余量为Fe；制备工程机械履带板的制备方法，包括以下工序：
1）以重量百分比计，将成分为：C：0.28%，Si：0.14%，Ti：0.21%，Al：0.08%，Mn：2.3%，W：1.9%，B：0.0028%，P：0.025%，S：0.009%，余量为Fe的钢水脱硫，进行转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，在钢水温度为1660℃时出炉；
2）在预热温度为490℃的蜡模壳内浇铸工程机械履带板铸件，铸件降温至1550℃的时间控制在17分钟；
3）当工程机械履带板铸件降温至1240℃时保温2.5小时，使碳化物充分弥散析出；
4）当工程机械履带板铸件降温至940℃时，连同蜡模壳一起放入水中淬火，破碎蜡模壳，360℃回火后速冷，得到工程机械履带板。
实施例3
一种工程机械履带板，以重量百分比计，由如下成分组成：C：0.30%，Si：0.12%，Ti：0.23%，Al：0.07%，Mn：2%，W：2.0%，B：0.0032%，P：0.018%，S：0.025%，余量为Fe；制备工程机械履带板的制备方法，包括以下工序：
1）以重量百分比计，将成分为：C：0.30%，Si：0.12%，Ti：0.23%，Al：0.07%，Mn：2%，W：2.0%，B：0.0032%，P：0.018%，S：0.025%，余量为Fe的钢水脱硫，进行转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，在钢水温度为1670℃时出炉；
2）在预热温度为500℃的蜡模壳内浇铸工程机械履带板铸件，铸件降温至1550℃的时间控制在18分钟；
3）当工程机械履带板铸件降温至1240℃时保温3小时，使碳化物充分弥散析出；
4）当工程机械履带板铸件降温至950℃时，连同蜡模壳一起放入水中淬火，破碎蜡模壳，360℃回火后速冷，得到工程机械履带板。
表1为上述实施例制备的工程机械履带板的抗拉强度、25℃室温冲击韧性、ak延伸率、硬度以及在相同工况下使用时与4330M钢履带板寿命对比的性能测试结果。
由表1可以看出，本发明方法制备的工程机械履带板抗拉强度1050～1120MPa，延伸率为13～15%，硬度HRC54～56，冲击韧性为58～59J/cm2。与美国进口4330M钢履带板相比，寿命提高2倍以上。
表1 工程机械履带板性能测试结果
表2为上述实施例制备的工程机械履带板与上述实施例制备方法中不添加W元素时（不添加W元素时，W以余量Fe代替）制备的工程机械履带板的抗拉强度、25℃室温冲击韧性、ak延伸率、硬度以及相同路况下履带板使用寿命的对比性能测试结果。由表2可见，添加W元素后，制备的工程机械履带板寿命提高4倍以上。
表2 工程机械履带板添加W元素前后的性能测试结果
Claims (3)
1.一种工程机械履带板，其特征在于，以重量百分比计，该工程机械履带板的材料由如下成分组成：C：0.25～0.30%，Si：0.12～0.17%，Ti：0.2～0.23%，Al：0.07～0.09%，Mn：2～2.5%，W：1.7～2.0%，B：≤0.0035%，P：≤0.025%，S：≤0.025%，余量为Fe；
所述的工程机械履带板按照如下工序制备：
1）以重量百分比计，将成分为：C：0.25～0.30%，Si：0.12～0.17%，Ti：0.2～0.23%，Al：0.07～0.09%，Mn：2～2.5%，W：1.7～2.0%，B：≤0.0035%，P：≤0.025%，S：≤0.025%，余量为Fe的钢水脱硫，进行转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，在钢水温度为1640～1670℃时出炉；
2）在预热温度为480～500℃的蜡模壳内浇铸工程机械履带板铸件，铸件降温至1550℃的时间控制在15～18分钟；
3）当工程机械履带板铸件降温至1230～1250℃时保温2～3小时；
4）当工程机械履带板铸件降温至930～950℃时，连同蜡模壳一起放入水中淬火，破碎蜡模壳，360℃回火后速冷，得到工程机械履带板。
2.如权利要求1所述的工程机械履带板，其特征在于，所述的工程机械履带板的材料的优选重量百分比为：C：0.25%，Si：0.17%，Ti：0.2%，Al：0.09%，Mn：2.5%，W：1.7%，B：0.0035%，P：0.02%，S：0.01%，余量为Fe。
3.一种制备工程机械履带板的方法，其特征在于，包括以下制备工序：
1）以重量百分比计，将成分为：C：0.25～0.30%，Si：0.12～0.17%，Ti：0.2～0.23%，Al：0.07～0.09%，Mn：2～2.5%，W：1.7～2.0%，B：≤0.0035%，P：≤0.025%，S：≤0.025%，余量为Fe的钢水脱硫，进行转炉顶底复合吹炼，RH真空脱气处理，在钢水温度为1640～1670℃时出炉；
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