CN104532143A

CN104532143A - 一种矿用大规格、高强度链条钢及其制备方法

Info

Publication number: CN104532143A
Application number: CN201410800419.5A
Authority: CN
Inventors: 鲍雪君; 曾海霞; 张剑锋; 左锦中; 刘学文; 樊启航; 李少云; 余苹
Original assignee: Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Current assignee: Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd; China Coal Zhangjiakou Coal Mining Machinery Co Ltd
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2034-12-22
Also published as: CN104532143B

Abstract

本发明公开了一种矿用大规格、高强度链条钢，该链条钢的化学成分按质量百分比计为C：0.19～0.24%，Si：≤0.25%，Mn：0.8～1.0%，P：≤0.013%，S：≤0.010%，Cr：0.40～0.60%，Mo：0.70～0.80%，Ni：0.9～1.10%，Cu：≤0.25%，Al：0.02～0.05%，V：0.08～0.13%，N：≤ 0.014%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素；链条钢的直径为40～100mm，屈服强度≥980MPa，抗拉强度为≥1180MPa，延伸率≥13%，断面收缩率≥50%，室温夏比冲击功>100J。该链条钢同时实现了大规格、尺寸精度高、闪光焊接性能优异。

Description

一种矿用大规格、高强度链条钢及其制备方法

技术领域

本发明属于特种钢冶炼领域，具体涉及一种矿用高强度链条钢及其制备方法。

背景技术

矿用圆环链是煤矿井下机械化采煤的主要设备，主要作为刮板输送机、刮板转载机、采煤机和刨煤机上的传动链，工作环境多在潮湿、腐蚀性物质多的地下，因此，要求具有强度高、韧性好、抗疲劳、耐磨损等性能。另外，矿用链条的制造必须通过焊接工艺制造链环，链环的焊接性能又取决于钢材的碳当量（Cq）的高低，同时，矿用链条的制造工艺是采用焊接后+热处理来实现链条的力学性能的，闪光焊接是对原材料进行重熔和重结晶过程，受高温与氧化的共同作用，焊缝的化学成分相对母材将发生改变，焊接缝两侧会形成热影响区，因此焊缝将成为链条最薄弱的环节。

通常，要求矿用高强度链条钢的屈服强度≥980MPa，抗拉强度在≥1180MPa，延伸率≥10%，常温下的夏比冲击功≥40J。然而，随着强力采煤技术的发展，采煤工作面单位产量增大，刮板输送机等设备向重型、大规格方向发展，与之配套的链条也需要强度更高的大规格型号。加上各煤机厂自动化程度提高，对钢材尺寸精度也同样提出了更高的要求。基于前述发展现状，必须开发更大直径、更高尺寸精度的矿用高强度链条钢，以满足市场需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种矿用高强度链条钢，其直径在40～100mm范围，同时具备优良的闪光可焊性，使下游制造的链环完全满足矿用要求。

本发明所要解决的另一技术问题是针对上述现有技术现状提供一种制造上述矿用大规格、高强度链条钢的制造方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为，一种矿用大规格、高强度链条钢，该链条钢的化学成分按质量百分比计为C：0.19～0.24%，Si：≤0.25%，Mn：0.8～1.0%，P：≤0.013%，S：≤0.010%，Cr：0.40～0.60%，Mo：0.70～0.80%，Ni：0.9～1.10%，Cu：≤0.25%，Al：0.02～0.05%，V：0.08～0.13%，N：≤ 0.014%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素；链条钢的直径为40～100mm，屈服强度≥980MPa，抗拉强度为≥1180MPa，延伸率≥13%，断面收缩率≥50%，室温夏比冲击功>100J。

进一步地，该链条钢的化学成分按质量百分比计为C：0.19～0.24%，Si：≤0.25%，Mn：0.9～0.95%，P：≤0.013%，S：≤0.010%，Cr：0.45～0.50%，Mo：0.75～0.80%，Ni：0.95～1.0%，Cu：≤0.25%，Al：0.025～0.03%，V：0.08～0.09%，N：≤ 0.014%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素；链条钢的直径为40～100mm，屈服强度≥1120MPa，抗拉强度为≥1180MPa，延伸率≥13%，断面收缩率≥50%，室温夏比冲击功>100J。

本发明矿用大规格、高强度链条钢的化学成分是这样确定的:

C：是确保钢材强度所必须的元素，提高钢中的碳含量将增加钢的非平衡组织转变能力，从而提高钢的强度。但过高的C 含量对钢的延性、韧性不利并显著增加材料的碳当量，不利于钢材的焊接性能。为了保证链条钢的塑性、韧性、切削性和焊接性，碳含量不宜高。本发明控制碳含量为0.19～0.24%。

Si：是钢中的脱氧元素，并以固溶强化形式提高钢的强度。Si 含量低于0.10%时，脱氧效果较差，Si 含量较高时会增加钢的脆性，并降低闪光焊接的可焊性和焊缝的性能。本发明Si是作为残余元素的形式存在的，其含量控制为≤0.25%。

Mn：是提高钢淬透性的元素，并起固溶强化作用以弥补钢中因C 含量降低而引起的强度损失。当钢中Mn含量低于0.8%时，无法充分发挥强度确保的作用，但当Mn 含量过高时则会增加其碳当量从而损坏焊接性能。本发明Mn 含量控制为0.8～1.0%。

Ni：是非碳化物形成元素，Ni以固溶形式存在于钢中，与Cr配合使用时，可显著提高钢的淬透性。Ni降低共析点的含C量，增加珠光体的体积分数，有利于提高强度。Ni降低Ar3转变温度，使铁素体晶粒变细，同时，可使珠光体片间距减小，有利于韧性的提高。由碳当量公式可知，Ni的系数较小，对焊接性能的害处较小，为保证焊缝处性能，本发明将其含量控制在0.9～1.10%，有利于达到最优的性价比。

Cr：是中等碳化物形成元素，加热时溶入奥氏体的Cr强烈提高淬透性。钢中的Cr，一部分置换铁形成合金渗碳体，提高稳定性；一部分溶入铁素体中，起固溶强化作用，提高铁素体的强度和硬度，但Cr含量过高时，则将降低材料的韧性并且显著增加碳当量从而降低链条钢的闪光焊接性能，本发明将其含量控制在0.40～0.60%。

Mo：存在于钢的固溶体和碳化物中，有固溶强化作用，能改善钢的淬透性和回火稳定性，还能细化晶粒，改善碳化物不均匀性，从而提高钢的强度和韧性。Mo对珠光体转变有显著的推迟作用，而对贝氏体转变影响较小，因而在相当大的冷却速度范围内可获得全部是贝氏体的组织。但添加过多会显著提高材料的碳当量从而不利于链条钢的闪光焊接性能。另外，Mo也是贵重金属，含量过高会增加成本。本发明中Mo 的含量控制在0.70～0.80%。

Cu：可提高钢材的淬透性和耐腐蚀性能，降低钢材的氢致裂纹敏感性。但过高的Cu 含量不利于钢材的焊接性能，而且也易产生铜脆现象，恶化钢材的表面性能，本发明Cu是以残余元素的形式存在的，其含量控制在≤0.25%。

V：是使V(C，N) 析出的元素，能以弥散析出的形式显著提高钢的强度。但若添加量过高，则将降低钢的韧性和焊接性能。本发明控制其含量在0.08～0.13%。

Al：主要作用是固氮和脱氧，Al与N 结合形成的AlN可以有效地细化晶粒，但含量过高会损害钢的韧性，本发明控制其含量在0.02～0.05%。

S、P：为钢中的有害杂质元素，易形成偏析、夹杂等缺陷。作为杂质元素会给钢材的韧性（特别是心部的韧性）和闪光焊接热影响区的韧性带来不利的影响，应尽量地减少其含量。本发明控制P≤0.013%，S：≤0.010%。

本发明解决另一技术问题的技术方案为，一种制造上述矿用大规格、高强度链条钢的方法，工艺步骤如下：首先将冶炼原料依次经KR铁水预处理、电炉或转炉冶炼、LF 精炼、VD或RH精炼和连铸，得到满足化学成分要求、规格为300×340mm²～390×510 mm²的铸坯；将铸坯放入缓冷坑，缓冷48小时以上，出坑；然后将铸坯加热至1150～1240℃，保温3～4小时，出炉；经高压水除鳞后进行粗轧，粗轧工艺为先在往复式轧机上进行轧制：开轧温度1100～1150℃、轧制总道次数10～15道次、单道次最大压下量60mm，然后再转至平立交替式连轧轧机，经2～4道次轧制开坯成140×140mm²～200×200 mm²的方坯，轧制压缩比大于4.9；粗轧完成后将得到的方坯放入缓冷坑缓冷，下坑温度≥450℃，缓冷时间≥48h；之后将方坯二次加热至1180～1220℃，保温2～3小时，出炉；经高压水除鳞后进行精轧，精轧工艺：开轧温度1000～1100℃、终轧温度800～900℃、轧制压缩比大于8，轧成成品圆钢；将成品圆钢堆冷，堆冷后进行退火处理，退火工艺为对圆钢进行加热并在高温转变区690℃停留10小时以上，然后以不高于30℃/h的冷却速度缓慢冷却以控制碳化物颗粒的析出，控制钢材的出炉温度小于550℃，“退火”后的组织为铁素体基体上弥散分布碳化物质点的索氏体，碳化物的颗粒大小和分布均匀程度取决于高温转变区停留时间，其硬度值在170～220HB之间，矫直后即得链条钢成品。

优选地，所述连铸工艺连铸出的铸坯满足中心偏析≤1.0级，中心疏松≤1.5级。

为了保证精轧作业精度，所述精轧采用23架次平立交替式连轧机组，其中前18架轧机为两辊轧机，后5架轧机为三辊轧机，其特点是轧制尺寸精度高、尺寸稳定，有助于提高钢材成品率。

优选地，所述退火处理是在连续式辊底退火炉中进行的。

本发明针对目前矿用链条钢大规格、高强度的需求，使用优化的成分设计、高的钢水纯净度、中心偏析≤1.0级，中心疏松≤1.5级的铸坯作为坯料。并且在轧制和退火处理前分别设置缓冷坑缓冷或堆缓冷以严格控制其H含量，另采取控制轧制加退火处理的方法制造出满足大规格、高强度且闪光焊接性能优异的链条钢，链条钢的直径范围在40～100mm。本发明中的退火工艺是基于之前的成分配置、铸坯规格及轧制工艺进行设置的，根据钢材的成分配比，该钢种属于贝氏体钢，钢材受热轧工艺的终轧温度、冷却条件、规格大小（大厚度）的影响在热轧后将可获得贝氏体的混合组织、贝氏体+马氏体的混合组织或贝氏体+马氏体+索氏体的混合组织，故本发明针对该钢种采用退火工艺（或称高温回火），在高温转变区690℃停留10小时以上后，以小于30℃/h的冷却速度缓慢冷却，控制碳化物颗粒的析出，控制材料的出炉温度小于550℃，“退火”后的组织为铁素体基体上弥散分布碳化物质点的索氏体，且碳化物颗粒大小均一、分布均匀，从而获得更加稳定的组织，缩小焊接热影响区，有效改善焊缝组织，钢材硬度值在170～220HB之间。整个工艺流程为：配料→KR铁水预处理→电炉或转炉冶炼→LF 精炼→VD或RH精炼→连铸→缓冷坑缓冷→加热→高压水除鳞→粗轧→缓冷坑缓冷→二次加热→高压水除鳞→精轧→堆冷→退火处理→矫直。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1) 本发明采用全新的成分设计，从碳当量对焊接性能的影响关系出发，在保证链条钢高强度的前提下，优化各元素间的配比关系，使制得的链条钢不仅具有更高的强度，屈服强度≥980MPa，抗拉强度为≥1180MPa，延伸率≥13%，断面收缩率≥50%，而且具有优异的闪光焊接性能。

(2) 本发明生产的矿用链条钢有更大的规格，链条钢直径可达40至100mm，且成品尺寸精度高。

(3) 本发明制造的链条钢采用连续式高温回火，而不是传统链条钢的台车炉退火，配合钢的成分能得到更稳定的、均匀的组织，有效改善焊缝组织，缩小焊接热影响区，提高链条焊接最薄弱的环节的性能。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

本实施例涉及的矿用大规格、高强度链条钢的直径为42mm，其化学成分按质量百分比计为：C：0.22%，Si：0.14%，Mn：0.92%，P：0.008%，S：0.005%，Cr：0.48%，Mo：0.78%，Ni：0.95%，Cu：0.07%，Al：0.028%，V：0.09%，N：≤ 0.007%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。

该链条钢的制造工艺为，按上述链条钢成品的化学组分配置冶炼原料并依次进行KR铁水预处理、转炉冶炼、 LF 精炼、RH 真空脱气以获得纯净度高的钢水，之后由连铸机连铸出390×510mm²的铸坯。铸坯满足中心偏析≤1.0级，中心疏松≤1.5级；将铸坯放入缓冷坑，缓冷48小时，出坑；然后将铸坯加热至1240℃并保温3小时，出炉；经20MPa高压水除鳞后进行粗轧，粗轧工艺为先在往复式轧机上轧制：开轧温度1150℃、轧制13道次、单道次最大压下量60mm，然后再转至平立交替式连轧轧机，经4道次轧制开坯成140×140mm²的方坯，轧制压缩比大于10；将粗轧得到的方坯放入缓冷坑，缓冷48小时，出坑；之后将方坯二次加热至1200℃，并保温2小时，出炉；经20MPa高压水除鳞后进行精轧，精轧采用23架次平立交替式连轧机组，其中前18架轧机为两辊轧机，最后5道次轧机是三辊轧机，其特点是轧制尺寸精度高、尺寸稳定，精轧开轧温度1100℃、终轧温度800℃、轧制压缩比14，轧成成品圆钢；将成品圆钢堆冷，堆冷后进行退火处理，退火工艺为对圆钢进行加热并在高温转变区690℃停留10小时以上，然后以不高于30℃/h的冷却速度缓慢冷却以控制碳化物颗粒的析出，控制钢材的出炉温度小于550℃，得到组织为铁素体基体上弥散分布碳化物质点的索氏体，其硬度值在170～220HB之间，矫直后即得链条钢成品。

经由上述制造工艺制得的链条钢具有高的强度、高的加工精度和优异的闪光焊接性能，其尺寸精度抽检见表1，力学性能详见表2。

实施例2

本实施例涉及的矿用大规格、高强度链条钢的直径为48mm，其化学成分按质量百分比计为：C：0.22%，Si：0.17%，Mn：0.95%，P：0.009%，S：0.003%，Cr：0.48%，Mo：0.77%，Ni：0.95%，Cu：0.07%，Al：0.030%，V：0.09%，N：≤ 0.0065%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。

该链条钢的制造工艺为，按上述链条钢成品的化学组分配置冶炼原料并依次进行KR铁水预处理、转炉冶炼、 LF 精炼、RH 真空脱气以获得纯净度高的钢水，之后由连铸机连铸出390×510mm²的铸坯。铸坯满足中心偏析≤1.0级，中心疏松≤1.5级；将铸坯放入缓冷坑，缓冷48小时，出坑；然后将铸坯加热至1180℃并保温4小时，出炉；经20MPa高压水除鳞后进行粗轧，粗轧工艺为先在往复式轧机上轧制：开轧温度1120℃、轧制13道次、单道次最大压下量60mm，然后再转至平立交替式连轧轧机，经4道次轧制开坯成140×140mm²的方坯，轧制压缩比大于10；将粗轧得到的方坯放入缓冷坑，缓冷48小时，出坑；之后将方坯二次加热至1220℃，并保温2小时，出炉；经20MPa高压水除鳞后进行精轧，精轧采用23架次平立交替式连轧机组，其中前18架轧机为两辊轧机，最后5道次轧机是三辊轧机，其特点是轧制尺寸精度高、尺寸稳定，精轧开轧温度1050℃、终轧温度900℃、轧制压缩比10.8，轧成成品圆钢；将成品圆钢堆冷，堆冷后进行退火处理，退火工艺为对圆钢进行加热并在高温转变区690℃停留10小时以上，然后以不高于30℃/h的冷却速度缓慢冷却以控制碳化物颗粒的析出，控制钢材的出炉温度小于550℃，得到组织为铁素体基体上弥散分布碳化物质点的索氏体，其硬度值在170～220HB之间，矫直后即得链条钢成品。

实施例3

本实施例涉及的矿用大规格、高强度链条钢的直径为56mm，其化学成分按质量百分比计为：C：0.21%，Si：0.19%，Mn：0.95%，P：0.008%，S：0.004%，Cr：0.47%，Mo：0.78%，Ni：0.97%，Cu：0.06%，Al：0.028%，V：0.09%，N：≤ 0.0082%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。

该链条钢的制造工艺为，按上述链条钢成品的化学组分配置冶炼原料并依次进行KR铁水预处理、转炉冶炼、 LF 精炼、RH 真空脱气以获得纯净度高的钢水，之后由连铸机连铸出390×510mm²的铸坯。铸坯满足中心偏析≤1.0级，中心疏松≤1.5级；将铸坯放入缓冷坑，缓冷48小时，出坑；然后将铸坯加热至1240℃并保温3小时，出炉；经20MPa高压水除鳞后进行粗轧，粗轧工艺为先在往复式轧机上轧制：开轧温度1100℃、轧制13道次、单道次最大压下量60mm，然后再转至平立交替式连轧轧机，经2道次轧制开坯成140×140mm²的方坯，轧制压缩比大于10；将粗轧得到的方坯放入缓冷坑，缓冷48小时，出坑；之后将方坯二次加热至1200℃，并保温2小时，出炉；经20MPa高压水除鳞后进行精轧，精轧采用23架次平立交替式连轧机组，其中前18架轧机为两辊轧机，最后5道次轧机是三辊轧机，其特点是轧制尺寸精度高、尺寸稳定，精轧开轧温度1000℃、终轧温度900℃、轧制压缩比8.0，轧成成品圆钢；将成品圆钢堆冷，堆冷后进行退火处理，退火工艺为对圆钢进行加热并在高温转变区690℃停留10小时以上，然后以不高于30℃/h的冷却速度缓慢冷却以控制碳化物颗粒的析出，控制钢材的出炉温度小于550℃，得到组织为铁素体基体上弥散分布碳化物质点的索氏体，其硬度值在170～220HB之间，矫直后即得链条钢成品。

表1 各实施例所生产链条钢的尺寸抽检情况（20支）

表2 各实施例所生产链条钢的力学性能

Claims

1.一种矿用大规格、高强度链条钢，其特征在于：该链条钢的化学成分按质量百分比计为C：0.19～0.24%，Si：≤0.25%，Mn：0.8～1.0%，P：≤0.013%，S：≤0.010%，Cr：0.40～0.60%，Mo：0.70～0.80%，Ni：0.9～1.10%，Cu：≤0.25%，Al：0.02～0.05%，V：0.08～0.13%，N：≤ 0.014%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素；链条钢的直径为40～100mm，屈服强度≥980MPa，抗拉强度为≥1180MPa，延伸率≥13%，断面收缩率≥50%，室温夏比冲击功>100J。

2.根据权利要求1所述的矿用大规格、高强度链条钢，其特征在于：该链条钢的化学成分按质量百分比计为C：0.19～0.24%，Si：≤0.25%，Mn：0.9～0.95%，P：≤0.013%，S：≤0.010%，Cr：0.45～0.50%，Mo：0.75～0.80%，Ni：0.95～1.0%，Cu：≤0.25%，Al：0.025～0.03%，V：0.08～0.09%，N：≤ 0.014%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素；链条钢的直径为40～100mm，屈服强度≥1120MPa，抗拉强度为≥1180MPa，延伸率≥13%，断面收缩率≥50%，室温夏比冲击功>100J。

3.一种制造如权利要求1或2所述的矿用大规格、高强度链条钢的方法，其特征在于：工艺步骤如下：首先将冶炼原料依次经KR铁水预处理、电炉或转炉冶炼、LF 精炼、VD或RH精炼和连铸，得到满足化学成分要求、规格为300×340mm²～390×510 mm²的铸坯；将铸坯放入缓冷坑，缓冷48小时以上，出坑；然后将铸坯加热至1150～1240℃，保温3～4小时，出炉；经高压水除鳞后进行粗轧，粗轧工艺为先在往复式轧机上进行轧制：开轧温度1100～1150℃、轧制总道次数10～15道次、单道次最大压下量60mm，然后再转至平立交替式连轧轧机，经2～4道次轧制开坯成140×140mm²～200×200 mm²的方坯，轧制压缩比大于4.9；粗轧完成后将得到的方坯放入缓冷坑缓冷，下坑温度≥450℃，缓冷时间≥48h；之后将方坯二次加热至1180～1220℃，保温2～3小时，出炉；经高压水除鳞后进行精轧，精轧工艺：开轧温度1000～1100℃、终轧温度800～900℃、轧制压缩比大于8，轧成成品圆钢；将成品圆钢堆冷，堆冷后进行退火处理，退火工艺为对圆钢进行加热并在高温转变区690℃停留10小时以上，然后以不高于30℃/h的冷却速度缓慢冷却以控制碳化物颗粒的析出，控制钢材的出炉温度小于550℃，得到钢材组织为铁素体基体上弥散分布碳化物质点的索氏体，其硬度值在170～220HB之间，矫直后即得链条钢成品。

4.根据权利要求3所述的矿用大规格、高强度链条钢的制造方法，其特征在于：所述连铸工艺连铸出的铸坯满足中心偏析≤1.0级，中心疏松≤1.5级。

5.根据权利要求3所述的矿用大规格、高强度链条钢的制造方法，其特征在于：所述精轧采用23架次平立交替式连轧机组，其中前18架轧机为两辊轧机，后5架轧机为三辊轧机。

6.根据权利要求3所述的矿用大规格、高强度链条钢的制造方法，其特征在于：所述退火处理是在连续式辊底退火炉中进行的。