CN105970095A

CN105970095A - 一种高强度、高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢及其生产工艺

Info

Publication number: CN105970095A
Application number: CN201610507885.3A
Authority: CN
Inventors: 梁佰战; 郑力宁; 马建超; 孙大文; 卢洪星; 吴朝兵; 袁敏; 韩勇; 石可伟
Original assignee: Jiangsu Shagang Group Huaigang Special Steel Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Lihuai Iron And Steel Co Ltd; Jiangsu Shagang Group Huaigang Special Steel Co Ltd
Priority date: 2016-07-01
Filing date: 2016-07-01
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2036-07-01
Also published as: CN105970095B

Abstract

本发明公开了一种高强度、高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢及其生产工艺，由以下元素按质量百分比组成：0.28~0.32%的C、0.20~0.35%的Si、1.45~1.60%的Mn、0.35~0.45%的Cr、0~0.1%的Mo、0~0.1%的V、0.015~0.030%的Al、0~0.025%的P、0.015~0.030%的S、0.0010~0.0025%的B、0.015~0.030%的Ti、0~0.0015%的O、0~0.0002%的H、0.0040‑0.0080%的N，余量为Fe。从上述结构可知，本申请的履带用钢的化学成分中仅添加了一些常规的合金元素（Cr0.35~0.45%）来提高履带的综合力学性能，在保证力学性能的前提下，大大降低了企业的生产成本。

Description

一种高强度、高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢及其生产工艺

技术领域

本发明涉及工程机械行业中的履带用钢的领域，具体涉及一种高强度、高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢及其生产工艺。

背景技术

履带用钢被广泛应用于汽车、机械等行业，特别是在工程机械领域，是用量非常大的钢材。在各国基础设施建设的大发展和我国倡导的“一带一路”国家战略布局稳步推进的大背景下，国内外工程机械行业将会迎来前所未有的快速发展时期，届时，履带用钢的需求也会随之进一步增加。

履带作为推土机、挖掘机等工程机械设备上主要的零部件，由于它直接与土壤、坚硬石头及泥水等介质直接接触、在不平坦的路面运行、负荷大、磨损严重和受到强烈的冲击等，使得它的工作条件非常的恶劣，这就要求履带具有较高的强度、良好的韧性和耐磨性。如何提高在不影响履带韧性的前提下提高履带的强度和耐磨性？成为我们一个新的发展方向？因此，开发高强度、高耐磨性的新型履带用钢符合社会发展的实际需求。

目前，国内已公布关于履带用钢的专利主要有《V-TI-RE微合金履带用钢级其热处理工艺》（公开号为CN103805898A）和《中碳微合金化工程机械履带链片用钢及其生产工艺》（公开号为CN103160729B），上述专利在实际应用中仍有缺陷：

1、成分设计方面

（1）首先，专利CN103805898A和专利CN103160729B公开的履带用钢的元素成分中添加了一些贵重金属元素或稀有金属元素：

公开号为CN103805898A的专利中：V0.08-0.20%、稀土RE0.010-0.025%，公开号为CN103160729B的专利中：V0.008-0.15%、Ni0.05-0.30%、Mo0.04-0.15%、Pb0.005-0.020%、Sn0.003-0.030%；这使得由上述两个专利开发生产的履带用钢的生产成本较高；

（2）其次，专利CN103805898A和专利CN103160729B公开的履带用钢元素成分中含有影响履带淬透性的元素：

公开号为CN103805898A的专利中：Mn 0.1-0.40%、B0.0010-0.0035%，公开号为CN103160729B的专利中：Mn0.8-1.5%、B0.0005-0.0035%；

Mn和B的范围较宽泛，不利于履带淬透性的均匀和稳定。

2、冶炼控制方面

（1）公开号为CN103805898A的专利中所述的履带用钢中添加了稀土元素：稀土RE0.010-0.025%，众所周知，稀土要向添加到钢水中，这对冶炼操作有一定的要求。

（2）公开号为CN103160729B的专利中所述的履带用钢中添加了Ni、Pb和Sn元素：Ni0.05-0.30%、Pb0.005-0.020%、Sn0.003-0.030%，在冶炼此钢种时，冶炼钢包中残余的Ni、Pb和Sn元素可能会影响其他钢种的冶炼，增加冶炼难度。

3、环境保护方面

公开号为CN103160729B的专利中所述的履带用钢中需要添加Pb：Pb0.005-0.020%，这可能会给操作工人的健康和环境带来危害，增加冶炼的危险性，同时也需要具备资质的钢铁企业才能生产。

4、产品技术指标

由于钢材的塔形发纹对履带的疲劳性能和耐磨性有非常重要的影响，因此，对于履带用钢来说，塔形发纹应该是一个重要的技术衡量指标。公开号为CN103805898A的专利和公开号为CN103160729B的专利中所述的履带用钢没有将塔形发纹列为一个重要的技术指标去加以控制。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种经济可行的高强度、高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢及其生产工艺，通过合理设计化学成分、工艺流程、冶炼和轧制工艺，添加普通合金元素Cr，改善和提高发明钢种淬透性、耐磨性和耐腐蚀性；适当增加氮元素和钛元素，发挥氮化钛弥散强化和细化晶粒作用，提高发明钢种强韧性和耐磨性；选用合理的精炼制度和浇铸制度，提高发明钢种的纯净度和钢坯低倍质量；采取大压下量轧制工艺，改善钢材内部质量。该专利发明钢种具有优良的综合力学性能、高的淬透性和较好的塔形发纹，其生产工艺操作简单，生产成本低，适应性强，可在本行业推广使用。

本发明所采取的技术方案是：

一种高强度、高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢，由以下元素按质量百分比组成： 0.28~0.32%的C、0.20~0.35%的Si、1.45~1.60%的Mn、0.35~0.45%的Cr、0~0.1%的Mo、0~0.1%的V、0.015~0.030%的Al、0~0.025%的P、0.015~0.030%的S、0.0010~0.0025%的B、0.015~0.030%的Ti、0~0.0015%的O、0~0.0002%的H、0.0040-0.0080%的N，余量为Fe。

下面具体说明本发明一种高强度、高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢化学成分的限定理由：

C：能显著提高钢的强度、淬透性和淬硬性，但也使钢的塑性恶化，显著提高钢的脆性转变温度。所以为保证本钢种具备良好的强韧性配合，C含量取0.28~0.32%。

Si：能提高合金钢的强度和硬度，降低钢的塑性和韧性。Si含量过高，特别是与Mn、Cr元素共存时，易引起钢的晶粒粗化和增加钢的回火脆性，同时Si是显著提高钢的脆性转变温度元素。综合考虑，本钢种将Si含量确定为0.20~0.35%。

Mn：能提高强度和硬度，且对材料的塑性影响较小，显著提高淬透性；当Mn含量低于1.8%时，随着其含量增加，钢材强度不断增加，而对韧性不会有显著危害。所以Mn含量确定为1.45~1.60%。

Cr：能显著提高钢材的淬透性，同时能提高钢的硬度抗腐蚀、耐磨性和耐候性，Cr还有提高钢的淬火及回火稳定性作用。综合考虑，确定Cr含量为0.35~0.45%。

Al：能够将钢中氧含量控制在较低的水平；提高钢的耐磨性和疲劳强度，同时作为细化晶粒元素存在于钢种；但是Al含量过高，容易形成硬的Al₂O₃夹杂，恶化钢的冲击韧性。所以本发明对Al含量控制范围确定为0.015~0.030%。

Ti：能细化钢的晶粒组织，从而提高钢的强度和韧性；能使钢的内部组织致密，降低时效敏感性和冷脆性，改善焊接性能；Ti能与S作用，降低硫的热脆作用；Ti也是铁素体形成元素，所以其含量较多（>2%）就易生成铁素体δ相或其它脆性相而使韧性降低。所以Ti含量控制在Ti：0.015-0.030%。

B：钢中加入微量的硼（0.0005～0.005%）即可显著提高钢的淬透性，此时对其它性能等无影响或影响甚小，当钢中的硼含量在0.001～0.005%时，钢的淬透性可以成倍的提高，但其含量超过0.005%，则淬透性反而变劣；同时钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。因此，B含量控制在0.0010-0.0025%。

O：能使钢的伸长率和面缩率显著的降低，钢材的强度和塑性均随O含量的增加而急剧降低；冲击性能方面，随着O含量的增加冲击的最大值逐渐降低，脆性转变温度却很快地升高，脆性转变温度的范围也随着变宽；同时随着O含量的增加，材料的氧化夹杂物几率大大增加，从而降低材料的疲劳寿命。所以本钢种确定O含量控制在0.0015%以内。

H：能使钢的塑性降低，主要是使低温冲击功、延伸率及断面收收缩降低，从而产生“白点”。因此，本钢种将H控制在0.0002%以下。

N：适量的氮能与钢种添加的铝和钛结合形成氮化物，起到细化晶粒和提高履带耐磨性的作用，但氮含量过高会产生大颗粒的氮化物，降低履带的冲击性能。因此本钢种将N控制在0.0040~0.0080%。

生产如上所述的一种高强度、高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢的生产工艺，包括下列步骤：

1）转炉冶炼：以铁水或废钢为原料在顶底复吹式转炉中进行冶炼，双渣操作，实现预脱磷，出钢的时候加入专用精炼渣、生石灰、复合脱氧剂、金属锰、硅锰、锰铁和中碳铬铁进行预脱氧和成分初调；

2）LF精炼：在LF炉中进行钢水深脱氧及合金化，根据到LF炉时的渣况，添加萤石或生石灰，快速造碱度渣，用复合脱氧剂对铁水中的O进行沉淀以及扩散脱氧，强化脱硫、去除非金属夹杂物，添加金属锰、中碳铬铁、硼铁和钛铁进行成分微调；

3）真空脱气：在LF精炼后采用RH循环脱气设备进行真空脱气和去除夹杂物处理，在负压条件下处理20~30分钟，保证钢水中的H的质量百分比在0~0.0002%的范围内、O的质量百分比在0~0.0015%的范围内；

4）夹杂物变性与软吹：真空处理之后，向钢水中喂入80～150m的钙质丝线，钙质丝线的喂入速度在2.5~3.5m/s的范围内，钙质丝线对非金属夹杂物变性并进行软吹处理；

5）连铸：通过连铸机，使用中间包覆盖剂和专用结晶器保护渣，实行全程全保护浇铸；

6）轧钢与精整：采用热送方坯入炉、加热时间大于2小时、开轧温度980～1120℃，用多架连轧机和大压下量轧制表轧制成履带用钢；并检查和消除钢材表面缺陷。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤1）中，所述专用精炼渣的加入量在400~500kg范围内、所述生石灰的加入量在400~600kg范围内、所述复合脱氧剂的加入量在100~200Kg范围内。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤1）中，采用挡渣留渣出钢防止回磷。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤2）中，所述萤石的添加量在50~150kg范围内，所述生石灰的添加量在100~200kg范围内。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤2）中，所述碱度渣的碱度为R：3.0~6.0。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤2）中，精炼过程采用全程氩气搅拌，避免钢水与空气接触。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤3）中，真空度小于或等于67Pa。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤4）中，软吹时间控制在15~30分钟。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤5）中，控制过热度在20～30℃，拉速1.2~1.4m/min，选取此钢种专用配水表，保障生产的连铸方坯低倍质量。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤5）中，采用4机4流弧型连铸机，浇铸生产200mm×200mm连铸方坯。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤6）中，用14架连轧机和大压下量轧制表轧制成φ50～90mm的履带用钢。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤6）中，采用矫直、抛丸、倒棱、超声波探伤、磁粉探伤、人工检查修磨精整工艺对刚才表面缺陷进行检查和消除。

本发明的有益效果在于：

第一、本发明的一种高强度、高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢及其生产工艺，本申请的履带用钢的化学成分中仅添加了一些常规的合金元素（Cr0.35~0.45%）来提高履带的综合力学性能，在保证力学性能的前提下，大大降低了企业的生产成本。

第二、本发明的一种高强度、高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢及其生产工艺，本申请将影响履带强度和耐磨性的合金元素设计在合适的范围（Mn:1.45~1.60%、B：0.0010~0.0025%、Si:0.20~0.35%），并在不影响履带强度的情况下，适当降低了碳含量，以便提高履带的韧性。

第三、本发明的一种高强度、高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢及其生产工艺，本发明所生产的履带用钢将塔形发纹作为一个非常重要的技术来进行控制，以此来进一步改善履带的疲劳性能和耐磨性。

具体实施方式：

目前国内专利钢1（公开号为CN103805898A）和专利钢2（公开号为CN103160729B）与本发明的化学成分对比情况如下表1所示。

表1 化学成分对比（wt%）

采用以下生产工艺制备：

1）转炉冶炼：在90吨或90吨以上的顶底复吹式转炉中冶炼（本发明采用90吨的顶底复吹式转炉），以铁水与废钢为原料按照9:1的质量比进行初炼，双渣操作，实现预脱磷，出钢加入专用精炼渣400kg、生石灰400kg、复合脱氧剂100Kg、金属锰、硅锰、锰铁、中碳铬铁及其他合金进行预脱氧及成分初调，采用挡渣留渣出钢防止回磷；

所述复合脱氧剂为钙铝复合脱氧剂；

2）精炼：在90吨或90吨以上的LF炉中进行钢水深脱氧及合金化（本发明采用90吨的LF炉），根据到LF炉渣况，添加萤石80kg和生石灰100kg，快速造适宜碱度（碱度为R：5.0）渣，用复合脱氧剂进行沉淀和扩散脱氧，强化脱硫、去非金属夹杂物，添加金属锰、中碳铬铁、硼铁、钛铁进行成分微调，精炼过程采用全程氩气搅拌,避免钢水与空气接触；

3）真空脱气：在LF精炼后采用RH循环脱气设备进行真空脱气和去除夹杂物处理，在真空度为60Pa条件下，处理20分钟，保证H的质量百分比小于或等于0.0002%、O的质量百分比小于或等于0.0015%，其它元素成分进入工艺内控要求的范围；

4）夹杂物变性与软吹：真空处理之后，以3m/s的速度向钢水中喂入100m钙质丝线对非金属夹杂物变性并进行软吹处理，软吹时间控制在15分钟；

所述钙质丝线为硼钙丝线；

5）连铸：采用弧型连铸机，使用中间包覆盖剂和专用结晶器保护渣，实行全程全保护浇铸，控制过热度在25℃、拉速为1.2m/min、选取此钢种专用配水表，保障生产的200mm×200mm连铸方坯低倍质量；

6）轧钢与精整：采用热送方坯入炉、加热时间2.5小时、开轧温度～1050℃，用14架连轧机和大压下量轧制表轧制φ80mm高强度、高耐磨性的履带用钢；采用矫直、抛丸、倒棱、超声波探伤、磁粉探伤、人工检查修磨精整工艺检查和消除钢材表面缺陷。

以上制备方法中未加限定的工艺条件均可参照本领域常规技术。

所得履带用钢的化学成分如表2所示，力学性能、塔形发纹和末端淬透性情况如表3、表4、表5所示。

表2高强度、高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢（wt%）

钢在870℃淬火后，在510℃回火，测定力学性能见表3

表3 力学性能

按照GB/T17511检验钢材塔形发纹，结果见表4；

表4 塔形发纹

试样在900℃正火后，加工成端淬试样后在860℃淬火，测定末端淬透性，结果见表5：

表5 末端淬透性

Claims

1.一种高强度、高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢，其特征在于：由以下元素按质量百分比组成： 0.28~0.32%的C、0.20~0.35%的Si、1.45~1.60%的Mn、0.35~0.45%的Cr、0~0.1%的Mo、0~0.1%的V、0.015~0.030%的Al、0~0.025%的P、0.015~0.030%的S、0.0010~0.0025%的B、0.015~0.030%的Ti、0~0.0015%的O、0~0.0002%的H、0.0040-0.0080%的N，余量为Fe。

2.生产如权利要求1所述的一种高强度、高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢的生产工艺，其特征在于包括下列步骤：

3.如权利要求2所述的一种高强度、高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢的生产工艺，其特征在于：所述步骤1）中，所述专用精炼渣的加入量在400~500kg范围内、所述生石灰的加入量在400~600kg范围内、所述复合脱氧剂的加入量在100~200Kg范围内。

4.如权利要求2所述的一种高强度、高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢的生产工艺，其特征在于：所述步骤1）中，采用挡渣留渣出钢防止回磷。

5.如权利要求2所述的一种高强度、高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢的生产工艺，其特征在于：所述步骤2）中，所述萤石的添加量在50~150kg范围内，所述生石灰的添加量在100~200kg范围内。

6.如权利要求2所述的一种高强度、高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢的生产工艺，其特征在于：所述步骤2）中，所述碱度渣的碱度为R：3.0~6.0。

7.如权利要求2所述的一种高强度、高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢的生产工艺，其特征在于：所述步骤2）中，精炼过程采用全程氩气搅拌，避免钢水与空气接触。

8.如权利要求2所述的一种高强度、高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢的生产工艺，其特征在于：所述步骤3）中，真空度小于或等于67Pa。

9.如权利要求2所述的一种高强度、高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢的生产工艺，其特征在于：所述步骤4）中，软吹时间控制在15~30分钟。

10.如权利要求2所述的一种高强度、高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢的生产工艺，其特征在于：所述步骤5）中，控制过热度在20～30℃，拉速1.2~1.4m/min，选取此钢种专用配水表，保障生产的连铸方坯低倍质量。