CN108411192A - 一种高淬透性工程机械支重轮用钢及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高淬透性工程机械支重轮用钢及其制备方法，所述高淬透性工程机械支重轮用钢按质量百分比计组成为：C 0.37～0.40；Si 0.17～0.26；Mn 1.40～1.55；P、S≤0.015；Cr 0.10～0.15；Cu≤0.10；Ni≤0.10；Mo≤0.05；B≤0.0006；Al 0.015～0.040，剩余为Fe和不可避免的微量杂质。本发明通过成分设计、生产工艺控制钢材的淬硬层深度，便于加工整个截面获得均匀一致的力学性能以及可选用钢件淬火应力小的淬火剂，减少变形和开裂，达到环保、节约成本的目的。

Description

一种高淬透性工程机械支重轮用钢及制备方法
技术领域
本发明涉及一种高淬透性工程机械支重轮用钢领域，属于合金钢冶金技术领域。
背景技术
支重轮用来支撑推土机、挖掘机、拖拉机等工程机械的重量，同时在履带的导轨(轨链节)或履带板面上滚动，它还用来限制履带，防止横向滑脱。当设备转向时支重轮迫使履带在地面上滑移。支重轮常在泥水尘土中，且承受强烈冲击，随着市场竞争的激烈，产品要求也日益提升，支重轮要求轮缘表面硬度高，耐磨性好，心部有韧性，再加工变形量少。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高淬透性工程机械支重轮用钢，该钢具有良好的机械性能，均匀化学成分，高纯净度，具有高淬透性，淬火后整个截面获得均匀一致的力学性能以及可选用钢件淬火应力小的淬火剂，减少变形和开裂。
为达到上述目的，本发明提供了一种高淬透性工程机械支重轮用钢，所述钢种按质量百分比(wt％)计包括：C 0.37～0.40；Si 0.17～0.26；Mn 1.40～1.55；P≤0.015；S≤0.015；Cr 0.10～0.15；Cu≤0.10；Ni≤0.10；Mo≤0.05；B≤0.0006；Al 0.015～0.040，剩余为Fe和不可避免的微量杂质。
作为上述高淬透性工程机械支重轮用钢一种更好的选择，上述钢种中的Si含量为：0.017-0.23wt％，Al含量为0.015-0.025wt％。
作为上述高淬透性工程机械支重轮用钢一种更好的选择，所述工程机械支重轮用钢具有铁素体和珠光体构成的微观组织。
作为上述高淬透性工程机械支重轮用钢一种更好的选择，所述工程机械支重轮用钢在淬火后进行端淬试验，J1.5为52～62HRC，其金相组织为淬火马氏体，J9≥45HRC，其金相组织有以淬火马氏体为主，并含有铁素体；J20≤45HRC，其金相组织为以铁素体为主。本发明的工程机械支重轮用钢淬火后做端淬试验J1.5 52～62HRC，其金相组织为淬火马氏体，J9≥45，其金相组织有大量淬火马氏体和少量铁素体；J20≤45，其金相组织有少量淬火马氏体和大量铁素体。此处所称的J1.5、J9以及J20为本领域技术人员数值的用于标示金相组织距离淬火端特定距离硬度的的符号。作为常识，本领域的为主一般为占比超过50％，如50％-90％，少量一般为30％以下，如10-25％。
本发明的另一个目的在于，提供一种高淬透性工程机械支重轮用钢的制备方法，所述方法包括电炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸和轧钢工序，
所述电炉冶炼工序中，每一炉钢的原料包含铁水和废钢，出钢时控制终点C≥0.10％，P≤0.015％，残余元素符合要求；出钢温度控制在1600～1640℃，同时按下限进行钢包合金化；所述铁水占铁水和废钢的总质量比不大于75％；
所述LF精炼工序中，吨钢渣料≥12Kg，取一次样前喂铝线，加入长度≥3m/t；根据一次样成分结果对钢包成分微调；LF出钢前，第一炉喂入钙线≥2.5m/t，正常炉次按1m/t钢喂入钙线。
作为上述方法一种更好的选择，所述VD真空处理工序中，预抽真空时大氩气量搅拌，5min之内抽至1torr以下，真空处理时间≥22min，破空后软吹氩气，软吹时间≥20min，第一炉喂入钙线70米左右；VD第一炉上钢温度控制在1570-1580℃，正常炉次1545-1555℃；
作为上述方法一种更好的选择，所述连铸工序中，采用全保护浇铸，钢种液相线1495℃，中保第一炉温度控制1530-1540℃，第二炉温度控制1520-1530℃，正常炉次温度控制1515-1525℃。中包过热度为20-30℃。浇铸断面Φ500mm拉速在0.35±0.01m/min，浇铸断面Φ650mm拉速在0.25±0.01m/min；结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌正常启用；为保证连铸圆坯质量，入坑温度＞650℃，缓冷至300℃以下出坑；
作为上述方法一种更好的选择，所述轧制工序中，采用步进式加热炉加热，预热段缓慢加热至550-950℃，加热段1温度1100-1180℃，加热段2温度1200-1280℃，均热段1210-1250℃，加热温差≤30℃，Φ500mm连铸圆坯加热时间大于6小时，Φ650mm连铸圆坯加热时间大于8小时；开轧温度控制在1100-1180℃，终轧温度900-1000℃，钢材入坑缓冷，入缓冷坑温度大于550℃，缓冷时间大于36小时，且出缓冷坑温度不大于200℃。
本发明通过适当控制C含量在0.37～0.40的范围，C元素是强淬透性元素，使“C”曲线右移的元素将提高钢的淬透性，并且适量的碳元素可以获得较高的淬硬性，提高耐磨性。Mn控制在1.40～1.55的范围，主要起脱氧脱硫，降低钢的脆性，改善钢的热加工性能，提高支重轮用钢的强度和硬度，提高钢的淬透性。Cr含量在0.10～0.15的范围，提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，微量Cr显著提高钢的淬透性。控制B含量B≤0.0006，降低B元素对于淬火不稳定的影响，减少淬透值波动带宽。
本发明与现有技术相比较，具有如下实质性特点和显著优点：
1、本发明的钢成分设计合理节约，降低成本。对主要元素C、Mn、Cr按要求控制，保证了钢材的机械性能，有优良的淬硬性和淬透性。
2、通过成分设计、生产工艺控制钢材的淬硬层深度，便于加工整个截面获得均匀一致的力学性能以及可选用钢件淬火应力小的淬火剂，减少变形和开裂，达到环保、节约成本的目的。
附图说明
图1本发明得到的高淬透性工程机械支重轮用钢的金相图(放大50倍)，该金相图显示了本发明钢种的组织为铁素体和珠光体的组合；
图2本发明钢种淬火后得到的金相图(放大100倍)，距离淬火端1.5mm，该金相图显示组织为淬火马氏体；
图3本发明钢种淬火后得到的金相图(放大100倍)，距离淬火端9mm，该金相图显示组织为大量淬火马氏体+少量铁素体；
图4本发明钢种淬火后得到的金相图(放大100倍)，距离淬火端20mm，该金相图显示组织为少量淬火马氏体+大量铁素体。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步的说明。
本发明的高淬透性工程机械支重轮用钢的制造方法包括以下步骤：
1.电炉冶炼工序，每一炉钢包含铁水+废钢(铁水≤75％)，出钢时控制终点C≥0.10％，P≤0.015％，残余元素符合要求。出钢温度控制在1600～1640℃，同时按下限进行钢包合金化。
2.LF炉外精炼工序，吨钢渣料≥12Kg，取一次样前喂铝线，加入长度≥3m/t。根据一次样成分结果对钢包成分微调。LF出钢前，第一炉喂入钙线≥2.5m/t，正常炉次按1m/t钢喂入钙线。
3.VD真空处理工序，预抽真空时大氩气量搅拌，5min之内抽至1torr以下，真空处理时间≥22min，破空后软吹氩气，软吹时间≥20min，第一炉喂入钙线70米左右。VD第一炉上钢温度控制在1570-1580℃，正常炉次1545-1555℃。
4.连铸工序，采用全保护浇铸，钢种液相线1495℃，中保第一炉温度控制1530-1540℃，第二炉温度控制1520-1530℃，正常炉次温度控制1515-1525℃。中包过热度为20-30℃。浇铸断面Φ500mm拉速在0.35±0.01m/min，浇铸断面Φ650mm拉速在0.25±0.01m/min；结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌正常启用。为保证连铸圆坯质量，要及时入坑缓冷，入坑温度＞650℃，缓冷至300℃以下出坑。
5.轧制工序，步进式加热炉加热，预热段缓慢加热至550-950℃，加热段1温度1100-1180℃，加热段2温度1200-1280℃，均热段1210-1250℃，加热温差≤30℃，Φ500mm连铸圆坯加热时间大于6小时，Φ650mm连铸圆坯加热时间大于8小时。开轧温度控制在1100-1180℃，保证终轧温度900-1000℃，钢材入坑缓冷，入缓冷坑温度大于550℃，缓冷时间大于36小时，且保证出缓冷坑温度不大于200℃。
本实施例中各元素的具体组成成分如表1所示(％)。
表二 气体含量(ppm)
气体 标准 实施例1 实施例2· 实施例3
O ≤15 12 12 10
H ≤1.5 1.2 1.0 1.0
N ≤70 69 65 70
从实施例的钢材中取试样，用热处理毛坯制成试样测定钢材的纵向力学性能，检验结果如表三所示，热处理制度：淬火840±15℃+回火540±50℃/水。
表三 力学性能
Rel/Mpa Pm/Mpa A/％ Z/％ KU2(J)
标准 ≥735 ≥885 ≥9 ≥30 ≥40
实施例1 804 986 12.5 47 88
实施例2 866 997 14 49 78
实施例3 789 993 12.5 50 90
表四 钢材非金属夹杂物
用预备热处理过的毛坯制成φ25mm的标准试样，按GB/T225标准要求进行检验，淬透性如表五所示，热处理制度为端淬850±5℃。
表五 淬透性(HRC)
J1.5 J9 J20
标准 52～62 ≥45 ≤45
实施例1 58 51 44
实施例2 62 46 45
实施例3 60 49 42
图3为本发明钢种淬火后得到的金相图(放大100倍)，距离淬火端9mm，该金相图显示组织为大量淬火马氏体+少量铁素体(淬火马氏体量占比50％以上)；图4为本发明钢种淬火后得到的金相图(放大100倍)，距离淬火端20mm，该金相图显示组织为少量淬火马氏体+大量铁素体(淬火马氏体量占比30％以内)。
通过本发明的工艺制造的高淬透性工程机械支重轮用钢，对主要元素C、Mn、Cr的成分控制，保证钢材的淬硬性、淬透性，在加工使用中淬硬层深度(一般以到达半马氏体区为准)达到20mm，良好的淬透性保证制造支重轮轮缘的表面具有高的硬度和高耐磨性，心部具有良好的韧性和一定的硬度，整个截面获得均匀一致的力学性能以及可选用钢件淬火应力小的淬火剂，减少变形和开裂，达到环保、节约成本的目的。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种高淬透性工程机械支重轮用钢，其特征在于，所述高淬透性工程机械支重轮用钢按质量百分比计组成为C 0.37～0.40；Si 0.17～0.26；Mn 1.40～1.55；P≤0.015；S≤0.015；Cr 0.10～0.15；Cu≤0.10；Ni≤0.10；Mo≤0.05；B≤0.0006；Al 0.015～0.040，剩余为Fe和不可避免的微量杂质。
2.如权利要求1所述的高淬透性工程机械支重轮用钢，其特征在于，所述工程机械支重轮用钢具有铁素体和珠光体构成的微观组织。
3.如权利要求1所述的高淬透性工程机械支重轮用钢，其特征在于，所述工程机械支重轮用钢在淬火后进行端淬试验，J1.5为52～62HRC，其金相组织为淬火马氏体，J9≥45HRC，其金相组织以淬火马氏体为主，并含有铁素体；J20≤45HRC，其金相组织为以铁素体为主。
4.制备权利要求1-3任一所述一种高淬透性工程机械支重轮用钢的方法，所述方法包括电炉冶炼、LF精炼、VD处理、连铸和轧钢工序，其特征在于：
所述电炉冶炼工序中，每一炉钢的原料包含铁水和废钢，出钢时控制终点C≥0.10％，P≤0.015％，残余元素符合要求；出钢温度控制在1600～1640℃，同时按下限进行钢包合金化；所述铁水占铁水和废钢的总质量比不大于75％；
所述LF精炼工序中，吨钢渣料≥12Kg，取一次样前喂铝线，加入长度≥3m/t；根据一次样成分结果对钢包成分微调；LF出钢前，第一炉喂入钙线≥2.5m/t，正常炉次按1m/t钢喂入钙线。
5.如权利要求4所述的高淬透性工程机械支重轮用钢，其特征在于，所述VD处理工序中，预抽真空时大氩气量搅拌，5min之内抽至1torr以下，真空处理时间≥22min，破空后软吹氩气，软吹时间≥20min，第一炉喂入钙线70米左右；VD第一炉上钢温度控制在1570-1580℃，正常炉次1545-1555℃。
6.如权利要求4所述的高淬透性工程机械支重轮用钢，其特征在于，所述连铸工序采用全保护浇铸，钢种液相线1495℃，中保第一炉温度控制1530-1540℃，第二炉温度控制1520-1530℃，正常炉次温度控制1515-1525℃，中包过热度为20-30℃，浇铸断面Φ500mm拉速在0.35±0.01m/min，浇铸断面Φ650mm拉速在0.25±0.01m/min；结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌正常启用；为保证连铸圆坯质量，入坑温度＞650℃，缓冷至300℃以下出坑。
7.如权利要求4所述的高淬透性工程机械支重轮用钢，其特征在于，所述轧制工序采用步进式加热炉加热，预热段缓慢加热至550-950℃，加热段1温度1100-1180℃，加热段2温度1200-1280℃，均热段1210-1250℃，加热温差≤30℃，Φ500mm连铸圆坯加热时间大于6小时，Φ650mm连铸圆坯加热时间大于8小时；开轧温度控制在1100-1180℃，终轧温度900-1000℃，钢材入坑缓冷，入缓冷坑温度大于550℃，缓冷时间大于36小时，且出缓冷坑温度不大于200℃。
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