CN108998725A - 履带链轨节用35MnBM钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种履带链轨节用35MnBM钢及其制备方法,其化学成分及质量百分含量为:C 0.32%~0.36%、Si 0.15%~0.30%、Mn 1.10%~1.40%、Cr 0.15%~0.25%、Mo≤0.015%、Ni≤0.20%、Al 0.015%~0.065%、P≤0.025%、S≤0.025%、Cu≤0.25%、B 0.0005%~0.0030%、Ti 0.02%~0.065%、Ti/N≥4、O≤20ppm、N≤80ppm,余量为Fe和不可避免的杂质。本35MnBM钢通过成分控制,能降低钢中的夹杂物,提高钢水的洁净度,铸坯的轧制质量得到有效地提高;本发明中Ti/N≥4,Ti在硼钢中主要作用是固氮,从而能发挥有效硼的作用,提高材料的淬透性。本方法通过工艺控制,能有效的提高链轨节用钢的淬透性能,提升链轨节性能和质量。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域,尤其是一种履带链轨节用35MnBM钢及其制备方法。
背景技术
近几年,我国工程机械行业得到了迅速发展,履带链轨节是挖掘机设备重要组成部分,是易磨损、易断裂零件。链轨节作为履带行走装置中重要的组成部分,在工作过程中不仅承受整台机器的重量以及驱动轮对它的驱动力,转向过程中还要承受支重轮的侧向力作用,挖掘机运行在凹凸不平的道路时还会使链轨节承受冲击载荷。这就造成一旦链轨节发生失效破坏,则整台机器就无法继续工作。因为链轨节外形不规则,各部位尺寸不同,在热处理时经常会发生淬裂现象,造成废品率较高,不利于降低挖掘机制造成本。链轨节需要材料具有高的淬透性,同时对材料不同位置端淬值有较高的要求,尤其距表面1.5mm 处硬度大于或等于HRC 50~58,指距表面13mm 处硬度大于或等于HRC 40~50,指距表面19mm处硬度大于或等于HRC 32~40。链轨节用35MnBM 钢还要求有细的晶粒度,一般要求大于或等于5 级,以提高链轨节的韧性和避免链轨节在热处理时的淬火裂纹。因此研究链轨节35MnBM用钢发展和推广应用,对于节约合金资源,提高产品的机械性以及提高经济效益,具有重要的实际意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种性能好的履带链轨节用35MnBM钢;本发明还提供了一种履带链轨节用35MnBM钢的制备方法。
为解决上述技术问题,本发明所采取的其化学成分及质量百分含量为:C 0.33%~0.36%、Si 0.22%~0.28%、Mn 1.30%~1.40%、Cr 0.19%~0.23%、Mo≤0.015%、Ni≤0.10%、Al0.020%~0.030%、P≤0.020%、S≤0.020%、Cu≤0.10%、B 0.0020%~0.0030%、Ti 0.03%~0.04%,Ti/N≥4,余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明各成分的功能机理为:
C:碳含量是材料的一项重要指标。当链轨节钢含碳量超过0.40% 时,钢的韧性较差,容易出现淬火裂纹;当含碳量在0.30% 以下时,由于淬火硬度较低,故耐磨性较差;当含碳量在0.33%~0.36%时,其抗拉强度较高,具有理想的力学性能,因此碳含量设定为0.33%~0.36%。
Mn:锰和铁形成固溶体,提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度;同时又是碳化物形成元素,进入渗碳体中取代一部分铁原子。锰在钢中由于降低临界转变温度,起到细化珠光体的作用;也间接地起到提高珠光体钢强度的作用;锰稳定奥氏体组织的能力仅次于镍,也强烈增加钢的淬透性。锰是强烈增加淬透性且价格便宜的一种元素。国家标准中同类型钢的锰含量为1.3%~1.40%,经固溶处理后有良好的韧性,当受到冲击而变形时,表面层将因变形而强化,具有高的耐磨性。锰与硫形成熔点较高的MnS,可防止因FeS而导致的热脆现象。锰有增加钢晶粒粗化的倾向和回火脆性敏感性。考虑到链轨节形状复杂,锰含量高容易引起热处理裂纹,所以适当降低了锰含量,最后设定为1.30%~1.40%。
B:硼是钢中另外一个重要元素。硼可以提高材料的淬透性,同时适量硼元素可以改善材料的屈服强度、抗拉强度、疲劳强度和耐磨性。钢材中锰与硼同时加入,可以提高材料的耐磨性能;高锰钢容易发生裂纹现象,寿命比较短,加入硼元素,在低冲击载荷作用下,材料的硬度可以提高约50HRC,使用寿命可以提高2倍左右。硼是35MnBM中重要一个元素,它的发展和推广应用,对于节约合金资源,提高机械性能以及提高经济效益,有着重要作用。因此B的设定含量为0.0020%~0.0030%。
Cr:铬提高材料的强度和硬度,通过减缓奥氏体的分解速度来提高淬透性,并可在渗碳表面形成含铬碳化物以提高耐磨性。含量超12%时,使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用。还增加钢的热强性,铬为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。Cr的设定含量为0.19%~0.23%,由于铬使钢的热导率下降,热加工时要缓慢升温,锻、轧后要缓冷。
Mo:钼对铁素体有固溶强化作用,同时也提高碳化物的稳定性,因此可以提高钢的强度。钼对改善钢的延展性和韧性以及耐磨性起到有利作用。钼在钢中能提高淬透性,能使较大断面的零件淬深、淬透,提高钢的抗回火性或回火稳定性,使零件可以在较高温度下回火,从而更有效地消除(或降低)残余应力,提高塑性,但是Mo含量过多会增大晶间腐蚀倾向。Mo的设定含量为≤0.015%。
Si:硅能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度,其作用仅次于磷,较锰、镍、铬、钨、钼和钒等元素强。通过提高退火、正火和淬火温度,来提高亚共析钢淬透性。但含硅超过3%时,将显著降低钢的塑性和韧性。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比(σs/σb),以及疲劳强度和疲劳比(σ-1/σb)等,Si的设定含量为0.22%~0.28%。
S:硫在钢中偏析严重,容易形成夹杂物,不利于改善钢水纯净度;在高温下,降低钢的塑性,是一种有害元素。它以熔点较低的FeS的形式存在;单独存在的FeS的熔点只有1190℃,而在钢中与铁形成共晶体的共晶温度更低,只有988℃。当钢凝固时,硫化铁析集在原生晶界处;钢在1100~1200℃进行轧制时,晶界上的FeS就将熔化,会大大地削弱晶粒之间的结合力,导致钢的热脆现象。S的设定含量为S≤0.020%。
P:磷是钢中有害杂质之一。含磷较多的钢,在室温或更低的温度下使用时,会偏析严重、容易脆裂,称为冷脆;显著的降低钢的塑性和韧性。磷是有害元素,应严加控制,P的设定含量为≤0.020%。
Ti:钛为强碳化物及氮化物形成元素,其氮化物可以组织奥氏体晶粒长大,提高晶粒粗化温度。Ti在硼钢中主要作用是固氮,发挥有效硼的作用,提高材料的淬透性。Ti的设定含量为0.03%~0.04%。
Al:铝在钢中能形成氧化物、氮化物等;能阻止奥氏体晶粒长大,提高晶粒粗化温度,细化晶粒。而 Al 含量较高时,会从材料的金相组织中发现其晶粒间有很多的 AlN 杂质。该杂质降低了晶粒间的边界强度,对材料的冲击韧性和塑性也有影响,在循环载荷作用下,含有杂质处容易产生微观裂纹。这就要求在零部件的制造过程中应注意避免引入杂质,以免降低结构的强度。Al的设定含量为0.020%~0.030%。
本发明方法其包括转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼、连铸、加热和轧制工序,所述VD真空精炼工序:VD破空后喂线及合金化:先加入Ti线,再软吹3~5分钟,然后加入CaSi线和FeB;
所述连铸工序:浇注温度控制在1618~1658℃,控制浇注速度;连浇包过热度为15~30℃,连铸拉坯速度为0.7~0.8m/min;
所述加热工序:均热温度为1170~1240℃,在炉加热时间为2~2.5h;
所述轧制工序:开轧温度为1090~1150℃,终轧温度950~1000℃。
本发明方法所述转炉冶炼工序:出钢中碳含量≥0.08wt%,P含量≤0.015wt%。
本发明方法所述LF精炼工序:精炼过程全程吹氩,氩气压力为0.1~1.5MPa、流量为10~60 NL/min。
本发明方法所述VD真空精炼工序:真空度≤67Pa,保持8~13min。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明通过成分控制,能降低钢中的夹杂物,提高钢水的洁净度,铸坯的轧制质量得到有效地提高;本发明中Ti/N≥4,Ti在硼钢中主要作用是固氮,从而能发挥有效硼的作用,提高材料的淬透性。
本发明方法通过工艺控制,能有效的提高链轨节用钢的淬透性能,提升链轨节性能和质量。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例:本履带链轨节用35MnBM钢的制备方法采用下述具体工艺。
(1)化学成分:各实施例履带链轨节用35MnBM钢的化学成分组成及质量百分含量见表1。
表1:各实施例35MnBM钢的化学成分
(2)本履带链轨节用35MnBM钢的制备方法采用顶底复吹转炉+LF(炉外精炼) +VD工艺冶炼,连铸浇注铸坯-加热-轧制成材工艺生产钢材。各工序工艺如下所述:
A、转炉冶炼工序:出钢中碳含量≥0.08wt%,P含量≤0.015wt%。
B、LF精炼工序:精炼过程全程吹氩,氩气压力为0.1~1.5MPa、流量为10~60NL/min。
C、VD真空精炼工序:真空度≤67Pa,保持8~13min;VD破空后喂线及合金化,可以提高合金收得率:先加入Ti线,再软吹3~5分钟,然后加入CaSi线和FeB,确保化学成分符合设计要求。
D、连铸工序:浇注温度控制在1618℃~1658℃,控制浇注速度,可保证对钢的高倍、低倍、发纹的要求;连浇包过热度为15℃~30℃,连铸拉坯速度为0.7~0.8m/min,可以较好控制连铸坯的低倍质量。
E、加热工序:均热温度为1170℃~1240℃,在炉加热时间为2h~2.5h,使连铸坯内外温度均匀,满足轧制温度要求。
F、轧制工序:开轧温度为1090℃~1150℃,终轧温度950℃~1000℃。轧制类型为奥氏体再结晶控制轧制(又称为Ⅰ型控制轧制或常规轧制),在奥氏体变形过程中和变形后自发产生奥氏体再结晶的区域中轧制,一般温度较高,在1000℃以上。在奥氏体变形过程中产生动态再结晶,在奥氏体变形后发生静态再结晶。前者一般要求在温度高而变形速度较慢的条件下产生,而且要求超过动态再结晶临界变形量。静态再结晶发生条件是变形量要超过静态再结晶临界变形量。因此,要通过反复变形再结晶,细化奥氏体晶粒。
各实施例转炉冶炼、LF精炼和VD真空精炼工序的具体工艺参数见表2;各实施例连铸、加热和轧制工序的具体工艺参数见表3。
表2:各实施例炼制过程的具体工艺参数
表3:各实施例制备过程的具体工艺参数
(3)各实施例履带链轨节用35MnBM钢端淬值检验见表4。
表4:各实施例35MnBM钢的端淬值
由表4可以看出,本方法所得链轨节用35MnBM钢端淬值满足淬透性要求。
Claims (5)
1.一种履带链轨节用35MnBM钢,其特征在于,其化学成分及质量百分含量为:C 0.33%~0.36%、Si 0.22%~0.28%、Mn 1.30%~1.40%、Cr 0.19%~0.23%、Mo≤0.015%、Ni≤0.10%、Al 0.020%~0.030%、P≤0.020%、S≤0.020%、Cu≤0.10%、B 0.0020%~0.0030%、Ti 0.03%~0.04%,Ti/N≥4,余量为Fe和不可避免的杂质。
2.权利要求1所述履带链轨节用35MnBM钢的制备方法,其包括转炉冶炼、LF精炼、VD真空精炼、连铸、加热和轧制工序,其特征在于,所述VD真空精炼工序:VD破空后喂线及合金化:先加入Ti线,再软吹3~5分钟,然后加入CaSi线和FeB;
所述连铸工序:浇注温度控制在1618~1658℃,控制浇注速度;连浇包过热度为15~30℃,连铸拉坯速度为0.7~0.8m/min;
所述加热工序:均热温度为1170~1240℃,在炉加热时间为2~2.5h;
所述轧制工序:开轧温度为1090~1150℃,终轧温度950~1000℃。
3.根据权利要求2所述的履带链轨节用35MnBM钢的制备方法,其特征在于,所述转炉冶炼工序:出钢中碳含量≥0.08wt%,P含量≤0.015wt%。
4.根据权利要求2所述的履带链轨节用35MnBM钢的制备方法,其特征在于,所述LF精炼工序:精炼过程全程吹氩,氩气压力为0.1~1.5MPa、流量为10~60 NL/min。
5.根据权利要求2、3或4所述的履带链轨节用35MnBM钢的制备方法,其特征在于,所述VD真空精炼工序:真空度≤67Pa,保持8~13min。
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