CN109930063B - 一种工程机械履带底盘轮体用钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程机械履带底盘轮体用钢及其生产方法，其化学成分wt%包括：C：0.39‑0.42%，Si：0.22‑0.32%，Mn：1.65‑1.95%，Cr：0.20‑0.35%，Ti：0.016‑0.025%，S≤0.005%，P≤0.015%，［O］≤0.0015%，［H］≤0.00015%，其余为Fe。从上述组分可知，本发明的一种工程机械履带底盘轮体用钢及其生产方法，本发明通过调整提高Mn，添加Cr，材料淬透性得到明显提高，使材料热处理工艺性得到提高；相同热处理工艺下（正火温度870℃，端淬温度845℃），与常规使用的钢材料相比，材料淬透性明显提高。

Description

一种工程机械履带底盘轮体用钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种工程机械履带底盘轮体用钢的技术领域，具体涉及一种工程机械履带底盘轮体用钢及其生产方法。

背景技术

随着工程机械重型化、长寿命等方面要求的不断提高，对其所用钢材提出了更高的要求，用于开发重型化、长寿命工程机械所需要的特种钢棒材，有的在国内市场很难找到，有的因强度低、韧性差、热处理工艺性差等质量问题而难以满足使用要求，仍然需要进口，不能满足逐渐大型化要求。

履带式工程机械往往用于较恶劣的工况，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，这就要求履带底盘轮体用钢具有较高的强度、良好的韧性、良好耐磨性、良好的热处理工艺性。因此，开发高强韧性、良好的热处理工艺性的新型履带底盘轮体用钢，符合工程机械重型化、长寿命等方面要求的不断提高。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种工程机械履带底盘轮体用钢及其生产方法，通过调整提高Mn，添加Cr，材料淬透性得到明显提高，使材料热处理工艺性得到提高；相同热处理工艺下（正火温度870℃，端淬温度845℃），与常规使用的钢材料相比，材料淬透性明显提高；成分控制上通过添加Ti,工艺上采用开坯+控制轧制，满足大规格轮体钢晶粒度细于7.5级；相同热处理工艺下（淬火温度为840℃±15℃，回火温度540℃±30℃），与常规使用的钢材料相比，力学性能明显提高；通过在线冷却装置能够实现坯料的在线冷却和轧制的连续化生产，提高了生产效率，降低了能耗。

本发明所采取的技术方案是：

一种工程机械履带底盘轮体用钢，其化学成分wt%包括：C：0.39-0.42%，Si：0.22-0.32%，Mn：1.65-1.95%，Cr：0.20-0.35%，Ti：0.016-0.025%，S≤0.005%，P≤0.015%，［O］≤0.0015%，［H］≤0.00015%，其余为Fe。

下面具体说明本发明一种工程机械履带底盘轮体用钢化学成分的限定理由。

C：C能与多种元素一起形成不同的碳化物，并显著提高钢的强度，同时又可以提高钢的淬透性和淬硬性，但也使钢的塑韧性恶化。C是提高钢的强度最廉价元素。如果C含量低于0.39%，强度达不到客户使用要求。如果C含量高于0.42%，材料的韧性将明显降低，因此取C含量控制在0.39-0.42%。

Si：在钢中不形成碳化物，而是以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体中。它提高钢中固溶体的强度和冷加工变形硬化率的作用极强，仅次于P，但同时也在一定程度上降低钢的韧性和塑性。Si易使钢呈带状组织，因而使钢材的横向性能低于纵向性能。Si虽然也提高钢的淬透性，但由于Si含量高了，易于产生石墨化现象和增加表面的脱碳倾向，石墨化的出现，降低了钢的塑性和耐冲击性能及淬硬性，因此仅用Si提高共析钢和亚共析钢淬透性的办法没有实际的意义。所以本发明按照球笼用钢使用的各项性的要求，适当采用低的Si含量。所以Si取值范围为：0.22-0.32%。

Mn：Mn和铁形成固溶体，提高铁素体和奥氏体的强度和硬度；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。Mn在钢中由于降低钢的临界转变温度，所以起到细化珠光体的作用，也间接起到提高珠光体强度的作用；扩大奥氏体相区，提高奥氏体组织稳定性，强烈的增加钢的淬透性；但当Mn含量高于1.95%时，冶炼难度增加，增加钢坯表面裂纹的倾向，且随着含量的增加，铸坯的偏析程度显著提高，给材料的均匀性及淬透性的稳定性带来一定的危害，有使晶粒粗化的倾向、增加钢的回火脆敏感性，综合考虑Mn含量确定为1.65-1.95%。

Cr： Cr和铁能形成连续固溶体，和多种碳化物，能显著提高材料的淬透性，同时能提高钢的抗腐蚀和耐磨性，但Cr亦增加钢的回火脆性。Cr含量的增加对钢退火后的强度和硬度提高的比较缓慢。这是因为Cr对于固溶强化铁素体本来就是很弱的元素，当退火时，一部分Cr又形成碳化物，致使固溶于铁素体中的Cr减少，所以退火后对提高钢的强度表现的较弱。加入铬，可以与锰起到相互激发的作用，充分发挥锰的作用，更能大大降低临界冷却速度，而使钢的淬透性显著提高，考虑到钢的使用性能及成本，所以确定Cr含量为0.20-0.35%。

Ti：Ti是化学上极为活泼的金属元素之一，它和氮、碳都有极强的亲和力，它是良好的固氮和碳的元素，减少AlN的析出，控制铸坯的表面裂纹，提高铸坯质量；在中等晶粒度钢中，微量的Ti可以消除晶粒不均匀的现象，但当Ti含量超过0.016%时，其细化晶粒的效果将显著提高。综合考虑控制Ti: 0.016%-0.025%。

P：增加钢的脆性，尤其是低温脆性，对钢材低温冲击功影响较大，且P为易偏析元素，造成钢严重偏析，对本钢种的使用来说，应该控制越低越好，根据生产保障能力，控制P≤0.015%。

O：在室温时对钢的强度影响不大，但使钢的伸长率和面缩率显著的降低，在较低温度和O含量极低时，材料的强度和塑性均随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。本发明及生产工艺可以将O含量控制在0.0015%以内。

H：氢使钢的塑性降低，主要是使低温冲击功、延伸率及断面收收缩降低。氢在钢中会产生“发纹”或形成应力区，在钢进行锻轧加工时发纹扩展而形成裂纹，使钢的力学性能特别是塑性恶化，甚至断裂，在钢断口上呈现“白点”。同时氢还会引起点状偏析、氢脆等。因此，本发明及工艺将H控制在0.00015%以下。

残余元素S等，上述元素都是作为杂质元素存在，允许不超过标准要求，这里不再一一叙述。

生产如上所述的一种工程机械履带底盘轮体用钢的方法，包括下列步骤：

1）铁水深脱硫：

采用KR法直接对铁水包铁水进行深脱硫预处理，将铁水包的铁水进行搅拌，加入脱硫剂，待充分脱硫反应后停止搅拌，通过扒渣机扒渣，脱硫后的铁水中S≤20ppm；

2）转炉冶炼：

在90吨顶底复吹式碱性转炉中进行吹炼，副枪定成分，使用出钢红外下渣检测+滑板机构控制下渣，防止出钢回P，控制出钢回P≤0.002%，出钢铝类脱氧剂及高纯合金进行预脱氧及成分初调；

3）精炼：

在90吨LF炉中进行钢水扩散脱氧及成分微调；精炼过程对脱硫、升温、调成分不同阶段底吹流量进行细化、标准化，强化脱S、去夹杂；

4）真空脱气：

在LF精炼后，采用RH脱气设备进行真空脱气，保证破空时［H］≤1.5ppm、［O］≤15ppm；

5）软吹：

进行软吹处理，全程流量、压力自动监控，软吹时间为15-20分钟；

6）连铸：

连铸过程大包长水口氩封、中包充氩、内装浸入式水口等措施全程保护浇筑，控制钢水吸气，并采用结晶器+二冷+末端三段式电磁搅拌；

7）钢坯缓冷：

钢坯经火焰切割后，使用行车夹具将钢坯夹持入坑，钢坯坑内“一”字型码放；

8）钢坯加热炉加热：

钢坯在侧进侧出步进式加热炉加热时间8-10小时，其中高温段温度控制在1200-1260℃，高温段时间控制在4-5小时；

9）钢坯开坯、连轧：

钢坯除鳞后，经7-12道次往复式开坯机开矩形坯，进行在线冷却后，进入4-7架连轧进行连轧，终轧温度控制在830-850℃。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤1）中，搅拌时间8-12分钟；所述脱硫剂包括生石灰和萤石，所述生石灰和萤石的质量百分比为8:1。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤2）中，所述90吨顶底复吹式碱性转炉的顶部吹入氧气，底部吹入氮气或氩气。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤4）中，真空度≤90pa的高真空下保持15分钟以上。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤6）中，连铸过程大包长水口氩封、中包充氩、内装浸入式水口等措施全程保护浇筑，控制钢水吸气，连铸过程增氮≤3ppm；并采用结晶器+二冷+末端三段式电磁搅拌，使钢坯的横截面周向、径向碳极差≤0.02%。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤7）中，所述钢坯缓冷入坑时的表面温度≥650℃，芯部温度在900℃-950℃范围内。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤9）中，所述钢坯在330Mpa的压力下进行除鳞，经7-12道次往复式开坯机开矩形坯，进行在线冷却至880-920℃后，进入4-7架连轧进行连轧，终轧温度控制在830-850℃。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤9）中，在线冷却装置包括通过横移链连接的轧线辊道和横移辊道，所述横移辊道有横移辊道电机提供驱动力，所述横移辊道和轧线辊道的上方活动连接有移钢机，所述移钢机在横移辊道和轧线辊道之间往复移动，并且移钢机在横移辊道的上方上下往复移动，所述移钢机在轧线辊道的上方上下往复移动，所述横移辊道和横移辊道电机在升降机作用下上下往复移动。

本发明更进一步改进方案是，中间坯被横移链输送出轧线辊道，至横移辊道上，横移辊道电机控制正反转，减少坯料温度不均，需要移钢时，辊道和电机下降，由移钢机进一步移动中间坯，冷却到温（或到时间）的钢坯被移钢机提升并水平移送至轧线辊道上方，待轧线中间坯移出后快速放下中间坯。

本发明的有益效果在于：

第一、本发明的一种工程机械履带底盘轮体用钢及其生产方法，本发明通过调整提高Mn，添加Cr，材料淬透性得到明显提高，使材料热处理工艺性得到提高；相同热处理工艺下（正火温度870℃，端淬温度845℃），与常规使用的钢材料相比，材料淬透性明显提高。

第二、本发明的一种工程机械履带底盘轮体用钢及其生产方法，成分控制上通过添加Ti,工艺上采用开坯+控制轧制，满足大规格轮体钢晶粒度细于7.5级。

第三、本发明的一种工程机械履带底盘轮体用钢及其生产方法，相同热处理工艺下（淬火温度为840℃±15℃，回火温度540℃±30℃），与常规使用的钢材料相比，力学性能明显提高。

第四、本发明的一种工程机械履带底盘轮体用钢及其生产方法，通过在线冷却装置能够实现坯料的在线冷却和轧制的连续化生产，提高了生产效率，降低了能耗。

附图说明：

图1为本申请的在线冷却装置示意图。

图2为本申请所制备得到的钢与对比例的成分对比表。

图3为本申请实施例1所制备得到的钢与对比例的力学性能对比表。

图4为本申请实施例1所制备得到的钢与对比例的淬透性/HRC对比表。

图5为本申请实施例2所制备得到的钢与对比例的力学性能对比表。

图6为本申请实施例2所制备得到的钢与对比例的淬透性/HRC对比表。

具体实施方式：

目前国内使用的轮体用钢与本发明的化学成分对比情况如图2所示。

采用以下生产工艺制备：

1）铁水深脱硫：采用KR法直接对铁水包铁水进行深脱硫预处理，搅拌时间8-12分钟，使用脱硫剂（石灰：萤石=8:1），扒渣机扒渣，脱硫后铁水可满足硫≤20ppm。

2）转炉冶炼：在90吨顶底复吹式碱性转炉中进行吹炼（顶吹氧，底吹氮/氩），副枪定成分，使用出钢红外下渣检测+滑板机构控制下渣，防止出钢回P，控制出钢回P≤0.002%，出钢铝类脱氧剂及高纯合金进行预脱氧及成分初调；

3）精炼：在90吨LF炉中进行钢水扩散脱氧及成分微调；精炼过程对脱硫、升温、调成分不同阶段底吹流量进行细化、标准化，强化脱S、去夹杂；

4）真空脱气：在LF精炼后，采用RH脱气设备进行真空脱气，真空度≤90pa的高真空下保持15分钟以上，保证破空时［H］≤1.5ppm、［O］≤15ppm；

5）软吹：进行软吹处理，全程流量、压力自动监控，软吹时间为15-20分钟；

6）连铸：连铸过程大包长水口氩封、中包充氩、内装浸入式水口等措施全程保护浇筑，控制钢水吸气，连铸过程增氮≤3ppm；结晶器+二冷+末端三段式电磁搅拌等技术，实现了成分偏析小（横截面周向、径向碳极差≤0.02%）。

7）钢坯缓冷：钢坯经火焰切割后，使用行车夹具将钢坯夹持入坑，钢坯入坑表面温度满足≥650℃，芯部温度可达900℃，钢坯坑内“一”字型码放。

8）钢坯加热炉加热：钢坯在侧进侧出步进式加热炉加热时间8-10小时，其中高温段温度控制在1200-1260℃，高温段时间控制在4-5小时。

9） 钢坯开坯、连轧：钢坯经330MPa压力下进行除鳞，经9道次往复式开坯机开矩形坯，经图1所示装置进行在线冷却后，冷至880-920℃后，进入6架连轧进行连轧，终轧温度控制在830-850℃。

如图1所示，中间坯被横移链输送出轧线辊道1，至横移辊道2上，横移辊道电机3控制正反转，减少坯料温度不均，需要移钢时，辊道2和电机3下降，由移钢机4进一步移动中间坯，冷却到温（或到时间）的钢坯被移钢机4提升并水平移送至轧线辊道1上方，待轧线中间坯移出后快速放下中间坯。

实施例1

取C 0.40%, Si 0.27%, Mn 1.71%, Cr 0.26%，Ti 0.021%， S 0.005%, P0.012%，［O］0.0010%，［H］0.00013%，其余为Fe。规格φ500mm钢坯经开坯、控制连轧生产规格φ150mm圆钢，经热处理（正火温度870℃，端淬温度845℃）力学性能如图3所示，经热处理（淬火温度为840℃±15℃，回火温度540℃±30℃）淬透性能/HRC如图4所示。

实施例2

取C 0.41%, Si 0.29%, Mn 1.75%, Cr 0.28%，Ti 0.019%， S 0.003%, P0.013%，［O］0.0010%，［H］0.00013%，其余为Fe。规格φ500mm钢坯经开坯、控制连轧生产规格φ160mm圆钢，经热处理（正火温度870℃，端淬温度845℃）力学性能如图5所示，经热处理（淬火温度为840℃±15℃，回火温度540℃±30℃）淬透性能/HRC如图6所示。

由图3-图6可知，本发明材料可用于制造超细晶、高强韧性、高淬透性重型工程机械履带底盘轮体，应用于工程机械的大型化发展。

Claims (9)

1.一种工程机械履带底盘轮体用钢的生产方法，其特征在于：所述钢的化学成分wt%包括：C：0.39-0.42%，Si：0.22-0.32%，Mn：1.65-1.95%，Cr：0.20-0.35%，Ti：0.016-0.025%，S≤0.005%，P≤0.015%， ［O］≤0.0015%， ［H］≤0.00015%，其余为Fe；

生产方法包括下列步骤：

1）铁水深脱硫：采用KR法直接对铁水包铁水进行深脱硫预处理，将铁水包的铁水进行搅拌，加入脱硫剂，待充分脱硫反应后停止搅拌，通过扒渣机扒渣，脱硫后的铁水中S≤20ppm；

2）转炉冶炼：在90吨顶底复吹式碱性转炉中进行吹炼，副枪定成分，使用出钢红外下渣检测+滑板机构控制下渣，防止出钢回P，控制出钢回P≤0.002%，出钢时加入铝类脱氧剂及高纯合金进行预脱氧及成分初调；

3）精炼：在90吨LF炉中进行钢水扩散脱氧及成分微调；精炼过程对脱硫、升温、调成分不同阶段底吹流量进行细化、标准化，强化脱S、去夹杂；

4）真空脱气：在LF精炼后，采用RH脱气设备进行真空脱气，保证破空时［H］≤1.5ppm、 ［O］≤15ppm；

5）软吹：进行软吹处理，全程流量、压力自动监控；

6）连铸：连铸过程大包长水口氩封、中包充氩、内装浸入式水口措施全程保护浇铸，控制钢水吸气，并采用结晶器+二冷+末端三段式电磁搅拌；

7）钢坯缓冷：钢坯经火焰切割后，使用行车夹具将钢坯夹持入坑，钢坯坑内“一”字型码放；

8）钢坯加热炉加热：钢坯在侧进侧出步进式加热炉加热时间8-10小时；

9）钢坯开坯、连轧：钢坯除鳞后，经7-12道次往复式开坯机开矩形坯，进行在线冷却后，进入4-7架连轧进行连轧，终轧温度控制在830-850℃。

2.如权利要求1所述的一种工程机械履带底盘轮体用钢的生产方法，其特征在于：所述步骤1）中，搅拌时间8-12分钟；所述脱硫剂包括生石灰和萤石，所述生石灰和萤石的质量百分比为8:1。

3.如权利要求1所述的一种工程机械履带底盘轮体用钢的生产方法，其特征在于：所述步骤2）中，所述90吨顶底复吹式碱性转炉的顶部吹入氧气，底部吹入氮气或氩气。

4.如权利要求2所述的一种工程机械履带底盘轮体用钢的生产方法，其特征在于：所述步骤4）中，真空度≤90pa的高真空下保持15分钟以上。

5.如权利要求1所述的一种工程机械履带底盘轮体用钢的生产方法，其特征在于：所述步骤5）中，软吹时间为15-20分钟。

6.如权利要求1所述的一种工程机械履带底盘轮体用钢的生产方法，其特征在于：所述步骤6）中，连铸过程大包长水口氩封、中包充氩、内装浸入式水口措施全程保护浇铸，控制钢水吸气，连铸过程增氮≤3ppm；并采用结晶器+二冷+末端三段式电磁搅拌，使钢坯的横

截面周向、径向碳极差≤0.02%。

7.如权利要求1所述的一种工程机械履带底盘轮体用钢的生产方法，其特征在于：所述

步骤7）中，所述钢坯缓冷入坑时的表面温度≥650℃，芯部温度在900℃-950℃范围内。

8.如权利要求1所述的一种工程机械履带底盘轮体用钢的生产方法，其特征在于：所述步骤8）中，其中高温段温度控制在1200-1260℃，高温段时间控制在4-5小时。

9.如权利要求1所述的一种工程机械履带底盘轮体用钢的生产方法，其特征在于：所述步骤9）中，所述钢坯在330Mpa的压力下进行除鳞，经7-12道次往复式开坯机开矩形坯，进

行在线冷却至880-920℃后，进入4-7架连轧进行连轧，终轧温度控制在830-850℃。

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