CN110358965A - 一种100级以上高强度链条用盘条及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种100级以上高强度链条用盘条，所述链条以Fe为基础元素，且还包含如下化学成分(wt％)：C：0.20～0.25％，Si：0.10～0.35％，Mn：0.90～1.30％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Cr：0.40～0.70％，Ni：0.60～0.90％，Mo：0.15～0.35％，Al：0.25～0.50％，Ti：≥0.030％，B：0.0005～0.0050％。其盘条的制造方法为：KR铁水预处理→转炉冶炼→LF+RH精炼→连铸→连铸坯清理→加热→高压水除鳞→控轧→斯太尔摩控冷→盘条。该高强度链条用盘条对化学成分合理的配置，使其具有高的纯净度、高的淬透性、本质细晶粒和良好的焊接及渗碳性能，淬回火后具有高的强塑性，综合性能优良。

Description

一种100级以上高强度链条用盘条及其制造方法
技术领域
本发明属于链条用钢技术领域，具体涉及一种100级以上高强度链条用盘条及其制造方法。
背景技术
我国链条行业起步较早，已发展成为世界链条生产大国，但当前链条品质仍处于中、低档次，导致我国链条的国际市场占有率很低。国内倡导材料轻量化进程在不断深入，高强度链条的开发成为当下的主流，我国大部分生产厂家是通过提高合金含量来实现高强度，但往往焊接性能不佳，生产成本较高。降低合金含量，可以大大提高焊接性能，但如何保证链条的高强度是很大的技术难点。开发出高纯净、高强度、高塑性等综合性能优良原材料是提高我国链条品质的关键，从而逐步缩小与欧美和日本的差距。
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具有高纯净度、本质细晶粒和良好的淬透性、焊接及渗碳性能，经淬回火后具有高强度性能的链条用盘条及其制造方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种100级以上高强度链条用盘条，所述盘条以Fe为基础元素，且还包含如下化学成分(wt％):C：0.20～0.25％，Si：0.10～0.35％，Mn：0.90～1.30％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Cr：0.40～0.70％，Ni：0.60～0.90％，Mo：0.15～0.35％，Al：0.25～0.50％，Ti：≥0.030％，B：0.0005～0.0050％，及杂质元素；
本发明的高强度链条用盘条化学元素作用机理如下：
C是钢中主要的强化元素，通过固溶强化和析出强化可明显提高钢的强度，但会降低钢的塑性和韧性；研究表明，当碳含量超过0.25％时，钢的焊接性能变坏；本发明控制碳含量为0.20～0.25％。
Si在炼钢过程作为脱氧剂，与钢水中的FeO反应生成硅酸盐而被除去，使钢水纯净度更高；在钢中溶于铁素体内使钢的强度、硬度增加，但塑性、韧性降低；但随着硅含量增加，钢的焊接性能变差；本发明硅含量控制在0.10～0.35％范围内。
Mn提高钢的强度，细化珠光体组织，提高钢的塑性和韧性，有较好的冷加工硬化能力；能消弱和消除硫的不良影响；提高Mn含量，降低钢的淬火温度，提高淬透性；促进渗碳作用，表面软点少，没有过分增碳倾向；但回火脆性较明，有增加晶粒粗化的不利倾向；显研究表明，当Mn含量＞1％时，减少淬火时体积变形，但焊接性能会变坏；以上综合考虑，本发明锰含量控制为0.90～1.30％。
Cr在钢中有重要作用：Cr是中等碳化物形成元素，在所有各种碳化物中，铬碳化物是最细小的一种，它可均匀地分布在钢中，能提高钢的淬透性、强度、硬度、屈服点和耐磨性，能改善钢的抗腐蚀能力和抗氧化作用而对韧性影响又不大。Cr能大大提高结构钢的强度和塑性，当Cr与Ni结合的钢中尤其显著。但显著提高钢的脆性转变温度，促进钢的回火脆性；本发明将其含量控制在0.40～0.70％。
Mo提高钢的强度、硬度，细化晶粒，提高韧性，与Cr、Ni结合可大大提高淬透性，同时有利于降低回火脆性；与Ti结合，更能发挥Mo的有益作用，使焊缝组织更加均匀，冲击韧性显著提高；Mo含量达到0.2％～0.35％，就可发挥良好的作用；本发明控制钼含量为0.15～0.35％。
Ni提高钢的强度和韧性，改善低温韧性，降低热处理时淬火温度，淬火时体积变形小，提高淬透性，适量的Ni含量有利于提高焊接性能；本发明控制镍含量为0.60～0.90％。
Ti细化晶粒，内部组织致密，回火稳定性好；Ti与O的亲和力很大，以微小颗粒氧化物的形式弥散分布于焊缝中，可以促进焊缝金属晶粒细化，Ti与C形成TiC对焊缝起弥散强化作用，Ti与B同时加入对焊缝性能的影响最佳；Ti有良好的脱N能力，使N固定在TiN中，既可以钉扎晶界组织晶粒长大，又可以消除N对钢的时效倾向(蓝脆)；本发明控制钛含量≥0.030％。
B提高钢的淬透性，加入微量的B(0.0005～0.0050％)即可显著提高，渗碳性能良好，渗C后可直接淬火，对缺口敏感性小；B与O、N亲和力很强，易生成非金属夹杂，加入Ti、Al脱O、N，提高B的影响作用；研究表明，含量超过0.007％，容易引起脆性，且淬透性变劣；本发明控制B含量为0.0005～0.0050％。
Al元素为强脱氧剂，提高钢水纯净度。Al元素作为合金元素加入钢中，可以和钢中的N生成AlN，可以阻止奥氏体晶粒长大，起到细化晶粒作用；但Al含量过高，生成的硬质夹杂未充分去除，对钢的韧性不利；本发明铝含量控制为0.25～0.50％。
S元素通常在钢中是有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，降低焊接性能；P元素一般在钢中是有害元素，P虽然能提高钢材的强度和硬度但是会引起塑性和冲击性能显著降低，同时对焊接性能不利；.本发明控制P：≤0.015％，S：≤0.010％。
一种100级以上高强度、高疲劳链条用盘条的制造方法，按所述盘条的化学组成配置冶炼原料，然后按照KR铁水预处理→转炉冶炼→LF+RH精炼→连铸→连铸坯清理→加热→高压水除鳞→控轧→斯太尔摩控冷(通过保温罩进行保温，调节辊道速度，使盘条均匀散开，冷却均匀。调节辊道速度、保温罩开启数量，控制盘条在保温罩内的温降速度，继而控制组织转变)→盘条的工艺过程加工出盘条。
具体包括以下工艺步骤：
采用KR铁水预处理技术，对铁水进行脱S、P处理，处理后硫含量低于0.0050％，保证入转炉铁水的高纯净；转炉升温，造渣脱C、脱P，严格控制终点碳含量，控制出钢和防止下渣；采用LF+RH精炼，钢水温度均匀，合理的精炼渣及吹氩搅拌控制钢水夹杂物，真空处理控制氢含量低于1.0ppm；连铸结晶器液面控制，低过热度浇注，电磁搅拌改善铸坯偏析，调节拉速及二冷水，连铸全流程保护浇注，防止二次氧化；
连铸坯下线缓冷，缓冷完成后对铸坯表面进行剥皮及人工修磨处理，确保坯料表面光滑，角部圆滑过渡，避免加热过程中角部过热产生脱碳；
将经过上述处理的连铸坯在加热炉内进行三个温度段加热，加热Ⅰ段800～950℃，加热Ⅱ段950～1060℃，均热段1060～1100℃，均热段保温时间不低于45min，总加热时间不低于100min，在保证连铸坯温度均匀的前提下，避免表面脱碳，热轧盘条表面脱碳，对后续渗碳处理有不利影响，导致最终成品表面硬度不达标，且使钢中的合金元素充分固溶，弥散均匀分布，使热轧盘条组织均匀，不会因合金元素偏析导致马氏体组织生成。连铸坯在保温完成后，对其进行高压水除鳞处理，然后进行轧制，粗轧的开轧温度在900～1050℃，总压缩比≥65％，采用大压下进行轧制，使变形渗透到中心，心部疏松、缩孔等缺陷充分弥合，从而使心部性能得到保证；精轧温度在850～980℃，总精轧总压缩比≥95％；入减定径温度在830～930℃，最后两道次的压缩比为≥30％；
吐丝温度830℃～930℃，采用罩冷工艺进行缓冷，辊道速度升速从0.10m/s～0.45m/s开始，盘条在罩内时间3min～8min，保证贝氏体组织转变完全，心部无异常马氏体组织出现；通过控制吐丝温度，罩内保温时间，盘条冷却速度在0.5～1℃/S，该冷却速度得到的组织为贝氏体组织，贝氏体相变介于扩散相变(珠光体相变)和切变相变(马氏体相变)之间，转变完全时间不高于3min
所得热轧盘条进行调质处理，淬火温度830～920℃，油冷，400～450℃回火，出炉后空冷至室温。
通过上述制造方法生产的链条用钢盘条，具有高的洁净度：A、B、D类粗系均≤0.5级，良好的淬透性，本质晶粒度达到8级，热轧盘条力学性能满足：屈服强度在700～800MPa范围内，抗拉强度在900～1000MPa范围内，延伸率≥20％，断面收缩率在≥50％；830～920淬火(油冷)，400～450℃回火后，力学性能满足：抗拉强度≥1000MPa，屈强比≤0.90，延伸率≥15％，断面收缩率≥45％。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明综合考虑碳当量、DI值、CE(焊接性能指标)及Pcm(焊接裂纹敏感系数)等性能指标，本发明合理优化了化学成分配置。当前高强度链条是通过提高合金含量实现的，但高的合金含量很大程度降低了链条的焊接性能。本发明在保证强度的基础上适当降低了铬、镍、钼合金含量，加入钛合金和微量硼。微量硼的加入，提高淬透性，渗碳性能良好，渗碳后可直接淬火，对缺口敏感性小，且调质后，具有良好的冲击性能；钛形成的小颗粒氧化物弥散分布于焊缝中，可以促进焊缝金属晶粒细化，Ti与C形成TiC对焊缝起弥散强化作用，Ti与B同时加入对焊缝性能的影响最佳，而且Ti有良好的脱N能力，使N固定在TiN中，既可以钉扎晶界组织晶粒长大，又可以消除N对钢的时效倾向(蓝脆)；通过化学成分优化配置，所得链条强度在1000Mpa以上，且焊接性能得到很大提高，综合性能优良。
附图说明
图1为本发明实施中高强度链条用盘条规格为∮6.5mm的本质晶粒度示意图；
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本实施例涉及的高强度链条用盘条规格为∮6.5mm，所包含的成分及其质量百分数为：C：0.22％，Si：0.28％，Mn：1.00％，P：0.011％，S：0.002％，Cr+Ni+Mo+Ti＝1.50％，Al：0.032％，B：0.0020％，余量为铁及不可避免的杂质元素。
该高强度链条用盘条的生产工艺如下：
按所述盘条的化学组成配置冶炼原料依次进行：KR铁水预处理→转炉冶炼→LF+RH精炼→连铸→连铸坯清理→加热→高压水除鳞→控轧→斯太尔摩控冷→盘条。
进一步讲，上述加热、轧制、冷却阶段的具体工艺为：将生产的连铸坯加热至1180℃保温55min，炉内残氧量：0.9％，出炉后经高压水除鳞，然后进行轧制，粗轧开轧温度1035℃，总压缩比65％；入精轧温度930℃，中精轧总压缩比99.6％；入减定径温度在913℃，最后两道次的压缩比为43％；吐丝温度在920℃，采用缓冷工艺，辊道速度升速从0.35m/s开始，保温罩打开2个，其余关闭，保温时间4min，出罩空冷至室温；
所得热轧盘条进行调质处理，淬火温度870℃，油冷，400℃回火，出炉后空冷至室温。
经由上述制造工艺形成的成品盘条具有高的洁净度、高的本质晶粒度和高的强度，综合性能优异，其性能见表1所示。
实施例2
本实施例涉及的高强度链条用盘条规格为∮24mm，所包含的成分及其质量百分数为：C：0.24％，Si：0.28％，Mn：1.05％，P：0.011％，S：0.002％，Cr+Ni+Mo+Ti＝1.70％，Al：0.032％，B：0.0022％，余量为铁及不可避免的杂质元素。
盘条的制造工艺与实例1基本形同，但其轧制和调质工艺存在差异，具体如下：
连铸坯加热至1095℃，保温50min，炉内残氧量：1.2％，出炉后经高压水除鳞，然后进行轧制，粗轧开轧温度950℃，总压缩比70％；入精轧温度940℃，中精轧总压缩比94.7％；入减定径温度在922℃，最后两道次的压缩比为38％；吐丝温度在860℃，采用缓冷工艺，辊道速度升速从0.25m/s开始，保温罩打开6个，其余关闭，保温时间5.5min，出罩空冷至室温；
所得热轧盘条进行调质处理，淬火温度870℃油冷，450℃回火，出炉后空冷至室温。
经由上述制造工艺形成的成品盘条具有高的洁净度、高的本质晶粒度和高的强度，综合性能优异，其性能见表1所示。
表1实施例生产的高强度链条用盘条的力学性能及本质晶粒度
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种100级以上高强度链条用盘条，其特征在于：所述盘条以Fe为基础元素，且还包含如下重量百分比的化学成分:C：0.20～0.25％，Si：0.10～0.35％，Mn：0.90～1.30％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Cr：0.40～0.70％，Ni：0.60～0.90％，Mo：0.15～0.35％，Al：0.25～0.50％，Ti：≥0.030％，B：0.0005～0.0050％及杂质元素。
2.根据权利要求1所述的一种100级以上高强度链条用盘条，其特征在于：所述盘条具有高的洁净度：A、B、D类粗系均≤0.5级，良好的淬透性，本质晶粒度达到8级。
3.根据权利要求1所述的一种100级以上高强度链条用盘条，其特征在于：所述盘条的屈服强度在700～800MPa范围内，抗拉强度在900～1000MPa范围内，延伸率≥15％，断面收缩率在≥48％；力学性能满足：抗拉强度≥1000MPa，屈强比≤0.90，延伸率≥10％，断面收缩率≥45％。
4.一种如权利要求1所述的100级以上高强度链条用盘条的制造方法，其特征在于：所述方法包括：
步骤一、将冶炼原材料依次经KR铁水预处理、转炉冶炼、LF+RH精炼和连铸；
步骤二、连铸坯下线缓冷，缓冷完成后对铸坯表面进行清理；
步骤三、将连铸坯在加热炉内进行三个温度段加热，均热段保温时间不低于45min，总加热时间不低于100min，炉内残氧量≤4.0％，保温完成后，对其进行高压水除鳞处理；
步骤四、对连铸坯进行轧制，粗轧阶段：开轧温度在900～1050℃，总压缩比≥65％；中精轧阶段：精轧温度在900～980℃，总压缩比≥95％；入减定径温度在830～930℃，最后两道次的压缩比为≥30％；
步骤五、对轧制后的连铸坯进行吐丝作业得到盘条，吐丝温度在830℃～930℃，辊道速度升速从0.10m/s～0.35m/s开始，保温罩打开2～6个，其余关闭；
步骤六、对所得热轧盘条进行调质处理，淬火温度830～920℃，油冷，400～450℃回火，出炉后空冷至室温。
5.根据权利要求4所述的一种100级以上高强度链条用盘条的制造方法，其特征在于：连铸坯在加热炉内加热的三个温度段分别为：加热Ⅰ段800～950℃，加热Ⅱ段950～1060℃，均热段1060～1100℃。
6.根据权利要求4所述的一种100级以上高强度链条用盘条的制造方法，其特征在于：通过控制吐丝温度，罩内保温时间，盘条冷却速度在0.5～1℃/S，该冷却速度得到的组织为贝氏体组织，贝氏体相变介于扩散相变(珠光体相变)和切变相变(马氏体相变)之间，转变完全时间不高于3min。
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