CN111334725B - 一种低碳超高强度合金链条钢盘条及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于链条钢技术领域，具体涉及一种低碳超高强度合金链条钢盘条及其制造方法。主要化学成分范围为C：0.25～0.29％，Si：0.15‑0.35％，Mn：0.90～1.20％，Cr：0.60～0.80％，Ni：0.30～0.40％，Al≥0.025％，Ti：0.030～0.060％，B：0.0015～0.0030％，Mo：0.08～0.12％。本发明通过优化C、Mn、Cr、Mo、Al、B、Ti等元素，结合控轧控冷技术，大幅度的提高了热轧态盘条的冷加工性能，同时有效的提高了钢的淬透性，实现了不退火生产高强度合金链条，显著降低了生产抗拉强度1400MPa以上的高强度合金链条的加工成本。

Description

一种低碳超高强度合金链条钢盘条及其制造方法

技术领域

本发明属于链条钢技术领域，涉及一种低碳超高强度合金链条钢盘条，还涉及一种低碳超高强度合金链条钢盘条的制造方法。

背景技术

链条一般为金属的链环或环形物，多用作机械传动、牵引，链条产品通常分为四大系列：传动链、输送链、拉曳链和特种专业链。其中，传动链是主要用于传递动力的链条；输送链是主要用于输送物料的链条；曳引链是主要用于拉曳和起重的链条；专用特种链是主要用于专用机械装置上的、具有特殊功能和结构的链条。

在各类链条产品中，按组成链条的基本结构，即根据元件形状、同链条啮合的零件和部位，零件间尺寸比例等方面划分所属链条产品系列。链条的种类很多，但它们的基本结构只有传动链、输送链、易拆链、板式链、专用链几种，其它都是这几种的变形。从各种类型的链条结构可以看出，大部分链条都是由链板、链销、轴套等部件组成。其它类型的链条只是将链板根据不同的需求做了不同的改动，有的在链板上装上刮板，有的在链板上装上导向轴承，还有的在链板上装了滚轮等等，这些都是为了应用在不同的应用场合进行的改装。

链条基本属于劳动密集型产品，很多发达国家已转向发展中国家生产，这为我国链条扩大出口带来了新的机遇。链条制造能力是链条制造业的决定性因素，而链条制造实力的中心是链条制造的工艺，链条制造工艺很大程度上取决于链条制造原料即链条钢的的质量和性能。在目前国内链条生产企业生产设备趋于成熟的条件下，链条钢的的质量和性能直接影响到链条的生产工艺和生产成本，在极大程度上决定了链条产品的经济效益。国内链条行业在经过多年的科学发展和转型升级，目前正处于“高产、高质、高效、低消耗、低污染”的发展阶段，链条的最终使用用户需求向高强度发展的倾向明显。

国内链条行业通常将1400MPa以上的链条产品称为超高强度链条，制造该类链条主要采用中碳合金钢，如40Cr、35CrMo、30CrMnTi、25MnV、20CrNiMo等，主要加工工艺包括：盘条→抛丸/酸洗→球化退火→拉拔→(球化退火→冷拔→)编链(即冷弯成形)→淬火+回火→拉力试验→表面处理→成品。从上述工艺可以看出，采用中碳合金钢生产高强度链条时，需要一次甚至两次球化退火的过程，造成高强度链条生产成本增加约400～800元/吨。

由于链条钢实际生产过程中拉拔必不可少，而冷拉拔会造成明显的加工强化，而随后的编链过程又是连续高速的90°冷弯成型，因此对材料的塑性要求非常高。高强度链条钢生产过程中必须经过球化退火加工的主要原因就是原料链条钢的限制，一方面由于链条钢含碳量较高，导致热轧钢材的塑性降低，难以满足拉拔后再编链的变形要求，因此需要一次甚至两次球化退火；另一方面采用合金化的方法在一定程度上降低了链条钢的碳含量，但由于合金元素的作用使热轧钢材显微组织存在贝氏体或马氏体组织，该类低温组织塑性较差，也无法满足拉拔后在编链的冷加工要求，因此也需要进行球化退火处理，但多数情况下仅需要进行一次球化退火。如“CN109234629A一种90级链条钢”等。

因此如何得到一种链条钢盘条，无需退火，钢的热轧态性就能保证冷弯成型经过拉拔和编链(即冷弯成型)两道冷加工后，经淬火、回火生产抗拉强度1400MPa以上的高强度链条，是本发明需要解决的技术问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明通过优化C、Cr、Ni、Mo等元素的成分设计(尤其通过C含量的含量设计)，采用二火成材的工艺流程设计，窄温度控轧控冷技术，有效提高了钢的淬透性，有限改善了钢在热轧态的显微组织和塑性，结合制造工艺，实现了低碳超高强度合金链条钢盘条无需退火，经过拉拔和编链(冷弯成型)两道冷加工后，经淬火、回火生产抗拉强度1400MPa以上的高强度链条，显著降低了下游行业生产高强度链条的加工成本。

一种低碳超高强度合金链条钢盘条及其制造方法，其特征在于：包括转炉冶炼工序、LF精炼工序、RH真空精炼工序、钢坯连铸工序、开坯轧制工序、钢坯修磨工序、盘条轧制工序

化学成分设计：

本发明所述盘条化学成分设计按重量百分数计为C：0.25～0.29％，Si：0.15-0.35％，Mn：0.90～1.20％，Cr：0.60～0.80％，Ni：0.30～0.40％，Al≥0.025％，Ti：0.030～0.060％，B：0.0015～0.0030％，Mo：0.08～0.12％，其余为铁和不可避免的杂质。

本发明盘条成分相对于常用于制造高强度链条的中碳合金钢，优化了C和Cr两个元素的含量区间，C和Cr相对于Cr系列的中碳合金钢明显降低，相对于并通过C和Cr的组合保证了钢的热轧态性能和淬透性；相对于CrNiMo系列的中碳合金钢，有效降低了Ni和Mo两个元素的含量，但适当提高了C和Cr元素的含量，减少合金元素对钢热轧态显微组织的影响。

综合来看，本发明盘条有效优化了C元素含量，使其塑性保持在较好区间；优化了Cr元素的含量，也进一步改善了热轧态的显微组织，保持了钢的淬透性；降低了Mo和Ni的含量，减少了两个合金元素对热轧态盘条显微组织相变的影响，使盘条获得良好的显微组织，提高了热轧盘条的塑性。通过该成分设计和后续的轧制工艺，为实现低碳超高强度合金链条钢盘条无需退火，经过拉拔和编链(即冷弯成型)两道冷加工后，再经淬火、回火生产抗拉强度1400MPa以上的高强度链条创造了最根本的条件。

转炉冶炼工序：

转炉冶炼工序全程底吹氩搅拌，出钢温度≥1600℃，出钢碳控制在0.08％～0.13％范围内；出钢1/4开始依次加入脱氧剂、合金、增碳剂、渣料；氩站喂入适量的铝线，到LF精炼的铝目标含量0.065％。

LF精炼工序：

LF精炼工序前期加入适量石灰和萤石，改善炉渣流动性。LF精炼中期采用铝粒或碳化硅强化脱氧和脱硫，同时补喂一次铝线，确保铝含量达到产品要求；LF精炼后期出站前10分钟加入钛铁，出站前5分钟加入硼铁，并调整至目标成分，其中钛铁选用钛线，硼铁选用硼线，均由喂丝机加入，提高合金收得率和成分稳定性。

RH真空精炼工序：

RH真空精炼工序采用高真空(≤133Pa)真空处理时间≥10min，确保脱气效果和夹杂物上浮效果；软吹时间≥15min，软吹后根据实际情况喂入适量纯钙线；目标值液相线温度1507℃，软吹后吊包温度控制在1552～1582℃。

钢坯连铸工序：

钢坯连铸工序连铸过热度控制在15～30℃，执行慢节奏恒拉速控制，采用专用保护渣；二冷采用全气雾超弱冷模式；连铸过程采用碱性覆盖剂，加强大包水口与长水口之间的氩气保护，保持0.6～0.9Pa的微正压；连铸钢坯(断面280mm*320mm)通过步进式冷床冷却至500～550℃时吊入缓冷坑保温冷却48小时以上，出缓冷坑温度不得高于150℃，防止钢坯出现裂纹或发生弯坯。

上述冶炼工序中脱氧剂、增碳剂、渣料等材料不作具体限定，可根据实际情况进行选择，保证链条钢盘条化学成分在限定范围内。

开坯轧制工序：

开坯轧制工序连铸坯总加热时间3～5小时，其中在1150～1230℃之间加热温度2～4小时；开坯轧制过程其中开轧温度控制在1060～1140℃，终轧温度控制在980～1060℃，轧后钢坯锯切温度≥550℃；轧制后的热轧钢坯(断面160mm*160mm)通过步进式冷床下线，随后避风堆冷，防止钢坯出现弯坯。

钢坯修磨工序：

钢坯修磨工序采用砂轮式修磨机对开坯轧制后的热轧钢坯表面进行修磨处理，其中热轧钢坯四个面部的修磨深度1.0mm～1.4mm，四个角部的修磨宽度10～15mm。

盘条轧制工序：

盘条轧制工序加热温度控制在900～1050℃之间加热1.5～2.5小时，其中1000～1050℃条件下加热时间30～60分钟；加热温度升高和时间的延长会导致盘条奥氏体晶粒长大，奥氏体稳定性提高，进而影响轧后相变，不利于奥氏体在控冷条件下全部转变成铁素体和珠光体，本发明中盘条采用二火成材工艺路线生产，第一火开坯轧制时已经将钢坯铸态组织充分奥氏体化并轧制变形，铸态组织各类缺陷已被消除，因此第二火盘条轧制时只需将钢坯加热至奥氏体化温度即可。

精轧机组采用780～820℃低温控轧，轧后805～835℃低温吐丝，随后采用0.8～1.2℃/s的冷却速度缓冷至550℃以下再集卷打捆。因盘条成分中有较高的Cr和少量的Mo、Ni，采用低温控轧、低温吐丝、相对较慢的冷却速率是为了通过低温轧制变形积蓄更多的相变驱动能，析出更多的形变诱导铁素体，最终促进过冷奥氏体全部转变成为铁素体和珠光体。如采用常规轧制温度、吐丝温度和冷却速率，盘条热轧态会出现贝氏体甚至马氏体，导致盘条热轧态的加工性能恶化，无法实现不退火拉拔和编链加工。

本发明将热轧后的低碳超高强度合金链条钢盘条无需退火处理，经过拉拔和编链(冷弯成型)两道冷加工后，经淬火、回火热处理(淬火温度850±10℃，淬火介质为淬火油，回火温度200±10℃)生产抗拉强度1400MPa以上的高强度链条，显著降低了下游行业生产高强度链条的加工成本。

具体实施方式

本发明下面结合实施例作进一步详述：

本发明：低碳超高强度合金链条钢盘条(Φ8.0mm)的具体成分如下：

Wt.％

C	Si	Mn	Mo	Ni	Cr	B	Ti	Al
									0.25-0.29	0.15-0.35	0.90-1.20	0.08-0.12	0.30-0.40	0.60-0.80	0.0015-0.0030	0.030-0.060	0.025-0.040

盘条制造流程：转炉冶炼工序—LF精炼工序—RH真空精炼工序—钢坯连铸工序—开坯轧制工序—钢坯修磨工序—盘条轧制工序。其中未作限定的条件为常规条件,对结果影响可忽略不计。

实施例1

1、成分设计

化学成分设计按重量百分数计为C：0.29％，Si：0.22％，Mn：1.15％，Mo：0.12％，Ni：0.38％，Cr：0.78％，Al：0.030％，Ti：0.040％，B：0.0028％，P：0.013％，S：0.012％。

2、转炉冶炼

转炉加入炼钢原料(炼钢原料为铁水、生铁和废钢，其中生铁占炼钢原料总重的9％，废钢占炼钢原料总重的3％，炼钢原料的总装入量130t/炉)，转炉冶炼全程底吹氩搅拌，出钢温度1612℃，出钢碳控制在0.08％～0.13％范围内；出钢1/4开始依次加入脱氧剂、合金、增碳剂、渣料；氩站喂入适量的铝线，到LF精炼的铝目标含量0.065％。

3、LF精炼

LF精炼时间38分钟，精炼前期加入适量石灰和萤石，改善炉渣流动性。LF精炼中期采用铝粒或碳化硅强化脱氧和脱硫，同时补喂一次铝线，确保铝含量达到产品要求；LF精炼后期出站前10分钟加入钛铁，出站前5分钟加入硼铁，并调整至目标成分，其中钛铁选用钛线，硼铁选用硼线，均由喂丝机加入。

4、RH真空精炼

RH真空精炼真空度125Pa，真空处理时间26min，软吹时间18min，软吹后喂入适量纯钙线，软吹后吊包温度控制在1552～1582℃。

5、钢坯连铸

钢坯连铸过热度控制在20℃，拉速0.95m/min，采用专用保护渣；二冷采用全气雾超弱冷模式；连铸过程采用碱性覆盖剂，加强大包水口与长水口之间的氩气保护，保持0.6～0.9Pa的微正压；连铸钢坯(断面280mm*320mm)通过步进式冷床冷却至510～545℃时吊入缓冷坑保温冷却48小时以上，钢坯出缓冷坑温度90～110℃。

6、开坯轧制

开坯轧制工序连铸坯总加热时间4小时，其中在1150～1230℃之间加热温度2.5小时；开坯轧制过程其中开轧温度控制在1090～1128℃，终轧温度控制在1030～1060℃，轧后钢坯锯切温度605～625℃；轧制后的热轧钢坯(断面160mm*160mm)通过步进式冷床下线，随后避风堆冷。

7、钢坯修磨

钢坯修磨工序采用砂轮式修磨机对开坯轧制后的热轧钢坯表面进行修磨处理，其中热轧钢坯四个面部的修磨深度1.0mm～1.4mm，四个角部的修磨宽度10～15mm。

8、盘条轧制

盘条轧制工序加热温度控制在900～1050℃之间加热2小时，其中1000～1050℃条件下加热时间45分钟；精轧机组采用788～795℃低温控轧，轧后808～828℃低温吐丝，随后采用0.83℃/s的冷却速度缓冷至550℃以下再集卷打捆。

实施例2

将实施例1步骤1中C、Mn、Cr、Mo、Mo、Ni化学成分替换为C：0.25％，Mn：0.95％，Cr：0.70％，Mo：0.09％，Ni：0.35％，其他条件和操作同实施例1。

实施例3

将实施例1步骤8中精轧机组轧制温度替换为796～815℃，吐丝温度替换为815～830℃，冷却速率替换为1.18℃/s，其他条件和操作同实施例1。

对比例1

将实施例1步骤1中化学成分C、Mo、Ni替换为C：0.21％，Cr：0.50％，其他条件和操作同实施例1。

对比例2

将实施例1步骤1中化学成分Mo、Ni替换为Mo：0.01％，Ni：0.05％，其他条件同实施例1。

对比例3

将实施例1步骤8中精轧机组轧制温度替换为860～880℃，吐丝温度替换为860～880℃，冷却速率替换为2℃/s，其他条件同实施例1。

本发明实施例与对比例盘条热轧态180°冷弯(弯心直径d＝0)性能及热处理后(淬火温度850±10℃，淬火介质为淬火油，回火温度200±10℃)抗拉强度比较如下表1：

表1

类别	规格(mm)	180°冷弯	抗拉强度，MPa
				实施例1	Φ8.0	合格	1477
实施例2	Φ8.0	合格	1430
				实施例3	Φ8.0	合格	1462
对比例1	Φ8.0	合格	1337
				对比例2	Φ8.0	合格	1308
对比例3	Φ8.0	不合格	1467

备注：1.盘条热轧态180°冷弯性能(弯心直径d＝0)合格，可保证不退火编链不开裂。

2.超高强度链条要求抗拉强度≥1400Mpa。

3.冷弯性能检验标准为GB/T 232，抗拉强度检验标准为GB/T 228.1。

本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。以上所述仅为本发明的较好实施方式，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例作的修改，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低碳超高强度合金链条钢盘条的制造方法，其特征在于：链条钢盘条化学成分为：按重量百分数计为C：0.25~0.29%，Si：0.15%，Mn：0.90~1.20%， Cr：0.60~0.80%，Ni：0.30~0.40%，Al≥0.025%，Ti：0.030~0.060%，B：0.0015~0.0030%，Mo：0.08~0.12%，其余为铁和不可避免的杂质；

制造方法包括转炉冶炼工序、LF精炼工序、RH真空精炼工序、钢坯连铸工序、开坯轧制工序、钢坯修磨工序、盘条轧制工序；

其中，开坯轧制工序中连铸坯总加热时间3～5小时，其中在1150～1230℃之间加热温度2～4小时；开坯轧制过程中开轧温度控制在1060～1140℃，终轧温度控制在980～1060℃，轧后钢坯锯切温度≥550℃；轧制后的热轧钢坯通过步进式冷床下线，随后避风堆冷；

盘条轧制工序加热温度控制在900～1050℃之间加热1.5～2.5小时，其中1000～1050℃条件下加热时间30～60分钟；精轧机组采用780～820℃低温控轧，轧后805～835℃低温吐丝，随后采用1.18～1.2℃/s的冷却速度缓冷至550℃以下再集卷打捆。

2.根据权利要求1所述的低碳超高强度合金链条钢盘条的制造方法，其特征在于：转炉冶炼工序全程底吹氩搅拌，出钢温度≥1600℃，出钢碳控制在0.08%~0.13%范围内；出钢1/4开始依次加入脱氧剂、合金、增碳剂、渣料；氩站喂入适量的铝线，到LF精炼的铝目标含量0.065%。

3.根据权利要求1所述的低碳超高强度合金链条钢盘条的制造方法，其特征在于：LF精炼工序前期加入石灰和萤石，改善炉渣流动性；LF精炼中期采用铝粒或碳化硅强化脱氧和脱硫，同时补喂一次铝线，确保铝含量达到产品要求；LF精炼后期出站前10分钟加入钛铁，出站前5分钟加入硼铁，并调整至目标成分，其中钛铁选用钛线，硼铁选用硼线，均由喂丝机加入。

4.根据权利要求1所述的低碳超高强度合金链条钢盘条的制造方法，其特征在于：RH真空精炼工序采用高真空≤133Pa真空处理时间≥10min；软吹时间≥15min，软吹后喂入适量纯钙线；目标值液相线温度1507℃，软吹后吊包温度控制在1552～1582℃。

5.根据权利要求1所述的低碳超高强度合金链条钢盘条的制造方法，其特征在于：钢坯连铸工序连铸过热度控制在15～30℃，执行慢节奏恒拉速控制，采用专用保护渣；二冷采用全气雾超弱冷模式；连铸过程采用碱性覆盖剂，加强大包水口与长水口之间的氩气保护，保持0.6~0.9Pa的微正压；连铸钢坯通过步进式冷床冷却至500～550℃时吊入缓冷坑保温冷却48小时以上，出缓冷坑温度不得高于150℃。

6.根据权利要求1所述的低碳超高强度合金链条钢盘条的制造方法，其特征在于：钢坯修磨工序采用砂轮式修磨机对开坯轧制后的热轧钢坯表面进行修磨处理，其中热轧钢坯四个面部的修磨深度1.0mm～1.4mm，四个角部的修磨宽度10～15mm。

7.根据权利要求1所述的制造方法得到的低碳超高强度合金链条钢盘条在生产高强度链条中的应用，其特征在于：低碳超高强度合金链条钢盘条无需退火，经过拉拔和编链两道冷加工后，经淬火、回火生产抗拉强度1400MPa以上的高强度链条。