CN111549274A - 一种耐磨含Nb链板热轧钢带及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐磨含Nb链板热轧钢带及其制造方法,该钢带的成分按重量百分比计如下:C:0.45%~0.62%,Si:≤0.40%,Mn:0.4%~1.1%,Cr:≤0.50%,Nb≤0.5%;Al:0.015%~0.1%,且O≤0.0015%,杂质元素P≤0.020%,S≤0.010%,余量为Fe和不可避免的杂质。制造方法包括冶炼、板坯连铸连轧、热轧;应用本发明生产的钢板组织为均匀细小铁素体和珠光体,铁素体占25%‑35%,钢板表面粗造度1.8um以下,各类非金属夹杂物小于1.5级,钢板单面表面脱碳层深度小于板厚的1.5%,无晶界氧化;热处理后硬度42HRC以上,加工的链板耐磨性明显提高,使用寿命延长50%以上。
Description
技术领域
本发明属于金属材料领域,尤其涉及一种耐磨含Nb链板热轧钢带及其制造方法。
背景技术
目前,链板多采用40Mn、45Mn钢板加工而成,一般要求原料钢板表面硬度在85HRB-90HRB,以保证冲压后边部质量,热处理后硬度38-42HRC,在长期使用过程中易出现磨损变形,造成链条延伸、动力系统效率降低,寿命短,需要经常更换等问题。特别是一些汽车动力链条,链条寿命直接影响汽车发动机乃至整车寿命。
发明《一种低碳微合金钢及用其生产链条链板的方法》(申请号:99100724.7)公开的链板碳含量低,高锰高钒V的冷轧板。碳含量低,热处理后硬度相对低,耐磨性不足。
发明《一种高级优质链条钢的连铸工艺》(CN103252466A)是一种方坯加工圆链的连铸工艺,属型材生产工艺,方坯尺寸小,连铸坯生产容易,冶炼铸坯冷却工艺等参次与板坯连铸完全不同。而且成品是圆链,与链板用途不同。
发明《一种圆环链条用钢及其制造方法》(CN102653834A)、发明《一种矿用大规格、高强度链条钢及其制备方法》(CN201410800419.5”)、《一种90级链条钢》(CN201811242708.2)都是用型材加工环形链条,链条用钢碳含量低,Ni、Cr、Mo等合金含量高,成本高,常规热处理工艺不能满足链板高硬度高耐磨的要求。
《链条外链板》(CN 2206868Y)是实用新型专利,介绍的是链条链板形状上的改善,未提及材质。
《一种高强度高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢及其生产工艺》(申请号:201610507885.3)是一种连铸方坯轧制成的圆棒材,不宜做链板。而且C含量0.28-0.32%,较低,热处理后硬度很难达到37HRC以上,Mn含量1.45%以上,易形成偏析,组织不均匀,影响疲劳性能。
《自行车链条用18MnZL热轧带钢的研制》,《赛车链条用钢化学成分设计》,《武钢冷轧链条用钢的开发与应用》等论文介绍的均为冷轧钢板用钢。《16Mn钢链板断裂分析》介绍的16Mn链条钢碳含量低,要经过渗碳处理才能满足硬度要求,工艺复杂。
上述文献及发明提及的钢种均不适合用热轧板直接加工高耐磨链板。因此,本项目发明了一种热轧钢带,适于直接加工各类链板,热处理后硬度高,耐磨性好,寿命长。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种耐磨含Nb链板热轧钢带及其制造方法,该链板热轧钢带热处理后硬度40HRC以上,链条耐磨寿命比普通链条延长50%以上。
本发明目的是这样实现的:
一种耐磨含Nb链板热轧钢带,该钢带的成分按重量百分比计如下:C:0.45%~0.62%,Si:≤0.40%,Mn:0.4%~1.1%,Cr:≤0.50%,Nb≤0.5%;Al:0.015%~0.1%,且O≤0.0015%,杂质元素P≤0.020%,S≤0.010%,余量为Fe和不可避免的杂质。
所述热轧钢带显微组织为均匀细小铁素体和珠光体,铁素体体积百分比为25%-35%,晶粒度8级以上,钢板表面粗造度1.8um以下,各类非金属夹杂物小于1.5级,钢板单面表面脱碳层深度小于板厚的1.5%。
本发明成分设计理由如下:
C是钢中主要的固溶强化元素。C含量若低于0.45%,则很难保证热处理后硬度,另一方面C含量若高于0.62%,钢的韧塑性恶化,链条易脆断。因此,C含量要控制在0.45%~0.62%。
Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂,是保证钢的强度和韧性的必要元素。锰和铁形成固溶体,能提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度。Mn与S结合形成MnS,避免晶界处形成FeS而导致的热裂纹影响锯片用钢的热成形性。同时Mn也是良好的脱氧剂并增加淬透性。Mn含量过低,不能满足热处理后高强硬性的要求,Mn含量过高易形成偏析带影响焊接性能,且增加生产成本,因此,综合考虑成本及性能要求等因素,Mn含量应该控制在0.4%~1.1%。
Si是钢中常见元素之一,在炼钢过程中用作还原剂和脱氧剂,固溶形态的Si能提高屈服强度和韧脆转变温度,但若超过含量上限将降低韧性和焊接性能。另一方面,Si是铁素体形成元素,Si含量高会促使钢表面脱碳严重,因此,Si含量不易过高,Si≤0.40%。
Cr是显著提高钢的淬透性元素,钢中加入适量的Cr可使C曲线右移,相同冷速下获得的珠光体片间距更加细化。对于高碳钢,Cr可以提高碳扩散的激活能,减轻钢的脱碳倾向。另一方面,Cr还可提高铁素体电极电位,促使钢的表面形成致密的氧化膜,提高其耐蚀性。Cr含量过高,增加合金成本,且钢板板形差,难以校平,因此,本发明控制Cr含量≤0.50%。
Nb是细晶强化和沉淀强化微合金元素,钢中加入适量的Nb可提高热轧钢板的韧塑性及钢热处理后的强度和韧性。通常钢中微合金化Nb含量为0.01-0.05%,而本发明中加入≤0.5%的Nb,是正常加入量的十倍以上。在钢中添加Nb,在热加工过程中可以析出微细的NbC、NbCN等碳氮化物二相粒子,抑制奥氏体的形变再结晶,阻止奥氏体晶粒的长大,细化晶粒。生成的粒子种类和大小直接影响钢的耐磨性等使用性能。如,生产小于30um的NbC粒子,细化晶粒作用明显,热处理后强硬性明显提升,耐磨性增强,寿命延长。目前汽车使用几年后,当发动机内的正时链条长度因为磨损严重而延伸50%时,发动机判废。链条钢中加0.1-0.5%Nb后,耐磨性明显改善,一般发动机因其他原因报废时,链条长度最大只延伸20%,也就是说,不会因为正时链条磨损延伸问题而导致发动机报废,相当于延长了发动机使用寿命。另一方面,Nb可以抑制钢表面氧化脱碳。因此,控制Nb≤0.5%。
Al:0.015%~0.1%,冶炼时一般用Al作脱氧剂,也可以细化晶粒,提高强度,但同时也易形成含Al的氧化物夹杂,影响钢的疲劳性能。因此,Al含量控制在0.015%-0.10%。
O:O≤0.0015%,氧是炼钢时的残余元素,氧含量高,非金属夹杂物多,严重影响疲劳性能。为保证链条用钢热处理后强度和硬度,本发明的链板用钢采用中C含量,高碳钢中氧含量过高,冶炼时非金属夹杂物不易上浮,导致钢中夹杂物过多,影响疲劳寿命,因此,本发明要求成品钢板中O≤0.0015%。
P和S都是钢中不可避免的有害杂质,它们的存在会严重恶化钢的韧性,影响疲劳性能,缩短使用寿命。因此要采取措施使钢中的P和S含量尽可能低。根据本发明,最高P含量限制在0.020%,最高S含量限制在0.010%。
上述成分设计采用中高碳含量,添加Mn、Cr、Si等合金元素,提高钢板淬透性和淬硬性,同时加入一定含量的Nb,细化奥氏体晶粒到8级以上,进一步提升硬度和耐磨性,热处理后硬度42HRC以上,同时严格控制P、S、O等杂质元素含量,提高钢疲劳性能,进而延长链板使用寿命。
本发明技术方案之二是提供一种耐磨含Nb链板热轧钢带的制造方法,包括冶炼、板坯连铸连轧、热轧;
(1)冶炼:
转炉冶炼,LF或RH炉外精炼,要求精炼处理时间30min以上,以便非金属夹杂物上浮充分,保证钢水质量,提高成品钢板的疲劳性能;要求中包O≤0.0020%,以确保成品O≤0.0015%;
(2)板坯连铸连轧:
采用立弯式或直立式连铸机连铸,板坯凝固率65%-85%处进行轻压下,立弯式铸机连铸二冷时铸坯温度930℃以上,板坯厚不大于230mm,板坯连铸连轧,板坯切断后不下辊道,直接入加热炉加热,待轧制;板坯入加热炉温度650℃以上。
(3)热轧:
(a)加热炉采用还原性气氛步进式加热炉,铸坯加热温度1100~1250℃,在炉3-4.5h,确保铸坯加热均匀的同时,尽量降低表面脱碳,抑制表面晶界氧化;
(b)精粗轧均采用高压水除鳞,水压大于15MPa,保证成品钢板表面质量;
(c)粗轧首道次压下率大于40%,开轧温度1050℃~1150℃;
(d)精轧总压下率75%以上,精轧终轧温度750℃~950℃;
(e)带钢出精轧机后,以10℃/S以上冷速冷却到600-700℃卷取,以控制二相粒子尺寸。
采用转炉冶炼,LF或RH炉外精炼处理,处理时间30min以上,有助于非金属夹杂物上浮充分,保证钢水纯净度,提高成品钢板的疲劳性能;要求中包O≤0.0020%,以确保成品O≤0.0015%,各类非金属夹杂物小于1.5级。
采用立弯式或直立式连铸机连铸,连铸中铸坯凝固率65%-85%处进行轻压下。连铸过程压下过早,液芯厚度过小,不利于夹杂上浮,压下过晚,压下位置的液芯厚度过大,铸坯易出现裂纹、偏析等缺陷。立弯式铸机连铸二冷时铸坯温度930℃以上,避免铸坯弯曲和冷却时产生裂纹。
为了控制二相粒子尺寸,板坯厚不能大于230mm,以促进板坯冷却,降低储存能,抑制二相粒子长大。另一方面,板坯入加热炉温度650℃以上,避免长时间二次加热引起表面脱碳氧化严重,同时,促进铸坯中二相粒子固溶,以便轧制过程中重新生成细小二相粒子,细化晶粒,提高热处理后强硬性和耐磨性,延长链板使用寿命。
经过精炼、连铸、采用热连轧机组轧制。铸坯加热温度1100~1250℃,在炉时间3-4.5h,Nb的粒子在1100℃以上温度,固溶速度明显增加,固溶量明显增多,温度达1200℃后,70%以上的Nb固溶在钢中。根据步进式加热炉特点,推算出铸坯800℃入炉后,在炉3h以上,才能保证其在1100~1250℃有足够时间促进Nb的固溶。在炉时间超过4.5h后,铸坯表面氧化脱碳严重,影响热处理后表面硬度及疲劳性能。采用高压水除鳞技术,去除表面氧化铁皮,从而降低成品钢板的表面脱碳氧化,保证单面表面脱碳层深度小于板厚的1.5%,无晶界氧化,表面粗造度1.8um以下,提升耐磨性和疲劳性能。
采用首道次大于40%的大压下率,终轧温度750℃~950℃,奥氏体区轧制,首道次大压下率,破碎铸坯组织偏析,减轻成品带状,提高成品组织均匀性。含Nb钢精轧总压下率75%以上,促进再结晶,形成新的奥氏体晶粒带,细化晶粒到8级以上。轧后以大于10℃/S冷速快速冷却到600-700℃卷取,一方面可以抑制含Nb粒子长大,控制粒子尺寸50um以下,细化奥氏体晶粒,另一方面可以抑制表面氧化脱碳,进而控制表面硬度及疲劳性能。冷速低于10℃/S,形成粒子较大,700℃以上卷取后,粒子长大明显,600℃以下卷取,钢板强硬性过高,不易加工,粒子来不及均匀析出。粒子大于50um,不仅不能细化奥氏体晶粒,可能影响钢的力学性能,且钢板表面易氧化脱碳,表面晶界氧化严重,易形成表面微裂纹,严重影响疲劳性能。
一种耐磨含Nb链板热轧钢的热处理工艺:将所述耐磨含Nb链板热轧钢带加工成链板半成品后,进行热处理,具体工艺如下:
加热温度820-850℃,保温15-40min后油淬,冷却到200℃以下入炉回火,回火温度300-400℃,淬火油温度不高于80℃。热处理后室温组织为回火马氏体,热处理后硬度42HRC以上。
所述链板组织为回火马氏体,硬度42HRC以上。
本发明的有益效果在于:应用本发明公开的技术方案生产的钢板,采用连铸生产工艺,成材率高,生产成本低;奥氏体晶粒细小均匀,晶粒度8级以上,热轧板组织为均匀细小铁素体和珠光体,铁素体占25%-35%,钢板表面粗造度1.8um以下,各类非金属夹杂物小于1.5级,钢板单面表面脱碳层深度小于板厚的1.5%,无晶界氧化。热处理后硬度42HRC以上,加工的链板耐磨性明显提高,使用寿命延长50%以上。
附图说明
图1为本发明实施例2的显微组织金相图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施例根据技术方案的组分配比,进行冶炼、板坯连铸连轧、热轧。
(1)冶炼:
转炉冶炼,LF或RH炉外精炼,要求精炼处理时间30min以上;要求中包O≤0.0020%,以确保成品O≤0.0015%;
(2)板坯连铸连轧:
板坯凝固率65-85%处进行轻压下,板坯厚不大于230mm,板坯连铸连轧,板坯切断后不下辊道,直接入加热炉加热,待轧制;板坯入加热炉温度650℃以上。
(3)热轧:
(a)加热炉采用还原性气氛加热炉,铸坯加热温度1100~1250℃,在炉3-4.5h;
(b)精粗轧均采用高压水除鳞,水压大于15MPa;
(c)粗轧首道次压下率大于40%,开轧温度1050℃~1150℃;
(d)精轧总压下率75%以上,精轧终轧温度750℃~950℃;
(e)带钢出精轧机后,以10℃/S以上冷速冷却到600-700℃卷取。
进一步,采用立弯式或直立式连铸机连铸,立弯式铸机连铸二冷时铸坯温度930℃以上。
进一步,加热炉采用步进式加热炉。
一种耐磨含Nb链板热轧钢的热处理工艺,将所述耐磨含Nb链板热轧钢带加工成链板半成品后,进行热处理,具体工艺如下:
加热温度820-850℃,保温15-40分钟后油淬,冷却到200℃以下入炉回火,回火温度300-400℃,淬火油温度不高于80℃。
本发明实施例钢的成分见表1。本发明实施例钢的主要工艺参数见表2。本发明实施例钢的热处理工艺见表3。本发明实施例钢的性能见表4。
表1本发明实施例钢的成分(wt%)
实施例 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Nb | Al | 成品O |
1 | 0.45 | 0.25 | 0.40 | 0.015 | 0.005 | 0.02 | 0.10 | 0.015 | 0.0015 |
2 | 0.56 | 0.27 | 0.92 | 0.004 | 0.009 | 0.15 | 0.32 | 0.058 | 0.0012 |
3 | 0.48 | 0.08 | 0.91 | 0.008 | 0.02 | 0.22 | 0.015 | 0.029 | 0.0011 |
4 | 0.50 | 0.16 | 0.55 | 0.010 | 0.018 | 0.10 | 0.29 | 0.025 | 0.0005 |
5 | 0.55 | 0.40 | 0.60 | 0.012 | 0.004 | 0.45 | 0 | 0.078 | 0.0007 |
6 | 0.47 | 0.15 | 0.75 | 0.014 | 0.003 | 0.39 | 0 | 0.018 | 0.0008 |
7 | 0.62 | 0.16 | 0.88 | 0.013 | 0.008 | 0.50 | 0.35 | 0.055 | 0.00012 |
8 | 0.51 | 0.27 | 0.82 | 0.014 | 0.004 | 0.48 | 0.20 | 0.029 | 0.0008 |
9 | 0.59 | 0.30 | 0.99 | 0.012 | 0.007 | 0.25 | 0.15 | 0.038 | 0.00010 |
10 | 0.47 | 0.08 | 0.68 | 0.010 | 0.01 | 0.14 | 0.09 | 0.045 | 0.0008 |
11 | 0.50 | 0.09 | 0.70 | 0.008 | 0.007 | 0.48 | 0.062 | 0.098 | 0.0003 |
12 | 0.55 | 0.07 | 0.82 | 0.013 | 0.006 | 0.35 | 0.10 | 0.033 | 0.0009 |
13 | 0.54 | 0.16 | 1.08 | 0.013 | 0.008 | 0.25 | 0.25 | 0.035 | 0.0002 |
14 | 0.49 | 0.06 | 0.82 | 0.014 | 0.004 | 0.08 | 0.45 | 0.040 | 0.0009 |
15 | 0.58 | 0.10 | 0.79 | 0.012 | 0.007 | 0.15 | 0.5 | 0.058 | 0.00010 |
16 | 0.60 | 0.18 | 0.88 | 0.030 | 0.01 | 0.46 | 0.36 | 0.055 | 0.00013 |
17 | 0.52 | 0.15 | 0.80 | 0.025 | 0.025 | 0.32 | 0.27 | 0.049 | 0.00010 |
18 | 0.48 | 0.27 | 0.72 | 0.004 | 0.009 | 0.45 | 0.022 | 0.048 | 0.00012 |
表2本发明实施例钢的主要工艺参数
表3本发明实施例钢的热处理工艺
编号 | 加热温度℃ | 保温时间min | 冷却到温度℃ | 回火温度℃ | 淬火油温度℃ |
1 | 825 | 20 | 180 | 350 | 55 |
2 | 830 | 30 | 195 | 320 | 45 |
3 | 840 | 25 | 150 | 330 | 50 |
4 | 828 | 29 | 170 | 360 | 65 |
5 | 830 | 15 | 180 | 300 | 55 |
6 | 845 | 22 | 160 | 380 | 44 |
7 | 820 | 30 | 180 | 355 | 56 |
8 | 833 | 40 | 178 | 388 | 59 |
9 | 840 | 35 | 180 | 350 | 65 |
10 | 820 | 33 | 150 | 390 | 75 |
11 | 830 | 43 | 150 | 320 | 80 |
12 | 850 | 40 | 145 | 340 | 55 |
13 | 826 | 25 | 180 | 360 | 20 |
14 | 830 | 30 | 165 | 375 | 55 |
15 | 845 | 28 | 180 | 350 | 35 |
16 | 825 | 27 | 170 | 325 | 45 |
17 | 838 | 30 | 180 | 300 | 55 |
18 | 840 | 40 | 165 | 390 | 50 |
表4本发明实施例钢的性能
为了表述本发明,在上述中通过实施例对本发明恰当且充分地进行了说明,以上实施方式仅用于说明本发明,而并非对本发明的限制,有关技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变化和变型,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内,本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (7)
1.一种耐磨含Nb链板热轧钢带,其特征在于,该钢带的成分按重量百分比计如下:C:0.45%~0.62%,Si:≤0.40%,Mn:0.4%~1.1%,Cr:≤0.50%,Nb≤0.5%;Al:0.015%~0.1%,且O≤0.0015%,杂质元素P≤0.020%,S≤0.010%,余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨含Nb链板热轧钢带,其特征在于,所述热轧钢带显微组织为铁素体和珠光体,铁素体体积百分比为25%~35%,晶粒度8级以上,钢板表面粗造度1.8μm以下,各类非金属夹杂物小于1.5级,钢板单面表面脱碳层深度小于板厚的1.5%。
3.一种权利要求1所述的耐磨含Nb链板热轧钢带的制造方法,包括冶炼、板坯连铸连轧、热轧;其特征在于:
(1)冶炼:
转炉冶炼,LF或RH炉外精炼,要求精炼处理时间30min以上;要求中包O≤0.0020%,以确保成品O≤0.0015%;
(2)板坯连铸连轧:
板坯凝固率65%~85%处进行轻压下,板坯厚不大于230mm,板坯连铸连轧,板坯切断后不下辊道,直接入加热炉加热,待轧制;板坯入加热炉温度650℃以上;
(3)热轧:
(a)加热炉采用还原性气氛加热炉,铸坯加热温度1100~1250℃,在炉3~4.5h;
(b)精粗轧均采用高压水除鳞,水压大于15MPa;
(c)粗轧首道次压下率大于40%,开轧温度1050~1150℃;
(d)精轧总压下率75%以上,精轧终轧温度750~950℃;
(e)带钢出精轧机后,以10℃/s以上冷速冷却到600~700℃卷取。
4.根据权利要求3所述的一种耐磨含Nb链板热轧钢带的制造方法,其特征在于:采用立弯式或直立式连铸机连铸,立弯式铸机连铸二冷时铸坯温度930℃以上。
5.根据权利要求3所述的一种耐磨含Nb链板热轧钢带的制造方法,其特征在于:加热炉采用步进式加热炉。
6.一种权利要求1所述的耐磨含Nb链板热轧钢的热处理工艺,将所述耐磨含Nb链板热轧钢带加工成链板半成品后,进行热处理,其特征在于;
具体工艺如下:
加热温度820~850℃,保温15~40分钟后油淬,淬火油温度不高于80℃,冷却到200℃以下入炉回火,回火温度300~400℃。
7.一种利用权利要求6所述的热处理工艺制得的链板,其特征在于,所述链板组织为回火马氏体,硬度42HRC以上。
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