CN113073258A - 一种适用于连续通过式感应加热炉的耐高温淬火链条钢盘条及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于链条钢技术领域，具体涉及一种适用于连续通过式感应加热炉的耐高温淬火链条钢盘条及其制造方法。耐高温淬火链条钢盘条主要化学成分范围为C：0.20～0.29％，Si：0.10‑0.20％，Mn：1.40～1.60％，Al≥0.050％，Ti：0.060～0.080％，Mo：0.35～0.45％，P、S≤0.025％，Cr、Ni、Cu≤0.20％，N：200～260ppm。本发明通过优化Mn、Mo、Al、Ti、N等化学元素，结合控轧控冷技术，有效的提高了链条钢的耐高温淬火能力，解决了感应淬火造成的晶粒粗大问题，显著的改善了高强度合金链条的韧塑性，提高了下游加工效率，降低了加工成本。

Description

一种适用于连续通过式感应加热炉的耐高温淬火链条钢盘条 及制造方法

技术领域

本发明属于链条钢技术领域，涉及一种耐高温淬火链条钢盘条，还涉及一种适用于连续通过式感应加热炉的耐高温淬火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抗拉强度1200MPa以上的链条产品称为高强度链条，制造该类链条主要采用中碳合金钢，如20Mn2、20CrNiMo、30CrMnTi、25MnV等，主要加工工艺包括：盘条→抛丸/酸洗→球化退火→拉拔→编链→淬火+回火→表面处理→成品。

从上述工艺可以看出，淬火+回火是链条获得最终机械性能的关键工序，直接影响链条的强度、韧塑性，以及链条加工的成本和效率。目前国内链条行业主要采用网带炉、电阻炉和通过式感应加热炉对链条进行热处理。网带炉淬火是行业中最为普遍的热处理方式，其具有加热温度稳定，保温时间长的特点，有利于淬火的精确控制，进而保证链条淬火后的显微组织和机械性能的稳定，但链条的淬火成本一般需要1000元/吨；电阻炉淬火相对于网带炉加热速率更加缓慢，温度更加均匀，更有利于对淬火工序和链条性能的稳定控制，但其淬火成本相对更高，一般需要1500元/吨。而对于感应加热炉应用在高强度链条中的现有技术几乎没有，主要原因是链条行业采用的感应加热炉加热时间和保温时间很短，仅有10～20秒，相对网带炉和电阻炉加热速度大幅度上升，需要加热至更高的淬火温度，而高加热速度和高温淬火会带来晶粒长大的问题，并导致链条的机械性能降低，难以满足高强度链条的要求，因而难以采用感应加热炉生产高强度链条。但感应加热炉加热速率最快，生产效率最高，成本一般仅需要500元/吨，又非常具有市场竞争力。因此，如何得到一种适用该感应加热炉淬火条件的链条钢盘条，避免因淬火温度高导致晶粒粗大，稳定的满足链条行业采用通过式感应加热炉进行淬火热处理，并满足高强度链条的机械性能要求，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Mn、Mo、Al、Ti、N等化学元素，结合控轧控冷技术，有效的提高了链条钢的耐高温淬火能力，解决了感应淬火链条钢造成的晶粒粗大问题，满足了链条行业可采用通过式感应加热炉进行淬火热处理，并满足高强度链条的机械性能要求，提高了下游加工效率，降低了加工成本。

一种适用于连续通过式感应加热炉的耐高温淬火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、钢坯探伤工序、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：0.20～0.29％，Si：0.10-0.20％，Mn：1.40～1.60％，Al≥0.050％，Ti：0.060～0.080％，Mo：0.35～0.45％，P、S≤0.025％，Cr、Ni、Cu≤0.20％，N：200～260ppm。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Mn、Mo、Al、Ti、N等化学元素的含量区间，既保证了淬火性能和淬火后的强度，同时抑制晶粒在快速高温加热过程中的长大。通过适当提高Mo元素的含量保证钢的淬透性，取消了Cr元素的使用，同时提高Mn元素的含量确保钢的淬硬性及强度。大幅度提高N元素的含量，并结合较高含量的Al和Ti含量，从而提高钢的耐高温淬火性能，避免因加热速度快、淬火温度高导致晶粒粗大，使经过淬火的钢保持良好的性能，满足高强度链条的机械性能要求。通过该成分设计和后续的轧制工艺，为提高链条钢的耐高温淬火能力，解决感应淬火造成的晶粒粗大问题，满足下游用户采用通过式感应加热炉进行淬火热处理生产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氮搅拌，出钢温度≥1580℃，出钢碳控制在0.10％～0.15％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0.050％。

LF精炼工序：

LF精炼工序前期加入石灰、萤石和化渣剂，改善炉渣流动性；LF精炼中期采用铝粒强化脱氧和脱硫，同时补喂一次铝线，确保铝含量达到要求；LF精炼后期出站前10分钟加入氮锰合金，并调整至目标成分。LF精炼后期出站前5分钟加入钛铁，并调整至目标成分，其中钛铁选用钛线，由喂丝机加入。

RH真空精炼工序：

RH真空精炼工序采用高真空≤130Pa真空处理时间≥20min；软吹时间≥25min，软吹后喂入适量纯钙线；目标值液相线温度1510℃，软吹后吊包温度控制在1550～1570℃。

钢坯连铸工序：

钢坯连铸工序连铸过热度控制在20～30℃，执行慢节奏恒拉速连铸；二冷采用弱冷模式；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0.8～1.0Pa的微正压；连铸坯避风堆冷。

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。

钢坯探伤工序：

钢坯探伤工序采用磁粉探伤机进行探伤，对探伤发现缺陷的部位进行局部修磨并复探合格后才能正常转运轧制。

盘条轧制工序：

盘条轧制工序加热温度控制在800～1080℃之间加热1.5～2.0小时，其中1000～1080℃条件下加热时间30～40分钟；精轧机组采用760～780℃低温控轧，轧后800～830℃低温吐丝，随后采用1.5～2.0℃/s的冷却速度缓冷至450℃以下再集卷打捆。轧制工序其他控制参数对本发明无明显影响，采用常规方案即可。

链条制造流程：盘条(Φ10.0mm)→拉拔至Φ8.3mm→球化退火(750℃常规球化退火)→拉拔至Φ8.0mm→编链→淬火+回火热处理。

其中淬火+回火热处理具体为：

将轧制后的链条后采用通过式感应加热炉进行淬火热处理，然后再进行在线回火处理，得到一种高强度链条钢。

本发明所采用的感应加热炉为：进口高频感应加热炉，50000Hz、功率50KW，加热效率50～100℃/s，链条移动速度0.2～0.4m/s。

该型号的加热炉进行加热时，在10～20秒内将轧件加热至960～980℃，保温10～20秒，以水作为淬火介质进行淬火。

在线回火工艺为：回火温度190±10℃，回火后水冷至常温。

本发明生产的链条钢热轧盘条耐高温淬火能力提高，解决了因感应加热炉加热速度快、加热温度高造成的晶粒粗大问题，显著的改善了淬火热处理后钢的韧塑性，满足了链条行业采用通过式感应加热炉进行淬火热处理生产高强度链条的需求，提高了下游加工效率，降低了加工成本，且相比于网带炉传统热处理方法，该应淬火炉生产的链条韧塑性更好，且脱碳相对于网带炉更浅，提升了链条的质量。

附图说明

图1为实施例1生产的链条钢盘条淬火后显微组织。

图2为实施例2生产的链条钢盘条淬火后显微组织。

图3为对比例1生产的链条钢盘条淬火后显微组织。

图4为对比例2生产的链条钢盘条淬火后显微组织。

图5为对比例3生产的链条钢盘条淬火后显微组织。

图6为对比例4生产的链条钢盘条淬火后显微组织。

图7为对比例5生产的链条钢盘条淬火后显微组织。

图8为对比例6生产的链条钢盘条淬火后显微组织。

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：耐高温淬火链条钢盘条(Φ10.0mm)的具体成分如下：

Wt.％

C

Si

Mn

Mo

N

Ti

Al

P、S

Cr、Ni、Cu

0.20-0.29

0.10-0.20

1.40-1.60

0.35-0.45

0.020-0.026

0.060-0.080

≥0.050

≤0.025

≤0.20

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—钢坯探伤工序—盘条轧制工序。

链条制造流程：盘条(Φ10.0mm)→拉拔至Φ8.3mm→球化退火→拉拔至Φ8.0mm→编链→淬火+回火热处理。

实施例1

1、成分设计

化学成分设计按重量百分数计为C：0.21％，Si：0.12％，Mn：1.43％，Mo：0.37％，Al：0.056％，Ti：0.063％，N：210ppm，P：0.010％，S：0.011％、Cr：0.08％，Ni：0.12％，Cu：0.05％。

2、转炉冶炼

转炉加入炼钢原料(炼钢原料为铁水和废钢，其中铁水占炼钢原料总重的95％，废钢占炼钢原料总重的5％，炼钢原料的总装入量125t/炉)，转炉冶炼全程底吹氮搅拌，出钢温度1599℃，出钢碳控制在0.11％～0.12％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精炼的铝含量0.052％。

3、LF精炼

LF精炼时间35分钟，石灰、萤石和化渣剂，确保炉渣具有好的流动性。LF精炼中期采用铝粒强化脱氧和脱硫，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分钟加入氮锰合金，并调整至目标成分。LF精炼后期出站前5分钟加入钛铁，并调整至目标成分，其中钛铁选用钛线，由喂丝机加入。

4、RH真空精炼

RH真空精炼真空度120Pa，真空处理时间23min，软吹时间28min，软吹后喂入适量纯钙线，软吹后吊包温度控制在1555～1568℃。

5、钢坯连铸

钢坯连铸过热度22℃，拉速1.65m/min，采用10机10流160mm*160mm小方坯连铸机恒拉速连铸；二冷采用全气雾弱冷模式，提高铸坯冷却均匀性；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0.8Pa的微正压；连铸钢坯避风堆冷。

6、钢坯探伤

钢坯探伤工序采用磁粉探伤机进行探伤，对探伤发现缺陷的部位采用砂轮机进行局部修磨并复探合格后才能正常转运轧制。

7、盘条轧制

盘条轧制工序，采用三段分布的蓄热式加热炉对钢坯进行加热，加热温度控制在800～1080℃之间，总加热时间1.8小时，其中预热段加热温度800～900℃，加热段加热温度900～1000℃，均热段加热温度1000～1080℃，均热段实际加热时间34分钟。

精轧机组采用766～779℃低温控轧，轧后810～826℃低温吐丝，随后采用1.7℃/s的冷却速度缓冷至430℃集卷打捆。轧制工序其他控制参数均按照高速线材轧制的一般要求执行。

实施例2

将实施例1步骤1中化学成分替换为按重量百分数计为C：0.28％，Si：0.18％，Mn：1.59％，Mo：0.44％，Al：0.068％，Ti：0.075％，N：258ppm，P：0.008％，S：0.009％、Cr：0.02％，Ni：0.10％，Cu：0.03％。，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Mo替换为Mo：0.20％，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Mn替换为Mn：1.00％，其他条件和操作同实施例1。

对比例3

将实施例1步骤1中化学成分Al替换为Al：0.025％，其他条件和操作同实施例1。

对比例4

将实施例1步骤1中化学成分Ti替换为Ti：0.030％，其他条件和操作同实施例1。

对比例5

将实施例1步骤1中化学成分N替换为N：50ppm，其他条件和操作同实施例1。

对比例6

将实施例1步骤7盘条轧制中均热段加热温度替换为1100～1200℃，均热段实际加热时间替换为60分钟；将精轧机组轧制温度替换为900～950℃，吐丝温度替换为900～930℃，其他条件和操作同实施例1。

对比例7

将实施例1盘条加工成的链条热处理工艺替换为：网带炉淬火，淬火温度880±10℃，淬火介质为水，淬火加热时间10分钟，保温时间30分钟；回火温度190±10℃，回火保温时间30分钟，之后水冷至常温。

对实施例1～2和对比例1～6盘条按照链条制造流程加工链条，然后采用通过式感应加热炉进行淬火热处理(淬火温度970±10℃，淬火介质为水，淬火加热时间15秒，保温时间20秒)，再经过在线回火(回火温度190±10℃，回火后水冷至常温)；实施例1～2、对比例1～7链条的强度和塑性指标如下表1：

表1

备注：1.高强度链条要求抗拉强度≥1200Mpa。

2.链条行业对热处理后链条韧性的要求为：伸长率≥8％，断面收缩率≥15％。

3.抗拉强度、伸长率、断面收缩率检验标准为GB/T 228.1，奥氏体晶粒度检测标准为GB/T 6394，总脱碳层深度检测标准为GB/T 224。

4.链条制造流程：盘条(Φ10.0mm)→拉拔至Φ8.3mm→球化退火→拉拔至Φ8.0mm→编链→淬火+回火热处理。

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 (3)

1.一种适用于连续通过式感应加热炉的耐高温淬火链条钢盘条，其特征在于：

链条钢盘条化学成分为：按重量百分数计为C：0.20～0.29％，Si：0.10-0.20％，Mn：1.40～1.60％，Al≥0.050％，Ti：0.060～0.080％，Mo：0.35～0.45％，P、S≤0.025％，Cr、Ni、Cu≤0.20％，N：200～260ppm，其余为铁和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的适用于连续通过式感应加热炉的耐高温淬火链条钢盘条的制造方法，其特征在于：

制造方法经过转炉冶炼工序、LF精炼工序、RH真空精炼工序、钢坯连铸工序、钢坯探伤工序、盘条轧制工序得到链条钢盘条；

其中转炉冶炼工序全程底吹氮搅拌，出钢温度≥1580℃，出钢碳控制在0.10％～0.15％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0.050％；

LF精炼工序前期加入石灰、萤石和化渣剂，改善炉渣流动性；LF精炼中期采用铝粒强化脱氧和脱硫，同时补喂一次铝线，确保铝含量达到要求；LF精炼后期出站前10分钟加入氮锰合金，并调整至目标成分；LF精炼后期出站前5分钟加入钛铁，并调整至目标成分，其中钛铁选用钛线，由喂丝机加入；

RH真空精炼工序采用高真空≤130Pa真空处理时间≥20min；软吹时间≥25min，软吹后喂入适量纯钙线；目标值液相线温度1510℃，软吹后吊包温度控制在1550～1570℃；

钢坯连铸工序连铸过热度控制在20～30℃，执行慢节奏恒拉速连铸；二冷采用弱冷模式；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0.8～1.0Pa的微正压；连铸坯避风堆冷；

钢坯探伤工序采用磁粉探伤机进行探伤，对探伤发现缺陷的部位进行局部修磨并复探合格后才能正常转运轧制；

盘条轧制工序加热温度控制在800～1080℃之间加热1.5～2.0小时，其中1000～1080℃条件下加热时间30～40分钟；精轧机组采用760～780℃低温控轧，轧后800～830℃低温吐丝，随后采用1.5～2.0℃/s的冷却速度缓冷至450℃以下再集卷打捆。

3.一种根据权利要求1-2任一项所述耐高温淬火链条钢盘条在连续通过式感应加热炉中的应用，其特征在于：将盘条加工成链条，然后采用高频感应加热炉，在10～20秒内将链条加热至960～980℃，保温10～20秒，以水作为淬火介质进行淬火，得到高强度链条。

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