鏈軌節(jié)用35MnBM鋼的開發(fā)生產(chǎn)實(shí)踐

袁淑君，戈文英，歐陽(yáng)崢容，梁　娜

（山鋼股份萊蕪分公司　特鋼事業(yè)部，山東　萊蕪271105）

?

生產(chǎn)技術(shù)

鏈軌節(jié)用35MnBM鋼的開發(fā)生產(chǎn)實(shí)踐

袁淑君，戈文英，歐陽(yáng)崢容，梁娜

（山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業(yè)部，山東萊蕪271105）

摘要：在現(xiàn)有35MnBM成分基礎(chǔ)上加入一定量的Cr元素來(lái)提高鋼材淬透性，滿足鏈軌節(jié)更高使用強(qiáng)度的要求；通過(guò)優(yōu)化冶煉、連鑄、軋制工藝參數(shù)，滿足潔凈度、塔形發(fā)紋等要求。檢驗(yàn)表明，鋼材淬透性J12≥42 HRC，J15≥30 HRC，屈服強(qiáng)度≥775 MPa，抗拉強(qiáng)度≥953 MPa，非金屬夾雜物A類、B類≤1.5級(jí)，C類、D類≤1.0級(jí)，晶粒度≥7級(jí)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足用戶使用要求。

關(guān)鍵詞：鏈軌節(jié)用鋼；35MnBM鋼；Cr強(qiáng)化；淬透性；力學(xué)性能

1　前　言

鏈軌節(jié)是工程機(jī)械履帶總成中的關(guān)鍵零件，在使用過(guò)程中要承受周期性壓力和巨大的工作拉力，且直接與地面接觸，要求具備表面耐磨性好、心部強(qiáng)韌性較高的綜合性能?，F(xiàn)鏈軌節(jié)用鋼廣泛采用35MnBM圓鋼，用戶通過(guò)鍛造—機(jī)加工—表面淬火工藝，可實(shí)現(xiàn)鏈軌節(jié)很好的強(qiáng)韌性配合。但隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，履帶式工程機(jī)械轉(zhuǎn)向大型化，對(duì)鏈軌節(jié)的使用強(qiáng)度提出了更高的要求。某用戶對(duì)萊鋼生產(chǎn)的現(xiàn)有35MnBM圓鋼的淬透性、力學(xué)性能以及塔形發(fā)紋等提出了更高的要求。

本研究在現(xiàn)有35MnBM成分基礎(chǔ)上加入一定量的Cr元素來(lái)提高鋼材淬透性；優(yōu)化冶煉、連鑄及軋鋼工藝控制，滿足用戶對(duì)鋼材性能以及潔凈度（非金屬夾雜物、氣體含量）、低倍發(fā)紋等的嚴(yán)格要求。

2　主要技術(shù)要求

1）鏈軌節(jié)用鋼化學(xué)成分要求見表1。要求鋼材［N］≤80×10-6。

表1　鏈軌節(jié)用鋼化學(xué)成分要求%

2）鋼材橫截面酸浸低倍組織試片上不得有目視可見的縮孔、氣泡、裂紋、夾雜、翻皮、白點(diǎn)、晶間裂紋等。要求：一般疏松≤2.0級(jí)，中心疏松≤2.0級(jí)，偏析≤2.5級(jí)。

3）按GB/T 225要求在鋼材上取樣檢驗(yàn)淬透性應(yīng)符合表2要求。推薦熱處理制度：正火（910± 10）℃/空冷+端淬（860±5）℃/水淬。

表2　鏈軌節(jié)用鋼淬透性（HRC）要求

4）按GB/T 2975要求制取Φ25 mm縱向拉伸試樣以及標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣后，經(jīng)過(guò)規(guī)定的熱處理，檢測(cè)鋼材力學(xué)性能應(yīng)符合表3的規(guī)定；拉伸試樣推薦熱處理制度：淬火（860±15）℃/油淬+回火（600± 15）℃/水冷；沖擊試樣推薦熱處理制度：淬火（860± 15℃）/油淬+回火（200±15）℃/水冷。

表3　鏈軌節(jié)用鋼力學(xué)性能要求

5）按照GB/T 10561標(biāo)準(zhǔn)要求檢驗(yàn)鋼材非金屬夾雜物應(yīng)符合表4的規(guī)定。按照GB/T 6394檢驗(yàn)鋼材晶粒度應(yīng)≮6級(jí)。鋼材每邊總脫碳層深度（鐵素體+過(guò)渡層）不大于公稱直徑的1.0%。

表4　鏈軌節(jié)用鋼非金屬夾雜物要求　級(jí)

6）按GB/T 15711標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)發(fā)紋，要求：發(fā)紋總條數(shù)≤20條；發(fā)紋最大長(zhǎng)度≤7 mm，發(fā)紋總長(zhǎng)度≤30 mm；每階上發(fā)紋條數(shù)≤4條，每階上發(fā)紋總長(zhǎng)度≤15 mm。發(fā)紋起算長(zhǎng)度為2 mm；同一母線上，間距＜2 mm的發(fā)紋計(jì)為1條；不得有連接兩個(gè)臺(tái)階的發(fā)紋。

3　鏈軌節(jié)用鋼生產(chǎn)試制

試制工藝路線：50 t電爐—LF精煉—VD真空脫氣處理—連鑄—入坑緩冷—鑄坯加熱—軋制—緩冷—精整修磨。

3.1內(nèi)控成分優(yōu)化設(shè)計(jì)

鋼材內(nèi)控成分設(shè)計(jì)主要為滿足鋼材力學(xué)性能、淬透性要求。根據(jù)現(xiàn)有35MnBM鋼材淬透性情況可知，J1.5可滿足用戶要求，J12近30%在37～40 HRC范圍內(nèi)，J15近20%在26～30 HRC范圍內(nèi)，低于用戶要求。根據(jù)C、Mn、Cr、B對(duì)淬透性的影響，超過(guò)9 mm后C、B對(duì)淬透性的作用大大削弱，要提高J12、J15值，只能從Mn、Cr元素著手優(yōu)化，而一定的Cr元素可平均提高J1.5至J20值2～4 HRC［1］。因此在本鋼種內(nèi)控成分設(shè)計(jì)中Cr元素不再當(dāng)作殘余元素控制，而是加入不低于0.15%的Cr來(lái)保證鋼的淬透性。其他成分按現(xiàn)有35MnBM內(nèi)控要求執(zhí)行。

3.2冶煉工藝

采用精料方針，選用優(yōu)質(zhì)廢鋼和含S、P較低的生鐵，確保鐵水比例不少于40%。要求原輔材料全部烘烤，從而有效地減少鋼中氣體含量。

電爐冶煉中為有效減少氧氣和氮?dú)夂?，?shí)行全過(guò)程造泡沫渣操作，保證良好的氧化沸騰，促進(jìn)鋼中夾雜物和氣體的上浮，脫碳量＞0.30%，控制終點(diǎn)［C］≥0.10%，［P］≤0.012%；嚴(yán)格控制出鋼溫度，出鋼時(shí)留鋼、留渣操作，嚴(yán)禁下氧化渣，鋼包內(nèi)重新造新渣，出鋼加鋼芯鋁，合金搭配硅錳和高錳進(jìn)行預(yù)脫氧，為精煉創(chuàng)造好的鋼水條件。

LF精煉完成脫氧、脫硫、去除夾雜物，成分和溫度調(diào)整等多項(xiàng)精煉任務(wù)；根據(jù)渣況調(diào)渣及爐渣堿度，保證白渣精煉時(shí)間＞15 min。采用“Al+Ti+B”的合金化路線，即LF出鋼前終脫氧喂鋁線控制鋼中鋁含量在0.025%～0.050%，保證鋼液純凈度；后喂入鈦線固定鋼中氣體氮含量，保證鋼中“有效硼”的含量，到VD工位后加入硼鐵［2］。在喂入鈦線的同時(shí)喂入鈣線進(jìn)行夾雜物變性處理，潔凈鋼水；成分和溫度微調(diào)，保證鋼的性能穩(wěn)定和連鑄工藝溫度要求。

在VD工位，鋼水進(jìn)行真空脫氣，控制好精煉渣的流動(dòng)性和真空溫度，真空度＜67 Pa下保持時(shí)間＞15 min，破真空后繼續(xù)軟吹氬＞12 min。軟吹氬時(shí)嚴(yán)禁裸露鋼水和大氬氣量攪拌降溫。

3.3連鑄工藝

連鑄選用性能優(yōu)良的專用結(jié)晶器保護(hù)渣，采用全程保護(hù)澆注，大包保護(hù)采用長(zhǎng)水口，中間包采用浸入式水口，以防止鋼水二次氧化；采用低過(guò)熱度澆注，中包鋼水過(guò)熱度控制在15～25℃，防止柱狀晶過(guò)快生長(zhǎng)，以增加鑄坯中的等軸晶，減輕中心疏松和偏析；采用結(jié)晶器和末端電磁攪拌，結(jié)晶器電磁攪拌參數(shù)為200 A/3.0 Hz，末端電磁攪拌參數(shù)為150 A/12 Hz；注意過(guò)熱度和二冷配水量，保證鑄坯冷卻均勻；減少偏析等組織缺陷，提高鑄坯質(zhì)量。

連鑄坯不能在冷床上停留，必須及時(shí)入坑緩冷，緩冷時(shí)間應(yīng)＞36 h，吊出溫度≯250℃。

3.4軋制工藝

鋼坯加熱溫度為1 130～1 200℃，允許溫差≤40℃，加熱時(shí)間1.5～2.5 h。加強(qiáng)對(duì)軋制節(jié)奏的控制，開軋溫度1 090～1 190℃，終軋溫度≥850℃。軋前檢查修磨導(dǎo)衛(wèi)、輥道，防止劃傷；軋制過(guò)程中要密切注意各道次的料型情況，防止出現(xiàn)劃傷、折疊、耳子等缺陷，控制鋼材的表面質(zhì)量。鋼材堆垛緩冷，24 h后方可運(yùn)出車間。

后對(duì)鋼材進(jìn)行精整修磨：根據(jù)鋼材彎曲情況，進(jìn)行矯直處理，端部倒角，消除馬蹄形、飛邊、毛刺及影響使用的切斜和壓扁等現(xiàn)象。

4　產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量及分析

4.1化學(xué)成分及氣體含量

鋼中各成分均控制在內(nèi)控要求范圍內(nèi)且波動(dòng)較小，碳含量控制在±0.01%以內(nèi)，合金元素含量控制在±0.04%以內(nèi)，整體控制水平較好；鋼中P≤0.015%，S≤0.010%，Cu等殘余有害元素含量低，達(dá)到高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼水平。氧含量控制在（9～15）×10-6，氮含量控制在（54～78）×10-6，滿足用戶要求。

4.2低倍組織

精煉過(guò)程中加強(qiáng)吹氬操作，連鑄中采用電磁攪拌，減少了因成分不均勻而產(chǎn)生的偏析；連鑄中根據(jù)過(guò)熱度合理優(yōu)化二冷配水參數(shù)，并保證軋制壓縮比≮6，保證鋼材的致密性。鋼材實(shí)物檢驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)肉眼可見的縮孔、皮下氣泡、裂紋、過(guò)燒、有害夾雜物、翻皮、白點(diǎn)和晶間裂紋等對(duì)加工有害的缺陷；一般疏松以及偏析均在0.5級(jí)以下、中心疏松在1.0級(jí)以下。鋼材組織致密性較好。

4.3淬透性

鋼材淬透性實(shí)測(cè)結(jié)果見表5。鋼材淬透性完全滿足用戶要求。

表5　鋼材實(shí)測(cè)淬透性（HRC）

4.4力學(xué)性能

鋼材實(shí)測(cè)力學(xué)性能見表6，實(shí)物屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度平均值高出用戶要求50 MPa以上，常溫沖擊功達(dá)到80 J?？梢婁摬木哂休^好的強(qiáng)韌性。

表6　鋼材實(shí)測(cè)力學(xué)性能

4.5非金屬夾雜物

在LF精煉、VD真空處理過(guò)程中加強(qiáng)吹氬攪拌，充分均勻鋼液化學(xué)成分，脫除鋼中氣體和促進(jìn)非金屬夾雜物上??；連鑄采用全程保護(hù)澆注，所以該鋼種非金屬夾雜物少。實(shí)物檢驗(yàn)結(jié)果：A細(xì)為1.0～1.5級(jí)，A粗、B細(xì)、B粗為0～1.0級(jí)，D細(xì)為0～0.5級(jí)，其他為0級(jí)。

4.6脫碳層及晶粒度

脫碳主要是在坯料加熱過(guò)程中產(chǎn)生的，其將直接影響鋼材的淬火硬度和疲勞強(qiáng)度。軋制過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行加熱制度，鋼坯加熱溫度及時(shí)間控制在合理范圍內(nèi)，因此鋼材脫碳層檢驗(yàn)合格，在0.35～0.40 mm范圍內(nèi)。本鋼中含有Ti、Al兩種細(xì)化晶粒的元素，且軋制中溫度制度、壓下制度控制較好，因此鋼材晶粒較細(xì)，實(shí)物檢測(cè)晶粒度為7～8級(jí)。

4.7塔形發(fā)紋

發(fā)紋是由于鋼中非金屬夾雜物、氣孔、疏松等在加工變形過(guò)程中沿軋制方向延伸形成的具有一定深度的夾雜物和小裂紋。發(fā)紋是鋼中的一種宏觀缺陷，經(jīng)熱酸浸后，肉眼便可發(fā)現(xiàn)，其存在對(duì)鋼的疲勞強(qiáng)度有不利影響。由于冶煉及軋制過(guò)程中操作精細(xì)，鋼材發(fā)紋檢驗(yàn)合格，完全滿足用戶要求。

5　結(jié)　語(yǔ)

在現(xiàn)有35MnBM成分基礎(chǔ)上加入不低于0.15% 的Cr元素，可完全滿足用戶J12 40～50 HRC、J15≥30 HRC的高淬透性要求。通過(guò)合理設(shè)計(jì)優(yōu)化煉鋼、連鑄、軋鋼各項(xiàng)工藝參數(shù)，保證了鋼材潔凈度、低倍發(fā)紋、晶粒度、脫碳層等性能要求。從開發(fā)成功至今，月生產(chǎn)銷售近1 200 t，性能一次性檢驗(yàn)合格率達(dá)到97.00%，鋼的實(shí)物質(zhì)量完全滿足用戶使用要求。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳小龍.微量Cr元素對(duì)35MnB履帶鏈軌節(jié)鋼淬透性的影響［J］.四川冶金，2004（2）：17-18.

［2］《鋼鐵材料手冊(cè)》總編輯委員會(huì).合金結(jié)構(gòu)鋼.鋼鐵材料手冊(cè)第4卷［M］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

Development and Production Practice of 35MnBM Steel for Track Links

YUAN Shujun, GE Wenying, OUYANG Zhengrong, LIANG Na

（The Special Steel Plant of Laiwu Branch of Shandong Iron and Steel Co., Ltd., Laiwu 271105, China)

Abstract:To improve the hardenability of steel and further to meet the requirement of higher service strength for track links, a certain amount of Cr element on the basis of the existing components of steel 35MnBM was added. To meet user’requirements of cleanliness and tower shaped hairlines, then the process parameters in smelting, continuous casting and rolling were optimized. The test showed that the hardenability J12≥42 HRC, J15≥30 HRC, the Rel≥775 MPa, the Rm≥953 MPa, type A and type B non-metallic inclusions are less than grade 1.5, the type C and type D non-metallic inclusions are less than grade 0.5, the grain size in more than grade 7, the product quality is stable, and each performance index can meet customer requirements.

Key words:track link steel; 35MnBM steel; Cr-strengthening; hardenability; mechanical property

中圖分類號(hào)：TF762+.3；TG142.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4620（2016）02-0013-03

收稿日期：2015-12-30

作者簡(jiǎn)介：袁淑君，女，1987年生，2008年畢業(yè)于西安建筑科技大學(xué)金屬材料專業(yè)?，F(xiàn)為山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業(yè)部工程師，從事優(yōu)特鋼新產(chǎn)品開發(fā)及工藝研究工作。