提升工程機(jī)械用鋼35MnBH端淬性能的研究

李維海，李祥才，張 虎

（1.青島特鋼型材廠，青島266409；2.青島特鋼棒材所，青島266409）

0 引言

35MnBH鋼常用于制作工程機(jī)械履帶鏈軌節(jié)，用35MnBH鋼制作成的鏈軌節(jié)起到連接履帶板和傳遞動力的作用。由于挖掘機(jī)、裝載機(jī)、起重機(jī)、大型自卸車等工程機(jī)械工作環(huán)境條件特殊，要求履帶用鋼必須具有較高的純凈度、成分均勻性及良好的組織結(jié)構(gòu)、淬透性和表面質(zhì)量，為履帶后續(xù)加工提供保障。用戶鏈軌節(jié)生產(chǎn)加工工藝為：圓鋼下料→鍛造→調(diào)質(zhì)→粗加工→表面淬火→回火→精加工，最終得到一個具有很好的強(qiáng)韌配合，表面硬度高，耐磨，心部有較好韌性的履帶鏈軌節(jié)[1-5]。近期，我公司根據(jù)客戶協(xié)議首次試制生產(chǎn)了Φ65mm規(guī)格35MnBH圓鋼，但檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該鋼部分端淬點(diǎn)淬透性值無法滿足客戶要求，對此技術(shù)人員進(jìn)行了研究分析。

1 背景介紹

青島特鋼首次給客戶試生產(chǎn)了Ф65mm規(guī)格35MnBH圓鋼，結(jié)果檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)J19點(diǎn)端淬性能不合，同時J8點(diǎn)端淬結(jié)果偏低，具體檢驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由于生產(chǎn)的35MnBH產(chǎn)品J19點(diǎn)端淬性能不合，只得將該批材料改判為普通35MnB產(chǎn)品，以低價格銷售給其他客戶，給公司造成較大損失。為了提高35MnBH產(chǎn)品質(zhì)量，使J19點(diǎn)端淬結(jié)果滿足客戶要求，同時提升J8點(diǎn)硬度，是保證35MnBH產(chǎn)品質(zhì)量必須采取的措施。

表1 淬透性檢驗(yàn)結(jié)果

為了提升35MnBH產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量，根據(jù)Φ65mm規(guī)格35MnBH生產(chǎn)實(shí)際情況，技術(shù)人員決定將35MnBH圓鋼58HRC≥J1.5≥51HRC（客戶要求 51～58HRC）、55HRC≥J8≥49HRC（客戶要求 48～55HRC）、41HRC≥J19≥35HRC（客戶要求 33～41HRC）作為產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，最終確保35MnBH圓鋼端淬性能完全滿足客戶要求。

2 端淬性能不合原因分析

端淬性能不合的Ф65mm規(guī)格35MnBH圓鋼熔煉化學(xué)成分及A晶粒度、DI值如表2所示。

表2 端淬性能不合的Ф65mm規(guī)格35MnBH圓鋼熔煉化學(xué)成分及A晶粒度、DI值

技術(shù)人員通過分析，認(rèn)為影響35MnBH圓鋼端淬性能的元素主要有 C、Mn、Cr、B、Al、Ti元素及 Ti/N 比、A 晶粒度、DI值，雖然此次 C、Mn、Cr、B、Al、Ti元素及Ti/N比、A晶粒度、DI值均滿足客戶要求，但C、Mn、Cr、Ti、Ti/N 比、DI值控制偏低，A 晶粒度較高（A晶粒度較高，將影響鋼的淬透性）。分析認(rèn)為如果將 C、Mn、Cr、Ti、Ti/N 比、DI值在客戶要求范圍內(nèi)控制在較高水平，A晶粒度在客戶要求范圍內(nèi)控制在較低水平，實(shí)現(xiàn)35MnBH圓鋼端淬性能的目標(biāo)是有可能的。

綜合以上因素，技術(shù)人員認(rèn)為影響35MnBH端淬性能的原因主要有以下幾個方面：

2.1 化學(xué)成分

影響35MnBH圓鋼端淬性能的元素主要有C、Mn、Cr、B、Ti元素及 Ti/N 比、DI值，其中 DI值主要受化學(xué)成分影響。J1.5點(diǎn)端淬性能主要受C含量影響，J8 點(diǎn)和 J19 點(diǎn)主要受 C、Mn、Cr、B、Ti元素和 Ti/N比影響。在有關(guān)含B鋼的報道中指出，只有固溶于鋼中的B元素才對鋼的淬透性有影響，形成化合物的B對鋼的淬透性沒有影響，而鋼中的Ti和N的親和力大于B和N的親和力，因此鋼中加入Ti，Ti和N相互作用優(yōu)先形成TiN化合物，可以最大程度防止鋼中的N和B形成化合物BN，也就是說Ti可以有效固定鋼中的N，充分保證B有效固溶于奧氏體中，從而提高鋼的淬透性，因此35MnBH鋼中Ti及其Ti/N比對其淬透性起著不可或缺的作用。根據(jù)第一次生產(chǎn)35MnBH鋼端淬性能不合，分析原因可能是 C、Mn、Cr、Ti、Ti/N 比、DI值控制偏低造成的。因此，分析認(rèn)為主要化學(xué)成分控制不當(dāng)是造成Φ65 mm規(guī)格35MnBH圓鋼端淬性能不合的主要原因。

2.2 中心偏析

中心偏析主要是鋼坯連鑄時在凝固過程中產(chǎn)生的，中心偏析不可避免，如果中心偏析嚴(yán)重，將不可避免地造成中心部位到連鑄坯表面C、Mn、Cr等元素含量偏低。由于端淬試樣是在圓鋼1/4直徑處取樣，如果偏析嚴(yán)重的話，將很可能影響端淬檢驗(yàn)結(jié)果，造成端淬結(jié)果低于正常檢驗(yàn)值。要避免成分對端淬結(jié)果的影響，首要條件是要減輕碳中心偏析指數(shù)。對35MnBH鋼種來說，煉鋼時要保證鋼坯碳中心偏析指數(shù)小于1.10，并盡量使碳中心偏析指數(shù)愈小愈好，最好碳成分接近目標(biāo)值。中心偏析不可避免，但可以通過煉鋼時調(diào)整連鑄參數(shù)減輕中心偏析。因此，分析認(rèn)為中心偏析也是導(dǎo)致35MnBH圓鋼端淬性能不合的原因之一。

2.3 加熱溫度和加熱時間

通過在軋鋼時提高加熱溫度和加熱時間可以減輕中心偏析，從而保證成材的化學(xué)成分均勻性。另外，較高的加熱溫度和加熱時間會導(dǎo)致連鑄坯晶粒長大，從而使得成材有不太高的奧氏體晶粒度。成材化學(xué)成分均勻性的提高和不太高的奧氏體晶粒度可有效提高35MnBH圓鋼的淬透性。為了減輕中心偏析，保證成材化學(xué)成分均勻，及成材不太高的奧氏體晶粒度，必須提高加熱溫度和加熱時間。因此，分析認(rèn)為加熱溫度和加熱時間也是導(dǎo)致35MnBH圓鋼端淬性能不合的原因之一。

2.4 冷床加蓋保溫罩和圓鋼在冷床分組不空齒冷卻

冷床加蓋保溫罩，并且圓鋼采取分組冷卻，即每組圓鋼之間不空齒，組之間圓鋼可以空2～3齒，具體每組圓鋼支數(shù)以各個規(guī)格最大剪切支數(shù)為準(zhǔn)。圓鋼分組冷卻可利用圓鋼之間熱量相互作用及保溫罩的保溫作用，充分保障35MnBH圓鋼可在較高的溫度下保溫，從而使得圓鋼在冷床冷卻緩慢，這樣35MnBH圓鋼組織不會異常，晶粒也不會繼續(xù)細(xì)化，甚至晶粒在高溫下還會長大，從而可以保證35MnBH成材不會有較細(xì)的奧氏體晶粒度，以此來提高35MnBH圓鋼的端淬性能。

3 改進(jìn)措施

針對影響35MnBH端淬性能主要原因制定了如下改進(jìn)措施：

3.1 化學(xué)成分

針對化學(xué)成分，制定了新的控制要求，控制要求見表3。

3.2 中心偏析

對于中心偏析問題，針對煉鋼制定了新的工藝，其中連鑄參數(shù)采用拉速0.70 m/min，過熱度控制：澆次1：30～40℃，澆次2及以后：20～30℃，結(jié)晶器電磁攪拌150A/3Hz，末端電磁攪拌參數(shù)450A/6Hz，正反轉(zhuǎn)（正8s，停2s，反8s）。爭取碳偏析指數(shù)做到不大于1.10。

表3 新化學(xué)成分、DI值控制要求

3.3 加熱溫度和加熱時間

軋鋼采用新的加熱工藝，新的加熱工藝見表4，相比之前，提高了加熱溫度，在不影響軋制節(jié)奏的前提下，必要時可適當(dāng)延長加熱時間，減輕中心偏析、降低鋼的奧氏體晶粒度，以此來提高產(chǎn)品的淬透性。

表4 加熱溫度調(diào)整

3.4 冷床加蓋保溫罩和圓鋼在冷床分組不空齒冷卻

制定新的軋鋼工藝，冷床加蓋保溫罩，并且圓鋼采取分組冷卻，每組圓鋼之間不空齒，組之間圓鋼空2～3齒。目的是避免35MnBH鋼奧氏體晶粒細(xì)化和組織異常。

4 效果驗(yàn)證

制定新的工藝后，后期生產(chǎn)了3爐35MnBH，分別軋制成Ф65 mm和Ф40 mm規(guī)格35MnBH圓鋼，具體化學(xué)成分、Ti/N比、奧氏體晶粒度、DI值見表5。可以看出，35MnBH鋼化學(xué)成分、Ti/N比、DI值均滿足新的控制要求，且35MnBH鋼奧氏體晶粒度較首次降低0.5級，而碳偏析指數(shù)經(jīng)檢驗(yàn)均≤1.08，滿足≤1.10要求，后期生產(chǎn)的35MnBH端淬檢驗(yàn)結(jié)果見表6。從表中可以看出，端淬檢驗(yàn)結(jié)果滿足目標(biāo)要求。新的工藝實(shí)施后，Ф65 mm規(guī)格35MnBH給客戶進(jìn)行了送樣，客戶使用生產(chǎn)了鏈軌節(jié)。鏈軌節(jié)產(chǎn)品檢驗(yàn)結(jié)果見表7。從表中可以看出，客戶鏈軌節(jié)性能檢驗(yàn)結(jié)果均滿足客戶技術(shù)要求，對此客戶表示將接收全部貨物。

以上結(jié)果表明，煉鋼時通過調(diào)整化學(xué)成分、Ti/N比、DI值和調(diào)整連鑄參數(shù)降低中心偏析，軋鋼時提高加熱溫度，在不影響軋制節(jié)奏的前提下，適當(dāng)延長加熱時間，冷床加蓋保溫罩，圓鋼采取分組冷卻等，確實(shí)能夠提升35MnBH圓鋼的端淬性能，且產(chǎn)品質(zhì)量完全能夠滿足客戶要求。

表5 化學(xué)成分、奧氏體晶粒度、DI值結(jié)果

表6 端淬檢驗(yàn)結(jié)果

表7 客戶鏈軌節(jié)實(shí)物性能檢驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)語

根據(jù)首次試制生產(chǎn)的Φ65 mm規(guī)格35MnBH工程機(jī)械用圓鋼J19點(diǎn)端淬性能不合，同時J8點(diǎn)端淬結(jié)果偏低的情況，青島特鋼技術(shù)人員通過調(diào)整化學(xué)成分、Ti/N比、DI值和調(diào)整連鑄參數(shù)降低中心偏析、軋鋼時提高加熱溫度、在不影響軋制節(jié)奏的前提下，適當(dāng)延長加熱時間、冷床加蓋保溫罩、圓鋼采取分組冷卻等措施，成功解決了35MnBH圓鋼端淬性能不合的問題，使產(chǎn)品質(zhì)量完全能夠滿足客戶要求，且客戶使用后反饋良好，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。