礦山機(jī)械設(shè)備的鏈軌節(jié)使用材料研制

張 瑞，李英奎，文 輝，方 圓

（南京鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210035）

鏈軌節(jié)是工程機(jī)械履帶的重要組成部分，起到連接履帶板并傳遞動(dòng)力的作用，決定了履帶底盤(pán)的使用壽命。由于履帶主機(jī)如挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)等工程機(jī)械裝備主要在礦山、道路施工等特殊環(huán)境下應(yīng)用，要求履帶鏈軌節(jié)用鋼具備高的淬透性、成分組織均勻性及良好的表面質(zhì)量，生產(chǎn)的鏈軌節(jié)可保證履帶在礦山等復(fù)雜環(huán)境下使用穩(wěn)定[1]。

工程機(jī)械履帶為磨損件，有一定的使用壽命，損壞后進(jìn)行履帶底盤(pán)更換。使用40Mn2 材料生產(chǎn)的鏈軌節(jié)淬透深度較低，耐磨性差，迫切需要提高產(chǎn)品的質(zhì)量。南鋼根據(jù)客戶的需求針對(duì)性開(kāi)發(fā)40MnB 材料鏈軌節(jié)用鋼，提高了鏈軌節(jié)的淬透性和耐磨性，其他的各項(xiàng)性能指標(biāo)也滿足客戶的使用需求，提高工程機(jī)械配件市場(chǎng)的產(chǎn)品質(zhì)量[2]。

1 技術(shù)指標(biāo)

1.1 成分設(shè)計(jì)

為提高產(chǎn)品的淬透性需要添加合金元素，而提高淬透性性?xún)r(jià)比最高的合金元素為B 元素，硼作為微合金化元素，在鋼種加入0.010%～0.030%的微量硼就可極大的提高鋼材的淬透性，其作用等效于0.7%Cr、0.5%Mo 或1.0%Ni。硼提高鋼的淬透性機(jī)理是：硼聚集在晶界上，占據(jù)了鐵素體形核的有利位置，推遲了鐵素體的形核，使C 曲線右移，提高了奧氏體的穩(wěn)定性，使鋼能夠在較寬的冷速內(nèi)得到貝氏體或者馬氏體組織，從而獲得良好的強(qiáng)韌化性能。鋼中硼主要以固溶形式，以及鐵碳硼化合物、氧化物或氮化物等化合物形式存在。只有固溶態(tài)存在的硼才能夠起到提高淬透性的作用。冶煉中充分加Alt 脫氧、Ti 固氮保證鋼中有效硼即固溶硼的收得率。工程機(jī)械鏈軌節(jié)材料40MnB 的主要成分設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 40MnB 的化學(xué)成分

1.2 低倍檢驗(yàn)

鋼材的橫截面酸浸低倍組織試片上不得有目視可見(jiàn)的縮孔、氣泡、裂紋、夾雜、翻皮、白點(diǎn)、晶間裂紋。酸浸低倍組織一般疏松、中心疏松及中心偏析均≤2.5 級(jí)。

1.3 非金屬夾雜物

鋼材應(yīng)按GB/T10561 中A 法進(jìn)行非金屬夾雜物檢驗(yàn)，其合格級(jí)別應(yīng)符合表2 的規(guī)定（級(jí)）。

表2 非金屬夾雜物檢驗(yàn)的級(jí)別劃分

1.4 晶粒度

鋼材按GB/T 6394 進(jìn)行奧氏體晶粒度檢測(cè)，晶粒度應(yīng)不粗于5 級(jí)。

1.5 熱頂鍛

鋼材按GB/T233 進(jìn)行熱頂鍛檢驗(yàn)，熱頂鍛后的試樣高度為原試樣高度的1/3，頂鍛后的試樣上不得有裂口和裂縫。

2 生產(chǎn)工藝

2.1 工藝路線

生產(chǎn)工藝路線為：轉(zhuǎn)爐—LF 精煉—RH 真空脫氣—連鑄—軋制—檢驗(yàn)—發(fā)貨[3]。

2.2 冶煉及軋制關(guān)鍵工藝控制

采用120t 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉，冶煉脫P(yáng)，終點(diǎn)P ≤0.020%，采取高碳出鋼及出鋼檔渣操作，出鋼合金化采用鋁塊進(jìn)行預(yù)脫氧。在LF 爐精煉全程吹氬及白渣操作，再經(jīng)過(guò)真空處理，低真空度下保持10min 以上，進(jìn)一步降低鋼中有害氣體H 含量，最后對(duì)鋼水進(jìn)行鈣處理，并保證軟吹時(shí)間≥15min，從而減少鋼中夾雜物，提高鋼水的潔凈度。為保證鋼中B 元素的收得率，冶煉中先使用鋁充分脫氧，再加入鈦合金，最后加入B 合金。

表3 晶粒度和夾雜物檢測(cè)結(jié)果（級(jí)）

表4 40MnB 和40Mn2 淬透性對(duì)比（HRC）

圖1 40MnB 和40Mn2 淬透性對(duì)比

鋼水澆注出不同斷面的連鑄坯，因工程機(jī)械鏈軌節(jié)圓鋼在85mm 規(guī)格以?xún)?nèi)，為保證圓鋼的內(nèi)部質(zhì)量，提高配件市場(chǎng)鏈軌節(jié)產(chǎn)品質(zhì)量，軋制壓縮比控制在10 個(gè)以上。

3 工業(yè)試制

試生產(chǎn)期間累計(jì)生產(chǎn)了兩組15 爐約1500t，其中一個(gè)爐號(hào)鋼水流動(dòng)性較差，連鑄拉速降低，影響連鑄生產(chǎn)效率。圓鋼發(fā)用戶試用，反饋良好。

3.1 試生產(chǎn)圓鋼低倍及表面質(zhì)量

試生產(chǎn)的圓鋼進(jìn)行低倍檢驗(yàn)，中心疏松、一般疏松、中心偏析及錠形偏析均≤1.5 級(jí)，圓鋼的低倍質(zhì)量?jī)?yōu)良。每批次圓鋼軋制時(shí)進(jìn)行熱頂鍛檢驗(yàn)，熱頂鍛試樣表面光滑無(wú)缺陷，熱頂鍛合格，圓鋼表面質(zhì)量良好。

3.2 試生產(chǎn)圓鋼的晶粒度和非金屬夾雜物

因鏈軌節(jié)產(chǎn)品的服役環(huán)境較差，對(duì)原材料的純凈度及產(chǎn)品熱處理后組織均勻性有一定的要求，對(duì)本次生產(chǎn)的圓鋼進(jìn)行奧氏體晶粒度和夾雜物檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

3.3 試生產(chǎn)圓鋼的末端淬透性

新型鏈軌節(jié)40MnB 的淬透性較40Mn2 進(jìn)行對(duì)比，淬透性數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表4，40MnB 淬透性在J20 點(diǎn)前均高于40Mn2，40MnB的硬度降幅明顯低于40Mn2，淬硬深度也較40Mn2 大，如圖1 所示，40MnB 較40Mn2 的淬透性顯著提高。

4 工藝優(yōu)化

生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)爐號(hào)的鋼水流動(dòng)性較差，連鑄生產(chǎn)時(shí)在中包水口內(nèi)存在鋁類(lèi)夾雜物聚集，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，將拉速降低，影響了連鑄連澆生產(chǎn)效率。對(duì)這兩組生產(chǎn)工藝進(jìn)行梳理，發(fā)現(xiàn)這一爐在真空處理后喂入了200m 鋁線，喂線后靜攪時(shí)間10min，較其他爐號(hào)鋁線多了150m，鋼種鋁類(lèi)夾雜物較多，未完全上浮造成鋼水流動(dòng)性差。

為改善鋼水的流動(dòng)性，后續(xù)40MnB 的材料冶煉應(yīng)在真空前保證足量的鋁含量，真空后鋁線允許添加量≤100m，添加鋁線后靜攪時(shí)間≥15min。工序優(yōu)化后生產(chǎn)4 組40MnB 共5000t 材料，鋼水流動(dòng)性正常，未出現(xiàn)鋼水粘問(wèn)題，產(chǎn)品發(fā)用戶使用正常。

5 結(jié)論

南鋼為工程機(jī)械鏈軌節(jié)配件市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的40MnB 材料，經(jīng)用戶使用，材料的表面質(zhì)量、非金屬夾雜物和晶粒度滿足客戶的使用要求，新材料淬透性較原有的40Mn2 材料顯著提升，提高履帶底盤(pán)的使用壽命，推動(dòng)工程機(jī)械配件市場(chǎng)的產(chǎn)品質(zhì)量。