工程機械用鋼SCr440B的研發(fā)和生產(chǎn)

李維海，李祥才，王輝宇

（1.青島特鋼有限公司，山東266409；2.青島特鋼棒材所，山東266409）

0 引言

SCr440B鋼是日標材，相當于國標材40CrB，常用于出口。SCr440B材料的優(yōu)點是淬透性好，不易變形和開裂，便于通過熱處理改善鋼的性能。該鋼種主要被用于工程機械中表面要求有較深的高硬度層、耐磨性能好、心部要有一定韌性的履帶鏈軌節(jié)聯(lián)接銷和聯(lián)接套。履帶聯(lián)接銷和聯(lián)接套是連接鏈軌節(jié)的重要環(huán)節(jié)，工程機械設備在作業(yè)時，聯(lián)接銷和銷套處于摩擦狀態(tài)，且接觸應力是循環(huán)變化的，工作條件較為惡劣，這就要求聯(lián)接銷和聯(lián)接套必須具有較高的產(chǎn)品質(zhì)量[1-4]。近期青島特鋼有限公司根據(jù)客戶的要求首次生產(chǎn)了Φ75 mm規(guī)格的工程機械用SCr440B圓鋼，為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，公司組織技術(shù)人員對SCr440B圓鋼的生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量進行了全面跟蹤和檢驗。

1 生產(chǎn)工藝

SCr440B圓鋼主要生產(chǎn)工藝流程：LD轉(zhuǎn)爐（100 t）→LF精煉爐（100 t）→RH真空脫氣（100 t）→方坯連鑄機（5機5流）；鑄坯端面尺寸：240 mm×300 mm。

SCr440B圓鋼主要軋制工藝流程：鋼坯→步進式加熱爐→除鱗機→粗軋機組5架→1中軋機組6架→2中軋機組6架→精軋機組4架→測徑儀→減定徑機組5架→輪廓儀→冷床→剪切定尺→矯直、倒棱→收集打包→入緩冷房。

SCr440B圓鋼主要軋制工藝參數(shù)見表1。

表1 SCr440B圓鋼軋制工藝參數(shù) /℃

2 實物質(zhì)量檢測

2.1 化學成分

Φ75 mm規(guī)格SCr440B圓鋼共生產(chǎn)了2批，生產(chǎn)批次、熔煉成分見表2，成品O、N、H含量及Ti/N見表3。

表2 SCr440B鋼主要化學成分 %

表3 SCr440B鋼成品O、N、H含量及Al/N、Ti/N %

由表2、表3可以看出，SCr440B圓鋼的化學成分，O、N、H含量和Al/N、Ti/N比完全滿足客戶和內(nèi)控標準要求，并且O、N、H含量較低，說明鋼質(zhì)較為純凈。

SCr440B是含硼鋼，在有關含B鋼的報道中指出，鋼中加入少量Ti和Al可以有效固定鋼中的N，生成細小彌散的AlN和TiN顆粒，盡最大程度防止鋼中的N和B生成化合物BN，確保B有效固溶于奧氏體中，從而提高鋼的淬透性，一般要求Al/N比≥3，Ti/N比≥4，為了滿足這一要求，刻意將鋼中Al含量控制在0.010～0.020%，將鋼中Ti含量控制在0.020～0.030%。研究表明[5-6]，當鋼中的Ti含量控制在0.010～0.030%時，鋼中的Ti會和鋼中的N生成細小彌撒而不是大顆粒的TiN，大顆粒的TiN將會對鋼的沖擊韌性造成不利影響，而細小彌散的TiN卻會起到細化晶粒的作用，提高鋼的韌性和強度；另外當鋼中的Al含量控制在0.010～0.020%時，不但會凈化鋼液，而且Al和鋼中的N會生成細小顆粒AlN釘扎晶界細化晶粒，從而進一步提高鋼的強度和韌性。

2.2 顯微組織和奧氏體晶粒度

經(jīng)檢驗，公司生產(chǎn)的2批SCr440B圓鋼顯微組織均為P+F，組織正常，并且奧氏體晶粒度均為8.0級，滿足客戶不粗于6.0級要求。鋼中加入的少量Al和Ti對SCr440B鋼的晶粒細化起到了不可或缺的作用。

2.3 夾雜物

SCr440B圓鋼夾雜物的檢驗結(jié)果見表4。從表4可以看出，各類夾雜物級別均滿足客戶要求，并且有很大富余量，其中夾雜物檢測最大級別圖片見圖1。從夾雜物角度來看，說明SCr440B圓鋼鋼質(zhì)也較為純凈。

表4 SCr440B圓鋼夾雜物檢驗結(jié)果 /級

2.4 脫碳層

2批Φ75 mm規(guī)格SCr440B圓鋼脫碳層檢驗結(jié)果見表5。從表5中可以看出，脫碳層深度亦滿足客戶要求，并且也有很大富余。

2.5 低倍檢驗

2批Φ75 mm規(guī)格SCr440B圓鋼低倍檢驗結(jié)果見表6。從表6中可以看出，低倍結(jié)果亦滿足客戶要求，并且有很大富余。

圖1 SCr440B檢測夾雜物最大級別圖片

表5 SCr440B圓鋼脫碳層檢驗結(jié)果

表6 SCr440B圓鋼低倍結(jié)果 /級

2.6 末端淬透性

將Φ75 mm規(guī)格SCr440B圓鋼根據(jù)GB/T 225標準按照客戶協(xié)議要求進行末端淬透性檢驗，淬透性檢驗結(jié)果如表7所示。從表7中可以看出，J1.5、J35淬透性值亦滿足客戶要求。

表7 末端淬透性檢驗結(jié)果

SCr440B是含硼鋼，主要是利用B來提高鋼的淬透性，成分檢驗表明2批SCr440B圓鋼B含量分別為為15ppm、18ppm，滿足客戶要求。但值得指出是提高淬透性的B是固溶的B，不是化合物B。如前所述，鋼中的Ti和Al可以有效固定鋼中的N，保證B有效固溶于奧氏體中，從而有效提高SCr440B鋼的淬透性。目前生產(chǎn)的2爐鋼SCr440B鋼Al/N比分別為3.9、3.3，Ti/N比分別為6.3、5.3，滿足Al/N比≥3和Ti/N比≥4的要求，也就是說SCr440B鋼中Al、Ti及Al/N比、Ti/N比以及由此產(chǎn)生的鋼中有效固溶B對其淬透性起著不可或缺的作用。

2.7 發(fā)紋檢測

發(fā)紋是鋼的一種宏觀缺陷，它是鋼中針孔、氣孔、非金屬夾雜物以及夾砂異物等在鋼的加工變形過程中沿鍛軋方向被延伸所產(chǎn)生的條狀裂紋。發(fā)紋嚴重危害著鋼的力學性能，特別是疲勞強度等。表8為SCr440B發(fā)紋檢測標準，表9為SCr440B發(fā)紋檢測結(jié)果。從表9中可以看出，SCr440B圓鋼三個階梯不存在發(fā)紋，說明鋼質(zhì)很純凈。

表8 SCr440B發(fā)紋檢測標準

表9 SCr440B發(fā)紋檢測結(jié)果

2.8 熱頂鍛試驗

為了檢驗SCr440B圓鋼產(chǎn)品表面質(zhì)量，對2批SCr440B圓鋼各取試樣2塊分別進行了熱頂鍛檢驗，檢驗全部合格，表明此次生產(chǎn)的Φ75 mm規(guī)格SCr440B圓鋼表面質(zhì)量較好。

3 結(jié)語

生產(chǎn)實踐證明，青島特鋼采用LD轉(zhuǎn)爐→LF精煉爐→RH真空脫氣→方坯連鑄→棒材熱軋線開發(fā)的工程機械用SCr440B圓鋼，其生產(chǎn)工藝流程合理，制定的化學成分要求和軋制工藝控制是能夠滿足SCr440B圓鋼性能要求。通過產(chǎn)品實物質(zhì)量檢測表明，此次組織生產(chǎn)的2批Φ75 mm規(guī)格SCr440B圓鋼，鋼質(zhì)純凈、晶粒細小、組織正常且表面質(zhì)量較好，相關檢驗指標均滿足客戶要求，產(chǎn)品質(zhì)量完全合格，用戶使用后反饋良好。目前青島特鋼已經(jīng)具備了批量組織生產(chǎn)工程機械用SCr440B圓鋼的能力。