一種礦用大規(guī)格、高強(qiáng)度鏈條鋼及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于特種鋼冶煉領(lǐng)域，具體涉及一種礦用高強(qiáng)度鏈條鋼及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 礦用圓環(huán)鏈?zhǔn)敲旱V井下機(jī)械化采煤的主要設(shè)備，主要作為刮板輸送機(jī)、刮板轉(zhuǎn)載 機(jī)、采煤機(jī)和刨煤機(jī)上的傳動(dòng)鏈，工作環(huán)境多在潮濕、腐蝕性物質(zhì)多的地下，因此，要求具有 強(qiáng)度高、韌性好、抗疲勞、耐磨損等性能。另外，礦用鏈條的制造必須通過焊接工藝制造鏈 環(huán)，鏈環(huán)的焊接性能又取決于鋼材的碳當(dāng)量（Cq)的高低，同時(shí)，礦用鏈條的制造工藝是采用 焊接后+熱處理來實(shí)現(xiàn)鏈條的力學(xué)性能的，閃光焊接是對原材料進(jìn)行重熔和重結(jié)晶過程， 受高溫與氧化的共同作用，焊縫的化學(xué)成分相對母材將發(fā)生改變，焊接縫兩側(cè)會(huì)形成熱影 響區(qū)，因此焊縫將成為鏈條最薄弱的環(huán)節(jié)。
[0003] 通常，要求礦用高強(qiáng)度鏈條鋼的屈服強(qiáng)度彡980MPa，抗拉強(qiáng)度在彡1180MPa，延伸 率> 10%，常溫下的夏比沖擊功3 40J。然而，隨著強(qiáng)力采煤技術(shù)的發(fā)展，采煤工作面單位產(chǎn) 量增大，刮板輸送機(jī)等設(shè)備向重型、大規(guī)格方向發(fā)展，與之配套的鏈條也需要強(qiáng)度更高的大 規(guī)格型號。加上各煤機(jī)廠自動(dòng)化程度提高，對鋼材尺寸精度也同樣提出了更高的要求?；?前述發(fā)展現(xiàn)狀，必須開發(fā)更大直徑、更高尺寸精度的礦用高強(qiáng)度鏈條鋼，以滿足市場需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種礦用高強(qiáng)度鏈條鋼，其 直徑在40?100mm范圍，同時(shí)具備優(yōu)良的閃光可焊性，使下游制造的鏈環(huán)完全滿足礦用要 求。
[0005] 本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀提供一種制造上述礦 用大規(guī)格、高強(qiáng)度鏈條鋼的制造方法。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為，一種礦用大規(guī)格、高強(qiáng)度鏈條鋼， 該鏈條鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為C:0. 19?0. 24%，Si:彡0. 25%，Mn:0. 8?1. 0%， P:彡 0? 013%，S:彡 0? 010%，Cr:0? 40 ?0? 60%，Mo:0? 70 ?0? 80%，Ni:0? 9 ?1. 10%，Cu: 彡0? 25%，A1 :0? 02?0? 05%，V:0? 08?0? 13%，N:彡0? 014%，余量為Fe及不可避免的雜 質(zhì)元素；鏈條鋼的直徑為40?100mm，屈服強(qiáng)度彡980MPa，抗拉強(qiáng)度為彡1180MPa，延伸率 彡13%，斷面收縮率彡50%，室溫夏比沖擊功>100J。
[0007] 進(jìn)一步地，該鏈條鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為C:0. 19?0. 24%，Si: 彡 0? 25%，Mn:0? 9 ?0? 95%，P:彡 0? 013%，S:彡 0? 010%，Cr:0? 45 ?0? 50%，Mo:0? 75 ? 0? 80%，Ni:0? 95 ?1. 0%，Cu:彡 0? 25%，A1 :0? 025 ?0? 03%，V:0? 08 ?0? 09%，N:彡 0? 014%， 余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素；鏈條鋼的直徑為40?100mm，屈服強(qiáng)度彡1120MPa，抗 拉強(qiáng)度為彡1180MPa，延伸率彡13%，斷面收縮率彡50%，室溫夏比沖擊功>100J。
[0008] 本發(fā)明礦用大規(guī)格、高強(qiáng)度鏈條鋼的化學(xué)成分是這樣確定的： C:是確保鋼材強(qiáng)度所必須的元素，提高鋼中的碳含量將增加鋼的非平衡組織轉(zhuǎn)變能 力，從而提高鋼的強(qiáng)度。但過高的C含量對鋼的延性、韌性不利并顯著增加材料的碳當(dāng)量， 不利于鋼材的焊接性能。為了保證鏈條鋼的塑性、韌性、切削性和焊接性，碳含量不宜高。本 發(fā)明控制碳含量為0. 19?0. 24%。
[0009]Si:是鋼中的脫氧元素，并以固溶強(qiáng)化形式提高鋼的強(qiáng)度。Si含量低于0. 10%時(shí)， 脫氧效果較差，Si含量較高時(shí)會(huì)增加鋼的脆性，并降低閃光焊接的可焊性和焊縫的性能。 本發(fā)明Si是作為殘余元素的形式存在的，其含量控制為< 0. 25%。
[0010] Mn:是提高鋼淬透性的元素，并起固溶強(qiáng)化作用以彌補(bǔ)鋼中因C含量降低而引起 的強(qiáng)度損失。當(dāng)鋼中Mn含量低于0.8%時(shí)，無法充分發(fā)揮強(qiáng)度確保的作用，但當(dāng)Mn含量過 高時(shí)則會(huì)增加其碳當(dāng)量從而損壞焊接性能。本發(fā)明Mn含量控制為0. 8?1. 0%。
[0011] Ni:是非碳化物形成元素，Ni以固溶形式存在于鋼中，與Cr配合使用時(shí)，可顯著提 高鋼的淬透性。Ni降低共析點(diǎn)的含C量，增加珠光體的體積分?jǐn)?shù)，有利于提高強(qiáng)度。Ni降 低Ar3轉(zhuǎn)變溫度，使鐵素體晶粒變細(xì)，同時(shí)，可使珠光體片間距減小，有利于韌性的提高。由 碳當(dāng)量公式可知，Ni的系數(shù)較小，對焊接性能的害處較小，為保證焊縫處性能，本發(fā)明將其 含量控制在〇. 9?1. 10%，有利于達(dá)到最優(yōu)的性價(jià)比。
[0012] Cr:是中等碳化物形成元素，加熱時(shí)溶入奧氏體的Cr強(qiáng)烈提高淬透性。鋼中的Cr， 一部分置換鐵形成合金滲碳體，提高穩(wěn)定性；一部分溶入鐵素體中，起固溶強(qiáng)化作用，提高 鐵素體的強(qiáng)度和硬度，但Cr含量過高時(shí)，則將降低材料的韌性并且顯著增加碳當(dāng)量從而降 低鏈條鋼的閃光焊接性能，本發(fā)明將其含量控制在〇. 40?0. 60%。
[0013]Mo:存在于鋼的固溶體和碳化物中，有固溶強(qiáng)化作用，能改善鋼的淬透性和回火穩(wěn) 定性，還能細(xì)化晶粒，改善碳化物不均勻性，從而提高鋼的強(qiáng)度和韌性。Mo對珠光體轉(zhuǎn)變 有顯著的推遲作用，而對貝氏體轉(zhuǎn)變影響較小，因而在相當(dāng)大的冷卻速度范圍內(nèi)可獲得全 部是貝氏體的組織。但添加過多會(huì)顯著提高材料的碳當(dāng)量從而不利于鏈條鋼的閃光焊接 性能。另外，Mo也是貴重金屬，含量過高會(huì)增加成本。本發(fā)明中Mo的含量控制在0.70? 0? 80%。
[0014]Cu:可提高鋼材的淬透性和耐腐蝕性能，降低鋼材的氫致裂紋敏感性。但過高的 Cu含量不利于鋼材的焊接性能，而且也易產(chǎn)生銅脆現(xiàn)象，惡化鋼材的表面性能，本發(fā)明Cu 是以殘余元素的形式存在的，其含量控制在< 0. 25%。
[0015]V:是使V(C，N)析出的元素，能以彌散析出的形式顯著提高鋼的強(qiáng)度。但若添加 量過高，則將降低鋼的韌性和焊接性能。本發(fā)明控制其含量在0. 08?0. 13%。
[0016]A1 :主要作用是固氮和脫氧，A1與N結(jié)合形成的A1N可以有效地細(xì)化晶粒，但含量 過高會(huì)損害鋼的韌性，本發(fā)明控制其含量在0. 02?0. 05%。
[0017]S、P:為鋼中的有害雜質(zhì)元素，易形成偏析、夾雜等缺陷。作為雜質(zhì)元素會(huì)給鋼材的 韌性(特別是心部的韌性）和閃光焊接熱影響區(qū)的韌性帶來不利的影響，應(yīng)盡量地減少其含 量。本發(fā)明控制P彡〇? 013%，S:彡0? 010%。
[0018]本發(fā)明解決另一技術(shù)問題的技術(shù)方案為，一種制造上述礦用大規(guī)格、高強(qiáng)度鏈條 鋼的方法，工藝步驟如下：首先將冶煉原料依次經(jīng)KR鐵水預(yù)處理、電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精 煉、VD或RH精煉和連鑄，得到滿足化學(xué)成分要求、規(guī)格為300X340mm2?390X510mm2的 鑄坯；將鑄坯放入緩冷坑，緩冷48小時(shí)以上，出坑；然后將鑄坯加熱至1150?1240°C，保溫 3?4小時(shí)，出爐；經(jīng)高壓水除鱗后進(jìn)行粗軋，粗軋工藝為先在往復(fù)式軋機(jī)上進(jìn)行軋制：開軋 溫度1100?1150°c、乳制總道次數(shù)10?15道次、單道次最大壓下量60_，然后再轉(zhuǎn)至平 立交替式連乳乳機(jī)，經(jīng)2?4道次乳制開述成140X140mm2?200X200mm2的方述，車L制 壓縮比大于4.9 ;粗軋完成后將得到的方坯放入緩冷坑緩冷，下坑溫度彡450°C，緩冷時(shí)間 彡48h;之后將方坯二次加熱至1180?1220°C，保溫2?3小時(shí)，出爐；經(jīng)高壓水除鱗后進(jìn) 行精軋，精軋工藝：開軋溫度1〇〇〇?ll〇〇°C、終軋溫度800?900°C、乳制壓縮比大于8,軋 成成品圓鋼；將成品圓鋼堆冷，堆冷后進(jìn)行退火處理，退火工藝為對圓鋼進(jìn)行加熱并在高溫 轉(zhuǎn)變區(qū)690°C停留10小時(shí)以上，然后以不高于30°C/h的冷卻速度緩慢冷卻以控制碳化物 顆粒的析出，控制鋼材的出爐溫度小于550°C，"退火"后的組織為鐵素體基體上彌散分布碳 化物質(zhì)點(diǎn)的索氏體，碳化物的顆粒大小和分布均勻程度取決于高溫轉(zhuǎn)變區(qū)停留時(shí)間，其硬 度值在170?220HB之間，矯直后即得鏈條鋼成品。
[0019]優(yōu)選地，所述連鑄工藝連鑄出的鑄坯滿足中心偏析< 1. 0級，中心疏松< 1. 5級。 [0020] 為了保證精軋作業(yè)精度，所述精軋采用23架次平立交替式連軋機(jī)組，其中前18架 軋機(jī)為兩輥軋機(jī)，后5架軋機(jī)為三輥軋機(jī)，其特點(diǎn)是軋制尺寸精度高、尺寸穩(wěn)定，有助于提 高鋼材成品率。
[0021] 優(yōu)選地，所述退火處理是在連續(xù)式輥底退火爐中進(jìn)行的。
[0022] 本發(fā)明針對目前礦用鏈條鋼大規(guī)格、高強(qiáng)度的需求，使用優(yōu)化的成分設(shè)計(jì)、高的鋼 水純凈度、中心偏析< 1. 〇級，中心疏松< 1. 5級的鑄坯作為坯料。并且在軋制和退火處 理前分別設(shè)置緩冷坑緩冷或堆緩冷以嚴(yán)格控制其H含量，另采取控制軋制加退火處理的方 法制造出滿足大規(guī)格、高強(qiáng)度且閃光焊接性能優(yōu)異的鏈條鋼，鏈條鋼的直徑范圍在40? 100_。本發(fā)明中的退火工藝是基于之前的成分配置、鑄坯規(guī)格及軋制工藝進(jìn)行設(shè)置的，根 據(jù)鋼材的成分配比，該鋼種屬于貝氏體鋼，鋼材受熱軋工藝的終軋溫度、冷卻條件、規(guī)格大 小（大厚度）的影響在熱軋后將可獲得貝氏體的混合組織、貝氏體+馬氏體的混合組織或貝 氏體+馬氏體+索氏體的混合組織，故本發(fā)明針對該鋼種采用退火工藝(或稱高溫回火)，在 高溫轉(zhuǎn)變區(qū)690°C停留10小時(shí)以上后，以小于30°C/h的冷卻速度緩慢冷卻，控制碳化物顆 粒的析出，控制材料的出爐溫度小于550°C，"退火"后的組織為鐵素體基體上彌散分布碳 化物質(zhì)點(diǎn)的索氏體，且碳化物顆粒大小均一、分布均勻，從而獲得更加穩(wěn)定的組織，縮小焊 接熱影響區(qū)，有效改善焊縫組織，鋼材硬度值在170?220HB之間。整個(gè)工藝流程為：配料 -KR鐵水預(yù)處理一電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉一LF精煉一VD或RH精煉一連鑄一緩冷坑緩冷一加熱 -高壓水除鱗一粗軋一緩冷坑緩冷一二次加熱一高壓水除鱗一精軋一堆冷一退火處理一 矯直。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于： (1)本發(fā)明采用全新的成分設(shè)計(jì)，從碳當(dāng)量對焊接性能的影響關(guān)系出發(fā)，在保證鏈條 鋼高強(qiáng)度的前提下，優(yōu)化各元素間的配比關(guān)系，使制得的鏈條鋼不僅具有更高的強(qiáng)度，屈服 強(qiáng)度彡980MPa，抗拉強(qiáng)度為彡1180MPa，延伸率彡13%，斷面收縮率彡50%，而且具有優(yōu)異的 閃光焊接性能。
[0024] (2)本發(fā)明生產(chǎn)的礦用鏈條鋼有更大的規(guī)格，鏈條鋼直徑可達(dá)40至100mm，且成 品尺寸精度商。
[0025] (3)本發(fā)明制造的鏈條鋼采用連續(xù)式高溫回火，而不是傳統(tǒng)鏈條鋼的臺車爐退 火，配合鋼的成分能得到更穩(wěn)定的、均勻的組織，有效改善焊縫組織，縮小焊接熱影響區(qū)，提 高鏈條焊接最薄弱的環(huán)節(jié)的性能。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0027] 實(shí)施例1 本實(shí)施例涉及的礦用大規(guī)格、高強(qiáng)度鏈條鋼的直徑為42mm，其化學(xué)成分按質(zhì)量