專利名稱：C級礦用圓環(huán)鏈用鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含錳的合金鋼，特別是一種C級礦用圓環(huán)鏈用鋼。
背景技術(shù)：
礦用高強度圓環(huán)鏈是煤礦機械中重要的易損部件。在GB12718/T-2001中，圓環(huán)鏈按力學性能要求分為B、C、D三個級別，目前C級圓環(huán)鏈使用量較大，廣泛采用25MnV和23MnCrNiMo54合金鋼進行制造。但25MnV僅適合制造小規(guī)格(Φ≤18mm)的C級圓環(huán)鏈(25MnV鋼礦用高強度圓環(huán)鏈的中頻感應(yīng)加熱淬火，金屬熱處理，11，2004；談礦用高強度C級圓環(huán)鏈制造用鋼的體會，中州煤炭，5，1997)。采用23SiMnV進行C級圓環(huán)鏈的制造，雖有報道(Si對礦用圓環(huán)鏈用的20SiMnV鋼強韌性的影響，機械工程材料，4，1986；用于礦山高強度圓環(huán)鏈的23SiMnV鋼，機械工程材料，3，1985)，但實際生產(chǎn)中很少采用，其規(guī)格也限制在Φ18mm以下。C級圓環(huán)鏈用鋼25MnV、23SiMnV鋼在大規(guī)格C級圓環(huán)鏈生產(chǎn)過程中存在的淬透性不足難以滿足標準規(guī)定的力學性能。有文獻報道將礦用圓環(huán)鏈國家標準中推薦的圓環(huán)鏈用鋼25SiMnMoV用于D級圓環(huán)鏈的制造(25SiMnMoV鋼礦用高強度圓環(huán)鏈性能的研究，金屬熱處理，10，1988)，但規(guī)格也限于Φ18mm，而且25SiMnMoV鋼因Si含量高影響鋼的閃光對焊性能，在實際的C級圓環(huán)鏈生產(chǎn)中沒有采用。《特殊鋼》1986年第5期曾經(jīng)報道了24SiMnNiMo圓環(huán)鏈用新鋼種，但用于D級圓環(huán)鏈生產(chǎn)，規(guī)格限于18mm直徑以下，軋后需要進行退火處理。在實際生產(chǎn)中，大規(guī)格直徑≥Φ22mm的C級圓環(huán)鏈廣泛采用23MnCrNiMo54鋼，該鋼種為國外牌號，合金成本高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，通過國外進口，雖然質(zhì)量高，但價格極其昂貴。近年來有文獻報道國內(nèi)對該牌號鋼進行了生產(chǎn)(煤機鏈條鋼的中溫回火轉(zhuǎn)變，金屬熱處理，10，2001)。因其生產(chǎn)工藝復(fù)雜等原因，國產(chǎn)23MnCrNiMo54鋼經(jīng)常存在組織不均勻性、不一致性的內(nèi)在質(zhì)量問題，其質(zhì)量還不能達到國外水平，降低了圓環(huán)鏈的生產(chǎn)效率，而且該鋼材價格也比較高。
近年來，河北工業(yè)大學發(fā)明了C級礦用圓環(huán)鏈用新鋼種，其中的23SiMnMoV(C 0.2～0.26％，Si 0.1～0.8％，Mn 1.2～2.0％，Mo 0.15～0.45％，V 0.05～0.15％)已經(jīng)進行了中等規(guī)格(Φ22mm)C級圓環(huán)鏈的工業(yè)化生產(chǎn)，同時申請了更大規(guī)格的C級圓環(huán)鏈用鋼發(fā)明專利，其中披露的化學組成質(zhì)量百分比為C 0.17～0.30％、Mn 1.2～2.0％、Si0.1～0.8％、Mo 0.1～0.5％、Cr 0.1～0.8％、V和/或Nb 0.03～0.15％、Al 0.02～0.05％、S≤0.03％、P≤0.03％、Cu≤0.2％、其余為Fe。CN 85103476A公開的D級圓環(huán)鏈用鋼，其組成的質(zhì)量百分比(％)為C，Si，Mn，Ni0.21～0.27，0.65～0.95，1.10～1.40，0.80～1.10；Mo，Al，S·P，Cr，Cu 0.10～0.20，0.02～0.05，≤0.035，≤0.35，≤0.25。其中含較多的貴重元素Ni，軋后必須退火才能滿足剪切下料的要求，因而鋼材生產(chǎn)成本高，只用于D級圓環(huán)鏈制造。SU1404549報道的合金鋼的組成是C 0.05-0.14％、Mn 2.0-2.5％、Cr 2.0-2.6％、Si 0.15-0.4％、Ni 0.2-0.4％、Mo 0.20-0.30％，并添加Al、N進行微合金化，其合金元素含量高，生產(chǎn)成本高，碳含量較低，因而耐磨性不好。CN1281906A公開了一種高強度、高韌性、耐腐蝕系泊鏈用鋼及其生產(chǎn)工藝，該鋼含有(重量％)C0.25％-0.33％、Si0.15％-0.30％、Mn1.45％-1.75％、Cr0.90％-1.40％、Ni1.00％-1.20％、Mo0.45％-0.65％、Nb0.02％-0.06％、Al0.020％-0.05％、殘余及有害元素P≤0.020％、S≤0.015％、Cu≤0.20％、Sn≤0.03％、Sb≤0.01％、As≤0.04％、B≤0.005％、[N]≤0.009％、[O]≤0.0020％、[H]≤0.0002％，其余為Fe。CN1202533A公開了一種高強度高韌性系泊鏈用鋼及系泊鏈的生產(chǎn)方法，鋼種為25CrMn2Mo，用于制造R 4級海洋系泊鏈。CN1275631A公開了一種四級系泊鏈用鋼，該鋼的化學成分重量百分比為碳0.25-0.30，硅0.15-0.37，錳0.90-1.70，鉻0.90-1.70，鉬0.40-0.60，鋁0.01-0.06，鎳0.00-0.20，銅0.00-0.25，磷0.000-0.025，硫0.000-0.025，鈮0.02-0.04，余量為鐵。RU 2101381與EP 20040002612披露的合金鋼中均含有Mn、Cr、Ni、Mo主要元素。上述專利文獻中公開的合金鋼中，Ni、Mo含量較高，與23MncrNiMo54鋼相當，生產(chǎn)成本較高。上述的CN1281906A、CN1202533A、CN1275631A所公開的均是高強度系泊鏈用鋼，倘若用于生產(chǎn)礦用圓環(huán)鏈，也存在著合金元素Mn、Cr、Ni、Mo含量高，淬透性高，鋼材軋后硬度高，不能滿足圓環(huán)鏈剪切下料的要求，需要進行退火處理，高的合金成本以及退火工序的增加導(dǎo)致鋼材生產(chǎn)成本顯著提高。同時在我國目前很多鋼鐵企業(yè)中軋后均無連續(xù)退火工序，離線退火成本更高，質(zhì)量也不易保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)之不足，提供一種用于生產(chǎn)φ34mm以下規(guī)格的C級礦用圓環(huán)鏈用鋼，使其在C級圓環(huán)鏈生產(chǎn)過程中具有較高的淬透性，滿足標準規(guī)定的力學性能，同時還具有良好的閃光對焊性能，而且在保證性能的前提下，生產(chǎn)成本明顯降低。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種C級礦用圓環(huán)鏈用鋼，其特征在于該礦用圓環(huán)鏈用鋼的化學成分按重量(質(zhì)量)百分數(shù)計為C 0.18～0.30％、Mn 1.2～2.0％、Si0.2～0.8％、Mo 0.15～0.5％、Nb 0.02～0.06％、Al 0.02～0.05％、S≤0.03％、P≤0.03％、Cu≤0.2％、其余為Fe。
本發(fā)明的礦用圓環(huán)鏈用鋼其各種化學成分的作用和限定用量的理由如下碳是制造大規(guī)格C級圓環(huán)鏈用鋼的重要元素，它對鋼基體的塑性、韌性以及對焊焊縫的焊接強度和韌性起著重要作用。研究表明，在錳含量較高的情況下，在基體組織為貝氏體或馬氏體時，碳含量超過0.3％時，將使鋼的塑性尤其是斷面收縮率和沖擊值大大下降。同時考慮到礦用圓環(huán)鏈產(chǎn)品對耐磨性的要求，碳含量以0.18％為下限。
錳是本發(fā)明的礦用圓環(huán)鏈用鋼中添加的主要合金元素，它與少量的鉬配合添加，可以顯著影響鋼的組織轉(zhuǎn)變動力學，起到抑制擴散型相變的作用，顯著提高鋼的淬透性。同時，它固溶于鐵素體中，起到固溶強化作用。綜合考慮到圓環(huán)鏈力學性能、工藝性能的要求以及鋼材生產(chǎn)的工藝路線，錳含量確定為1.2％～2.0％。
合金元素鉬的加入，可以改善鋼的閃光對焊性能，特別是提高對焊過程中的抗過熱能力，同時鉬與錳的聯(lián)合作用，又可以顯著提高奧氏體的穩(wěn)定性，提高鋼的淬透性，以確保大規(guī)格圓環(huán)鏈的力學性能達到標準的要求。過多的鉬的加入，將使鋼材成本顯著增加，而且作用效果不再顯著，因此鉬的含量確定為0.15％～0.5％。
元素硅的添加，主要是為了提高鋼的抗回火能力，提高鋼的屈服強度，使得成品圓環(huán)鏈的試驗伸長率滿足國家標準的要求?？紤]到硅含量的增加，影響閃光對焊的焊接性能。因此在本發(fā)明的礦用圓環(huán)鏈用鋼中，硅的添加量以0.8％為上限。
為了使得圓環(huán)鏈用鋼原料具有均勻細小的組織，本發(fā)明的礦用圓環(huán)鏈用鋼采用了鈮微合金化，同時改善閃光對焊焊縫處及熱影響區(qū)的組織，也有助于抑制淬火加熱時的晶粒長大，從而使鋼具有良好的塑性和韌性。
鋁只是在鋼的冶煉過程中由于添加氧化鋁所殘存的元素。
硫、磷和銅均是雜質(zhì)元素，其含量越少越好。
本發(fā)明的礦用圓環(huán)鏈用鋼的制備方法是按上述本發(fā)明的礦用圓環(huán)鏈用鋼的化學成分組成配料，通過轉(zhuǎn)爐煉鋼或電爐煉鋼、LF精煉即鋼包精煉、小方坯連鑄及熱軋工藝路線進行生產(chǎn)，這些工藝步驟都是冶金技術(shù)領(lǐng)域所公知的。本發(fā)明的礦用圓環(huán)鏈用鋼生產(chǎn)圓環(huán)鏈的工藝路線為剪切下料、熱編、噴砂、閃光對焊、預(yù)拉伸、調(diào)質(zhì)熱處理及二次預(yù)拉伸，這些工藝步驟也都是圓環(huán)鏈制造領(lǐng)域所公知的。
本發(fā)明的礦用圓環(huán)鏈用鋼用于生產(chǎn)采煤機械和運輸機械的高強度礦用圓環(huán)鏈。
本發(fā)明的有益效果是它根據(jù)擴散型相變以及馬氏體相變的理論，利用合金元素在鋼中的交互作用，發(fā)明的一種低成本新型圓環(huán)鏈用低碳多元低合金鋼，用以代替價格昂貴的23MnNiCrMo54鋼，制造規(guī)格直徑Φ34mm以下的C級高強度礦用圓環(huán)鏈，從而取得顯著的經(jīng)濟效益。本發(fā)明通過良好的合金化成分設(shè)計，與現(xiàn)有C級圓環(huán)鏈用鋼相比具有較高的性價比。
1.與25MnV、23MnSiV相比，本發(fā)明的礦用圓環(huán)鏈用鋼具有較高的淬透性，因而可用于制造直徑在18mm以上的圓環(huán)鏈，克服了已有生產(chǎn)大規(guī)格C級圓環(huán)鏈用鋼25MnV、23MnSiV在圓環(huán)鏈生產(chǎn)過程中存在的淬透性不足難以滿足標準規(guī)定的力學性能的缺點。
2.根據(jù)高強度C級圓環(huán)鏈的使用性能要求和生產(chǎn)工藝要求，以及結(jié)合現(xiàn)有的轉(zhuǎn)爐或電爐煉鋼+LF精煉+連鑄+熱軋的生產(chǎn)工藝路線及裝備水平，本發(fā)明的礦用圓環(huán)鏈用鋼的設(shè)計是基于以低碳馬氏體為圓環(huán)鏈產(chǎn)品的使用組織，采用最佳的Mn、Mo、Si的多元合金化作用，在經(jīng)淬火回火后，滿足圓環(huán)鏈的各項力學性能要求，同時在熱軋條件下，能夠獲得非馬氏體組織，省去23MnCrNiMo54鋼的軋后退火工序，具有均勻的組織和較低的硬度，有利于圓環(huán)鏈的剪切下料，在大規(guī)格熱編鏈時，能夠達到焊縫間隙均勻一致，具有良好的閃光對焊性能。
3.本發(fā)明的礦用圓環(huán)鏈用鋼在確保深加工產(chǎn)品圓環(huán)鏈力學性能和工藝性能的前提下，與23MnNiCrMo54鋼相比，省去了貴重合金元素Ni，合金元素Mo的含量有所降低，采用我國煉鋼企業(yè)普遍已經(jīng)建設(shè)的電爐煉鋼或轉(zhuǎn)爐煉鋼+爐外精煉+小方坯連鑄+熱軋工藝路線進行生產(chǎn)，不必采用軋后退火，鋼的生產(chǎn)工序簡化，生產(chǎn)成本顯著降低。同時也避免了23MnNiCrMo54鋼軋后退火造成的組織、硬度不均勻而影響焊接的問題，鋼材的組織和質(zhì)量得到穩(wěn)定控制，具有良好的圓環(huán)鏈生產(chǎn)工藝性能，所制造的圓環(huán)鏈力學性能優(yōu)于GB/T12718-2001的要求。與近年來河北工業(yè)大學發(fā)明的23SiMnMoV鋼相比，采用Nb取代V，在高溫下更為有效地抑制晶粒長大，同時在保證性能的前提下，由于采用較低的微合金含量，生產(chǎn)成本明顯降低。本發(fā)明的礦用圓環(huán)鏈鋼將顯著提高鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)和煤礦機械廠的經(jīng)濟效益。
具體實施例方式
實施例1本發(fā)明的礦用圓環(huán)鏈用鋼配料的化學成分按重量百分數(shù)計為C0.22％、Mn 2.0％、Si 0.2％、Mo 0.5％、Nb 0.03％、Al 0.02％、S0.03％、P 0.02％、Cu 0.08％、其余為Fe。將該配料經(jīng)轉(zhuǎn)爐熔煉、LF精煉、150方坯連鑄、熱軋成Φ22mm用于采煤機械和運輸機械礦的高強度礦用圓環(huán)鏈用鋼；再經(jīng)剪切下料、熱編、噴砂、閃光對焊、預(yù)拉伸、調(diào)質(zhì)熱處理、二次預(yù)拉伸制得22×86圓環(huán)鏈成品。該22×86圓環(huán)鏈成品拉伸力學性能破斷負荷750KN、破斷伸長率15％、試驗伸長率1.4％；疲勞性能大于30000次。
實施例2本發(fā)明的礦用圓環(huán)鏈用鋼配料的化學成分按重量百分數(shù)計為C0.18％、Mn 2.0％、Si 0.75％、Mo 0.25％、Nb 0.05％、Al 0.02％、S 0.03％、P 0.01％、Cu 0.08％、其余為Fe。按實施例1制成的22×86圓環(huán)鏈成品拉伸力學性能破斷負荷730KN、破斷伸長率16％、試驗伸長率1.42％；疲勞性能大于30000次。
實施例3本發(fā)明的礦用圓環(huán)鏈用鋼配料的化學成分按重量百分數(shù)計為C0.23％、Mn 1.58％、Si 0.65％、Mo 0.3％、Nb 0.035％、Al 0.03％、S 0.01％、P 0.02％、Cu 0.13％、其余為Fe。將該配料經(jīng)轉(zhuǎn)爐熔煉、LF精煉、150方坯連鑄、熱軋成Φ26mm用于采煤機械和運輸機械礦的高強度礦用圓環(huán)鏈用鋼；再經(jīng)剪切下料、熱編、噴砂、閃光對焊、預(yù)拉伸、調(diào)質(zhì)熱處理、二次預(yù)拉伸制得26×92圓環(huán)鏈成品。該26×92圓環(huán)鏈成品拉伸力學性能破斷負荷930KN、破斷伸長率14％；試驗伸長率1.4％；疲勞性能大于30000次。
實施例4本發(fā)明的礦用圓環(huán)鏈用鋼配料的化學成分按重量百分數(shù)計為C0.25％、Mn 2.0％、Si 0.8％、Mo 0.15％、Nb 0.035％、Al 0.02％、S 0.03％、P 0.01％、Cu 0.08％、其余為Fe；按實施例3制成的26×92圓環(huán)鏈成品拉伸力學性能破斷負荷920KN、破斷伸長率15％、試驗伸長率1.40％；疲勞性能大于30000次。
實施例5本發(fā)明的礦用圓環(huán)鏈用鋼配料的化學成分按重量百分數(shù)計為C0.30％、Mn 1.38％、Si 0.8％、Mo 0.35％、Nb 0.035％、Al 0.05％、S 0.02％、P 0.03％、Cu 0.2％、其余為Fe。將該配料經(jīng)轉(zhuǎn)爐熔煉LF精煉、150方坯連鑄、熱軋成Φ30mm用于采煤機械和運輸機械礦的高強度礦用圓環(huán)鏈用鋼；再經(jīng)剪切下料、熱編、噴砂、閃光對焊、預(yù)拉伸、調(diào)質(zhì)熱處理、二次預(yù)拉伸制得30×126圓環(huán)鏈成品。該30×126圓環(huán)鏈成品拉伸力學性能破斷負荷1220KN、破斷伸長率14.5％；試驗伸長率1.1％；疲勞性能大于30000次。
實施例6本發(fā)明的礦用圓環(huán)鏈用鋼配料的化學成分組成的重量(質(zhì)量)百分數(shù)為C 0.28％、Mn 1.48％、Si 0.65％、Mo 0.25％、Nb 0.045％、Al 0.05％、S 0.03％、P 0.01％、Cu 0.2％、其余為Fe。其他同實施例5。
上述各實施例中圓環(huán)鏈抗彎性能按GB/T12718-91檢驗均合格。
實施例7轉(zhuǎn)爐煉鋼以鐵水為原料，以石灰、螢石等為輔料，通過堿性氧化爐渣去除鐵水中的磷、硫以及氧化脫碳，按上述實施例中的任意一種配方，添加配料元素達到合金鋼中各種元素的含量要求，或電爐煉鋼方法以廢鋼為原料，使廢鋼熔化、通過吹氧造渣、氧化去磷、脫碳去氫、還原脫硫、按上述實施例中的任意一種配方，添加配料元素達到合金鋼中各種元素的含量要求；利用LF精煉爐使組成成分均勻、得到精確控制，造白渣脫氧，白渣保持時間10分鐘，溫度控制在1610～1680℃；采用150方坯連鑄，中包溫度為1510～1550℃，拉速穩(wěn)定，控制在1.8～2.8m/min之間，連鑄坯熱軋成圓鋼，開軋溫度為970℃，軋后圓鋼緩冷，制得上述實施例中的任意一種礦用圓環(huán)鏈用鋼。
權(quán)利要求
1.一種C級礦用圓環(huán)鏈用鋼，其特征在于該礦用圓環(huán)鏈用鋼的化學成分按重量百分數(shù)計為C 0.18～0.30％、Mn 1.2～2.0％、Si 0.2～0.8％、Mo 0.15～0.5％、Nb 0.02～0.06％、Al 0.02～0.05％、S≤0.03％、P≤0.03％、Cu≤0.2％、其余為Fe。
全文摘要
一種C級礦用圓環(huán)鏈用鋼，其特點是該礦用圓環(huán)鏈用鋼的化學成分按重量百分數(shù)計為C 0.18～0.30％、Mn 1.2～2.0％、Si 0.2～0.8％、Mo 0.15～0.5％、Nb 0.02～0.06％、Al 0.02～0.05％、S≤0.03％、P≤0.03％、Cu≤0.2％、其余為Fe。本發(fā)明的礦用圓環(huán)鏈用鋼采用我國煉鋼企業(yè)普遍已經(jīng)建設(shè)的電爐煉鋼或轉(zhuǎn)爐煉鋼+爐外精煉+小方坯連鑄+熱軋工藝路線進行生產(chǎn)，不必采用軋后退火，鋼材的組織和質(zhì)量得到穩(wěn)定控制，生產(chǎn)工序簡化，鋼材生產(chǎn)成本顯著降低。本發(fā)明的礦用圓環(huán)鏈用鋼具有良好的圓環(huán)鏈生產(chǎn)工藝性能和較高的淬透性，可用于制造直徑34mm以下的C級圓環(huán)鏈，具有突出的技術(shù)經(jīng)濟合理性。
文檔編號C22C38/16GK1908216SQ20061004812
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月9日
發(fā)明者王寶奇, 申志來 申請人:河北正同科技開發(fā)有限公司