履带链轨节用35MnBM钢及其制备方法及步骤

　　本发明属于冶金技术领域，尤其是一种履带链轨节用35mnbm钢及其制备方法。

　　背景技术

　　近几年，我国工程机械行业得到了迅速发展，履带链轨节是挖掘机设备重要组成部分，是易磨损、易断裂零件。链轨节作为履带行走装置中重要的组成部分，在工作过程中不仅承受整台机器的重量以及驱动轮对它的驱动力，转向过程中还要承受支重轮的侧向力作用，挖掘机运行在凹凸不平的道路时还会使链轨节承受冲击载荷。这就造成一旦链轨节发生失效破坏，则整台机器就无法继续工作。因为链轨节外形不规则，各部位尺寸不同，在热处理时经常会发生淬裂现象，造成废品率较高，不利于降低挖掘机制造成本。链轨节需要材料具有高的淬透性，同时对材料不同位置端淬值有较高的要求，尤其距表面1.5mm处硬度大于或等于hrc50～58，指距表面13mm处硬度大于或等于hrc40～50，指距表面19mm处硬度大于或等于hrc32～40。链轨节用35mnbm钢还要求有细的晶粒度，一般要求大于或等于5级，以提高链轨节的韧性和避免链轨节在热处理时的淬火裂纹。因此研究链轨节35mnbm用钢发展和推广应用，对于节约合金资源，提高产品的机械性以及提高经济效益，具有重要的实际意义。

　　技术实现要素：

　　本发明要解决的技术问题是提供一种性能好的履带链轨节用35mnbm钢；本发明还提供了一种履带链轨节用35mnbm钢的制备方法。

　　为解决上述技术问题，本发明所采取的其化学成分及质量百分含量为：c0.33%～0.36%、si0.22%～0.28%、mn1.30%～1.40%、cr0.19%～0.23%、mo≤0.015%、ni≤0.10%、al0.020%～0.030%、p≤0.020%、s≤0.020%、cu≤0.10%、b0.0020%～0.0030%、ti0.03%～0.04%，ti/n≥4，余量为fe和不可避免的杂质。

　　本发明各成分的功能机理为：

　　c：碳含量是材料的一项重要指标。当链轨节钢含碳量超过0.40%时，钢的韧性较差，容易出现淬火裂纹；当含碳量在0.30%以下时，由于淬火硬度较低，故耐磨性较差；当含碳量在0.33%～0.36%时，其抗拉强度较高，具有理想的力学性能，因此碳含量设定为0.33%～0.36%。

　　mn：锰和铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。锰在钢中由于降低临界转变温度，起到细化珠光体的作用；也间接地起到提高珠光体钢强度的作用；锰稳定奥氏体组织的能力仅次于镍，也强烈增加钢的淬透性。锰是强烈增加淬透性且价格便宜的一种元素。国家标准中同类型钢的锰含量为1.3%～1.40%，经固溶处理后有良好的韧性，当受到冲击而变形时，表面层将因变形而强化，具有高的耐磨性。锰与硫形成熔点较高的mns，可防止因fes而导致的热脆现象。锰有增加钢晶粒粗化的倾向和回火脆性敏感性。考虑到链轨节形状复杂，锰含量高容易引起热处理裂纹，所以适当降低了锰含量，最后设定为1.30%～1.40%。

　　b：硼是钢中另外一个重要元素。硼可以提高材料的淬透性，同时适量硼元素可以改善材料的屈服强度、抗拉强度、疲劳强度和耐磨性。钢材中锰与硼同时加入，可以提高材料的耐磨性能；高锰钢容易发生裂纹现象，寿命比较短，加入硼元素，在低冲击载荷作用下，材料的硬度可以提高约50hrc，使用寿命可以提高2倍左右。硼是35mnbm中重要一个元素，它的发展和推广应用，对于节约合金资源，提高机械性能以及提高经济效益，有着重要作用。因此b的设定含量为0.0020%～0.0030%。

　　cr：铬提高材料的强度和硬度，通过减缓奥氏体的分解速度来提高淬透性，并可在渗碳表面形成含铬碳化物以提高耐磨性。含量超12%时，使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用。还增加钢的热强性，铬为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。cr的设定含量为0.19%～0.23%，由于铬使钢的热导率下降，热加工时要缓慢升温，锻、轧后要缓冷。

　　mo：钼对铁素体有固溶强化作用，同时也提高碳化物的稳定性，因此可以提高钢的强度。钼对改善钢的延展性和韧性以及耐磨性起到有利作用。钼在钢中能提高淬透性，能使较大断面的零件淬深、淬透，提高钢的抗回火性或回火稳定性，使零件可以在较高温度下回火，从而更有效地消除（或降低）残余应力，提高塑性，但是mo含量过多会增大晶间腐蚀倾向。mo的设定含量为≤0.015%。

　　si：硅能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，其作用仅次于磷，较锰、镍、铬、钨、钼和钒等元素强。通过提高退火、正火和淬火温度，来提高亚共析钢淬透性。但含硅超过3%时，将显著降低钢的塑性和韧性。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比(σs/σb)，以及疲劳强度和疲劳比(σ-1/σb)等，si的设定含量为0.22%～0.28%。

　　s：硫在钢中偏析严重，容易形成夹杂物，不利于改善钢水纯净度；在高温下，降低钢的塑性，是一种有害元素。它以熔点较低的fes的形式存在；单独存在的fes的熔点只有1190℃，而在钢中与铁形成共晶体的共晶温度更低，只有988℃。当钢凝固时，硫化铁析集在原生晶界处；钢在1100～1200℃进行轧制时，晶界上的fes就将熔化，会大大地削弱晶粒之间的结合力，导致钢的热脆现象。s的设定含量为s≤0.020%。

　　p：磷是钢中有害杂质之一。含磷较多的钢，在室温或更低的温度下使用时，会偏析严重、容易脆裂，称为冷脆；显著的降低钢的塑性和韧性。磷是有害元素，应严加控制，p的设定含量为≤0.020%。

　　ti：钛为强碳化物及氮化物形成元素，其氮化物可以组织奥氏体晶粒长大，提高晶粒粗化温度。ti在硼钢中主要作用是固氮，发挥有效硼的作用，提高材料的淬透性。ti的设定含量为0.03%～0.04%。

　　al：铝在钢中能形成氧化物、氮化物等；能阻止奥氏体晶粒长大，提高晶粒粗化温度，细化晶粒。而al含量较高时，会从材料的金相组织中发现其晶粒间有很多的aln杂质。该杂质降低了晶粒间的边界强度，对材料的冲击韧性和塑性也有影响，在循环载荷作用下，含有杂质处容易产生微观裂纹。这就要求在零部件的制造过程中应注意避免引入杂质，以免降低结构的强度。al的设定含量为0.020%～0.030%。

　　本发明方法其包括转炉冶炼、lf精炼、vd真空精炼、连铸、加热和轧制工序，所述vd真空精炼工序：vd破空后喂线及合金化：先加入ti线，再软吹3～5分钟，然后加入casi线和feb；

　　所述连铸工序：浇注温度控制在1618～1658℃，控制浇注速度；连浇包过热度为15～30℃，连铸拉坯速度为0.7～0.8m/min；

　　所述加热工序：均热温度为1170～1240℃，在炉加热时间为2～2.5h；

　　所述轧制工序：开轧温度为1090～1150℃，终轧温度950～1000℃。

　　本发明方法所述转炉冶炼工序：出钢中碳含量≥0.08wt%，p含量≤0.015wt%。

　　本发明方法所述lf精炼工序：精炼过程全程吹氩，氩气压力为0.1～1.5mpa、流量为10～60nl/min。

　　本发明方法所述vd真空精炼工序：真空度≤67pa，保持8～13min。

　　采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过成分控制，能降低钢中的夹杂物，提高钢水的洁净度，铸坯的轧制质量得到有效地提高；本发明中ti/n≥4，ti在硼钢中主要作用是固氮，从而能发挥有效硼的作用，提高材料的淬透性。

　　本发明方法通过工艺控制，能有效的提高链轨节用钢的淬透性能，提升链轨节性能和质量。

　　具体实施方式

　　下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

　　实施例：本履带链轨节用35mnbm钢的制备方法采用下述具体工艺。

　　（1）化学成分：各实施例履带链轨节用35mnbm钢的化学成分组成及质量百分含量见表1。

　　表1：各实施例35mnbm钢的化学成分

　　（2）本履带链轨节用35mnbm钢的制备方法采用顶底复吹转炉+lf(炉外精炼)+vd工艺冶炼，连铸浇注铸坯-加热-轧制成材工艺生产钢材。各工序工艺如下所述：

　　a、转炉冶炼工序：出钢中碳含量≥0.08wt%，p含量≤0.015wt%。

　　b、lf精炼工序：精炼过程全程吹氩，氩气压力为0.1～1.5mpa、流量为10～60nl/min。

　　c、vd真空精炼工序：真空度≤67pa，保持8～13min；vd破空后喂线及合金化，可以提高合金收得率：先加入ti线，再软吹3～5分钟，然后加入casi线和feb，确保化学成分符合设计要求。

　　d、连铸工序：浇注温度控制在1618℃～1658℃，控制浇注速度，可保证对钢的高倍、低倍、发纹的要求；连浇包过热度为15℃～30℃，连铸拉坯速度为0.7～0.8m/min，可以较好控制连铸坯的低倍质量。

　　e、加热工序：均热温度为1170℃～1240℃，在炉加热时间为2h～2.5h，使连铸坯内外温度均匀，满足轧制温度要求。

　　f、轧制工序：开轧温度为1090℃～1150℃，终轧温度950℃～1000℃。轧制类型为奥氏体再结晶控制轧制（又称为ⅰ型控制轧制或常规轧制），在奥氏体变形过程中和变形后自发产生奥氏体再结晶的区域中轧制，一般温度较高，在1000℃以上。在奥氏体变形过程中产生动态再结晶，在奥氏体变形后发生静态再结晶。前者一般要求在温度高而变形速度较慢的条件下产生，而且要求超过动态再结晶临界变形量。静态再结晶发生条件是变形量要超过静态再结晶临界变形量。因此，要通过反复变形再结晶，细化奥氏体晶粒。

　　各实施例转炉冶炼、lf精炼和vd真空精炼工序的具体工艺参数见表2；各实施例连铸、加热和轧制工序的具体工艺参数见表3。

　　表2：各实施例炼制过程的具体工艺参数

　　表3：各实施例制备过程的具体工艺参数

　　（3）各实施例履带链轨节用35mnbm钢端淬值检验见表4。

　　表4：各实施例35mnbm钢的端淬值

　　由表4可以看出，本方法所得链轨节用35mnbm钢端淬值满足淬透性要求。

　　技术特征：

　　技术总结

　　本发明公开了一种履带链轨节用35MnBM钢及其制备方法，其化学成分及质量百分含量为：C?0.32%～0.36%、Si?0.15%～0.30%、Mn?1.10%～1.40%、Cr?0.15%～0.25%、Mo≤0.015%、Ni≤0.20%、Al?0.015%～0.065%、P≤0.025%、S≤0.025%、Cu≤0.25%、B?0.0005%～0.0030%、Ti?0.02%～0.065%、Ti/N≥4、O≤20ppm、N≤80ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。本35MnBM钢通过成分控制，能降低钢中的夹杂物，提高钢水的洁净度，铸坯的轧制质量得到有效地提高；本发明中Ti/N≥4，Ti在硼钢中主要作用是固氮，从而能发挥有效硼的作用，提高材料的淬透性。本方法通过工艺控制，能有效的提高链轨节用钢的淬透性能，提升链轨节性能和质量。

　　技术研发人员：郭晓霞;赵杰;赵亮;李志豪;李双居;丁辉;华祺年;刘军会;杨进航;戴观文;席军良;张国涛;蔡振雷;丁志军;霍彦鹏;张晓辉;王府宝

　　受保护的技术使用者：石家庄钢铁有限责任公司

　　技术研发日：2018.07.17

　　技术公布日：2018.12.14