专利名称：一种用于制造履带式起重机履带板的低合金钢及制备方法
技术领域：
本发明涉及金属材料，具体涉及一种用于制造履带式起重机履带板的低合金钢及 其制备方法。
背景技术：
履带式起重机是一种高层建筑施工用的自行式起重机，履带接地面积大，通过性 好，适应性强，可带载行走。可进行挖土、夯土、打桩等多种作业，广泛应用于建筑、石油、 化工、电力、交通、能源及农田水利，为起重、安装转运物资及搬运物料等各种作业提供了方 便，提高了工作效率。履带板是构成履带式起重机底盘的重要结构，履带式起重机自身重量较大，作业 时还要承载重荷，高强度的履带板是履带式起重机实现其吊载功能的可靠保证。现有技术中，小吨位履带式起重机履带板一般采用ZG35Mn材质，大吨位履带式 起重机履带一般采用ZG30CrMo、ZG30NiCrMo或ZG34Cr2Ni2Mo材质。对于大吨位履带式 起重机履带板而言，采用ZG30CrMo或ZG30NiCrMo材质，力学性能难以满足大吨位履带式 起重机的使用要求，在实际使用过程中经常发生断裂事故，而采用ZG34Cr2Ni2Mo材质，力 学性能虽能满足要求，但材料成本较高。ZG30CrMo的化学成分为0. 30wt % 0. 37wt % 的 C，0. 30wt% 0.Si，0. 50wt% 0.Mn，0. 80wt% 1.Cr， 0. 20wt% 0. 30衬％的Mo，余量为Fe和不可避免的杂质。其力学性能指标如下屈服强 度彡510Mpa，抗拉强度彡740-880Mpa，延伸率彡12%, AKDVM彡27J。ZG30NiCrMo的典型成 分为0. 25wt% 0. C，0. 30wt% 0. Si，0. 70wt% 1. Mn， 0. 60wt % 0. 90wt % 的 Cr，0. 60wt % 1. lOwt % 的 Ni，0. 35wt % 0. 50wt % 的 Mo，余量为 Fe和不可避免的杂质。其力学性能指标如下屈服强度> 590Mpa，抗拉强度> 730Mpa，延 伸率> 17%，断面收缩率>35%。由这两种材料制造的履带板的力学性能只能满足一般履 带板的要求，不能满足大吨位履带板的要求。因此，需要提供一种既经济、强度又高的用于制造履带式起重机履带板的低合金 钢，其力学性能可以满足大吨位履带板的要求。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种材料经济、强度高、适用于制造履带式起重 机履带板的低合金钢，其力学性能能够满足大吨位履带板的要求。本发明提供一种用于制造履带式起重机履带板的低合金钢，包括0. 25wt % 0. 35wt % 的 C ；0. 40wt % 0. 60wt % 的 Si ；1. 02wt% 1.Mn ；0. 80wt% 1.Cr ；0. 60wt % 1. OOwt % 的 Ni ;
0. 30wt% 0.Mo ；0· 0 Iwt % 0. 05wt % 的 Re ；
余量为Fe和不可避免的杂质。优选的，所述低合金钢包括1. 05wt% 1.Mn。优选的，所述低合金钢包括0. 015wt% 0. 040wt的Re。本发明还提供一种用于制造履带式起重机履带板的低合金钢的制备方法，包括铸造工序制备上述技术方案所述的低合金钢铸件；热处理工序将上述铸造成型的低合金钢升温至850°C 950°C进行正火，将经过 正火处理的低合金钢升温至850°C 950°C进行淬火，将经过淬火处理的低合金钢升温至 550°C 650°C进行高温回火，将经过高温回火后的低合金钢表面升温至820°C 900°C进 行表面淬火，再升温至160°C 220°C进行低温回火。优选的，在所述热处理工序中，正火温度为860°C 920°C。优选的，在所述热处理工序中，正火保温时间为2 4小时。优选的，在所述热处理工序中，淬火温度为860°C 900°C。优选的，在所述热处理工序中，淬火保温时间为2 3小时。优选的，在所述热处理工序中，高温回火温度为560°C 640°C。优选的，在所述热处理工序中，高温回火保温时间为2 4小时。优选的，在所述热处理工序中，表面淬火采用电感应加热法。优选的，在所述热处理工序中，表面淬火温度为840°C 890°C。优选的，在所述热处理工序中，低温回火温度为160°C 200°C。优选的，在所述热处理工序中，低温回火保温时间为1 3小时。本发明提供一种用于制造履带式起重机履带板的低合金钢，其成分为 0. 25wt % 0. 35wt % 的 C ；0. 40wt % 0. 60wt % 的 Si ；1. 02wt % 1. 40wt % 的 Mn ； 0. 80wt % 1. 20wt % 的 Cr ；0. 60wt % 1. OOwt % 的 Ni ；0. 30wt % 0. 60wt % 的 Mo ； 0. 01wt% 0.Re ；余量为Fe和不可避免的杂质。相对于ZG30NiCrMo牌号低合金 钢，本发明提供的低合金钢增加了 Mn的含量，并添加了稀土元素。实验结果表明，该合金钢 具有较高的强度，利用本发明提供的低合金钢制备履带式起重机履带板，较由ZG3(MiCrMo 板材制备的履带板强度有很大提升，其力学性能能够满足大吨位履带板的要求。本发明还提供了一种用于制造履带式起重机履带板的低合金钢的制备方法，按照 本发明，将上述成分的低合金钢制备而成的履带式起重机履带板具有很好的力学性能。实 验结果表明，可以提高履带板的强度，使其力学性能满足大吨位履带板的要求。
图1为本发明提供的履带板产品的主视图；图2为图1所示履带板产品的侧视图；图3为图1所示履带板产品的俯视图；图4为产品进行弯曲试验方法示意图。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是 应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的 限制。本发明实施例提供一种用于制造履带式起重机履带板的低合金钢，包括C 0. 25wt% 0. 35wt%C在钢中形成碳化物，有助于提高钢的淬火性和强度，此外，它还作为一种奥氏体 形成元素，抑制δ铁素体的形成，但是，C的含量过多会使钢的淬裂感受性增大，从而韧性 降低。因此，使低合金钢中C的含量为0. 25wt% 0. 35wt%。本发明提供的低合金钢中C 的优选含量为0. 28wt% 0. 32wt%。 Si :0. 40wt% 0. 60wt%Si是脱氧所需元素，并能改善钢的抗氧化性和抗腐蚀性，但Si的含量过多会造成 钢的耐SSC性和韧性降低。因此，使低合金钢中Si的含量为0. 40wt%~ 0. 60wt%o本发 明提供的低合金钢中Si的优选含量为0. 45wt% 0. 55wt%。Mn :1. 02wt % 1. 40wt %Mn是脱氧和脱硫所需元素，能够提高钢的硬度，改善钢的淬火性能，但Mn的含量 过多会降低钢的韧性及强度。本发明在ZG30NiCrMo的基础上，然后配以稀土元素来使合金 的强度提高。按照本发明，低合金钢中Mn的含量为1.02wt% 1.40wt%。本发明提供的 低合金钢中Mn的优选含量为1. 05wt% 1. 35wt%。Cr :0. 80wt% 1. 20wt%Cr能提高钢的强度，提高淬火性的同时提高回火软化阻力，使能够进行高温回火， 提高耐SSC性，但Cr添加过量则会导致碳化物粗化，引起钢韧性降低。因此，使低合金钢中 Cr的含量为0. 80wt% 1. 20wt%o本发明提供的低合金钢中Cr的优选含量为0. 85wt% 1. 15wt%。Ni :0. 60wt% 1. OOwt%Ni是一种奥氏体形成单元，抑制δ铁素体的形成，保证组织的稳定性，能够提高 钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性，但M含量过多会影响钢的延展性。因此，使低合 金钢中Ni的含量为0.60wt% 1.00wt%。本发明提供的低合金钢中Ni的优选含量为 0. 70wt% 0. 95wt%。Mo :0. 30wt% 0. 60wt%Mo以碳化物形式析出来增大钢的蠕变强度，Mo与Si结合能够提高钢的抗腐蚀性 和抗氧化性，Mo还可以细化钢的晶粒，提高钢的淬火性，但Mo的含量过多会导致回火时析 出针状Mo碳化物，从而造成钢的韧性和耐SSC性下降。因此，使低合金钢中Mo的含量为 0. 30wt% 0. 60wt%。本发明提供的低合金钢中Mo的含量优选为0. 35wt% 0. 55wt%。Re :0. Olwt0. 05wt%Re能细化晶粒，减少二次晶间距，减少钢中的气体和夹杂，并使夹杂相区域球化。 此外，稀土元素还降低熔体表面张力，增加流动性，有利于浇注成形，Re还能改善钢的韧性 还耐磨性。所述Re可以为镧(La)、铺(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、轧 (Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)钪(Sc)或钇(Y)中的一种或几种。低合金钢中Re的含量为0.01wt% 0.05wt%。本发明提供的低合金钢中Re 的优选含量为0. 015wt% 0. 040wt%。所述不可避免的杂质具体例子为P、S，所述P含量优选小于0. 030wt%、所述S含 量优选小于0. 030wt%。P的含量过多会影响钢的可加工性，降低韧性和耐SSC性降低，因此，使低合金钢 中P的含量控制在下0. 030wt %以下，优选的P含量越少越好；S含量过高会使钢耐SSC性 降低，因此，使低合金钢中S的含量控制在0. 030wt%以下，优选的S含量越少越好。余量为Fe。
本发明还公开了一种用于制造履带式起重机履带板的低合金钢的制备方法，包括铸造工序制备上述技术方案所述的低合金钢铸件；热处理工序将上述铸造成型的低合金钢升温至850°C 950°C进行正火，将经 过正火处理后的低合金钢升温至850°C 950°C进行淬火，将经过淬火处理后的低合金钢 升温至550°C 650°C进行高温回火，将经过回火处理后的低合金钢表面升温至820°C 900°C进行表面淬火，再升温至160°C 220°C进行低温回火。铸造方式可以为砂型铸造、金属型铸造等本领域技术人员熟知的技术方法。铸造后将成形的低合金钢升温至850°C 950°C进行正火，加热温度至少为 850°C，更优选为860°C 920°C，保温时间为2 4小时；正火处理后对上述低合金钢升温 至850°C 950°C进行淬火，加热温度优选为860°C 900°C，保温2 3小时，冷却介质可 以为水或油；淬火后将上述低合金钢升温至550°C 650°C进行高温回火，加热温度优选为 560°C 640°C，保温2 4小时，冷却介质为水；高温回火后将上述低合金钢表面加热至 820°C 900°C，然后快速冷却，表面淬火采用的快速加热方法可以为电感应，火焰，电接触， 激光等，优选的为电感应加热，加热温度优选为840°C 890°C，冷却介质可以为水或油；表 面淬火后将上述低合金钢升温至160°C 200°C进行低温回火，加热温度优选为170°C 190°C，保温1 3小时。所述正火、高温回火和低温回火的冷却环节，可以是将低合金钢在 退火炉中冷却到室温，或者在空气中冷却，对此本发明并无特别的限制。本发明提供一种用于制造履带式起重机履带板的低合金钢，其成分为0. 25wt% 0. 35wt % 的 C ；0. 40wt % 0. 60wt % 的 Si ； 1. 02wt % 1. 40wt % 的 Mn ；0. 80wt % 1. 20wt % 的 Cr ；0. 60wt% 1.；0. 30wt% 0. 60wt%&Mo ；0. 01wt% 0. 05wt%&Re ；余 量为Fe和不可避免的杂质。相对于ZG30mCrMo牌号低合金钢，本发明提供的低合金钢增加 了 Mn的含量，并添加了稀土元素。实验结果表明，该合金钢具有较高的强度，利用本发明提供 的低合金钢制备的履带式起重机履带板，较由ZG30mCrMo材质制备的履带板强度有很大提 升，其力学性能能够满足大吨位履带板的要求。本发明还提供了一种用于制造履带式起重机履带板的低合金钢的制备方法，按照 本发明，将上述成分的低合金钢制备而成的履带式起重机履带板具有很好的力学性能。实 验结果表明，可以提高履带板的强度，使其力学性能满足大吨位履带板的要求。为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明提供的低合金钢及制备方法进 行描述。实施例11)铸造如表1所述成分的低合金钢铸件及随炉试棒
表1实施例1中低合金钢成分(wt % ) 取步骤1)所述的低合金钢铸件及随炉试棒，继续按照如下步骤加工2)升温至920°C，保温2. 5小时，在空气中冷却；3)将步骤2)所得的低合金钢铸件及随炉试棒升温至900°C，保温2小时，在油中 快速冷却；4)将步骤3)所得的低合金钢铸件及随炉试棒升温至630°C，保温2. 5小时，在水 中冷却；5)对步骤4)所得的低合金钢铸件表面局部进行中频感应加热使低合金钢铸件表 面局部升温至860°C，随即喷水快速冷却；6)将步骤5)所得的低合金钢铸件升温至180°C，保温2小时，在空气中冷却。实施例21)铸造如表2所述成分的低合金钢铸件及随炉试棒表2实施例2中低合金钢成分(wt % ) 取步骤1)所述的低合金钢铸件及随炉试棒，继续按照如下步骤加工2)升温至900°C，保温2. 5小时，在空气中冷却；3)将步骤2)所得的低合金钢铸件及随炉试棒升温至880°C，保温2小时，在油中 快速冷却；4)将步骤3)所得的低合金钢铸件及随炉试棒升温至580°C，保温3小时，在水中 冷却；5)对步骤4)所得的低合金钢铸件表面局部进行中频感应加热使低合金钢铸件表 面局部升温至880°C，随即喷水快速冷却；6)将步骤5)所得的低合金钢铸件升温至180°C，保温2小时，在空气中冷却。实施例31)铸造如表3所述成分的低合金钢铸件及随炉试棒表3实施例3中低合金钢成分(wt % ) 取步 骤1)所述的低合金钢铸件及随炉试棒，继续按照如下步骤加工2)升温至900°C，保温2. 5小时，在空气中冷却；3)将步骤2)所得的低合金钢铸件及随炉试棒升温至870°C，保温2小时，在油中 快速冷却；4)将步骤3)所得的低合金钢铸件及随炉试棒升温至610°C，保温3小时，在水中 冷却；5)对步骤4)所得的低合金钢铸件表面局部进行中频感应加热使低合金钢铸件表 面局部升温至850°C，随即喷水快速冷却；6)将步骤5)所得的低合金钢铸件升温至190°C，保温2. 5小时，在空气中冷却。实施例41)铸造如表4所述成分的低合金钢铸件及随炉试棒表4实施例4中低合金钢成分(wt % ) 取步骤1)所述的低合金钢铸件及随炉试棒，继续按照如下步骤加工2)升温至860°C，保温3小时，在空气中冷却；3)将步骤2)所得的低合金钢铸件及随炉试棒升温至860°C，保温2小时，在油中 快速冷却；4)将步骤3)所得的低合金钢铸件及随炉试棒升温至590°C，保温3小时，在水中 冷却；5)对步骤4)所得的低合金钢铸件表面局部进行中频感应加热使低合金钢铸件表 面局部升温至870°C，随即喷水快速冷却；6)将步骤5)所得的低合金钢铸件升温至200°C，保温2小时，在空气中冷却。实施例51)铸造如表5所述成分的低合金钢铸件及随炉试棒表5实施例5中低合金钢成分(wt % ) 取步骤1)所述的低合金钢铸件及随炉试棒，继续按照如下步骤加工2)升温至890°C，保温2. 5小时，在空气中冷却；3)将步骤2)所得的低合金钢铸件及随炉试棒升温至860°C，保温2小时，在油中 快速冷却；4)将步骤3)所得的低合金钢铸件及随炉试棒升温至610°C，保温3小时，在水中冷却；5)对步骤4)所得的低合金钢铸件表面局部进行中频感应加热使低合金钢铸件表 面局部升温至880°C，随即喷水快速冷却；6)将步骤5)所得的低合金钢铸件升温至170°C，保温2小时，在空气中冷却。实施例61)铸造如表6所述成分的低合金钢铸件及随炉试棒表6实施例6中低合金钢成分(wt % ) 取步骤1)所述的低合金钢铸件及随炉试棒，继续按照如下步骤加工2)升温至890°C，保温2. 5小时，在空气中冷却；3)将步骤2)所得的低合金钢铸件及随炉试棒升温至870°C，保温2小时，在油中 快速冷却；4)将步骤3)所得的低合金钢铸件及随炉试棒升温至610°C，保温3小时，在水中 冷却；5)对步骤4)所得的低合金钢铸件表面局部进行中频感应加热使低合金钢铸件表 面局部升温至860°C，随即喷水快速冷却；6)将步骤5)所得的低合金钢铸件升温至215°C，保温1. 5小时，在空气中冷却。比较例11)铸造如表7所述成分的ZG30NiCrMo铸件及随炉试棒表7比较例1中低合金钢成分(wt % ) 取步骤1)所述的低合金钢铸件及随炉试棒，继续按照如下步骤加工2)升温至890°C，保温2. 5小时，在空气中冷却；3)将步骤2)所得的低合金钢铸件及随炉试棒升温至870°C，保温2小时，在油中 快速冷却；4)将步骤3)所得的低合金钢铸件及随炉试棒升温至610°C，保温3小时，在水中 冷却；5)对步骤4)所得的低合金钢铸件表面局部进行中频感应加热使低合金钢铸件表 面局部升温至860°C，随即喷水快速冷却；6)将步骤5)所得的低合金钢铸件升温至180°C，保温1. 5小时，在空气中冷却。强度性能试验
取比较例1和实施例1-6所述低合金钢铸件随炉试棒制备7个试样，编号依次为 a、b、c、d、e、f、g，对上述试棒进行强度性能测试，结果如表8 表8强度性能试验中ZG30NiCrMo试棒和本发明提供的低合金钢试棒强度性能测试结果 取比较例1和实施例1-6所述低合金钢铸件，按图4方法进行弯曲试验。比较例 1铸件压力升至300吨时被压断，而实施例1-6铸件压力升至400吨时，弯曲变形15mm 20mm而未断裂。由上述试验结果可知，本发明提供的低合金钢具有较高的强度，采用本发明提供 的低合金钢制备的履带式起重机履带板较由ZG3(MiCrMo材料制备的履带板的强度有显著 提升，其力学性能能够满足大吨位履带板的要求。请参见图1、图2、图3，图1为本发明提供的履带板产品的主视图，图2为图1所示 履带板产品的侧视图，图3为图1所示履带板产品的俯视图。履带板的接地平面14与地面接触，通过对履带板的受力面，即履带板的齿面11及 踏面12进行局部中频感应加热淬火，淬火区13表示对履带板的淬火范围。淬火后，可使履 带板的受力面硬度提高到HRC45-55，齿面淬硬层深度达3-5mm，踏面淬硬层深度达5_8mm， 大大提高了受力面的耐磨性，延长了履带板的使用寿命。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对 于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行 若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
权利要求
一种用于制造履带式起重机履带板的低合金钢，包括0.25wt％～0.35wt％的C；0.40wt％～0.60wt％的Si；1.02wt％～1.40wt％的Mn；0.80wt％～1.20wt％的Cr；0.60wt％～1.00wt％的Ni；0.30wt％～0.60wt％的Mo；0.01wt％～0.05wt的Re；余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的低合金钢，其特征在于，包括1.05wt% 1. 35衬％的胞。
3.根据权利要求1所述的低合金钢，其特征在于，包括0.015wt% 0. 040wt的Re。
4.一种用于制造履带式起重机履带板的低合金钢的制备方法，包括 铸造工序铸造如权利要求1-3任一项所述的低合金钢；热处理工序将上述铸造成型的低合金钢升温至850°C 950°C进行正火，将经过正 火处理的低合金钢升温至850°C 950°C进行淬火，将经过淬火处理的低合金钢升温至 550°C 650°C进行高温回火，将经过高温回火的低合金钢表面升温至820°C 900°C进行 表面淬火，再升温至160°C 220°C进行低温回火。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述热处理工序的正火温度为 860 920 °C。
6.根据权利4所述的制备方法，其特征在于，所述热处理工序的淬火温度为860°C 900 °C。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述热处理工序的高温回火温度为 560 °C 640 °C。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述热处理工序中的表面淬火温度 为 840°C 890°C。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述热处理工序的低温回火温度为 160 °C 200 °C。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述低温回火的保温时间为1 3 小时。
全文摘要
本发明提供一种用于制造履带式起重机履带板的低合金钢，其成分包括0.25wt％～0.35wt％的C；0.40wt％～0.60wt％的Si；1.02wt％～1.40wt％的Mn；0.80wt％～1.20wt％的Cr；0.60wt％～1.00wt％的Ni；0.30wt％～0.60wt％的Mo；0.01wt％～0.05wt％的Re；余量为Fe和不可避免的杂质。与现有技术中的ZG30NiCrMo合金钢相比，该合金钢具有较高的强度，利用本发明提供的低合金钢制备的履带式起重机履带板强度有很大提升，其力学性能能够满足大吨位履带板的要求。本发明还提供了一种用于制造履带式起重机履带板的低合金钢的制备方法，按照本发明，将上述成分的低合金钢制备而成的履带式起重机履带板具有较高的强度，力学性能满足大吨位履带板的要求。
文档编号C22C38/44GK101876030SQ20091024993
公开日2010年11月3日 申请日期2009年12月7日 优先权日2009年12月7日
发明者卢晓兵, 王文明, 闫来平 申请人:三一重工股份有限公司