专利名称：矿用圆环链用钢的制作方法
技术领域：
本发明的技术方案涉及一种含锰的合金钢。
背景技术：
矿用高强度圆环链是采煤机械和运输机械重要的组成部分，属于易损部件，消耗量大。按国家标准规定，按力学性能要求圆环链分为B、C和D三个级别，目前C级圆环链使用量较大，广泛采用25MnV和23MnCrNiMo54合金钢进行制造。但25MnV仅适合制造小规格(≤φ18mm)的C级圆环链(25MnV钢矿用高强度圆环链的中频感应加热淬火，金属热处理，11，2004；谈矿用高强度C级圆环链制造用钢的体会，中州煤炭，5，1997)。采用23SiMnV进行C级圆环链的制造，虽有报道(Si对矿用圆环链用的20SiMnV钢强韧性的影响，机械工程材料，4，1986；用于矿山高强度圆环链的23SiMnV钢，机械工程材料，3，1985)，但实际生产中很少采用，其规格也限制在φ18mm以下。有文献报道将矿用圆环链国家标准中推荐的圆环链用钢25SiMnMoV用于D级圆环链的制造(25SiMnMoV钢矿用高强度圆环链性能的研究，金属热处理，10，1988)，但规格也限于φ18mm，而且在实际生产中因其Si含量高达0.8％～1.1％，影响钢的闪光对焊性能，没有得到应用。《特殊钢》1986年第5期曾经报道了24SiMnNiMo圆环链用新钢种，但用于D级圆环链生产，规格限于18mm直径以下，轧后需要进行退火处理。在实际生产中，大规格直径≥φ22mm的C级圆环链广泛采用23MnCrNiMo54钢，该钢种为国外牌号，合金成本高，生产工艺复杂，依靠国外进口，虽然质量高，但价格极其昂贵。近年来有文献报道国内对该牌号钢进行了生产(煤机链条钢的中温回火转变，金属热处理，10，2001)。因其生产工艺复杂等原因，国产23MnCrNiMo54钢经常存在组织不均匀性、不一致性的内在质量问题，其质量还不能达到国外水平，降低了圆环链的生产效率，而且该钢材价格也比较高。因此国内目前还没有合适的钢种用以生产较大规格C级圆环链。CN 85103476公开的D级圆环链用钢，该发明的特征在于其组成为重量百分比(％)C，Si，Mn，Ni0.21～0.27，0.65～0.95，1.10～1.40，0.80～1.10Mo，Al，S·P，Cr，Cu 0.10～0.20，0.02～0.05，≤0.035≤0.35≤0.25，其中含较多的贵重元素Ni，轧后必须退火才能满足剪切下料的要求，因而钢材生产成本高，只用于D级圆环链制造。SU1404549报道的合金钢的组成是C 0.05-0.14、Mn2.0-2.5、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进行微合金化，其合金元素含量高，生产成本高，碳含量较低，因而耐磨性不好。CN 00109053.4公开了高强度、高韧性、耐腐蚀系泊链用钢及其生产工艺，该钢含有(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％、残余及有害元素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％，其余为Fe；CN 98110160.7公开了高强度高韧性系泊链用钢及系泊链的生产方法，钢种为25CrMn2Mo，用于制造R4级海洋系泊链；CN 99116494.6公开了一种四级系泊链用钢，该钢的化学成分重量百分比为碳0.25-0.30，硅0.15-0.37，锰0.90-1.70，铬0.90-1.70，钼0.40-0.60，铝0.01-0.06，镍0.00-0.20，铜0.00-0.25，磷0.000-0.025，硫0.000-0.025，铌0.02-0.04，余量为铁；RU 2101381与EP20040002612披露的合金钢中均含有Mn、Cr、Ni、Mo主要元素。上述专利文献中公开的合金钢中，Ni、Mo含量较高，与23MncrNiMo54钢相当，生产成本较高。上述的CN 00109053.4CN98110160.7、CN 98110160.7、CN 99116494.6均是高强度系泊链用钢，倘若用于生产矿用圆环链，也存在着合金元素Mn、Cr、Ni、Mo含量高，淬透性高，钢材轧后硬度高，不能满足圆环链剪切下料的要求，需要进行退火处理，高的合金成本以及退火工序的增加导致钢材生产成本显著提高的缺点。同时在我国目前很多钢铁企业中轧后均无连续退火工序，离线退火成本更高，质量也不易保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种矿用圆环链用钢，它具有较高的淬透性和良好的闪光对焊性能，生产工序简化，使得生产成本显著降低，也就克服了已有C级圆环链用钢25MnV、23SiMnV钢在大规格C级圆环链生产过程中存在的淬透性不足难以满足标准规定的力学性能、25SiMnMoV钢因Si含量高影响钢的闪光对焊性能、23MnNiCrMo54钢因价格昂贵的合金元素含量高以及复杂的生产工艺导致其钢材生产成本很高和生产中钢材质量难以得到稳定控制致使质量还不能达到国外水平从而降低了圆环链的生产效率的缺点。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是本发明矿用圆环链用钢包括的化学成分组成的质量百分数为C 0.17～0.30％、Mn 1.2～2.0％、Si 0.1～0.8％、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％、其余为Fe。
本发明矿用圆环链用钢各种化学成分的作用和限定用量的理由如下碳是制造大规格C级圆环链用钢的重要元素，它对钢基体的塑性、韧性以及对焊焊缝的焊接强度和韧性起着重要作用。研究表明，在锰含量较高的情况下，在基体组织为贝氏体或马氏体时，碳含量超过0.3％，将使钢的塑性尤其是断面收缩率和冲击值大大下降；同时考虑到矿用圆环链产品对耐磨性的要求，碳含量以0.17％为下限。
锰是本发明矿用圆环链用钢中添加的主要合金元素，它与少量的钼配合添加，可以显著影响钢的组织转变动力学，起到抑制扩散型相变的作用，显著提高钢的淬透性。同时，它固溶于铁素体中，起到固溶强化作用。综合考虑到圆环链力学性能、工艺性能的要求以及钢材生产的工艺路线，锰含量确定为1.2％～2.0％。
长期的圆环链生产实践表明，合金元素钼的加入，可以改善钢的闪光对焊性能，特别是提高对焊过程中的抗过热能力。同时钼与锰的联合作用，又可以显著提高奥氏体的稳定性，提高钢的淬透性，以确保大规格圆环链的力学性能达到标准的要求。过多的钼的加入，将使钢材成本显著增加，而且作用效果不再有显著提升，因此钼的含量确定为0.1％～0.5％。
元素硅的添加，主要是为了提高钢的抗回火能力，提高钢的屈服强度，使得成品圆环链的试验伸长率满足国家标准的要求。考虑到硅含量的增加，将增加材料的电阻，在进行闪光对焊时，将使得材料的电弧电流增大，产生高的温度，造成材料的过热，同时由于硅易于氧化，形成夹杂时，将对焊缝造成严重危害。因此在本发明矿用圆环链用钢中，与以往所研制的钢种不同，对硅的含量加以限制，只作为附加元素添加，硅的添加量低于0.8％。
铬的添加，主要是为了适合大规格圆环链的生产，确保其淬透性，从而具有良好的力学性能。考虑到添加元素的交互作用，铬的最高添加量不超过0.8％.
为了使得圆环链用钢原料具有均匀细小的组织，本发明矿用圆环链用钢采用了钒和/或铌微合金化，同时改善闪光对焊焊缝处及热影响区的组织，也有助于抑制淬火加热时的晶粒长大，从而使钢具有良好的塑性和韧性。
铝只是在钢的冶炼过程中脱氧后残存的元素。
硫、磷和铜均是杂质元素，其含量越少越好。
本发明矿用圆环链用钢的制备方法是按上述本发明矿用圆环链用钢的化学成分组成配料，通过转炉炼钢或电炉炼钢、LF精炼即钢包精炼、小方坯连铸及热轧工艺路线进行生产，这些工艺步骤都是冶金技术领域所公知的。
本发明矿用圆环链用钢用于生产圆环链的工艺路线为剪切下料、热编、喷砂、闪光对焊、预拉伸、调质热处理及二次预拉伸，这些工艺步骤也都是圆环链制造领域所公知的。
本发明矿用圆环链用钢用于制备采煤机械和运输机械的高强度圆环链。
本发明的有益效果是本发明矿用圆环链用钢是根据扩散型相变以及马氏体相变的理论，利用合金元素在钢中的交互作用而开发的一种低成本新型圆环链用低碳多元低合金钢，用以代替价格昂贵的23MnNiCrMo54钢，制造直径≥φ22mm的大规格C级高强度矿用圆环链，从而取得显著的经济效益。本发明通过最佳的合金化成分设计，与现有C级圆环链用钢相比具有较高的性价比。
1.与25MnV、23MnSiV钢相比，本发明矿用圆环链用钢具有较高的淬透性，因而可用于制造直径18mm以上的圆环链，克服了已有生产大规格C级圆环链用钢25MnV、23MnSiV在圆环链生产过程中存在的淬透性不足难以满足标准规定的力学性能的缺点。
2.根据高强度C级圆环链的使用性能要求和生产工艺要求，以及结合现有的转炉或电炉炼钢+LF精炼+连铸+热轧的生产工艺路线及装备水平，本发明矿用圆环链用钢的设计是基于以低碳马氏体为圆环链产品的使用组织，采用最佳的Mn、Mo、Cr、Si的多元合金化作用，在经淬火回火后，满足圆环链的各项力学性能要求，同时在热轧条件下，能够获得非马氏体组织，省去23MnCrNiMo54钢的轧后退火工序，具有均匀的组织和较低的硬度，有利于圆环链的剪切下料，在大规格热编链时，能够达到焊缝间隙均匀一致，具有良好的闪光对焊性能。
3.本发明矿用圆环链用钢在确保深加工产品圆环链力学性能和工艺性能的前提下，与23MnNiCrMo54钢相比，省去了贵重合金元素Ni，合金元素Mo的含量有所降低，采用我国炼钢企业普遍已经建设的电炉炼钢或转炉炼钢+LF精炼+小方坯连铸+热轧工艺路线进行生产，不必采用轧后退火，钢的生产工序简化，生产成本显著降低。同时也避免了23MnNiCrMo54钢轧后退火造成的组织、硬度不均匀而影响焊接的问题。钢材的组织和质量得到稳定控制，具有良好的圆环链生产工艺性能。用本发明矿用圆环链用钢所制造的圆环链力学性能优于GB/T12718-2001的要求，将大大地提高我国钢铁生产企业和煤矿机械厂的经济效益。
具体实施例方式
实施例1矿用圆环链用钢配料的化学成分组成的质量百分数为C 0.17％、Mn 2.0％、Si 0.1％、Mo 0.5％、Cr 0.1％、V 0.11％、Nb 0.03％、Al 0.02％、S 0.03％、Cu 0.08％、其余为Fe；将该配料经电炉熔炼、LF精炼、150方坯连铸、热轧成ф22mm用于采煤机械和运输机械矿的高强度矿用圆环链用钢；再经剪切下料、热编、喷砂、闪光对焊、预拉伸、调质热处理、二次预拉伸制得22×86圆环链成品。
该圆环链抗弯性能在880℃淬火、420℃/1.5小时回火条件下，按GB/T12718-91检验弯曲合格；拉伸力学性能破断负荷750KN、破断伸长率15％、试验伸长率1.4％；疲劳性能大于30000次。
实施例2矿用圆环链用钢配料的化学成分组成的质量百分数为C 0.17％、Mn 2.0％、Si 0.1％、Mo 0.5％、Cr 0.1％、V 0.15％、Al 0.02％、P 0.01％、S 0.03％、Cu 0.08％、其余为Fe；其他同实施例1。
实施例3矿用圆环链用钢配料的化学成分组成的质量百分数为C 0.17％、Mn 2.0％、Si 0.1％、Mo 0.5％、Cr 0.1％、Nb 0.15％、Al 0.02％、P 0.01％、S 0.03％、Cu 0.08％、其余为Fe；其他同实施例1。
实施例4矿用圆环链用钢配料的化学成分组成的质量百分数为C 0.23％、Mn 1.5％、Si 0.4％、Mo 0.3％、Cr 0.4％、V 0.09％、Nb 0.03％、Al 0.03％、S 0.01％、P 0.02％、Cu 0.13％、其余为Fe；将该配料经转炉熔炼、LF精炼、150方坯连铸、热轧成ф26mm用于采煤机械和运输机械矿的高强度矿用圆环链用钢；再经剪切下料、热编、喷砂、闪光对焊、预拉伸、调质热处理、二次预拉伸制得26×92圆环链成品。
该圆环链抗弯性能在880℃淬火、420℃/1.5小时回火条件下，按GB/T12718-91检验弯曲合格；拉伸力学性能破断负荷930KN、破断伸长率14％；试验伸长率1.4％；疲劳性能大于30000次。
实施例5矿用圆环链用钢配料的化学成分组成的质量百分数为C 0.23％、Mn 1.5％、Si 0.4％、Mo 0.3％、Cr 0.4％、Nb 0.09％、Al 0.03％、S 0.02％、P 0.01％、Cu 0.13％、其余为Fe；其他同实施例4。
实施例6矿用圆环链用钢配料的化学成分组成的质量百分数为C 0.23％、Mn 1.5％、Si 0.4％、Mo 0.3％、Cr 0.4％、V 0.09％、Al 0.03％、S 0.01％、P 0.01％、Cu 0.13％、其余为Fe；其他同实施例4。
实施例7矿用圆环链用钢配料的化学成分组成的质量百分数为C 0.30％、Mn 1.2％、Si 0.8％、Mo 0.1％、Cr 0.8％、V 0.03％、Nb 0.08％、Al 0.05％、P 0.03％、Cu 0.2％、其余为Fe；将该配料经转炉熔炼、LF精炼、150方坯连铸、热轧成φ30mm用于采煤机械和运输机械的高强度矿用圆环链用钢；再经剪切下料、热编、喷砂、闪光对焊、预拉伸、调质热处理、二次预拉伸制得30×126圆环链成品。
该圆环链抗弯性能在880℃淬火、420℃/1.5小时回火条件下，按GB/T12718-91检验弯曲合格；拉伸力学性能破断负荷1220KN、破断伸长率14.5％；试验伸长率1.1％；疲劳性能大于30000次。
实施例8矿用圆环链用钢配料的化学成分组成的质量百分数为C 0.30％、Mn 1.2％、Si 0.8％、Mo 0.1％、Cr 0.8％、V 0.03％、Al 0.05％、S 0.01％、P 0.03％、Cu 0.2％、其余为Fe；其他同实施例7。
实施例9矿用圆环链用钢配料的化学成分组成的质量百分数为C 0.30％、Mn 1.2％、Si 0.8％、Mo 0.1％、Cr 0.8％、Nb 0.03％、Al 0.05％、S 0.03％、P 0.01％、Cu 0.2％、其余为Fe；其他同实施例7。
实施例10-17按表1列出的矿用圆环链用钢化学成分组成的质量百分数，采用Nb、V复合微合金化，V或/和Nb 0.03～0.15％，余者为Fe配料，将该配料经电炉熔炼、LF精炼、150方坯连铸、热轧成表1所列直径的用于采煤机械和运输机械的高强度矿用圆环链用钢。
表2列出表1中不同规格的本发明矿用圆环链用钢的力学性能。
表3列出表1中不同规格的本发明矿用圆环链用钢经剪切下料、热编、喷砂、闪光对焊、预拉伸、中频感应调质热处理、二次预拉伸工艺路线试制的圆环链成品的力学性能。力学性能的测定按GB/T12718-2001进行，其结果完全符合GB/T12718-2001的要求。
表1 矿用圆环链用钢化学成分组成(质量％)
表2 矿用圆环链用钢的力学性能
表3 矿用圆环链的力学性能
权利要求
1.矿用圆环链用钢，其特征在于该矿用圆环链用钢包括的化学成分组成的质量百分数为C 0.17～0.30％、Mn 1.2～2.0％、Si 0.1～0.8％、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％、其余为Fe。
全文摘要
本发明矿用圆环链用钢涉及一种含锰的合金钢，其包括的化学成分组成的质量百分数为C 0.17～0.30％、Mn 1.2～2.0％、Si 0.1～0.8％、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％、其余为Fe。本发明矿用圆环链用钢采用我国炼钢企业普遍已经建设的电炉炼钢或转炉炼钢+LF精炼+小方坯连铸+热轧工艺路线进行生产，不必采用轧后退火，钢材的组织和质量得到稳定控制，生产工序简化，钢材生产成本显著降低。本发明钢具有良好的圆环链生产工艺性能和较高的淬透性，因而可用于制造直径18mm以上的圆环链，具有突出的技术经济合理性。
文档编号C22C38/38GK1818118SQ20061001324
公开日2006年8月16日 申请日期2006年3月7日 优先权日2006年3月7日
发明者王宝奇, 郭素珍, 姜延飞, 彭会芬, 张建军 申请人:河北工业大学