专利名称：C级矿用圆环链用钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种含锰的合金钢，特别是一种C级矿用圆环链用钢。
背景技术：
矿用高强度圆环链是煤矿机械中重要的易损部件。在GB12718/T-2001中，圆环链按力学性能要求分为B、C、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(Φ≤18mm)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。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。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25SiMnMoV钢因Si含量高影响钢的闪光对焊性能，在实际的C级圆环链生产中没有采用。《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，通过国外进口，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。
近年来，河北工业大学发明了C级矿用圆环链用新钢种，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％)已经进行了中等规格(Φ22mm)C级圆环链的工业化生产，同时申请了更大规格的C级圆环链用钢发明专利，其中披露的化学组成质量百分比为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％、其余为Fe。CN 85103476A公开的D级圆环链用钢，其组成的质量百分比(％)为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％、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。CN1281906A公开了一种高强度、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。CN1202533A公开了一种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R 4级海洋系泊链。CN1275631A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EP 20040002612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CN1281906A、CN1202533A、CN1275631A所公开的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。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
本发明的目的在于克服上述技术之不足，提供一种用于生产φ34mm以下规格的C级矿用圆环链用钢，使其在C级圆环链生产过程中具有较高的淬透性，满足标准规定的力学性能，同时还具有良好的闪光对焊性能，而且在保证性能的前提下，生产成本明显降低。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是一种C级矿用圆环链用钢，其特征在于该矿用圆环链用钢的化学成分按重量(质量)百分数计为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％、其余为Fe。
本发明的矿用圆环链用钢其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％时，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0.18％为下限。
锰是本发明的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％。
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，而且作用效果不再显著，因此钼的含量确定为0.15％～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，影响闪光对焊的焊接性能。因此在本发明的矿用圆环链用钢中，硅的添加量以0.8％为上限。
为了使得圆环链用钢原料具有均匀细小的组织，本发明的矿用圆环链用钢采用了铌微合金化，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由于添加氧化铝所残存的元素。
硫、磷和铜均是杂质元素，其含量越少越好。
本发明的矿用圆环链用钢的制备方法是按上述本发明的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。本发明的矿用圆环链用钢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。
本发明的矿用圆环链用钢用于生产采煤机械和运输机械的高强度矿用圆环链。
本发明的有益效果是它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，发明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，制造规格直径Φ34mm以下的C级高强度矿用圆环链，从而取得显著的经济效益。本发明通过良好的合金化成分设计，与现有C级圆环链用钢相比具有较高的性价比。
1.与25MnV、23MnSiV相比，本发明的矿用圆环链用钢具有较高的淬透性，因而可用于制造直径在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，本发明的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、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.本发明的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+炉外精炼+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，所制造的圆环链力学性能优于GB/T12718-2001的要求。与近年来河北工业大学发明的23SiMnMoV钢相比，采用Nb取代V，在高温下更为有效地抑制晶粒长大，同时在保证性能的前提下，由于采用较低的微合金含量，生产成本明显降低。本发明的矿用圆环链钢将显著提高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本发明的矿用圆环链用钢配料的化学成分按重量百分数计为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％、其余为Fe。将该配料经转炉熔炼、LF精炼、150方坯连铸、热轧成Φ22mm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22×86圆环链成品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本发明的矿用圆环链用钢配料的化学成分按重量百分数计为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％、其余为Fe。按实施例1制成的22×86圆环链成品拉伸力学性能破断负荷730KN、破断伸长率16％、试验伸长率1.42％；疲劳性能大于30000次。
实施例3本发明的矿用圆环链用钢配料的化学成分按重量百分数计为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％、其余为Fe。将该配料经转炉熔炼、LF精炼、150方坯连铸、热轧成Φ26mm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26×92圆环链成品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4本发明的矿用圆环链用钢配料的化学成分按重量百分数计为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％、其余为Fe；按实施例3制成的26×92圆环链成品拉伸力学性能破断负荷920KN、破断伸长率15％、试验伸长率1.40％；疲劳性能大于30000次。
实施例5本发明的矿用圆环链用钢配料的化学成分按重量百分数计为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30×126圆环链成品。该30×126圆环链成品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6本发明的矿用圆环链用钢配料的化学成分组成的重量(质量)百分数为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％、其余为Fe。其他同实施例5。
上述各实施例中圆环链抗弯性能按GB/T12718-91检验均合格。
实施例7转炉炼钢以铁水为原料，以石灰、萤石等为辅料，通过碱性氧化炉渣去除铁水中的磷、硫以及氧化脱碳，按上述实施例中的任意一种配方，添加配料元素达到合金钢中各种元素的含量要求，或电炉炼钢方法以废钢为原料，使废钢熔化、通过吹氧造渣、氧化去磷、脱碳去氢、还原脱硫、按上述实施例中的任意一种配方，添加配料元素达到合金钢中各种元素的含量要求；利用LF精炼炉使组成成分均匀、得到精确控制，造白渣脱氧，白渣保持时间10分钟，温度控制在1610～1680℃；采用150方坯连铸，中包温度为1510～1550℃，拉速稳定，控制在1.8～2.8m/min之间，连铸坯热轧成圆钢，开轧温度为970℃，轧后圆钢缓冷，制得上述实施例中的任意一种矿用圆环链用钢。
权利要求
1.一种C级矿用圆环链用钢，其特征在于该矿用圆环链用钢的化学成分按重量百分数计为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％、其余为Fe。
全文摘要
一种C级矿用圆环链用钢，其特点是该矿用圆环链用钢的化学成分按重量百分数计为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％、其余为Fe。本发明的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+炉外精炼+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。本发明的矿用圆环链用钢具有良好的圆环链生产工艺性能和较高的淬透性，可用于制造直径34mm以下的C级圆环链，具有突出的技术经济合理性。
文档编号C22C38/16GK1908216SQ20061004812
公开日2007年2月7日 申请日期2006年8月9日 优先权日2006年8月9日
发明者王宝奇, 申志来 申请人:河北正同科技开发有限公司