一种低碳耐磨工程机械履带板用钢及其制造方法

专利名称：：一种低碳耐磨工程机械履带板用钢及其制造方法
技术领域：
：本发明属于冶金
技术领域：
，涉及一种低碳耐磨工程机械履带板用钢及其制造方法。
背景技术：
：履带板容易磨损的现场大多是有岩石的地面，该板是履带式行走机械中消耗量最大的一种零件。一般一套履带板的使用寿命要求达到800010000h。美国和日本大多采用中碳硼钢或锰钢的轧制履带板，整体调质后筋部再进行中频感应淬火(喷水淬火)、低温回火，以提高筋部的耐磨性。例如，日本的SMn433国的10B35,其化学成分(％)是C:0.020.38，Si:0.150.35，Mn:0.600.90，S《0.035、P《0.030，Cu《0.30，Ni《0.20，Cr《0.20,B:0.0030.0005。日本也有用高硅钢SHSC2H来制造大马力推土机履带板的，其化学成分为(％):C:0.30，Si:1.74，Mn:0.51，P:0.009，S:0.016,Cr:0.60，Mo:0.12，B:0.0012。美国卡特彼勒公司还采用一种中碳锰钒钛钢来制造履带板。《筑路机械与施工机械化》1995年第12巻第1期报道了《重型履带板的研制》，认为，目前工程机械履带板常用的材料是高锰钢和高强度低合金钢。普通高锰钢含锰11%,锰碳比911,具有单一奥氏体组织，机械性能与化学成分有关，一般抗拉强度650730MPa，延伸率2035%,冲击功大于140J，其屈强比较低，一般只有0.550.65;因而普通高锰钢用于重型履带板易发生变形、伸长。为了改善高锰钢抗磨性能和屈服强度，需要添加合金元素。铬加人量1%2%能提高耐磨性但其延伸率和冲击韧性有所降低，加人1%钼在改善抗磨能力的同时能保持良好的塑韧性。日本SCMnH21高锰钢是专用于履带板的钢种，规定化学成分如下C:1.00%1.35%，Si〈0.80%，Mn:11%14%，P〈0.07%，S〈0.04%，Cr:2.0%3.0%，V:0.400.70%。低合金铸钢也是常用的履带板材料。用于抗磨场合的低合金铸钢可以是马氏体钢或贝氏体钢。加人铬、锰、镍、铝、硅等合金元素的目的是提高材料淬透性、韧性和耐磨性。含碳0.20%0.30%的多元合金钢经水淬和回火可获得马氏体组织，具有中等硬度，如美国4330M(C:0.30%，Mn:0.80%,Cr:0.90%，Si:0.50%，Ni:1.90%，Mo:0.40%)用于重型履带板效果很好，许多进口履带板都采用这种材料。上述专利文献涉及采用铸造工艺生产履带板材料，要求化学成分中合金元素高,生产效率低，成本高，质量波动大。没有涉及大规模钢铁工业生产耐磨工程机械履带板材料。
发明内容本发明主要针对低碳耐磨含硼钢在冶炼过程中成分的优化设计及工艺技术控制，提供了一种低碳耐磨含硼钢及其制备方法，本发明的低碳耐磨含硼钢具有良好耐磨性、高强韧性、综合性能优异，属于合金结构钢。本发明提供了一种低碳耐磨含硼钢，商业牌号定为23MnBM，其特征在于其组成按重量百分数为C:0.170.27%，Si:0.170.37%，Mn:0.851.20%，Cr:0.100.30%，Al:0.0100.060%，Cu:0.0100.20%，Ni:0.010.20%，P:0.0030.025%,S:0.0010.025%，Ti:0.0200.060%,B:0.00050.0035%，:520X10—6%，[N]:4090X10—6%，余为Fe和不可避免的杂质。进一步优选的，本发明的低碳耐磨含硼钢，其特征在于其组成按重量百分数为C:0.220.25%，Si:0.200.30%，Mm0.901.02%，Cr:0.120.20%，Al:0.0150.050%，Cu:0.010.20%，Ni:0.010.20%，P:0.0050.025%，S:0.0010.020%,Ti:0.0200.045%,B:0.00080.0020%，:518X10—6%，[N]:6080X10—66%，余为Fe和不可避免的杂质。本发明提供了一种低碳耐磨含硼钢的制备方法，包括冶炼及合金化、浇注、轧制、冷却，其特征在于，控制钢的化学成分重量百分比含量为C:0.170.27%，Si:0.170.37%，Mn:0.851.20%，Cr:0.100.30%，Al:0.0100.060%，Cu:0.0100.20%,Ni:0.010.20%，P:0.0030.025%,S:0.0010.025%,Ti:0.0200.060%，B:0.00050.0035%，:520X10—fi%，[N]:4090X10—6%,余为Fe和不可避免的杂质。包括下列步骤(1)通过钢包吹氩、真空脱气处理加强钢的脱氧去气的冶炼控制，终脱氧喂入铝线，喂入铝线后5-8分钟后再喂入钛线，进行真空脱气处理前加入硼铁；(2)采用连铸浇注铸坯，控制过热度，连铸中间包为153(TC，控制浇注速度，连铸拉坯速度为1.01.20m/min，保证铸坯质量；(3)钢坯在加热炉的均热温度为11801220。C，加热时间为56h,开轧温度11001150。C，终轧温度8501000。C，(4)轧制后快速收集。优选的，钢的化学成分重量百分比含量为控制C:0.240.27%，Si:0.200.30%，Mn:1.021.10%，Cr:0.140.20%，Al:0.0200.050%,Cu:0.010.20%，Ni:0.010.20%，P:0.0050.020%，S:0.0010.020%，Ti:0.0300.045%,B:0.00150.0025%，[O]:515X10-6，[N]:4090X10-6,余为Fe和不可避免的杂质，进一步优选的，低碳耐磨含硼钢的制备方法可考虑以下工艺条件进行操作(l)冶炼及合金化电炉冶炼、出钢，采用炉外精炼、真空脱气处理；为保证钢中"有效硼"的含量和钢的淬透性，通过钢包吹氩，氩气流量4080L/min;然后真空度小于67Pa保持时间812min脱气处理，加强钢的脱氧去气冶炼控制；终脱氧喂入铝线控制铝含量0.0200.050%;喂入铝线58分钟后按照控制钛含量在0.0200.060%再喂入一定钛线，真空脱气处理前加入硼铁，确保化学成分尤其是有效硼含量O.00050.0030%，氧含量不大于20X10—6%，氮含量不大于90Xl(T，重量百分数；真空处理后进行氩气处理1225分钟；(2)浇注采用连铸，控制中间包过热度为153(TC，控制浇注速度，连铸拉坯速度为1.01.20m/min，保证铸坯质量；(3)轧制，钢坯在加热炉的均热温度为1180122CTC，加热时间为56h，开轧温度1100115(TC，终轧温度8501000。C,轧制后快速收集。优选的，歩骤(1)中，真空度为3065Pa。优选的，步骤(2)中，中间包过热度为1525'C。与现有技术相比，本发明的技术方案有下列优点同目前广泛应用的耐磨履带板用钢比较(1)本发明钢采用低碳加铬及控制微量元素B、Ti的含量，保证了钢的淬透性及优良的力学性能，使得该钢适于制造重型机械履带板。(2)该钢具有高的综合性能，在以下几方面显示出优异的性能具有良好的淬透性范围；淬火后的硬度(HRC)大于下贝氏体，提高了材料的耐磨性；其冲击韧性明显高于一般MnB钢，加工后的履带板整体性能优异，采用该钢制造的履带板使用寿命达到甚至超过一般MnB耐磨钢材料。具体实施例方式本发明钢是采用UHP(超过功率电炉)十LF(炉外精炼)+VD(真空脱气)工艺冶炼+连铸矩形坯+加热+650轧机成材工艺生产钢材。实施例1:以180mmX220咖规格钢坯的生产工艺来具体说明本发明是如何实施的。具体工艺步骤为(1)冶炼及合金化，采用电炉加40-60%铁水配料冶炼、出钢，采用炉外精炼、真空脱气处理。通过钢包吹氩，氩气流量4080L/min;真空度小于67Pa保持时间812niin脱气处理，加强钢的脱氧去气冶炼控制；终脱氧喂入铝线控制铝含量0.0200.050%;喂入铝线58分钟后按照控制钛含量在O.0200.060%再喂入一定钛线；真空脱气处理前加入硼铁，确保化学成分尤其是有效硼含量O.00050.0030%，氧含量不大于20X10—6%，氮含量不大于90X10、重量百分数；真空处理后进行氩气处理1225分钟；(2)浇注，控制过热度，控制浇注速度为1.001.20ram/min，选用合适的结晶器及末端电磁搅拌参数，保证钢坯质量。(3)轧制，钢坯在加热炉的均热温度为11801220'C，加热时间为56h，开轧温度11001150°C，终轧温度8501000。C，轧制后快速收集。具体参数见表1和表2。表1是实施例履带板用钢化学成分，表2是钢包钢水过热度、浇注速度、钢锭加热温度、时间及变形温度。表l履带板用钢实施例化学成分(重量，％)编cSiMnTiAlPSCrNiCuB0NFe6<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>该种履带板经实验测定有关性能数据列于表3中，测试方法采用国际通用方法。表3钢的主要性能指标末端淬透性表3:钢的主要性能指标末端淬透性<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>权利要求1.一种低碳耐磨履带板用钢，其特征在于，其组成按重量百分数为C0.17～0.27％，Si0.17～0.37％，Mn0.85～1.20％，Cr0.10～0.30％，Al0.010～0.060％，Cu0.010～0.20％，Ni0.01～0.20％，P0.003～0.025％，S0.001～0.025％，Ti0.020～0.060％，B0.0005～0.0035％，[O]5～20×10-6％，[N]40～90×10-6％，余为Fe和不可避免的杂质。2.如权利要求l所述的低碳耐磨履带板用钢，其特征在于其组成按重量百分数为C:0.220.25o/o，Si:0.200.300/。，Mn:0.901.02o/o，Cr:0.120.20o/o，Ah0.0150.050%，Cu:0.010.20o/o，Ni:0.010.20%，P:0.0050.025%，S:0.0010.020%，Ti:0.0200.045%,B:0.00080.0020%，[O]:518xlO-6%,[N]:6080xl0-66。/o,余为Fe和不可避免的杂质。3.如权利要求l所述的低碳耐磨履带板用钢的制备方法，包括冶炼及合金化、浇注、轧制、缓冷，其特征在于，控制钢的化学成分重量百分比含量为C:0.170.27%，Si:0.170.37%，Mn:0.851.20%,Cr:0.100.30%，Ah0.0100.060%，Cu:0.0100.20%，Ni:0.010.20%,P:0,0030.025%，S:0.0010.025%，Ti:0.0200.060%，B:0.00050.0035%，[O]:520xlO-6%,[N]:4090^10扁6%,余为Fe和不可避免的杂质。包括下列步骤(1)通过钢包吹氩、真空脱气处理加强钢的脱氧去气的冶炼控制，终脱氧喂入铝线，喂入铝线后5-8分钟后再喂入钛线,进行真空脱气处理前加入硼铁；(2)采用连铸浇注铸坯，控制过热度，连铸中间包为153(TC，控制浇注速度，连铸拉坯速度为1.01.20m/min，保证铸坯质量；(3)钢坯在加热炉的均热温度为腦122(TC，加热时间为56h，开轧温度11001150°C，终轧温度8501000°C,(4)轧制后快速收集。4.如权利要求3所述的低碳耐磨履带板用钢的制备方法，其特征在于，控制钢的化学成分重量百分比含量为C:0,240.27%，Si:0.200.30%，Mn:1,021.10%，Cr:0.140.20%，Al:0.0200.050%，Cu:0.010.20%,Ni:0.010.20%，P:0.0050.020%，S:0.0010.020%，Ti:0.0300.045%,B:0.00150.0025%，[O]:515x10-6，[N〗4090><10-6，余为Fe和不可避免的杂质。5.如权利要求3所述的低碳耐磨履带板用钢的制备方法，工艺条件如下(l)冶炼及合金化电炉冶炼、出钢，采用炉外精炼、真空脱气处理；为保证钢中"有效硼"的含量和钢的淬透性，通过钢包吹氩，氩气流量4080L/min;然后真空度小于67Pa保持时间812min脱气处理，加强钢的脱氧去气冶炼控制；终脱氧喂入铝线控制铝含量0.020、0.050%;喂入铝线58分钟后按照控制钛含量在0.0200.060%再喂入钛线；真空脱气处理前加入硼铁，确保化学成分尤其是有效硼含量0.0005、、、·0.0030%，氧含量不大于20x10—6%,氮含量不大于90x10—6，重量百分数；真空处理后进行氩气处理1225分钟；(2)浇注，采用连铸，控制中间包过热度为153(TC,控制浇注速度，连铸拉坯速度为1.01.20m/min，采用结晶器和末端组合电磁搅拌工艺，保证铸坯质量；(3)轧制，钢坯在加热炉的均热温度为11801220。C，加热时间为56h，开轧温度1100H50。C，终轧温度8501000。C;(4)轧后快速收集。6.如权利要求5所述的低碳耐磨履带板用钢的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，中间包过热度为1525'C。7.如权利要求5所述的低碳耐磨履带板用钢的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，真空度为3065Pa。全文摘要本发明涉及一种低碳耐磨履带板用钢及其制造方法，其化学成分按重量百分比计为C0.17～0.27％，Si0.17～0.37％，Mn0.85～1.20％，Cr0.10～0.30％，Al0.010～0.060％，Cu0.010～0.20％，Ni0.01～0.20％，P0.003～0.025％，S0.001～0.025％，Ti0.020～0.060％，B0.0005～0.0035％，[O]5～20×10^-6％，[N]40～90×10^-6％，余为Fe和不可避免的杂质。其制造方法是电炉冶炼、出钢，LF炉外精炼，VD真空脱气处理。该钢及其制造方法均具有优越的技术效果。文档编号C22C38/54GK101660101SQ20091001844公开日2010年3月3日申请日期2009年9月28日优先权日2009年9月28日发明者栋卢,孙丰军,张继奎,徐锡坤,戈文英,梁建国,王学利,王广连,申景霞,翟正龙,郑桂云,马传庆,马佐仓申请人:莱芜钢铁股份有限公司