鏈軌節用35MnBM鋼的開發生產實踐

袁淑君，戈文英，歐陽崢容，梁　娜

（山鋼股份萊蕪分公司　特鋼事業部，山東　萊蕪271105）

?

生產技術

鏈軌節用35MnBM鋼的開發生產實踐

袁淑君，戈文英，歐陽崢容，梁娜

（山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業部，山東萊蕪271105）

摘要：在現有35MnBM成分基礎上加入一定量的Cr元素來提高鋼材淬透性，滿足鏈軌節更高使用強度的要求；通過優化冶煉、連鑄、軋制工藝參數，滿足潔凈度、塔形發紋等要求。檢驗表明，鋼材淬透性J12≥42 HRC，J15≥30 HRC，屈服強度≥775 MPa，抗拉強度≥953 MPa，非金屬夾雜物A類、B類≤1.5級，C類、D類≤1.0級，晶粒度≥7級，產品質量穩定，各項性能指標滿足用戶使用要求。

關鍵詞：鏈軌節用鋼；35MnBM鋼；Cr強化；淬透性；力學性能

1　前　言

鏈軌節是工程機械履帶總成中的關鍵零件，在使用過程中要承受周期性壓力和巨大的工作拉力，且直接與地面接觸，要求具備表面耐磨性好、心部強韌性較高的綜合性能。現鏈軌節用鋼廣泛采用35MnBM圓鋼，用戶通過鍛造—機加工—表面淬火工藝，可實現鏈軌節很好的強韌性配合。但隨著我國經濟建設的快速發展，履帶式工程機械轉向大型化，對鏈軌節的使用強度提出了更高的要求。某用戶對萊鋼生產的現有35MnBM圓鋼的淬透性、力學性能以及塔形發紋等提出了更高的要求。

本研究在現有35MnBM成分基礎上加入一定量的Cr元素來提高鋼材淬透性；優化冶煉、連鑄及軋鋼工藝控制，滿足用戶對鋼材性能以及潔凈度（非金屬夾雜物、氣體含量）、低倍發紋等的嚴格要求。

2　主要技術要求

1）鏈軌節用鋼化學成分要求見表1。要求鋼材［N］≤80×10-6。

表1　鏈軌節用鋼化學成分要求%

2）鋼材橫截面酸浸低倍組織試片上不得有目視可見的縮孔、氣泡、裂紋、夾雜、翻皮、白點、晶間裂紋等。要求：一般疏松≤2.0級，中心疏松≤2.0級，偏析≤2.5級。

3）按GB/T 225要求在鋼材上取樣檢驗淬透性應符合表2要求。推薦熱處理制度：正火（910± 10）℃/空冷+端淬（860±5）℃/水淬。

表2　鏈軌節用鋼淬透性（HRC）要求

4）按GB/T 2975要求制取Φ25 mm縱向拉伸試樣以及標準沖擊試樣后，經過規定的熱處理，檢測鋼材力學性能應符合表3的規定；拉伸試樣推薦熱處理制度：淬火（860±15）℃/油淬+回火（600± 15）℃/水冷；沖擊試樣推薦熱處理制度：淬火（860± 15℃）/油淬+回火（200±15）℃/水冷。

表3　鏈軌節用鋼力學性能要求

5）按照GB/T 10561標準要求檢驗鋼材非金屬夾雜物應符合表4的規定。按照GB/T 6394檢驗鋼材晶粒度應≮6級。鋼材每邊總脫碳層深度（鐵素體+過渡層）不大于公稱直徑的1.0%。

表4　鏈軌節用鋼非金屬夾雜物要求　級

6）按GB/T 15711標準檢驗發紋，要求：發紋總條數≤20條；發紋最大長度≤7 mm，發紋總長度≤30 mm；每階上發紋條數≤4條，每階上發紋總長度≤15 mm。發紋起算長度為2 mm；同一母線上，間距＜2 mm的發紋計為1條；不得有連接兩個臺階的發紋。

3　鏈軌節用鋼生產試制

試制工藝路線：50 t電爐—LF精煉—VD真空脫氣處理—連鑄—入坑緩冷—鑄坯加熱—軋制—緩冷—精整修磨。

3.1內控成分優化設計

鋼材內控成分設計主要為滿足鋼材力學性能、淬透性要求。根據現有35MnBM鋼材淬透性情況可知，J1.5可滿足用戶要求，J12近30%在37～40 HRC范圍內，J15近20%在26～30 HRC范圍內，低于用戶要求。根據C、Mn、Cr、B對淬透性的影響，超過9 mm后C、B對淬透性的作用大大削弱，要提高J12、J15值，只能從Mn、Cr元素著手優化，而一定的Cr元素可平均提高J1.5至J20值2～4 HRC［1］。因此在本鋼種內控成分設計中Cr元素不再當作殘余元素控制，而是加入不低于0.15%的Cr來保證鋼的淬透性。其他成分按現有35MnBM內控要求執行。

3.2冶煉工藝

采用精料方針，選用優質廢鋼和含S、P較低的生鐵，確保鐵水比例不少于40%。要求原輔材料全部烘烤，從而有效地減少鋼中氣體含量。

電爐冶煉中為有效減少氧氣和氮氣含量，實行全過程造泡沫渣操作，保證良好的氧化沸騰，促進鋼中夾雜物和氣體的上浮，脫碳量＞0.30%，控制終點［C］≥0.10%，［P］≤0.012%；嚴格控制出鋼溫度，出鋼時留鋼、留渣操作，嚴禁下氧化渣，鋼包內重新造新渣，出鋼加鋼芯鋁，合金搭配硅錳和高錳進行預脫氧，為精煉創造好的鋼水條件。

LF精煉完成脫氧、脫硫、去除夾雜物，成分和溫度調整等多項精煉任務；根據渣況調渣及爐渣堿度，保證白渣精煉時間＞15 min。采用“Al+Ti+B”的合金化路線，即LF出鋼前終脫氧喂鋁線控制鋼中鋁含量在0.025%～0.050%，保證鋼液純凈度；后喂入鈦線固定鋼中氣體氮含量，保證鋼中“有效硼”的含量，到VD工位后加入硼鐵［2］。在喂入鈦線的同時喂入鈣線進行夾雜物變性處理，潔凈鋼水；成分和溫度微調，保證鋼的性能穩定和連鑄工藝溫度要求。

在VD工位，鋼水進行真空脫氣，控制好精煉渣的流動性和真空溫度，真空度＜67 Pa下保持時間＞15 min，破真空后繼續軟吹氬＞12 min。軟吹氬時嚴禁裸露鋼水和大氬氣量攪拌降溫。

3.3連鑄工藝

連鑄選用性能優良的專用結晶器保護渣，采用全程保護澆注，大包保護采用長水口，中間包采用浸入式水口，以防止鋼水二次氧化；采用低過熱度澆注，中包鋼水過熱度控制在15～25℃，防止柱狀晶過快生長，以增加鑄坯中的等軸晶，減輕中心疏松和偏析；采用結晶器和末端電磁攪拌，結晶器電磁攪拌參數為200 A/3.0 Hz，末端電磁攪拌參數為150 A/12 Hz；注意過熱度和二冷配水量，保證鑄坯冷卻均勻；減少偏析等組織缺陷，提高鑄坯質量。

連鑄坯不能在冷床上停留，必須及時入坑緩冷，緩冷時間應＞36 h，吊出溫度≯250℃。

3.4軋制工藝

鋼坯加熱溫度為1 130～1 200℃，允許溫差≤40℃，加熱時間1.5～2.5 h。加強對軋制節奏的控制，開軋溫度1 090～1 190℃，終軋溫度≥850℃。軋前檢查修磨導衛、輥道，防止劃傷；軋制過程中要密切注意各道次的料型情況，防止出現劃傷、折疊、耳子等缺陷，控制鋼材的表面質量。鋼材堆垛緩冷，24 h后方可運出車間。

后對鋼材進行精整修磨：根據鋼材彎曲情況，進行矯直處理，端部倒角，消除馬蹄形、飛邊、毛刺及影響使用的切斜和壓扁等現象。

4　產品實物質量及分析

4.1化學成分及氣體含量

鋼中各成分均控制在內控要求范圍內且波動較小，碳含量控制在±0.01%以內，合金元素含量控制在±0.04%以內，整體控制水平較好；鋼中P≤0.015%，S≤0.010%，Cu等殘余有害元素含量低，達到高級優質鋼水平。氧含量控制在（9～15）×10-6，氮含量控制在（54～78）×10-6，滿足用戶要求。

4.2低倍組織

精煉過程中加強吹氬操作，連鑄中采用電磁攪拌，減少了因成分不均勻而產生的偏析；連鑄中根據過熱度合理優化二冷配水參數，并保證軋制壓縮比≮6，保證鋼材的致密性。鋼材實物檢驗未發現肉眼可見的縮孔、皮下氣泡、裂紋、過燒、有害夾雜物、翻皮、白點和晶間裂紋等對加工有害的缺陷；一般疏松以及偏析均在0.5級以下、中心疏松在1.0級以下。鋼材組織致密性較好。

4.3淬透性

鋼材淬透性實測結果見表5。鋼材淬透性完全滿足用戶要求。

表5　鋼材實測淬透性（HRC）

4.4力學性能

鋼材實測力學性能見表6，實物屈服強度、抗拉強度平均值高出用戶要求50 MPa以上，常溫沖擊功達到80 J。可見鋼材具有較好的強韌性。

表6　鋼材實測力學性能

4.5非金屬夾雜物

在LF精煉、VD真空處理過程中加強吹氬攪拌，充分均勻鋼液化學成分，脫除鋼中氣體和促進非金屬夾雜物上??；連鑄采用全程保護澆注，所以該鋼種非金屬夾雜物少。實物檢驗結果：A細為1.0～1.5級，A粗、B細、B粗為0～1.0級，D細為0～0.5級，其他為0級。

4.6脫碳層及晶粒度

脫碳主要是在坯料加熱過程中產生的，其將直接影響鋼材的淬火硬度和疲勞強度。軋制過程中嚴格執行加熱制度，鋼坯加熱溫度及時間控制在合理范圍內，因此鋼材脫碳層檢驗合格，在0.35～0.40 mm范圍內。本鋼中含有Ti、Al兩種細化晶粒的元素，且軋制中溫度制度、壓下制度控制較好，因此鋼材晶粒較細，實物檢測晶粒度為7～8級。

4.7塔形發紋

發紋是由于鋼中非金屬夾雜物、氣孔、疏松等在加工變形過程中沿軋制方向延伸形成的具有一定深度的夾雜物和小裂紋。發紋是鋼中的一種宏觀缺陷，經熱酸浸后，肉眼便可發現，其存在對鋼的疲勞強度有不利影響。由于冶煉及軋制過程中操作精細，鋼材發紋檢驗合格，完全滿足用戶要求。

5　結　語

在現有35MnBM成分基礎上加入不低于0.15% 的Cr元素，可完全滿足用戶J12 40～50 HRC、J15≥30 HRC的高淬透性要求。通過合理設計優化煉鋼、連鑄、軋鋼各項工藝參數，保證了鋼材潔凈度、低倍發紋、晶粒度、脫碳層等性能要求。從開發成功至今，月生產銷售近1 200 t，性能一次性檢驗合格率達到97.00%，鋼的實物質量完全滿足用戶使用要求。

參考文獻：

［1］陳小龍.微量Cr元素對35MnB履帶鏈軌節鋼淬透性的影響［J］.四川冶金，2004（2）：17-18.

［2］《鋼鐵材料手冊》總編輯委員會.合金結構鋼.鋼鐵材料手冊第4卷［M］.北京：中國標準出版社，2003.

Development and Production Practice of 35MnBM Steel for Track Links

YUAN Shujun, GE Wenying, OUYANG Zhengrong, LIANG Na

（The Special Steel Plant of Laiwu Branch of Shandong Iron and Steel Co., Ltd., Laiwu 271105, China)

Abstract:To improve the hardenability of steel and further to meet the requirement of higher service strength for track links, a certain amount of Cr element on the basis of the existing components of steel 35MnBM was added. To meet user’requirements of cleanliness and tower shaped hairlines, then the process parameters in smelting, continuous casting and rolling were optimized. The test showed that the hardenability J12≥42 HRC, J15≥30 HRC, the Rel≥775 MPa, the Rm≥953 MPa, type A and type B non-metallic inclusions are less than grade 1.5, the type C and type D non-metallic inclusions are less than grade 0.5, the grain size in more than grade 7, the product quality is stable, and each performance index can meet customer requirements.

Key words:track link steel; 35MnBM steel; Cr-strengthening; hardenability; mechanical property

中圖分類號：TF762+.3；TG142.1

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4620（2016）02-0013-03

收稿日期：2015-12-30

作者簡介：袁淑君，女，1987年生，2008年畢業于西安建筑科技大學金屬材料專業?，F為山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業部工程師，從事優特鋼新產品開發及工藝研究工作。