新型25MnV礦用圓環鏈用鋼的組織及性能探討

陳黔湘，魏福龍，張東升

（首鋼水城鋼鐵（集團）有限責任公司，貴州 六盤水 553000）

在礦山用高強度圓環鏈中，其中用的最多的鋼鐵材料就是25MnV的主要鋼材。這種鋼材的特殊制造工藝主要有：下料、加熱、編織、焊接、去毛刺。在這當中，決定環鏈整體的結構以及使用性的主要關鍵點就在于熱處理環節。現在來看，關于25MnV鋼環鏈熱處理的新聞以及研究也是比較的防范。像Ang Ming Li等人，將零保溫的相關研究進行分析，通過把零保溫方面的數據對25MnV鋼鐵組織以及相關使用性能的相關性進行了探討，并且之后對這些數據進行了總結，出刊重要的研究成果，富有研究價值；Mariyong等人（4）對25MnV鋼礦山高強度圓環鏈的中頻感應加熱進行了研究，得出了用中頻感應淬火加熱25MnV鋼礦山高強度圓環鏈時，圓環鏈直臂溫度低于頂部溫度的結論。當鏈環頂部加熱溫度達到970℃～-9930℃（直臂溫度895℃～-9170℃）時，淬火組織為板條馬氏體，晶粒尺寸為10～10.5，環鏈具有最佳的強度和韌性協調性。以上研究是在傳統實驗過程的基礎上進行的，很少有人利用現代材料計算理論來計算和分析25MnV鋼在凝固冷卻過程中的組織和性能[1-3]。

本篇文章通過對JMATPro軟件的使用，將針對25MnV鋼的整個凝固冷卻環節進行分析探討，其中包括它的物理性能以及相圖的分析。

1 材料成分

鐵水：Si：0.20%～0.80%，Mn：0.30%～0.80%，P≤0.140%，S≤0.040%，鐵水溫度≥1250℃，鐵水中殘余元素按《品種鋼生產用鐵水殘余元素技術條件》執行。

石灰：CaO＞90%，SiO2≤1.5%，S＜0.15%，活性度＞310ml。

2 LF精煉工藝

2.1 LF爐進站成分

爐前成分控制按中下限控制（目標范圍如下，盡可能降低LF爐合金調整量），LF爐進站成分及溫度目標值。

表1 LF爐進站成分分析

LF精煉流程：鋼水進站→測溫、預吹Ar、取樣→入位→送電、破渣殼→加熱、造白渣→測溫→調溫度、成分→測溫→出位→喂絲、取樣→軟吹Ar→加保溫劑→連鑄。

2.2 鋼水到站強吹氬破殼并測溫

在相應的到站溫度下，采用相應的檔位化渣，第一批渣料加入量（白灰，精煉渣，鋁礬土等），使用螢石化渣，在供電8min內形成液態白渣，必保供電10min內形成白渣，并保持白渣時間不小于10min。采用電石、SiFe粉（粒度≤3mm）造白渣，盡可能減少Al用量。精煉過程調節氬氣流量，防止精煉大翻溢渣，并調節除塵風機風量保證正壓操作[4,5]。

2.3 連鑄

采用20MnSi保護渣、全保護澆注、電磁攪拌技術，生產斷面為150mm×150mm方坯。

拉速1.90m/min，二冷比水量為0.90L/kg～1.25L/kg，電磁攪拌參數200A，4Hz。

參考液相線：20MnV，1509℃；25MnV：1507℃，中包溫度控制見下表。

表2 中包溫度控制

矯直溫度控制：矯直溫度控制≥900℃，避開矯直裂紋敏感區。連鑄澆注時必須保證滿中間包操作（600mm～700mm），中間包連澆過程液面不得低于400mm。連鑄1塊/爐低倍樣進行低倍檢驗，鑄坯低倍檢驗目標要求：中心疏松≤1.0級，縮孔≤0.5級，非金屬夾雜物≤0.5級，中心裂紋≤1.0級，中間裂紋≤1.0級，所有檢驗結果之和不超過3.0級。標明爐號、鋼種，鑄坯碼垛在其它熱坯上避風堆冷≥8h，集中組織軋制，鋼坯標識：20MnV標識2V、25MnV標識5V。

2.4 軋鋼工藝控制

加熱爐溫度控制：加熱段1100℃～1200℃，均熱段1080℃～1130℃，開軋溫度980℃～1030℃，目標控制值：1000℃，控制好爐內氣氛，減少氧化鐵皮。鋼坯加熱應均勻，鋼坯頭、中、尾溫差≤30℃，加熱過程中防止鋼坯出現過熱、過燒等現象。

2.5 軋制控制

軋制規格：φ18mm、φ20mm。軋制速度：8米/秒～15米/秒。

軋制前對各架軋機進出口導衛、軋槽及輥道的使用狀況和水冷系統進行檢查確認，確保滿足生產工藝和產品質量要求。其它軋制要求：①軋后不穿水；②入精軋溫度溫度：900℃～970℃；③上冷床空冷溫度：880℃～930℃（參考）。④鋼材打捆后及時吊運碼垛，避風堆冷，堆冷時間≥8h。

2.6 尺寸控制及檢驗要求

生產過程加大在線取樣與尺寸測量頻次，開軋或軋制過程異常時應增加取樣次數，外形尺寸按照標準GB/T 702標準和用戶要求進行控制、檢驗。

3 計算結果分析

3.1 熱物理性能

圖1 熱物理性能

圖2 鋼的熱物理性質

圖1 通過對圖表的分析，表示的為在不同的溫度之下，利用jmatpro這個軟件對25mnv鋼的部分導電效率以及電阻大小的測量。綜合來說，25MnV鋼的電阻率隨溫度的降低而降低，室溫下的最小電阻率為0.15x10（sz“m）。隨著溫度的降低，25MnV鋼的電導率逐漸升高，室溫下的最大電導率為6.74（s“Iri”）O。

圖2顯示了由Matpro軟件計算的不同溫度下25mnv鋼的熱物理性質（熱導率、比熱容和密度）。綜合來說，當合金處于液態（1505℃～16000℃）時，熱導率隨溫度的降低而降低；在固液溫度范圍（1451℃～15050℃）中，熱導率隨溫度的降低而增加；在800℃～14510℃中，熱導率隨溫度的降低而降低。e.當溫度低于800時，導熱系數隨溫度的降低而增加。在室溫下，25MnV鋼的導熱系數最高。

3.2 力學性能

圖3為jmatpro計算出來的，25MnV鋼通過在實驗的每一種溫度之下的凝固冷卻的時候，不同的數值之間的關系圖。很顯然的表明，當合金以液態的形式存在時，楊氏模量和剪切模量近乎約等于零。在合金凝固變成了固體的時候，楊氏模量和剪切模量會變得突然升高。在材料的凝固整個環節當中，楊氏模量、體積模量和剪切模量隨溫度的下降而變大。

圖3 力學性能研究

圖4 不同溫度下膨脹系數分析

圖4 顯示了2SMnV鋼在凝固和冷卻過程中不同溫度下的熱膨脹系數和線膨脹系數。綜合來說，它們都隨著溫度的降低而降低。熱膨脹系數在液固溫度范圍（1451～1550）由42.61降至25.16，在奧氏體轉變溫度范圍（687～798）由23.74降至1722。在相同的溫度范圍內，線膨脹系數有相似的趨勢，但變化不大。

5 結論

利用jmatpro，最終的到了對25MnVD鋼材料的相關力學性能以及測試結果。