礦山機械設備的鏈軌節使用材料研制

張 瑞，李英奎，文 輝，方 圓

（南京鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210035）

鏈軌節是工程機械履帶的重要組成部分，起到連接履帶板并傳遞動力的作用，決定了履帶底盤的使用壽命。由于履帶主機如挖掘機、裝載機、推土機等工程機械裝備主要在礦山、道路施工等特殊環境下應用，要求履帶鏈軌節用鋼具備高的淬透性、成分組織均勻性及良好的表面質量，生產的鏈軌節可保證履帶在礦山等復雜環境下使用穩定[1]。

工程機械履帶為磨損件，有一定的使用壽命，損壞后進行履帶底盤更換。使用40Mn2 材料生產的鏈軌節淬透深度較低，耐磨性差，迫切需要提高產品的質量。南鋼根據客戶的需求針對性開發40MnB 材料鏈軌節用鋼，提高了鏈軌節的淬透性和耐磨性，其他的各項性能指標也滿足客戶的使用需求，提高工程機械配件市場的產品質量[2]。

1 技術指標

1.1 成分設計

為提高產品的淬透性需要添加合金元素，而提高淬透性性價比最高的合金元素為B 元素，硼作為微合金化元素，在鋼種加入0.010%～0.030%的微量硼就可極大的提高鋼材的淬透性，其作用等效于0.7%Cr、0.5%Mo 或1.0%Ni。硼提高鋼的淬透性機理是：硼聚集在晶界上，占據了鐵素體形核的有利位置，推遲了鐵素體的形核，使C 曲線右移，提高了奧氏體的穩定性，使鋼能夠在較寬的冷速內得到貝氏體或者馬氏體組織，從而獲得良好的強韌化性能。鋼中硼主要以固溶形式，以及鐵碳硼化合物、氧化物或氮化物等化合物形式存在。只有固溶態存在的硼才能夠起到提高淬透性的作用。冶煉中充分加Alt 脫氧、Ti 固氮保證鋼中有效硼即固溶硼的收得率。工程機械鏈軌節材料40MnB 的主要成分設計見表1。

表1 40MnB 的化學成分

1.2 低倍檢驗

鋼材的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。酸浸低倍組織一般疏松、中心疏松及中心偏析均≤2.5 級。

1.3 非金屬夾雜物

鋼材應按GB/T10561 中A 法進行非金屬夾雜物檢驗，其合格級別應符合表2 的規定（級）。

表2 非金屬夾雜物檢驗的級別劃分

1.4 晶粒度

鋼材按GB/T 6394 進行奧氏體晶粒度檢測，晶粒度應不粗于5 級。

1.5 熱頂鍛

鋼材按GB/T233 進行熱頂鍛檢驗，熱頂鍛后的試樣高度為原試樣高度的1/3，頂鍛后的試樣上不得有裂口和裂縫。

2 生產工藝

2.1 工藝路線

生產工藝路線為：轉爐—LF 精煉—RH 真空脫氣—連鑄—軋制—檢驗—發貨[3]。

2.2 冶煉及軋制關鍵工藝控制

采用120t 復吹轉爐冶煉，冶煉脫P，終點P ≤0.020%，采取高碳出鋼及出鋼檔渣操作，出鋼合金化采用鋁塊進行預脫氧。在LF 爐精煉全程吹氬及白渣操作，再經過真空處理，低真空度下保持10min 以上，進一步降低鋼中有害氣體H 含量，最后對鋼水進行鈣處理，并保證軟吹時間≥15min，從而減少鋼中夾雜物，提高鋼水的潔凈度。為保證鋼中B 元素的收得率，冶煉中先使用鋁充分脫氧，再加入鈦合金，最后加入B 合金。

表3 晶粒度和夾雜物檢測結果（級）

表4 40MnB 和40Mn2 淬透性對比（HRC）

圖1 40MnB 和40Mn2 淬透性對比

鋼水澆注出不同斷面的連鑄坯，因工程機械鏈軌節圓鋼在85mm 規格以內，為保證圓鋼的內部質量，提高配件市場鏈軌節產品質量，軋制壓縮比控制在10 個以上。

3 工業試制

試生產期間累計生產了兩組15 爐約1500t，其中一個爐號鋼水流動性較差，連鑄拉速降低，影響連鑄生產效率。圓鋼發用戶試用，反饋良好。

3.1 試生產圓鋼低倍及表面質量

試生產的圓鋼進行低倍檢驗，中心疏松、一般疏松、中心偏析及錠形偏析均≤1.5 級，圓鋼的低倍質量優良。每批次圓鋼軋制時進行熱頂鍛檢驗，熱頂鍛試樣表面光滑無缺陷，熱頂鍛合格，圓鋼表面質量良好。

3.2 試生產圓鋼的晶粒度和非金屬夾雜物

因鏈軌節產品的服役環境較差，對原材料的純凈度及產品熱處理后組織均勻性有一定的要求，對本次生產的圓鋼進行奧氏體晶粒度和夾雜物檢驗，檢驗結果見表3。

3.3 試生產圓鋼的末端淬透性

新型鏈軌節40MnB 的淬透性較40Mn2 進行對比，淬透性數據對比見表4，40MnB 淬透性在J20 點前均高于40Mn2，40MnB的硬度降幅明顯低于40Mn2，淬硬深度也較40Mn2 大，如圖1 所示，40MnB 較40Mn2 的淬透性顯著提高。

4 工藝優化

生產過程中一個爐號的鋼水流動性較差，連鑄生產時在中包水口內存在鋁類夾雜物聚集，為保證產品質量，將拉速降低，影響了連鑄連澆生產效率。對這兩組生產工藝進行梳理，發現這一爐在真空處理后喂入了200m 鋁線，喂線后靜攪時間10min，較其他爐號鋁線多了150m，鋼種鋁類夾雜物較多，未完全上浮造成鋼水流動性差。

為改善鋼水的流動性，后續40MnB 的材料冶煉應在真空前保證足量的鋁含量，真空后鋁線允許添加量≤100m，添加鋁線后靜攪時間≥15min。工序優化后生產4 組40MnB 共5000t 材料，鋼水流動性正常，未出現鋼水粘問題，產品發用戶使用正常。

5 結論

南鋼為工程機械鏈軌節配件市場開發的40MnB 材料，經用戶使用，材料的表面質量、非金屬夾雜物和晶粒度滿足客戶的使用要求，新材料淬透性較原有的40Mn2 材料顯著提升，提高履帶底盤的使用壽命，推動工程機械配件市場的產品質量。