CN104805371A - 一种v级链条用合金钢及其热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及链条用钢领域，具体地说就是一种高强度低成本的V级链条用合金钢及其热处理方法。按质量百分数计，该合金钢的成分为：C0.20～0.28、Si0.15～0.35、Ni0.4～1.2、Mn0.8～1.5、Cr0.35～0.65、Mo0.15～0.35、Al0.025～0.035、0<(V+Nb)≤0.15、S≤0.010、P≤0.010，Fe余量。该合金钢的热处理方法为：830～950℃保温20～60min，水淬，然后低温回火，回火温度为180～250℃，保温20～60min。热处理完的合金钢力学性能为：抗拉强度1570～1660MPa，延伸率14～18％。而采用该合金钢编制的链条(直径dn＝10mm)经热处理后测试，破断应力为1020～1080N/mm2，总极限伸长率20～35％。该合金钢的力学性能能够满足V级链条标准(EN818和JISB8812)规定的性能要求，而其中合金元素的含量如Ni、Mo和Cr均符合标准要求。
Description
技术领域：
本发明涉及链条用钢领域，具体地说就是一种高强度低成本的V级链条用合金钢及其热处理方法。
背景技术：
圆环链条主要适用于采矿、船舶等领域的起重、吊装和运输等，主要产品有矿用圆环链、系泊链和起重葫芦用短环链，分别对应不同的标准和不同的质量等级标记方法，如矿用圆环链的质量等级记为B、C、D级(GB/T 12718)，系泊链质量等级记为R3、R4级(GB/T 20848)，而起重葫芦用短环链按质量等级分别记为M、P、S、T和V级(GB/T 20946)。随着我国经济的高速发展，机械化程度越来越高，对圆环链条的质量提出了更高的要求，而国内现有链条材料已无法满足时代发展的需要。
起重葫芦用短环链目前国内仍处于T级水平(对应的链条破断应力为800N/mm2，又称80级链条)，采用的材料有20Mn2合金钢(GB/T 3077)。20Mn2合金钢的抗拉强度偏低，不能满足更高级别短环链(如：V级链条，又称100级链条)的强度要求。虽然在GB/T 20946中列出了破断应力为1000N/mm2的V级短环链，但这仅是验收总则，国内还没有关于V级短环链的具体标准和相应材料。
目前国内市场上的V级短环链均是进口，采用的标准是EN818和JISB8812。因此，国内的V级起重用短环链的相关材料和标准仍处空白，研制和开发高品质低成本的V级起重用圆环链用材料显得迫在眉睫，这样不仅可以打破V级圆环链对进口的依赖，同时也能促进行业发展以及相关标准的建立。
发明内容：
本发明的目的是提供一种高强度低成本的V级链条用合金钢及其热处理方法，该合金钢的力学性能能够满足V级链条标准(EN818和JISB8812)规定的性能要求，而其中合金元素的含量如Ni、Mo和Cr均符合标准要求，从而解决国内行业空白。
本发明的技术方案是：
一种V级链条用合金钢，按质量百分数计，该合金钢的成分为：C 0.20～0.28、Si 0.15～0.35、Ni 0.4～1.2、Mn 0.8～1.5、Cr 0.35～0.65、Mo 0.15～0.35、Al 0.025～0.035、0<(V+Nb)≤0.15、S≤0.010、P≤0.010，Fe余量。
所述的V级链条用合金钢，按质量百分数计，优选的合金钢的成分为：C0.22～0.27、Si 0.15～0.25、Ni 0.5～1.0、Mn 1.0～1.4、Cr 0.45～0.55、Mo 0.15～0.25、Al 0.025～0.035、0<(V+Nb)≤0.10、S≤0.010、P≤0.010，Fe余量。
所述的V级链条用合金钢的热处理方法，830～950℃保温20～60min，水淬；然后低温回火，回火温度为180～250℃，保温20～60min。
所述的V级链条用合金钢的热处理方法，热处理完后合金钢力学性能为：抗拉强度1570～1660MPa，延伸率14～18％。
所述的V级链条用合金钢的热处理方法，采用该合金钢编制的直径dn＝10mm链条，热处理完后经测试，链条的破断应力为1020～1080N/mm2，总极限伸长率20～35％。
本发明的设计思想如下：
本发明属于低合金高强度钢，与20Mn2相比，提高了C含量，为保证合金的韧性，Ni、Cr元素的含量适当增加，同时适当添加Mo、V、Nb等强化元素，严格控制杂质S、P含量。其中，提高C的目的是为了提高材料的强度，以满足V级链条对材料强度的要求，但C含量不能过高，否则会严重影响材料的韧性和可焊性，对后续链环的焊接和链条的安全使用会造成不利影响。Ni含量的添加可提高材料的韧性和延伸率，尤其是保证材料在低温条件下具有较好的冲击韧性，以防脆性断裂，因此相关标准EN818和JISB8812对V级链条中Ni的含量均做了最低要求，通常要求Ni含量不小于0.4％。Ni成本高，因此在满足标准要求的前提下，尽量少添加以降低材料成本。Mo、Cr的添加不仅可以增加强度，同时还能提高材料的淬透性和回火稳定性，为满足上述标准的要求，同时从成本和韧性方面考虑，添加适量即可。S、P杂质元素的控制对提高韧性有利，同时可防止冷脆等不利影响，现在我国钢铁冶炼水平已经比较发达，通常S、P含量均能控制在比较理想的水平。V、Nb作为微合金化元素，是强碳化物形成元素，少量的添加即可达到较好的析出强化效果，同时还能细化晶粒，对材料的韧性也有利，V、Nb的添加不宜多，否则会损害材料的韧性，本发明中V、Nb单独添加或同时加入均可，但控制总量(V+Nb)≤0.15％。为了获得高的强度，对合金钢进行淬火处理以获得高强的马氏体组织。对合金钢进行低温回火，以获得适当的韧性和延伸率。
本发明的优点及有益效果如下：
与现有20Mn2相比，本发明合金的强度有较大幅度的提高，但材料仍具有较好的延伸率。例如：本发明合金钢经880℃保温30min后水冷，然后采用200℃回火40min后，其强度可达1640MPa，延伸率可达15.5％。采用该合金钢制成直径dn＝10mm的盘条钢，然后编链、焊接、热处理，最后进行链条拉断测试。结果表明，本发明合金钢链条的拉断试样断口均在圆弧部位，破断应力为1055N/mm2，极限伸长率为26％，这说明材料的焊接性能良好，未在焊接处断裂，同时破断应力和伸长率均满足V级短环链的标准要求。
具体实施方式：
下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。
本发明实施例中，V级链条用合金钢的冶炼方法如下：采用真空感应炉冶炼，真空浇铸后得到20kg的铸锭。将钢锭锻造成35mm厚板材，然后热轧成12mm的板材，最后进行冷拔定型，实施例V级链条用钢的成分如表1所示，成分差别主要在于V、Nb含量的不同。盘条试样热处理制度为830～950℃保温20～60min，水淬，然后低温回火，回火温度为180～230℃保温20～60min。对实施例V级链条用钢一共进行了16例热处理试验，各例的热处理制度如表2所示。对热处理后的实施例V级链条用钢进行拉伸性能测试，测试结果列于表2。从试验结果可看出，四种成分合金之间的性能比较稳定，说明V、Nb含量的变化对性能影响不大，而奥氏体化温度及时间对合金钢的性能影响也较小。总体而言，回火温度影响较大，当回火温度提高到230℃时，强度普遍较低，延伸率则在17.0％以上。
表1本发明实施例V级链条用钢的化学成分(wt.％)
| C | Mn | Si | Ni | Mo | Cr | V | Nb | Al | S | P | Fe | |
| 成分1 | 0.24 | 1.31 | 0.19 | 0.52 | 0.18 | 0.49 | 0.05 | - | 0.027 | 0.007 | 0.008 | 余 |
| 成分2 | 0.25 | 1.25 | 0.25 | 0.54 | 0.21 | 0.42 | - | 0.05 | 0.029 | 0.006 | 0.008 | 余 |
| 成分3 | 0.24 | 1.02 | 0.23 | 0.92 | 0.19 | 0.42 | 0.04 | 0.04 | 0.031 | 0.006 | 0.008 | 余 |
| 成分4 | 0.23 | 1.26 | 0.21 | 0.54 | 0.20 | 0.43 | 0.06 | 0.03 | 0.0032 | 0.006 | 0.007 | 余 |
采用成分1合金钢，进行盘条编链(直径dn＝10mm)、焊接，然后采用实施例2的热处理工艺处理，最后进行链条的拉断试验，准备三组平行试样进行试验，测得的破断应力和伸长率分别为：1063N/mm2，29％；1051N/mm2，30％；1051N/mm2，29％。破断位置均在圆环两端的圆弧部位，在焊接位置未发现断裂现象，测得的结果满足EN818和JISB8812标准对V级高精度链条的性能要求。
表2本发明实施例V级链条用钢的力学性能
备注：回火保温时间均为30min。
实施例结果表明，本发明通过添加微合金化元素并经合适热处理后，获得具有足够强度和延伸率的合金钢，其力学性能能够满足V级链条对材料的性能要求，而采用该合金盘条编制的链条(直径dn＝10mm)，其破断应力和总极限伸长率能够满足标准EN818和JISB8812中V级链条的要求。
Claims (5)
1.一种V级链条用合金钢，其特征在于，按质量百分数计，该合金钢的成分为：C 0.20～0.28、Si 0.15～0.35、Ni 0.4～1.2、Mn 0.8～1.5、Cr 0.35～0.65、Mo 0.15～0.35、Al 0.025～0.035、0<(V+Nb)≤0.15、S≤0.010、P≤0.010，Fe余量。
2.按照权利要求1所述的V级链条用合金钢，其特征在于，按质量百分数计，优选的合金钢的成分为：C 0.22～0.27、Si 0.15～0.25、Ni 0.5～1.0、Mn 1.0～1.4、Cr 0.45～0.55、Mo 0.15～0.25、Al 0.025～0.035、0<(V+Nb)≤0.10、S≤0.010、P≤0.010，Fe余量。
3.一种权利要求1或2所述的V级链条用合金钢的热处理方法，其特征在于，830～950℃保温20～60min，水淬；然后低温回火，回火温度为180～250℃，保温20～60min。
4.按照权利要求3所述的V级链条用合金钢的热处理方法，其特征在于，热处理完后合金钢力学性能为：抗拉强度1570～1660MPa，延伸率14～18％。
5.按照权利要求3所述的V级链条用合金钢的热处理方法，其特征在于，采用该合金钢编制的直径dn＝10mm链条，热处理完后经测试，链条的破断应力为1020～1080N/mm2，总极限伸长率20～35％。
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