CN111534743B - 一种高耐磨冷轧链板钢及其制造方法 - Google Patents

一种高耐磨冷轧链板钢及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高耐磨冷轧链板钢及其制造方法，该钢的成分按重量百分比计如下：C：0.50％～0.65％，Si：≤0.40％，Mn：0.4％～1.1％，Cr：≤0.50％，Nb≤0.5％；Al：0.015％～0.1％，V：0.05％～0.5％，Ti：0.03％～0.1％，且O≤0.0015％，杂质元素P≤0.020％，S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。制造方法包括冶炼、模铸、铸锭开坯、热轧、冷轧；采用本发明生产的链板钢热处理后硬度48HRC以上，加工的链板耐磨性明显提高，使用寿命延长60％以上。

Description

一种高耐磨冷轧链板钢及其制造方法
技术领域
本发明属于金属领域，尤其涉及一种链板用钢，特别是涉及一种具有高耐磨性、耐腐蚀的链板用冷轧钢带及其制造方法。
背景技术
目前，链板多采用40Mn、45Mn钢板加工而成，一般要求原料钢板表面硬度在85HRB－90HRB，以保证冲压后边部质量，热处理后硬度38-42HRC，在长期使用过程中易出现磨损变形，造成链条延伸、动力***效率降低，寿命短，需要经常更换等问题。特别是一些汽车动力链条，链条寿命直接影响汽车发动机乃至整车寿命。另一方面，热轧板直接加工链板，存在钢板表面氧化铁皮，加工过程易生锈，冲压加工成材率低等缺陷，影响热处理后表面硬度等问题。
发明《一种低碳微合金钢及用其生产链条链板的方法》(申请号：99100724.7)公开的链板碳含量低，含锰和钒的冷轧板。碳含量低，合金总含量少，热处理后硬度相对低，耐磨性不足。
发明《一种高级优质链条钢的连铸工艺》(CN103252466A)是一种方坯加工圆链的连铸工艺，属型材生产工艺，方坯尺寸小，连铸坯生产容易，冶炼铸坯冷却工艺等参次与板坯连铸完全不同。而且成品是圆链，与链板用途不同。
发明《一种链条钢材料》(CN103422034A)和《一种管道链板输送机的链板材料》(CN109881128A)两个发明均是添加了非常规化合物或元素，需特殊生产方法，成本高，生产工艺复杂。
发明《一种圆环链条用钢及其制造方法》(CN102653834A)、发明《一种矿用大规格、高强度链条钢及其制备方法》(CN201410800419.5)、《一种90级链条钢》(CN201811242708.2)都是用型材加工环形链条，链条用钢碳含量低，Ni、Cr、Mo等合金含量高，成本高，常规热处理工艺不能满足链板高硬度高耐磨的要求。《链条外链板》(CN2206868Y)是实用新型专利，介绍的是链条链板形状上的改善，未提及材质。
《一种高强度高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢及其生产工艺》(申请号：201610507885.3)是一种连铸方坯轧制成的圆棒材，不宜做链板。而且C含量0.28-0.32％，较低，热处理后硬度很难达到37HRC以上，Mn含量1.45％以上，易形成偏析，组织不均匀，影响疲劳性能。
《自行车链条用18MnZL热轧带钢的研制》，《赛车链条用钢化学成分设计》，《武钢冷轧链条用钢的开发与应用》等论文介绍的均为冷轧钢板用钢。《16Mn钢链板断裂分析》介绍的16Mn链条钢碳含量低，要经过渗碳处理才能满足硬度要求，工艺复杂。
上述文献及发明提及的钢种均不适合用热轧板直接加工高耐磨链板。因此，本项目发明了一种冷轧钢带，表面光洁度好，适于加工各类链板，热处理后硬度高，耐磨性好，寿命长。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供钢板热处理后硬度48HRC以上，链条耐磨寿命比普通链条延长60％以上的高耐磨冷轧链板钢及其制造方法。
本发明目的是这样实现的：
一种高耐磨冷轧链板钢，该钢的成分按重量百分比计如下：C：0.50％～0.65％，Si：≤0.40％，Mn：0.4％～1.1％，Cr：≤0.50％，Nb≤0.5％；Al：0.015％～0.1％，V：0.05％～0.5％，Ti：0.03％～0.1％，且O≤0.0015％，杂质元素P≤0.020％，S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述高耐磨冷轧链板钢，晶粒度8级以上，钢板硬度85-95HRB，屈服强度300-400MPa，单面表面脱碳层深度小于板厚的1.5％。
本发明成分设计理由如下：
C是钢中主要的固溶强化元素。C含量若低于0.50％，则很难保证热处理后硬度，另一方面C含量若高于0.65％，钢的韧塑性恶化，链条易脆断。因此，C含量要控制在0.50％～0.65％。
Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，是保证钢的强度和韧性的必要元素。锰和铁形成固溶体，能提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度。Mn与S结合形成MnS，避免晶界处形成FeS而导致的热裂纹影响锯片用钢的热成形性。同时Mn也是良好的脱氧剂并增加淬透性。Mn含量过低，不能满足热处理后高强硬性的要求，Mn含量过高易形成偏析带影响焊接性能，且增加生产成本，因此，综合考虑成本及性能要求等因素，Mn含量应该控制在0.4％～1.1％。
Si是钢中常见元素之一，在炼钢过程中用作还原剂和脱氧剂，固溶形态的Si能提高屈服强度和韧脆转变温度，但若超过含量上限将降低韧性和焊接性能。另一方面，Si是铁素体形成元素，Si含量高会促使钢表面脱碳严重，因此，Si含量不易过高，Si≤0.40％。
Cr是显著提高钢的淬透性元素，钢中加入适量的Cr可使C曲线右移，相同冷速下获得的珠光体片间距更加细化。对于高碳钢，Cr可以提高碳扩散的激活能，减轻钢的脱碳倾向。另一方面，Cr还可提高铁素体电极电位，促使钢的表面形成致密的氧化膜，提高其耐蚀性。Cr含量过高，增加合金成本，且钢板板形差，难以校平，因此，本发明控制Cr含量≤0.50％。
Nb是细晶强化和沉淀强化微合金元素，钢中加入适量的Nb可提高热轧钢板的韧塑性及钢热处理后的强度和韧性。通常钢中微合金化Nb含量为0.01-0.05％，而本发明中加入≤0.5％的Nb，是正常加入量的十倍以上。在钢中添加Nb，在热加工过程中可以析出微细的NbC、NbCN等碳氮化物二相粒子，抑制奥氏体的形变再结晶，阻止奥氏体晶粒的长大，细化晶粒。生成的粒子种类和大小直接影响钢的耐磨性等使用性能。如，生产小于30um的NbC粒子，细化晶粒作用明显，热处理后强硬性明显提升，耐磨性增强，寿命延长。目前汽车使用几年后，当发动机内的正时链条长度因为磨损严重而延伸50％时，发动机判废。链条钢中加0.1-0.5％Nb后，耐磨性明显改善，一般发动机因其他原因报废时，链条长度最大只延伸20％，也就是说，不会因为正时链条磨损延伸问题而导致发动机报废，即延长了发动机使用寿命。另一方面，Nb可以抑制钢表面氧化脱碳。因此，控制Nb≤0.5％。
V、Ti也是细晶强化和沉淀强化微合金元素，在钢中添加V、Ti，在热加工过程中可以析出微细的碳氮化物二相粒子，抑制奥氏体的形变再结晶，阻止奥氏体晶粒的长大，细化晶粒。另一方面，V也可提高淬透性和热稳定性。因此，钢中加入适量的Ti、V可提高热轧钢板的韧塑性及钢热处理后的强度和韧性。当然，含量过高，增加成本，因此，控制V：0.05～0.5％，Ti：0.03～0.1％。
Al：0.015％～0.1％，冶炼时一般用Al作脱氧剂，也可以细化晶粒，提高强度，但同时也易形成含Al的氧化物夹杂，影响钢的疲劳性能。因此，Al含量控制在0.015％-0.10％。
O：O≤0.0015％，氧是炼钢时的残余元素，氧含量高，非金属夹杂物多，严重影响疲劳性能。为保证链条用钢热处理后强度和硬度，本发明的链板用钢采用中C含量，高碳钢中氧含量过高，冶炼时非金属夹杂物不易上浮，导致钢中夹杂物过多，影响疲劳寿命，因此，本发明要求成品钢板中O≤0.0015％。
P和S都是钢中不可避免的有害杂质，它们的存在会严重恶化钢的韧性，影响疲劳性能，缩短使用寿命。因此要采取措施使钢中的P和S含量尽可能低。根据本发明，最高P含量限制在0.020％，最高S含量限制在0.010％。
上述成分设计采用中高碳含量，添加Mn、Cr、Si等合金元素，提高钢板淬透性、淬硬性。加入Nb、V、Ti，阻止奥氏体晶粒的长大，细化晶粒，进一步提升强硬性。采用上述成分后，热处理后硬度可达48HRC以上，保证钢板热处理后强硬性和耐磨性。同时严格控制P、S、O等杂质元素含量，提高钢疲劳性能，进而延长零部件使用寿命。
本发明技术方案之二是提供一种高耐磨冷轧链板钢的制造方法，包括冶炼、模铸、铸锭开坯、热轧、冷轧；
(1)冶炼、模铸：电炉冶炼，要求精炼处理时间30min以上，以便非金属夹杂物上浮充分，保证钢水质量，提高成品钢板的疲劳性能；浇注钢锭，要求钢水O≤0.0020％，以确保成品O≤0.0015％；钢锭尺寸不大于150mm*150mm；
(2)热轧：
(a)钢锭脱模后切除帽口，加热到1100～1250℃，保温4-6h，初轧开坯厚度不大于100mm，中间坯回加热炉二次加热到1100～1250℃，保温0.5-1h，确保铸坯加热均匀的同时，尽量降低表面脱碳，抑制表面晶界氧化，
(b)精粗轧均采用高压水除鳞，强度大于15MPa，保证成品钢板表面质量；
(c)粗轧首道次压下率大于40％，开轧温度1050℃～1150℃；
(d)精轧总压下率85％以上，精轧终轧温度750℃～950℃；
(e)带钢出精轧机后，以10℃/S以上冷速冷却到700℃以下卷取，以控制二相粒子尺寸。
(3)冷轧：热轧卷经10％-30％HCl溶液酸洗后冷轧，冷轧总压下率20％-40％，涂油后卷取成带钢。
酸洗后采用连退连轧或可逆机组冷轧。
采用电炉冶炼，处理时间30min以上，有助于非金属夹杂物上浮充分，保证钢水纯净度，提高成品钢板的疲劳性能；要求钢水O≤0.0020％，以确保成品O≤0.0015％，各类非金属夹杂物小于1.5级。
钢锭加热温度1100～1250℃，在炉时间4-5小时，在炉时间超过5小时后，铸坯表面氧化脱碳严重，影响热处理后表面硬度及疲劳性能。为了控制二相粒子尺寸，钢锭尺寸不大于150mm*150mm，以促进板坯冷却，降低储存能，抑制二相粒子长大。另一方面，初轧开坯厚不能大于100mm，中间坯回加热炉二次加热到1100～1250℃，保温0.5-1小时，避免长时间二次加热引起表面脱碳氧化严重，同时，促进钢坯中二相粒子固溶，以便轧制过程中重新生成细小二相粒子，细化晶粒，提高热处理后强硬性和耐磨性，延长链板使用寿命。Nb的粒子在1100℃以上温度，固溶速度明显增加，固溶量明显增多，温度达1200℃后，70％以上的Nb固溶在钢中。
铸锭经过开坯，二次加热，采用热连轧机组轧制。采用高压水除鳞技术，去除表面氧化铁皮，从而降低成品钢板的表面脱碳氧化，保证单面表面脱碳层深度小于板厚的1.5％，无晶界氧化。
热轧精轧采用首道次大于40％的大压下率，终轧温度750℃～950℃，奥氏体区轧制，首道次大压下率，破碎铸坯组织偏析，减轻成品带状，提高成品组织均匀性。含Nb钢精轧总压下率85％以上，促进再结晶，形成新的奥氏体晶粒带，细化晶粒。轧后以大于10℃/S冷速快速冷却到700℃以下卷取，一方面可以抑制含Nb粒子长大，控制粒子尺寸50um以下，细化奥氏体晶粒，另一方面可以抑制表面氧化脱碳，进而控制表面硬度及疲劳性能。冷速低于10℃/S，形成粒子较大，700℃以上卷取后，粒子长大明显。粒子大于50um，不仅不能细化奥氏体晶粒，可能影响钢的力学性能，且钢板表面易氧化脱碳，表面晶界氧化严重，易形成表面微裂纹，严重影响疲劳性能。
热卷经10％-30％盐酸溶液酸洗，采用连退连轧机组轧制。充分除净表面氧化铁皮，以20％-40％总压下率冷轧，改善表面质量，轧硬态交货。钢板组织为片状珠光体+铁素体+球化珠光体的混合组织，球化率级别2级以上，冷轧钢板硬度85-95HRB，钢板屈服强度300-400MPa。硬度低于85HRB，冲压成形性差，成材率低。球化率低于1级，片层珠光体体积多于70％，钢板硬度高，塑性差，钢板硬度高于95HRB，冲压成型困难，模具损耗严重。
一种高耐磨冷轧链板钢的热处理方法，将所述链板钢加工成链板半成品后，进行热处理，具体工艺如下：
加热温度815-845℃，保温20-45min后油淬，淬火油温度不高于80℃，冷却到200℃以下入炉回火，回火温度280-380℃。
利用所述的热处理工艺制得的链板，组织为回火马氏体，硬度48HRC以上。
本发明的有益效果在于：
应用本发明公开的技术方案生产的钢板，采用模铸生产工艺，轧后奥氏体晶粒细小均匀，冷轧板组织为均匀细小铁素体和珠光体，晶粒度8级以上，表面粗造度1.2um以下，钢板硬度85-95HRB，屈服强度300-400MPa，各类非金属夹杂物小于1.5级，单面表面脱碳层深度小于板厚的1.5％，无晶界氧化。热处理后硬度48HRC以上，加工的链板耐磨性明显提高，使用寿命延长60％以上。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行冶炼、模铸、铸锭开坯、热轧、冷轧。(1)冶炼、模铸：电炉冶炼，要求精炼处理时间30min以上；浇注钢锭，要求钢水O≤0.0020％，以确保成品O≤0.0015％；钢锭尺寸不大于150mm*150mm；
(2)热轧：
(a)钢锭脱模后切除帽口，加热到1100～1250℃，保温4-6小时，初轧开坯厚度不大于100mm，中间坯回加热炉二次加热到1100～1250℃，保温0.5-1小时；
(b)精粗轧均采用高压水除鳞，强度大于15MPa；
(c)粗轧首道次压下率大于40％，开轧温度1050℃～1150℃；
(d)精轧总压下率85％以上，精轧终轧温度750℃～950℃；
(e)带钢出精轧机后，以10℃/S以上冷速冷却到700℃以下卷取，以控制二相粒子尺寸；
(3)冷轧冷轧：热轧卷经10％-30％HCl溶液酸洗后冷轧，冷轧总压下率20％-40％，涂油后卷取成带钢。
酸洗后采用连退连轧或可逆机组冷轧。
一种高耐磨冷轧链板钢的热处理工艺：将所述高耐磨冷轧链板钢加工成链板半成品后，进行热处理，具体工艺如下：
加热温度815-845℃，保温20-45min后油淬，淬火油温度不高于80℃，冷却到200℃以下入炉回火，回火温度280-380℃。
本发明实施例钢的成分见表1。本发明实施例钢的主要工艺参数见表2。本发明实施例钢热处理工艺见表3。本发明实施例钢的性能见表4。
表1本发明实施例钢的成分(wt％)
实施例 C Si Mn P S Cr Nb V Ti Al O
1 0.55 0.25 0.40 0.015 0.005 0.02 0.10 0.1 0.03 0.015 0.0015
2 0.56 0.27 0.92 0.004 0.009 0.15 0.32 0.3 0.05 0.058 0.0012
3 0.58 0.08 0.91 0.008 0.02 0.22 0.015 0.22 0.07 0.029 0.0011
4 0.60 0.16 0.55 0.010 0.018 0.10 0.29 0.15 0.10 0.025 0.0005
5 0.65 0.40 0.60 0.012 0.004 0.45 0 0.20 0.04 0.078 0.0007
6 0.57 0.15 0.75 0.014 0.003 0.39 0 0.16 0.03 0.018 0.0008
7 0.62 0.16 0.88 0.013 0.008 0.50 0.35 0.18 0.05 0.055 0.00012
8 0.61 0.27 0.82 0.014 0.004 0.48 0.20 0.21 0.06 0.029 0.0008
9 0.59 0.30 0.99 0.012 0.007 0.25 0.15 0.12 0.07 0.038 0.00010
10 0.57 0.08 0.68 0.010 0.01 0.14 0.09 0.05 0.05 0.045 0.0008
11 0.50 0.09 0.70 0.008 0.007 0.48 0.062 0.5 0.04 0.098 0.0003
12 0.65 0.07 0.82 0.013 0.006 0.35 0.10 0.4 0.05 0.033 0.0009
13 0.54 0.16 1.08 0.013 0.008 0.25 0.25 0.35 0.03 0.035 0.0002
14 0.59 0.06 0.82 0.014 0.004 0.08 0.45 0.3 0.04 0.040 0.0009
15 0.63 0.10 0.79 0.012 0.007 0.15 0.5 0.32 0.05 0.058 0.00010
16 0.60 0.18 0.88 0.030 0.01 0.46 0.36 0.28 0.03 0.055 0.00013
17 0.52 0.15 0.80 0.025 0.025 0.32 0.27 0.45 0.05 0.049 0.00010
18 0.58 0.27 0.72 0.004 0.009 0.45 0.022 0.19 0.06 0.048 0.00012
表2本发明实施例钢的主要工艺参数
Figure BDA0002475593590000111
表3本发明实施例钢热处理工艺
Figure BDA0002475593590000121
表4本发明实施例钢的性能
Figure BDA0002475593590000131
为了表述本发明，在上述中通过实施例对本发明恰当且充分地进行了说明，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (1)

1.一种高耐磨冷轧链板钢，其特征在于，该钢的成分按重量百分比计如下：C：0.50%~0.65%，Si：≤0.40%，Mn：0.4%~1.1%，Cr：0.1%~0.50%，Nb：0.35~0.45%；Al：0.015%~0.1%，V：0.15%~0.5%，Ti：0.03%~0.1%，且O≤0.0015%，杂质元素P≤0.020%，S≤0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质，钢中含Nb粒子尺寸50um以下；
所述高耐磨冷轧链板钢的晶粒度8级以上，钢板硬度85~95HRB，屈服强度300~400MPa，钢板单面表面脱碳层深度小于板厚的1.5%；
所述的高耐磨冷轧链板钢的制造方法，包括冶炼－模铸－热轧－冷轧；
（1）冶炼、模铸：电炉冶炼，要求精炼处理时间30min以上；浇注钢锭，要求钢水O≤0.0020%，以确保成品O≤0.0015%；钢锭尺寸不大于150mm*150mm；
（2）热轧：
（a）钢锭脱模后切除帽口，加热到1100~1250℃，保温4~6h，初轧开坯厚度不大于100mm，中间坯回加热炉二次加热到1100~1250℃，保温0.5~1h；
（b）精粗轧均采用高压水除鳞，水压大于15MPa；
（c）粗轧首道次压下率大于40%，开轧温度1050~1150℃；
（d）精轧总压下率85%以上，精轧终轧温度750~950℃；
（e）带钢出精轧机后，以10~27℃/s冷速冷却到700℃以下卷取；
（3）冷轧：热轧卷经10%~30%HCl溶液酸洗后冷轧，冷轧总压下率20%~29%，涂油后卷取成带钢；
将所述高耐磨冷轧链板钢加工成链板半成品后，进行热处理，具体工艺如下：
加热温度815~825℃，保温20~29min后油淬，淬火油温度不高于80℃，冷却到200℃以下入炉回火，回火温度280~380℃；
热处理工艺后制得的链板组织为回火马氏体，硬度57~59HRC。
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