一种工程机械履带链轨节用热轧圆钢及其制备方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，具体涉及一种工程机械履带链轨节用热轧圆钢及其制备方法。

背景技术

随着我国经济社会进入高质量发展阶段，装备制造业得到高速发展。工程机械作为装备制造业的重要组成部分，国家对工程机械用钢铁材料的性能要求越来越高。工程机械工作环境恶劣，且具有高载荷、高频率的特点。履带链轨节作为工程机械的重要部件，要同时承受多向驱动力及高载荷摩擦力，这就要求履带链轨节要同时具备高强度及高韧性。

目前对工程机械履带链轨节用钢质量控制方向的研究，包括一种超高纯净度履带链轨节用钢的生产方法(申请号202010208413.4)，该方法是通过控制炼钢化学成分、过程工艺参数，获得了高纯净度履带链轨节用钢。一种工程机械履带链轨节用细晶钢及其制备方法(申请号202010360704.5)是通过设计合理的化学成分，提高钢水纯净度、控制加热和轧制工艺参数，有优异的强度和韧性，晶粒细小且均匀，良好的低倍、非金属夹杂物和表面质量。履带链轨节用35MnBM钢及其制造方法(201810784020.0)，是通过工艺控制，有效的提高链轨节用钢的淬透性能，提升链轨节性能和质量。

上述针对工程机械履带链轨节用热轧圆钢强韧性能控制方面所采用的研究方法虽各有不同，主要集中在合金成分和工艺参数的控制方向。因此，为应对恶劣工况环境下对于钢铁材料的性能要求的不断提高，如何通过对合金成分的合理设计配合现有生产设备工艺参数控制，实现对钢材强韧性能、力学性能、表面质量等综合质量的进一步提高，具有重大经济价值和广阔的市场前景。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种工程机械履带链轨节用热轧圆钢及其制备方法，该方法在电炉+LF+RH+连铸工艺基础上，通过合金成分的调整配合控制初炼、精炼、连铸、轧制工艺参数及技术节点，最终获得具有优异力学性能、高强韧特性的工程机械履带链轨节用热轧圆钢。其拉伸强度为915～955MPa，屈服强度805～825MPa，断裂延伸率13～17％，冲击韧性120～140J，满足高端使用要求，实现了电炉连铸流程批量生产高强韧工程机械履带链轨节用热轧圆钢的突破。

具体发明内容如下：

一种工程机械履带链轨节用热轧圆钢，所述的热轧圆钢合金成分按重量百分数计为：0.30-0.40％C，0.15-0.30％Si，1.25-1.50％Mn，≤0.025％P，≤0.025％S，0.25-0.40％Cr，0.020-0.050％Ti，≤0.25％Ni，≤0.05％Mo，0.020-0.040％Al，≤0.25％Cu，≤0.006％N，0.0008-0.0030％B，余量为Fe。

优选地，所述Ti：N≥4。

优选地，所述热轧圆钢的拉伸强度为915～955MPa，屈服强度805～825MPa，断裂延伸率13～17％，冲击韧性120～140J。

本发明的另外一个目的是提供一种工程机械履带链轨节用热轧圆钢的制备方法，所述方法包含电炉冶炼、LF炉精炼、RH精炼、连铸和轧制的步骤，其中，所述电炉冶炼为：出钢温度为1620℃～1630℃，终点钢0.08～0.10％C，≤0.015％P；出钢预脱氧及合金化，按照合金成分目标值补加Mn、Cr、Ni、Mo、B合金，出钢过程中加入增碳剂，铝线段1.5kg/t，出钢石灰800kg。

进一步地，所述LF精炼工艺为：白渣时间≥30min，采用碳化硅(SiC≥85％)、碳粉和Al粒50kg进行扩散脱氧；离站时Al含量控制在0.020％～0.040％，温度为1632℃～1642℃。

进一步地，所述RH精炼工艺为：真空度100Pa以下保持时间≥12min，破空后喂入硅钙线，喂线速度≥150m/min；静吹时间＞15min。

进一步地，所述连铸工艺为：

中间包烘烤：三段式加热，首先采用小火，火焰长度300mm，在300±5℃保持40～60min；再采用中火，火焰长度500mm，在1100±5℃保持30～60min；最后采用大火，火焰长度700mm，在1100±5℃保持180～210min；

连铸拉速与钢液过热度控制：计算相对应合金成分的液相线温度，钢液过热度控制在15～25℃，铸坯断面选择210mm*210mm，拉速1.0～1.2m/min，生产过程保持恒拉速；

结晶器振动参数：采用非正弦振动方式，C1:5.0，C2:1.2，C3:100.0，C4:35.0，C5:0.0，C6:0.5；

结晶器水量控制：140～145m

二冷水比水量控制：总水量90～95L/min，比水量0.25～0.30L/kg；

结晶器电磁搅拌参数控制：320～350A，1.5～2.0Hz；

铸坯末端电池搅拌参数控制：360～400A，5～7Hz；

搅拌方式：交替搅拌(10s-3s-10s)；

铸坯压下参数控制：分4道次轧制，压下量分别为1mm、2mm、5mm、1mm，共9mm；

铸坯保温参数控制：铸坯下线温度≥550℃，保温时间≥16h，铸坯出坑温度≤200℃。

进一步地，所述轧制工艺为：均热段温度1180～1200℃，加热时间为120～180min；保证开扎温度≥1100℃，终轧温度≥850℃；扎后材入坑温度≥550℃，出坑温度≤200℃，保温时间≥20h。

上述工程机械履带链轨节用热轧圆钢的制备方法只对制备工艺中的关键参数进行了限定，其他制备钢材的常规步骤按现有技术公开的方式进行，满足工艺要求即可。

本发明的有益效果为：

①该方法在电炉+LF+RH+连铸工艺基础上，通过稀土元素的添加以及配合控制初炼、精炼、连铸、轧制工艺参数及技术节点，制备的工程机械履带链轨节用热轧圆钢拉伸强度为915～955MPa，屈服强度805～825MPa，断裂延伸率13～17％，冲击韧性120～140J，满足高端产品要求。

②合理的成分设计和生产工艺保证表面质量、力学性能。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例1

采用本发明专利的技术方案制备工程机械履带链轨节用热轧圆钢，具体步骤如下：

电炉冶炼：出钢温度为1620℃，终点钢0.08％C，0.015％P；出钢预脱氧及合金化，按照合金成分目标值补加Mn、Cr、Ni、Mo、B合金，出钢过程中加入增碳剂，铝线段1.5kg/t，出钢石灰800kg。

LF精炼：白渣时间35min，采用碳化硅(SiC≥85％)、碳粉和Al粒50kg进行扩散脱氧；离站时Al含量控制在0.020％，温度为1632℃。

RH精炼：真空度100Pa以下保持时间12min，破空后喂入硅钙线，喂线速度155m/min；静吹时间17min。

连铸：中间包烘烤：三段式加热，首先采用小火，火焰长度300mm，在300±5℃保持40min；再采用中火，火焰长度500mm，在1100±5℃保持30min；最后采用大火，火焰长度700mm，在1100±5℃保持180min；

连铸拉速与钢液过热度控制：计算相对应合金成分的液相线温度，钢液过热度控制在15℃，拉速1.0m/min，生产过程保持恒拉速；

结晶器振动参数：采用非正弦振动方式，C1:5.0，C2:1.2，C3:100.0，C4:35.0，C5:0.0，C6:0.5；

结晶器水量控制：140m

二冷水比水量控制：总水量90L/min，比水量0.25L/kg；

结晶器电磁搅拌参数控制：340A，1.5Hz；

铸坯末端电池搅拌参数控制：380A，6Hz；

搅拌方式：交替搅拌(10s-3s-10s)；

铸坯压下参数控制：分4道次轧制，压下量分别为1mm、2mm、5mm、1mm，共9mm；

铸坯保温参数控制：铸坯下线温度550℃，保温时间18h，铸坯出坑温度190℃。

轧制：均热段温度1180℃，加热时间为120min；保证开扎温度1100℃，终轧温度870℃；扎后材入坑温度570℃，出坑温度190℃，保温时间25h。

经检测，制备出的工程机械履带链轨节用热轧圆钢的合金成分为：0.31％C，0.20％Si，1.35％Mn，0.025％P，0.025％S，0.31％Cr，0.035％Ti，0.25％Ni，0.05％Mo，0.030％Al，0.25％Cu，0.006％N，0.0020％B，余量为Fe；拉伸强度920MPa，屈服强度810MPa，断裂延伸率14％，冲击韧性125J。

实施例2

采用本发明专利的技术方案制备工程机械履带链轨节用热轧圆钢，具体步骤如下：

电炉冶炼：出钢温度为1625℃，终点钢0.10％C，0.012％P；出钢预脱氧及合金化，按照合金成分目标值补加Mn、Cr、Ni、Mo、B合金，出钢过程中加入增碳剂，铝线段1.5kg/t，出钢石灰800kg。

LF精炼：白渣时间30min，采用碳化硅(SiC≥85％)、碳粉和Al粒50kg进行扩散脱氧；离站时Al含量控制在0.030％，温度为1635℃。

RH精炼：真空度100Pa以下保持时间15min，破空后喂入硅钙线，喂线速度150m/min；静吹时间20min。

连铸：中间包烘烤：三段式加热，首先采用小火，火焰长度300mm，在300±5℃保持50min；再采用中火，火焰长度500mm，在1100±5℃保持50min；最后采用大火，火焰长度700mm，在1100±5℃保持200min；

连铸拉速与钢液过热度控制：计算相对应合金成分的液相线温度，钢液过热度控制在20℃，拉速1.1m/min，生产过程保持恒拉速；

结晶器振动参数：采用非正弦振动方式，C1:5.0，C2:1.2，C3:100.0，C4:35.0，C5:0.0，C6:0.5；

结晶器水量控制：145m

二冷水比水量控制：总水量92L/min，比水量0.27L/kg；

结晶器电磁搅拌参数控制：320A，2.0Hz；

铸坯末端电池搅拌参数控制：360A，7Hz；

搅拌方式：交替搅拌(10s-3s-10s)；

铸坯压下参数控制：分4道次轧制，压下量分别为1mm、2mm、5mm、1mm，共9mm；

铸坯保温参数控制：铸坯下线温度570℃，保温时间16h，铸坯出坑温度180℃。

轧制：均热段温度1190℃，加热时间为150min；保证开扎温度1150℃，终轧温度850℃；扎后材入坑温度550℃，出坑温度180℃，保温时间20h。

经检测，制备出的工程机械履带链轨节用热轧圆钢的合金成分为：0.36％C，0.15％Si，1.25％Mn，0.015％P，0.020％S，0.35％Cr，0.0250％Ti，0.24％Ni，0.05％Mo，0.020％Al，0.24％Cu，0.006％N，0.0010％B，余量为Fe；拉伸强度935MPa，屈服强度815MPa，断裂延伸率15％，冲击韧性130J。

实施例3

采用本发明专利的技术方案制备工程机械履带链轨节用热轧圆钢，具体步骤如下：

电炉冶炼：出钢温度为1630℃，终点钢0.09％C，0.015％P；出钢预脱氧及合金化，按照合金成分目标值补加Mn、Cr、Ni、Mo、B合金，出钢过程中加入增碳剂，铝线段1.5kg/t，出钢石灰800kg。

LF精炼：白渣时间30min，采用碳化硅(SiC≥85％)、碳粉和Al粒50kg进行扩散脱氧；离站时Al含量控制在0.040％，温度为1642℃。

RH精炼：真空度100Pa以下保持时间12min，破空后喂入硅钙线，喂线速度150m/min；静吹时间20min。

连铸：中间包烘烤：三段式加热，首先采用小火，火焰长度300mm，在300±5℃保持60min；再采用中火，火焰长度500mm，在1100±5℃保持60min；最后采用大火，火焰长度700mm，在1100±5℃保持210min；

连铸拉速与钢液过热度控制：计算相对应合金成分的液相线温度，钢液过热度控制在25℃，拉速1.2m/min，生产过程保持恒拉速；

结晶器振动参数：采用非正弦振动方式，C1:5.0，C2:1.2，C3:100.0，C4:35.0，C5:0.0，C6:0.5；

结晶器水量控制：145m

二冷水比水量控制：总水量95L/min，比水量0.30L/kg；

结晶器电磁搅拌参数控制：350A，1.7Hz；

铸坯末端电池搅拌参数控制：400A，7Hz；

搅拌方式：交替搅拌(10s-3s-10s)；

铸坯压下参数控制：分4道次轧制，压下量分别为1mm、2mm、5mm、1mm，共9mm；

铸坯保温参数控制：铸坯下线温度550℃，保温时间16h，铸坯出坑温度170℃。

轧制：均热段温度1200℃，加热时间为180min；保证开扎温度1100℃，终轧温度850℃；扎后材入坑温度550℃，出坑温度200℃，保温时间20h。

经检测，制备出的工程机械履带链轨节用热轧圆钢的合金成分为：0.37％C，0.25％Si，1.45％Mn，0.025％P，0.025％S，0.35％Cr，0.040％Ti，0.25％Ni，0.05％Mo，0.035％Al，0.25％Cu，0.006％N，0.0025％B，余量为Fe；拉伸强度950MPa，屈服强度820MPa，断裂延伸率16％，冲击韧性135J。