工程機(jī)械履帶鏈軌銷軸用45B鋼的研制

戈文英，王洪軍，李泰

（1 萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 萊蕪 271104；2 山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

工程機(jī)械履帶鏈軌銷軸用45B鋼的研制

戈文英1，王洪軍2，李泰1

（1 萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 萊蕪 271104；2 山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

為保證使用性能，對45B鋼內(nèi)控成分及生產(chǎn)工藝進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用電爐－LF精煉－VD真空脫氣處理—連鑄（電磁攪拌、塞棒控制）—軋制成材工藝及LF出鋼前加鋁終脫氧、加鈦固定氮、VD前加入硼鐵的合金化工藝開發(fā)了履帶鏈軌銷軸用鋼。產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量檢測表明，生產(chǎn)的45B鋼純凈度高，晶粒細(xì)小均勻，淬透性能穩(wěn)定，完全滿足用戶使用要求。

履帶鏈軌銷軸用鋼；45B鋼；合金化；淬透性

工程機(jī)械履帶鏈軌銷軸在服役中承受強(qiáng)烈剪切、沖擊、彎曲和扭轉(zhuǎn)作用，同時(shí)受到摩擦。因此，銷軸用鋼應(yīng)具有高的抗剪、抗彎曲和抗斷裂強(qiáng)度，同時(shí)具有較好的抗沖擊、抗疲勞和抗磨損綜合力學(xué)性能。傳統(tǒng)材料采用45鋼，熱處理后整體性能較低。45B合結(jié)鋼加入微量硼，顯著提高了鋼的淬透性，同時(shí)獲得優(yōu)良的綜合性能。

1 主要技術(shù)要求

根據(jù)銷軸服役條件和使用特點(diǎn)，用戶對鋼材提出的主要技術(shù)要求如下。

1）化學(xué)成分。鋼的化學(xué)成分應(yīng)符合表1要求。

表1 45B鋼化學(xué)成分（熔煉成分）要求（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）％

2）鋼材氧含量≤20×10-6。

3）低倍組織。按照GB/T 1979檢驗(yàn)，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(diǎn)及晶間裂紋。酸浸低倍組織應(yīng)符合表2的規(guī)定。

表2 45B鋼酸浸低倍組織要求

4）非金屬夾雜物。按照GB/T 10561檢驗(yàn)，鋼材的非金屬夾雜物A類及B類夾雜均≯2.5級；C類及D類夾雜均≯1.5級。

5）末端淬透性。按GB/T 225檢驗(yàn)，熱處理制度為正火（875℃±10℃，空冷）+端淬（845℃±5℃，水淬）。鋼的末端淬透性要求：J1.5（53～63 HRC），J6≥45 HRC，J11≤45 HRC。

6）晶粒度。按照GB/T 6394檢驗(yàn)，奧氏體晶粒度級別應(yīng)≮5級。

7）脫碳層。鋼材應(yīng)檢驗(yàn)脫碳層，每邊總脫碳層深度（鐵素體+過渡層）≯直徑的1.0％。

8）發(fā)紋。按GB/T 15711檢驗(yàn)，鋼材發(fā)紋極限應(yīng)同時(shí)滿足：①發(fā)紋總條數(shù)≤20條；②發(fā)紋最大長度≤5 mm；③發(fā)紋總長度≤15 mm；④發(fā)紋起算長度1 mm；⑤同一母線上，間距＜2 mm的發(fā)紋計(jì)為1條；⑥不得有連接2個(gè)臺階的發(fā)紋。

9）確保連鑄坯軋制至成品尺寸的壓縮比≮15。

10）熱頂鍛。按GB/T 233檢驗(yàn)，鋼材進(jìn)行熱頂鍛試驗(yàn)，頂鍛后試樣上不得有裂口和裂縫。

2 關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)

45B鋼用戶直接切削加工使用，對鋼材淬透性能（化學(xué)成分控制）、潔凈度（氣體、有害元素、夾雜物）和低倍組織（宏觀結(jié)構(gòu)及發(fā)紋狀況）要求嚴(yán)格。為滿足使用性能要求，對鋼的內(nèi)控成分、生產(chǎn)工藝進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.1 內(nèi)控成分優(yōu)化設(shè)計(jì)

鋼中加入微量的硼能顯著提高淬透性，同時(shí)還可以獲得優(yōu)良的機(jī)械性能。鋼中的硼（B全）可用下式表示：B全＝B固＋BFe3（CB）＋BFe23（CB）6＋BBN＋BBOx。從提高淬透性的角度，應(yīng)提高酸溶硼B(yǎng)Fe3（CB）和BFe23（CB）6，減少酸不溶硼B(yǎng)BN和BBOx。研究表明，應(yīng)將鋼中硼限制在0.000 8％～0.002％為宜。鈦在硼鋼中主要用于固定氮，以保證硼的作用得以發(fā)揮。隨鈦含量增加，酸溶硼占全硼的比例增加，通過鈦含量對鋼的淬透性和強(qiáng)韌性的作用，鋼中鈦含量控制在0.020％～0.045％范圍最佳。根據(jù)1 600℃時(shí)鋁、鈦、硼的氧化物和氮化物形成自由能變化，要保證鋼中的鈦、硼不被氧化，Al控制在0.015％～0.050％較合適。研究表明[1]，含硼鋼厚度超過9 mm硼的作用大大削弱，錳成為影響淬透性的主要因素。根據(jù)淬透性要求，錳含量控制在0.70％～0.80％較合適。根據(jù)各元素作用及機(jī)理，確定化學(xué)成分內(nèi)控范圍（見表3）。

2.2 工藝流程及合金化工藝設(shè)計(jì)

生產(chǎn)工藝流程：50 t電爐冶煉—LF精煉—VD真空處理—連鑄（電磁攪拌、塞棒控制）—軋制成材。影響鋼中酸溶硼的因素包括鋼中氮氧含量及合金元素。

1）鋼中氮氧含量對有效硼的影響[2]。B元素與N2、O2反應(yīng)：2B（s）＋3/2O2（g）＝B2O3（l）；B（s）＋1/2N2（g）＝BN（s）。在電爐加精煉爐煉鋼系統(tǒng)中，B元素可與N2、O2反應(yīng)形成穩(wěn)定的夾雜物而失去其有益作用。因此，為保證鋼中酸溶硼的含量，應(yīng)盡量減少鋼中的N2、O2含量。

2）合金元素對硼含量的影響。鈦、鋁、硼與氮能形成穩(wěn)定的氮化物，它們的穩(wěn)定性隨溫度的下降而增加；并且AlN、TiN較BN更穩(wěn)定。因此，為保證鋼中“有效硼”的含量，應(yīng)合理地安排各種合金料的加入量及順序，即采取LF出鋼前加鋁終脫氧、加鈦固定氮、VD前加入硼鐵的合金化工藝路線。

3 產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量分析

抽取了按設(shè)計(jì)成分及工藝生產(chǎn)的45B鋼30爐，對產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。

3.1 化學(xué)成分及鋼中氣體

鋼材成分基本控制在內(nèi)控要求范圍內(nèi)且波動范圍較窄，成分穩(wěn)定（見表3）。氧含量控制在（12～18）×10-6，氮含量控制在（61～81）×10-6。

表3 內(nèi)控及實(shí)測45B鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）％

3.2 低倍組織和發(fā)紋

鋼材的低倍檢驗(yàn)結(jié)果為一般疏松0.5級，中心疏松0.5～1.0級，偏析0.5級。低倍組織致密、均勻，未發(fā)現(xiàn)肉眼可見的縮孔、裂紋、氣泡、夾雜、折疊、白點(diǎn)及有害夾雜物，低倍組織和發(fā)紋檢驗(yàn)結(jié)果符合技術(shù)要求。

3.3 非金屬夾雜物

45B鋼非金屬夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果見表4。鋼中非金屬夾雜物滿足技術(shù)要求，鋼的純凈度高。

表4 非金屬夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果

3.4 末端淬透性及顯微組織

檢測的45B鋼末端淬透性：J1.5（55～60 HRC），J6（45～55 HRC），J11（30～32 HRC）。淬透性能指標(biāo)較好地滿足了技術(shù)要求。鋼材晶粒度均為7～8級，脫碳層厚度滿足技術(shù)要求。

4 結(jié)論

采用50 t電爐冶煉—LF精煉—VD真空處理－連鑄—軋制成材工藝生產(chǎn)的45B鋼純凈度高、晶粒細(xì)小均勻、淬透性能穩(wěn)定。產(chǎn)品經(jīng)由某工程機(jī)械公司使用，用戶對鋼材復(fù)驗(yàn)的結(jié)果滿足雙方協(xié)議要求，加工性能良好，零件熱處理后整體獲得良好的強(qiáng)韌性配合。經(jīng)用戶使用和性能測試證明，采用45B鋼制造的工程機(jī)械履帶鏈軌銷軸，綜合性能、疲勞壽命和工藝性能均滿足使用要求且達(dá)到較好水平，已實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)。截至目前，萊鋼共生產(chǎn)45B鋼連鑄坯28 597.5 t，合格鋼材27 911.2 t，綜合成材率97.6％。

[1]王榮濱.高強(qiáng)度螺栓選材與熱處理工藝研究[J].熱處理，2001（1）:23-26.

[2]黃希枯.鋼鐵冶金原理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1990.

Development of 45B Steel for Caterpillar Track Pin Roll of Construction Machinery

GE Wen-ying1,WANG Hong-jun2,LI Tai1
（1 Laiwu Iron and Steel Group Corporation,Laiwu 271104,China;
2 Shandong Province Metallurgical Engineering Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

In order to ensure the usage performances,the internal control composition and the key production process of 45B steel were designed.The steel for caterpillar track pin roll was developed by EAF-LF-VD-CC(electromagnetic stirring,stopper control)-rolling processes and the alloying processes,that is,adding aluminum for deoxygenation and adding titanium for fixing nitrogen before LF tapping and adding ferroboron before VD.The test results for the product quality showed that the 45B steel with high purity,fine and even grains and stable hardenability met the needs of customers completely.

steel for caterpillar track pin roll;45B steel;alloying;hardenability

TF762+.3

B

1004-4620（2011）04-0005-02

2011-04-29

戈文英，男，1972年生，1995年畢業(yè)于山東工業(yè)大學(xué)金屬材料及熱處理專業(yè)。現(xiàn)為萊鋼特鋼事業(yè)部高級工程師，從事特殊鋼品種開發(fā)工作。