某鋼廠鏈軌節用鋼35MnB的生產實踐

2021-12-24 11:07:46彭光健

中國金屬通報 2021年19期

郝倫，彭光健

（湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司，湖南湘潭 411101）

挖掘機等工程機械中，履帶鏈軌節用鋼一般為35MnB等中碳系列高猛含硼鋼，原材料加工成鏈軌節后，經熱處理后，要求鏈軌節具有較高的強度和表面硬度，同時必須耐磨損，從而保證履帶鏈軌節大于1500小時的工時的使用壽命。因此，設計合適的內控化學成分，采取合適的生產工藝，是減少圓鋼表面缺陷，提高35MnB末端淬透性，保障35MnB鏈軌節產品最終使用性能的基礎。

1 35MnB鋼中元素的的作用機理

1.1 B元素的作用機理

相關文獻報道表明，鋼中加入硼元素，當硼元素以有效硼即酸溶硼的形式存在時，既可提高鋼的淬透性，又能提高鋼的冷加工性[1]。由于硼元素為屬于極為活潑性質的元素，在煉鋼過程中，鋼中硼能與鋼中的氮、殘留的氧及碳化合形成穩定的夾雜物而失去作用[2]。從下圖1看出硼元素與氧元素的親和力強于錳弱于鋁與硅接近。硼與氮的親和力強于鋁弱于鈦。因此，實際生產中為了獲得一定量的酸溶硼經常采用鋁脫氧鈦固氮的方法以保證獲得良好的硼合金化效果。

圖1 B與氧、氮反應的△G∮

35MnBH鋼種中加入硼的目的是為了提高鋼材的的淬透性，控制鋼中氣體N含量是保障有效硼的存在的前提。因此,冶煉過程中必須先使用鋁脫除鋼中的氧，減少鋼中的氧含量，然后再加入適量的Ti固定鋼中的N元素，再進行鈣處理，間隔一定時間最后加入硼鐵來保證鋼中有效硼的存在。

1.2 Ti元素的作用機理

鈦元素同樣屬于活潑金屬元素，和鋼中的氧，氮，碳都有較強的親和力，與硫的結合力強于鐵元素，是一種良好的脫氧劑和固定碳和氮的有效元素。且隨著鋼中Ti含量的增加，會提高鋼的抗拉強度和屈服強度，隨著鋼中Ti的含量到達0.12%時，強度增加已放緩。當進一步增加鋼中的Ti含量時，對鋼的強度幾乎無任何影響，并且過量的Ti元素會形成較多粗大的Ti(C,N)顆粒，降低了鋼的成形性能。鋼中過量的Ti含量不但增加Ti合金成本，而且影響鋼材的成形性能，因此必須控制Ti含量在一定的范圍內[4]。

相關研究表明，如圖2所示[4]，前期隨Ti/N的增加含硼鋼淬透性顯著升高，然后隨Ti/N的增加硼鋼淬透性趨于平穩，最后隨Ti/N的增加硼鋼淬透性反而下降。鋼中Ti元素最佳加入量以保證4.0＜Ti/N＜8.0為宜，Ti元素加入量過少不能完全固定鋼中的氮，加入量過多則會增加形成大塊Ti/N的幾率。因此，在35MnB鋼中加入適量的Ti元素不僅可以增加有效B的含量提高淬透性，而且可以適當提高鋼的強度。

圖2 Ti/N對淬透性深度的影響

1.3 Mn元素的作用機理

Mn元素能提高鋼材強度，由于Mn合金價格相對便宜，且能無限固溶于Fe中，在提高鋼材強度的同時，對塑性的影響相對較小。因此，錳被廣泛用于鋼中的強化元素。可以說，基本上所有碳鋼中，都含有Mn元素。鋼中隨著Mn含量的增加，強度級別會升高，并且也能提高鋼的淬透性，改善鋼的熱加工性能。但當錳含量超過6%時，會降低鋼的塑性以及焊接性能。

在高應力，高沖擊工況條件下，鋼中加入1.2%左右的Mn含量可以顯著提高材料的耐磨性能。常用于制造挖掘機履帶鏈軌節，球磨機襯板，挖機斗齒、斗臂等抗沖擊、抗磨損的部件。某鋼廠在設計35MnB履帶鏈軌節用鋼化學成分時，Mn含量控制在1.00%-1.40%。

2 35MnB的生產實踐

2.1 工藝流程

轉爐冶煉→爐外精煉→VD/RH爐真空脫氣處理→大方坯連鑄機→棒材廠軋制→成品檢驗→入庫

2.2 關鍵控制點

在轉爐冶煉過程中，保證碳溫協調，終點C含量應≥0.06%，避免鋼水過氧化。出鋼過程中采用滑板擋渣，避免轉爐出現下渣的情況；

LF爐外精煉采取快速造白渣冶煉工藝，要求精煉過程中高堿度白渣保持時間≥22min，以保證脫硫、脫氧效果。鋼中脫氧完全后再加入鈦鐵合金，由于VD爐真空處理過程鋼渣混沖，會導致0.005%左右的Ti含量損失，因此LF爐控制出站Ti含量為0.032%-0.038%。精煉過程中除塵閥開啟度實時調整，保持爐內微正壓；

VD/RH爐真空處理過程中要求真空度50Pa以下，保真空時間13±1min，以有效脫除鋼中的氣體N含量，軟吹時間20min以上，有效促進大尺寸夾雜物的上浮；

連鑄工序全程保護澆注，避免鋼水二次氧化；

加熱爐預熱段溫度≤650℃，時間≥60min，加熱段溫度≤1180℃，時間≥80min，均熱段溫度≤1200℃，總在爐時間≥240min。