專利名稱：：一種高性能含錳工程機械輪體用鋼及其制備方法
技術領域：
：本發明具體涉及一種含錳工程機械輪體用鋼及其制備方法，屬于合金鋼冶金
技術領域：
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背景技術：
：40Mn2鋼是國內推土機履帶鏈軌節所用的材料。現場調查表明，濕地推土機鏈軌節普遍存在早期斷裂失效現象。對典型斷裂樣品進行斷口分析發現，其斷口具有低周疲勞特征。經研究表明，鋼材化學成分、顯微組織對40Mn2鏈軌節的疲勞性能及斷裂機制均有較明顯的影響，為提高濕地推土機履帶鏈軌節的疲勞壽命，如何合理控制40Mn2鋼中的化學成分、顯微組織,并使熱加工生產順利進行，冶煉、連鑄、軋制等工藝控制十分關鍵。目前國內含錳鋼主要存在的問題是由于合金含量高冶煉化學成分難控制，鋼錠表面缺陷增多，鋼的夾雜物含量高，使零件在使用過程中出現小的麻坑，或是在它的棱角處或它與基體的界面處萌生疲勞裂紋而促使工件過早斷裂和疲勞失效。CN1804092公開了一種含鎢耐磨奧氏體錳鋼，鋼的化學成分為wtX:C1.0-1.5，Mn5.0-15.0,W0.5-5.0，Si<0.8,S<0.05，P<0.05，其余為Fe;鋼的冶煉制造工藝為電爐冶煉，其冶煉出鋼溫度為1520-1550°C，澆注溫度為1460-148CTC;在冶煉時，鐵合金由先到后的加入順序為鎢鐵和錳鐵，然后澆注成所需要的產品。用于制造厚度較小的耐磨鑄鋼件，可以鑄造后不經過熱處理直接使用；用于厚度較大的耐磨鑄鋼件，需經熱處理后使用。它適合于制作冶金、礦山、建材、煤炭、軍工和機械等行業的耐磨零部件，如襯板、齒板、錘頭和履帶板等。同時，含鎢耐磨奧氏體錳鋼具有優良的鍛造工藝性能，可用熱鍛法制造耐磨、耐接觸疲勞性能優異的鍛件，如鐵路轍叉、錘頭等。這種技術由于合金含量較高，鋼材成本較高，同時所加工零件熱處理時易產生裂紋，影響零件的使用壽命。CN1270238公開了低合金奧貝鋼履帶板及其熱處理方法，履帶板的化學成分為C:O.320.42%,Cr:O,82.0%，Mn:l.02.0%，Sj:0.82.0%，Ti:O.060.1%，Re:O.l0.2%,材料的金相組織為貝氏體和少量的奧氏體，是通過等溫淬火獲得的。低合金奧貝鋼履帶板的熱處理方法，是將履帶板加熱到860920'C，保溫20分鐘，放入溫度為260350。C的硝鹽槽中進行等溫淬火，并在這一溫度下保溫40分鐘，最后在空氣中冷卻。這種技術由于鋼中含有Ti,易形成TiN夾雜，影響鋼材的使用壽命和機械加工性能，同時Cr、Re含量太高，增加了鋼材的成本。
發明內容本發明主要針對含錳鋼在冶煉過程中有效錳含量的確定及鋼的化學成分的控制問題，提供了一種含錳鋼及其制備方法，本發明提供的錳鋼具有高淬透性、較好抗疲勞性、高強韌性、耐磨性及優異的綜合性能，屬于合金結構鋼。本發明的技術方案如下一種含錳鋼40Mn2鋼，化學成分重量百分比如下.-CO.370.44，Si0.170.37，Mnl.301.70'P《0.030,S《0.030，Cr《0.20，Cu《0.20，Ni《0.30，Mo《0.30，剩余為Fe和微量雜質。進一步優選，本發明含錳鋼40Mn2鋼的化學成分重量百分比義為C0,390.42'Si0.170.37，Mnl.301.60，P《0.030，S《0.030，Cr0.090.15，Cu《0.20，Ni《0.30，Mo《0.30，剩余為Fe和微量雜質。本發明含錳鋼的制備方法，包括電爐冶煉、爐外精煉、鋼坯連鑄、半連軋軋制，其特征在于，鋼的化學成分重量百分比為C0.390.42，Si0.170.37，Mnl.301.60，P《0.030，S《0.030，Cr0.090.15,Cu《0.20，Ni《0.30，Mo《0.30,剩余為Fe和微量雜質。爐外精煉后真空脫氣處理，使鋼中氮含量不大于80X10,氧含量不大于20X10、鑄坯在加熱爐的均熱溫度為11301220°C，加熱和高溫擴散時間為412h，終軋溫度850100(TC，軋后緩冷；制得規格O30150mm的圓鋼。上述的40Mn2鋼的制備方法,優選的工藝條件如下1.電爐冶煉前，入爐原料中鐵水重量占原料重量的5060%。注意配料時不允許加渣鋼、罐幫鐵等高磷、硫廢鋼。2.電爐熔清成分目標熔清碳》0.30%,熔清磷《0.020%，殘余元素含量符合標準要求。全熔分析溫度》154(TC。3.電爐冶煉終點控制[C]》0.10%、P《0.012%，殘余元素含量符合標準要求。4.電爐出鋼時，采用包內合金化及預脫氧，鋼包內預脫氧加鋼芯鋁量2.02.2kg/t鋼，終點碳低于O.15%時，按上限加入。出鋼過程及出鋼后保持鋼包連續吹Ar。5.爐外精煉是在LF鋼包精煉爐進行精煉，精煉過程中在白渣下充分攪拌后，取一次樣全分析，取一次樣前，喂入鋁線1.21.5m/噸鋼，精煉過程保持白渣。根據一次樣分析結果，按內控要求調整C、Si、Mn、Cr化學成分，喂入硅鈣線#13咖。6.鋼水入真空脫氣精煉爐(簡稱VD)前扒渣，真空度小于67Pa保持時間1215分鐘。破空后在VD工位先喂入鋁線1.01.2m/t鋼，然后小氬氣量攪拌(保持渣面微動)12分鐘，取樣全分析。軟吹Ar時間814分鐘。特別注意，軟吹Ar時不得裸露鋼水、不得大氬氣量攪拌降溫。7.鑰坯連鑄工序中，連鑄中間包烘烤溫度1100112(TC;控制好出鋼時的脫氧操作及擋渣操作，防止鋼包下渣；使用大容量中間包，使夾雜物充分上浮；結晶器對弧、水口對中符合要求，噴嘴霧化效果良好；全保護澆注，防止二次氧化；采用連鑄結晶器合金鋼專用保護渣，高質量的耐火材料；鋼包及中間包要干凈。中間包液面700±50咖，結晶器液面波動《士2鵬。拉速控制180,X220mm的鑄坯拉速為1.01.3m/min，最佳拉速應控制在1.1m/min左右；260讓X300鵬的鑄坯拉速為0.50.8m/min，最佳拉速應控制在O.7m/min左右。電磁攪拌位置要合理，電磁攪拌電流強度300A和頻率5HZ。8.鑄坯緩冷注意連鑄坯不能在冷床停留，必須及時入坑蓋罩緩冷，緩冷坑使用前，先用其它熱坯烘烤至少4小時，緩冷時間24-30小時。9.半連軋軋制工序中，軋制時加熱溫度11301220'C，允許溫差《40。C，加熱時間2.5-3小時，既要保證鋼坯加熱均勻，又要防止脫碳和粘爐；開軋溫度；優選終軋溫度850。C90(TC;軋后及時收集成品并緩冷。與現有技術含錳鋼相比，本發明技術方案的特點在于(1)本發明鋼嚴格控制鋼的化學成分，保證鋼的淬透性、抗疲勞性、高強韌性、耐磨性及綜合性能，使得該鋼適于制造重要工程機械零件。(2)經過電爐冶煉一爐外精煉、真空脫氣處理，在該過程中控制易氧化元素加入量及加入順序，加入方法，加入時間確保化學成分控制符合要求。(3)使用大容量中間包，全保護澆注，防止鋼水二次氧化；低過熱度澆注，防止柱狀晶過快生長，增加鑄坯等軸晶，電磁攪拌，減輕中心疏松和偏析；穩定生產節奏，使拉速基本恒定；矩形鑄坯選擇避風垛位堆垛緩冷；中間包要烘烤，確保烘烤溫度》110(TC。(4)軋制與精整，嚴格控制加熱溫度和軋制溫度，保證鋼材組織均勻、致密，軋制前對導衛、輥道認真檢查；根據彎曲度控制情況，進行矯直處理，確保軋材平直度要求。端部鋸切整齊，修磨并消除馬蹄形、飛邊、毛刺及影響使用的切斜和壓扁等現象。鋼的冶煉，加強鋼的脫氧去氣等冶煉控制，鋼液澆注，模鑄或連鑄，控制過熱度、澆注速度或連鑄速度，采用連鑄結晶器合金鋼專用保護渣，高質量的耐火材料，根據鋼的凝固特性，設計合理的配水模型(根據拉速設定配水模型)電磁攪拌電流強度和頻率，提高連鑄坯質量，保證鋼錠質量。本發明的含錳鋼，適于制造工程機械輪體零件。具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明做進一步說明，但不限于此。實施例含錳鋼40Mn2鋼1、鋼的化學成分重量百分比為C0.390.42，Si0.170.37，Mn1，301.60，P《0.030，S《0.030，Cr0.090.15，Cu《0.20，Ni《0.30，Mo《0.30;余量為Fe和微量雜質。2、工藝路線為配料一電爐冶煉一偏心爐底出鋼一LF爐脫氧合金化一真空精煉爐脫氣一方坯連鑄機全程保護澆鑄一半連軋軋制成材一檢驗入庫。3、制備方法主要工藝條件(1)入爐鋼鐵料結構中鐵水配比達到5060%;配料時不允許加渣鋼、罐幫鐵等高磷、硫廢鋼。(2)電爐熔清成分目標熔清碳》0,30%,熔清磷《0.020%，殘余元素含量符合標準要求。(3)冶煉過程造好泡沫渣、均勻脫碳，減少吸氮。(4)全熔分析溫度》1540。C。(5)電爐冶煉終點控制[OO.10%、P《0.012%，殘余元素含量符合標準要求。出鋼溫度16851743°C。(6)包內合金化及預脫氧，釩鐵在精煉爐加入。鋼包內預脫氧加鋼芯鋁量2.02.2kg/t鋼，終點碳低于O.15%時，按上限加入。電爐出鋼過程及出鋼后保持鋼包連續吹Ar。(7)LF鋼包精煉爐精煉過程，在白渣下充分攪拌后，取一次樣全分析，取一次樣前，喂入鋁線1.21.5m/噸鋼，精煉過程保持白渣。根據一次樣分析結果，按內控要求調整C、Si、MnCr化學成分。出鋼前按2.02.2m/t鋼，喂入硅鈣線(f13mm)。(8)入真空脫氣精煉爐(簡稱VD)前扒渣，真空度小于67Pa保持時間14分鐘。破空后在VD工位先喂入鋁線1.01.2m/t鋼，再喂入鈦線23m/t鋼，然后小氬氣量攪拌(渣面微動)12分鐘，取樣全分析。軟吹Ar時間》8分鐘，軟吹Ar時嚴禁裸露渣面和大氬氣攪拌降溫。VD處理后上鋼溫度連鑄第一爐上鋼溫度1540158(TC，其余爐次上鋼溫度15651575°C。(9)連鑄中間包烘烤溫度11001120°C;結晶器對弧、水口對中符合要求，噴嘴霧化效果良好；全保護澆注，采用合金鋼連鑄結晶器專用保護渣。中間包液面700土50mm，結晶器電磁攪拌參數150A/3.0Hz，結晶器液面波動《土2mm。中包過熱度按203(TC控制，中包第一爐溫度15271537°C，第二爐以后15171527°C。鑄坯進拉矯機溫度920°C,拉速控制參照表l。表1連鑄拉速<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>(10)鑄坯緩冷連鑄坯不得在冷床停留，及時入坑蓋罩緩冷，緩冷坑使用前，先用其它熱坯烘烤4小時以上，緩冷時間25小時。(11)軋制時加熱溫度U30122(TC，允許溫差《40。C，加熱時間》2.5小時，既要保證鋼坯加熱均勻，又要防止脫碳和粘爐；開軋溫度^108(TC;加強對軋制節奏的控制，保證終軋溫度》85(TC;軋后及時收集緩冷。按本實施例方法制備的1#~4#試驗鋼的化學成分及性能數據表如下表2、試驗鋼化學成分表(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權利要求1、一種含錳鋼，其特征在于鋼的化學成分重量百分比％為C0.37～0.44，Si0.17～0.37，Mn1.30～1.70，P≤0.030，S≤0.030，Cr≤0.20，Cu≤0.20，Ni≤0.30，Mo≤0.30，剩余為Fe和微量雜質。2、如權利要求l所述的含錳鋼，其特征在于鋼的化學成分重量百分比％為C0.390.42，Si0.170.37，Mnl.301.60，P《0.030，S《0.030，Cr0.090.15，Cu《0.20，Ni《0.30，Mo《0.30，剩余為Fe和微量雜質。3、一種含猛鋼的制備方法，包括電爐冶煉、爐外精煉、鋼坯連鑄、半連軋軋制，其特征在于，鋼的化學成分重量百分比％為C0.390.42，Si0.170.37，Mn1.301.60，P《0.030，S《0.030，Cr0.090.15，Cu《0.20，Ni《0.30，Mo《0.30，剩余為Fe和微量雜質；在爐外精煉后真空脫氣處理使鋼中氮含量不大于80X10—6、氧含量不大于15X10"6;鑄坯在加熱爐的均熱溫度為11301200'C，加熱和高溫擴散時間為4l2h，開軋溫度1080。C1150。C，終軋溫度850100(TC,軋得規格巾30130咖的圓鋼。4、如權利要求3所述的含錳鋼的制備方法，其特征在于電爐冶煉前入爐原料中鐵水與生鐵的重量占原料重量的5060%。5、如權利要求3所述的含錳鋼的制備方法，其特征在于電爐出鋼時，采用包內合金化及預脫氧，鋼包內預脫氧加鋼芯鋁量2.02.2kg/t鋼。6、如權利要求3所述的含錳鋼的制備方法，其特征在于精煉爐出鋼前按2.02.2m/t鋼喂入硅鈣線#13mm;出鋼前控制鋼中酸溶鋁含量在O.0300.050%。7、如權利要求3所述的含錳鋼的制備方法，其特征在于鋼水入真空脫氣精煉爐前扒渣，真空度小于67Pa保持時間12-15分鐘；破空后用保持渣面微動的小氬氣量攪拌i2分鐘，后取樣全分析。8、如權利要求3所述的含錳鋼的制備方法，其特征在于澆注過程采用全程保護澆注，中包液面高度穩定在700土50mm。9、如權利要求3所述的含錳鋼的制備方法，其特征在于軋制時加熱溫度11301200。C，允許溫差《3(TC，加熱時間2.5-3小時，軋后及時收集緩冷。全文摘要本發明涉及一種含錳鋼及其制備方法，鋼的化學成分重量百分比％為C0.39～0.42，Si0.17～0.37，Mn1.30～1.60，P≤0.030，S≤0.030，Cr0.09～0.15，Cu≤0.20，Ni≤0.30，Mo≤0.30，剩余為Fe和微量雜質。制備方法包括電爐冶煉、爐外精煉、鋼坯連鑄、半連軋軋制，在爐外精煉后真空脫氣處理使鋼中氮含量不大于80×10^-6、氧含量不大于15×10^-6；鑄坯在加熱爐的均熱溫度為1130～1200℃，加熱和高溫擴散時間為4～12h，開軋溫度1080℃～1150℃，終軋溫度850～1000℃，軋得規格Φ30～150mm的圓鋼。本發明嚴格控制鋼的化學成分、氣體含量及鋼的純凈度，保證鋼的具有高淬透性、較好抗疲勞性、高強韌性、良好的機械性能，該鋼適于制造工程機械輪體零件。文檔編號C22C38/44GK101307414SQ20081001706公開日2008年11月19日申請日期2008年6月25日優先權日2008年6月25日發明者張利平,張春苗,張靜海,杜顯彬,申景霞,翟正龍申請人:萊蕪鋼鐵股份有限公司