專利名稱：一種履帶式工程機械鏈軌節銷套用鋼及其制造方法
技術領域：
本發明屬于冶金技術領域，涉及一種用于制造履帶式工程機械鏈軌節銷套用鋼及其制造方法。
背景技術：
履帶式推土機主要是在較為復雜、惡劣的環境中進行工作。履帶銷和套是連接鏈軌節的重要環節。推土機作業時，銷和銷套之間的接觸應力是循環變化的，處于摩擦狀態， 其內部磨損是不可避免的。無論推土機是前進還是后退，銷和銷套都是在同-側接觸，所以，銷套內側為單側磨損。同時，銷套外側還要受到驅動輪輪齒的擠壓、沖擊和摩擦所造成的損傷。當推土機在沼澤地帶或巖石地帶進行作業時，泥沙、碎石顆粒還會進入銷和銷套的配合面，造成銷和銷套之間的磨料磨損，同時，其配合面還會受到酸、堿等介質的腐蝕，從而加劇了推土機履帶銷套的磨損失效?？傊?，疲勞磨損、磨料磨損和腐蝕磨損對推土機履帶銷套的磨損都會產生嚴重的影響。改善銷套的材質和構造.是延長銷套壽命的重要因素。推土機生產廠家可以對履帶的構造進行改進。采用密封式稀油潤滑結構的銷套，這樣，既可以避免腐蝕介質和土壤磨料進入銷和銷套的配合面，又可以在其配合面形成潤滑油膜，從而，改善接合面的工作條件，減輕銷和銷套的磨損。另外，應不斷提高銷套制造的工藝水平， 改善材質的表面硬度，使銷套獲得良好的耐磨性和抗腐蝕性，從而達到降低磨損、增強可靠性、延長使用壽命的目的。CN101310915公開了一種工程挖掘機履帶銷套的加工方法(I)下料，截取棒材；
(2)鐓粗、擠壓，使坯料中心形成圓桶狀內孔；(3)退火、去底、鏜內孔后，得到空心軸狀銷套；(4)拋丸處理；(5)進行貫穿冷擠壓，得到內徑不變、外徑縮小、長度增加的空心軸狀銷套；(6)對空心軸狀銷套兩端的內孔面擠錐度，使銷套內孔面由三部分構成，中間部分為圓柱內孔面，兩端為喇叭口圓錐形內孔面；(7)精加工。使用該加工方法生產工程挖掘機履帶銷套可以提高工程挖掘機工作效率、延長其使用壽命。CN2905279公開了涉及履帶銷套精加工裝置，涉及有主軸、主軸夾具、工件位、尾座旋轉頂尖和尾座套筒組成，配合雙向刀具實現對履帶銷套以車代磨的精加工。主軸前端設置有主軸夾具，在主軸夾具的前端設置有工件位，與主軸夾具相對應，設置有尾座旋轉頂尖。尾座旋轉頂尖設置在車床的尾座套筒上，通過腳踏開關控制，經車床液壓系統實現尾座旋轉頂尖伸縮，與主軸端的主軸夾具配合撐緊放置在銷套內孔中的彈簧漲套，實現銷套的定位與夾緊。用雙向刀具在一次裝夾中精車端面和兩端外圓，倒頭精車另一端面，實現快速裝卡，提高生產效率。本發明從加工裝置的結構上將精車對端面進行加工和磨削對外圓進行加工兩個工序合并為一個工序，使得工藝簡化，可以適應大批量銷套生產的要求。CN2602984公開了工程機械履帶銷套與鏈軌節的密封裝置，涉及有蝶形密封圈、錐形引銷、密封圈A、0形圈和密封圈B組成，所說的錐形引銷是本發明所述工程機械履帶銷套與鏈軌節的密封裝置的輔助件，蝶形密封圈A設置在履帶銷套的端部，在蝶形密封圈的內側，設置有密封圈A和密封圈B，在密封圈A和密封圈B之間，設置有0形圈，本發明所述的工程機械履帶銷套與鏈軌節的密封裝置，由于其中的的錐形引銷采用錐形結構，通過錐形引銷的打入，將密封圈B撐開，且沿著密封圈A和錐形引銷的斜面向四周位移，同時將密封圈A和蝶形密封圈向主套端位移并壓緊，從而起到更好的密封作用。上述專利分別涉及銷套的加工方法及密封問題，在改善接合面的工作條件，減輕磨損，特別是磨料磨損和腐蝕磨損方面有一定效果；但沒有涉及到材料本身對解決疲勞磨損及腐蝕磨損方面的問題。CN101624675公開了一種履帶鏈軌銷軸用45BM鋼，其組成重量百分數為C
O.43 O. 47%, Si 0. 17 O. 35%, Mn 0. 60 O. 80%, P 0. 005 O. 025%, S 0. 001
O.020 %, Cr :0. 01 O. 20 %, Ni :0. 01 O. 20 %, Cu :0. 01 O. 20 %, B :0. 0005
O.0030%, Ti :0. 020 O. 060%，Al :0. 01 O. 06%，余為Fe和不可避免的雜質。其制造
方法是電爐冶煉、出鋼，LF爐外精煉，VD真空脫氣處理。在還原后的鋼水中，加鋁終脫氧、加鈦固定氮、VD脫真空處理后加硼鐵合金化；連鑄澆注鑄坯，過熱度為20 30°C，連鑄拉坯速度為O. 90 I. 20m/min，鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1180 1220°C，加熱時間為2. 5 3h，開軋溫度1100 1150°C，終軋溫度850 1000。。。CN101660101公開了一種低碳耐磨履帶板用鋼及其制造方法，其化學成分按重量百分比計為C 0. 17 O. 27%, Si 0. 17 O. 37%,Mn 0. 85 I. 20%,Cr 0. 10 O. 30%， Al :0. 010 O. 060%, Cu :0. 010 O. 20%，Ni :0. 01 O. 20%，P :0. 003 O. 025%，S
O.001 0.025%，Ti :0. 020 O. 060%，B :0. 0005 O. 0035%，[O] :5 20Χ1(Γ6%，[N] 40 90Χ 10_6%，余為Fe和不可避免的雜質。其制造方法是電爐冶煉、出鋼，LF爐外精煉， VD真空脫氣處理。但其成分設計不能滿足銷套用鋼的需求。

發明內容
本發明針對履帶式工程機械鏈軌節銷套用鋼使用要求，開發生產抗疲勞耐腐蝕硼微合金化銷套用鋼，通過合理設計鋼種成分，改進制備方法；解決鋼材成分設計、性能、組織、純凈度、表面質量的問題，提供了一種可以滿足用戶需求的履帶式工程機械鏈軌節銷套用鋼及其制造方法。該發明用于銷套用鋼，與銷軸、履帶板相比使用部位不同，失效形式不一樣，因此成分設計不同。為穩定硼元素含量及成分均勻性，硼的加入方式進行優化設計。本發明提供了一種履帶式工程機械鏈軌節銷套用鋼，其特征在于其組成按重量百分數為C 0. 38 O. 43%, Si 0. 10 O. 25%, Mn 0. 60 O. 85%, Cr 0. 90 I. 20%, Cu ( O. 30%, S ( O. 025%, P ^ O. 030%, Ni ( O. 20%, B 0. 001 O. 004%, Ti 0. 030
O.050%,Al 0. 015 O. 060%, [O] ( 15Χ1(Γ6，[H] ( 3X10' [N] ( 60X10'余為 Fe 和
不可避免的雜質。鋼種成分的確定銷套工作時和銷之間處于摩擦狀態，銷和銷套都是在同-側接觸，銷套內側為單側磨損。同時，銷套外側還要受到驅動輪輪齒的擠壓、沖擊和摩擦造成損傷。當推土機在沼澤地帶或巖石地帶進行作業時，泥沙、碎石顆粒還會進入銷和銷套的配合面，造成銷和銷套之間的磨料磨損，同時，其配合面還會受到酸、堿等介質的腐蝕；疲勞磨損、磨料磨損和腐蝕磨損對推土機履帶銷套的磨損都會產生嚴重的影響。因而銷套材料要有耐磨性和抗疲勞，同時也要有抗腐蝕性。C對鋼的機械性能影響極為顯著，對鋼的心部強度影響很大，太低，強度達不到要求，過高會使鋼的塑性和韌性下降；為保證鋼材性能穩定控制碳含量在C :0. 38 0. 43% ；Mn主要作為脫氧元素，能提高鋼的性能和純潔度，控制 Mn :0. 60 0. 85% ；Si強烈提高滲層的淬透性，但在滲碳過程中容易發生晶界氧化而形成黑色網狀缺陷；隨合金元素添加量的增加，鋼的馬氏體點下降，使淬火后滲層中含有大量殘余奧氏體，影響零件的疲勞性能及耐磨性，控制Si :0. 10 0. 25% ;硼元素在鋼中形成的硼化物在鋼中就具有高的耐磨性和熱穩定性，同時微量硼能顯著提高鋼的淬透性，控制B 0. 001 0. 004%，S、P在鋼中視為有害元素，因此，本發明控制S彡0. 025%,P ( 0. 030%； 鉻元素具有高的抗腐蝕性，控制Cr :0. 90 I. 20% ；Ni ,Cu為殘余元素，為減少危害，控制 Ni ( 0. 20%, Cu ( 0. 30% ;為提高鋼的純凈度和疲勞壽命，本發明還對氧、氫、氮和鋁提出了控制要求
彡 15X10' [H]彡 3X10' [N]彡 60X10' [Al] :0. 015 0. 060%。進一步優選的，本發明的履帶式工程機械鏈軌節銷套用鋼，其特征在于其組成按重量百分數為C :0. 40 0. 43%, Si :0. 20 0. 25%, Mn :0. 65 0. 75%, Cr :0. 95 I. 05%, Cu ( 0. 05%, S ( 0. 010%,P ^ 0. 015%,Ni ( 0. 05%,B :0. 001 0. 002%,Ti :0. 030
0. 040%，Al :0. 025 ~ 0. 035%,
彡 15 X 10' [H]彡 3 X 10' [N] ^ 80 X 10' 余為 Fe 和不可避免的雜質。本發明提供了一種履帶式工程機械鏈軌節銷套用鋼的制備方法，包括冶煉及合金化、澆注、軋制、緩冷，其特征在于，控制鋼的化學成分重量百分比含量為c:0. 38
0.43 %, Si :0. 10 0. 25 %, Mn :0. 60 0. 85 %, Cr :0. 90 I. 20 %，Cu 彡 0. 30 %， S^O. 025%, P ( 0. 030%, Ni ( 0. 20%, B 0. 001 0. 004%, Ti 0. 030 0. 050%, Al
0.015 0. 060%,
彡 15X10' [H]彡 3X10' [N]彡 60X 10_6，余為 Fe 和不可避免的雜質。通過鋼包吹氬、真空脫氣處理加強鋼的脫氧去氣的冶煉控制，終脫氧喂入鋁線，真空脫氣處理前加入B鐵；采用全程保護澆注；鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1130 1200°C，加熱和高溫擴散時間為2. 5 3h，開軋溫度1080 1150°C，終軋溫度850 1000°C。為提高鋼材組織均勻性，設計鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1130 1200°C，加熱和高溫擴散時間為2. 5 3h，開軋溫度1080 1150°C，終軋溫度850 1000°C。進一步優選的，履帶式工程機械鏈軌節銷套用鋼的制備方法可考慮以下工藝條件進行操作(I)冶煉控制鐵水(或生鐵)兌入比例40% 50%，重量比，電爐終點碳含量控制在0. 20% 0. 25% ;采用鋁脫氧，控制鋼芯鋁加入量在I. 5 2. 5kg/t鋼并控制鋼水中酸溶鋁處于0. 015 0. 040% ；在精煉過程中選擇精煉渣系和軟吹氬制度，去除鋼中夾雜物、降低總氧含量，提高鋼的純凈度。喂鋁線I. 5 3m/噸鋼和硅鈣線2. 0 3. Om/噸鋼(小13mm)。加鈦2_4米/ 噸鋼固氮，氮含量可控制在80ppm以下。硼在VD爐前加入，噸鋼加入量為0. I 0. 12kg/ 噸鋼，加入前控制爐中渣量在45 50mm ;鋼水溫度為1600 1630°C，氬氣壓力為0. 15
0.36MPa ;確保了硼的回收率控制在90%，同時避免了在加硼的過程中對鋼水造成的二次污染，提高和穩定了硼的回收率。(2)澆鑄，采用全保護澆鑄，控制中間包過熱度為15 30°C，控制連鑄拉坯速度為
0.55 I. 00m/mino
(3)軋制，鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1130 1200°C，加熱和高溫擴散時間為 2. 5 3h，開軋溫度1080 1150°C，終軋溫度850 1000°C。所述VD為真空脫氣。VD是英文Vacuum Degassing的縮寫。優選的，步驟I)所述的精煉渣系為，CaO% 45 50，Si02% 7 12，Mg0% 5 10，A1203% :15 25，TFe % 3 6，(FeO)+ (MnO) ( I. 0%，重量比;所述軟吹氬制度為 IS氣流量 100L/min 300L/min,壓力 O. 20MPa O. 30Mpa。優選的，步驟I)所述的鋼水溫度為1605 1620°C ;優選的，步驟I)所述的氬氣壓力 O. 2OMPa O. 30Mpa。步驟I)中強化脫氧及夾雜物變形處理。通過VD爐真空脫氣處理進一步降低鋼中的氣體含量提高鋼材的純凈度。步驟I)所述的VD爐為真空脫氣爐；VD真空脫氣為用來脫除鋼中氫氣、氮氣。本發明所述的百分比或其他比例，未特別說明的均為重量比。與現有技術相比，本發明的技術方案的有下列優點I、同目前廣泛應用的履帶式工程機械鏈軌節銷套用鋼及鋼的生產相比較(I)本發明鋼控制B元素的含量，保證了鋼的淬透性，同時增強了鋼材的耐磨性。 加工后經一般淬回火后具有高強度、高沖擊韌性、高耐磨性能，延長履帶式工程機械鏈軌節銷套的使用壽命。(2)該鋼具有高的抗疲勞、耐磨性和抗腐蝕性，加工后的履帶式工程機械鏈軌節銷套性能優異，采用該鋼制造的履帶式工程機械鏈軌節銷套使用壽命超過一般合金結構鋼材料。(3)硼含量控制技術硼在VD前加入，加入前合理控制爐中合適渣量在45 50mm、合適鋼水溫度，合理的氬氣流量及加入時機確保了硼的回收率控制在90% .同時避免了在加硼的過程中對鋼水造成的二次污染。提高和穩定了硼的回收率。(4)氮含量的控制技術通過控制鐵水(或生鐵)兌入比例、精煉爐渣量、VD爐操作和強化水口保護澆鑄效果，加鈦固氮，氮含量可控制在SOppm以下。2、本發明的履帶式工程機械鏈軌節銷套用鋼的制備方法鋼的冶煉，加強鋼的脫氧去氣等冶煉控制，保證鋼中硼的含量；鋼液澆注控制過熱度、連鑄速度，連鑄結晶器采用專用保護渣，根據鋼的凝固特性，設計合理的配水模型，提高連鑄坯質量；鋼的軋制，鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1130 1200°C，加熱和高溫擴散時間為2. 5 3h，開軋溫度1080 1150°C，終軋溫度850 1000°C。采用該制造方法可生產規格Φ30 100_的圓鋼。


圖I為本發明鋼熱軋態金相組織照片，熱軋狀態100X
具體實施例方式本發明鋼是采用UHP(超過功率電爐)一LF(爐外精煉)一VD(真空脫氣)一連鑄(電磁攪拌)一入坑緩冷一軋制一精整工藝生產鋼材。實施例
以070mm規格鋼材的生產工藝來具體說明本發明是如何實施的。具體工藝步驟為(I)冶煉及合金化，兌入鐵水，電爐冶煉、出鋼，采用爐外精煉、真空脫氣處理。通過鋼包吹氬、真空脫氣處理加強鋼的脫氧去氣的冶煉控制，終脫氧喂入鋁線，真空脫氣處理前加入B鐵，確?；瘜W成分符合要求，鋼中氧含量不大于20 X 10_6。(2)連鑄，控制過熱度，連鑄中間包過熱度為15 30°C，控制連鑄拉坯速度為
0.55 I. 00m/mino(3)軋制，鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1130 1200°C，加熱和高溫擴散時間為
2.5 3h，開軋溫度1080 1150°C，終軋溫度850 1000°C。具體參數見表I和表2。表I是實施例履帶式工程機械鏈軌節銷套用鋼化學成份；表2是氮、氧含量控制情況；具體過程記錄參數見表3 表6。表7物理檢驗結果。表I實施例化學成份(重量，% )
權利要求
1.一種履帶式工程機械鏈軌節銷套用鋼，其特征在于其組成按重量百分數為C: O. 38 O. 43%,Si 0. 10 O. 25%,Mn 0. 60 O. 85%,Cr 0. 90 L 20%,Cu ( O. 30%, S 彡 O. 025%, P ( O. 030%, Ni ( O. 20%, B 0. 001 O. 004%, Ti 0. 030 O. 050%, Al O. 015 O. 060%, [O]彡 15Χ1(Γ6，[H]彡 3Χ1(Γ6，[N]彡 60Χ1(Γ6，余為 Fe 和不可避免的雜質。
2.如權利要求I所述的履帶式工程機械鏈軌節銷套用鋼，其特征在于其組成按重量百分數為C 0. 40 O. 43 %，Si 0. 20 O. 25 %, Mn 0. 65 O. 75 %, Cr 0. 95 I. 05 %， Cu ( O. 05%, S ( O. 010%,P ^ O. 015%,Ni ( O. 05%,B 0. 001 O. 002%, Ti 0. 030 O. 040%,Α1 0. 025 ~ O. 035%, [O]彡 15X 1(Γ6，[H]彡 3X 10' [N] ^ 80X 1θΛ余為 Fe 和不可避免的雜質。
3.如權利要求I所述的履帶式工程機械鏈軌節銷套用鋼的制備方法，包括冶煉及合金化、澆注、軋制、緩冷，其特征在于，控制鋼的化學成分重量百分比含量為c:0. 38 O. 43 %, Si 0. 10 O. 25 %, Mn 0. 60 O. 85 %, Cr 0. 90 L 20 %，Cu 彡 O. 30 %， S^O. 025%, P ( O. 030%, Ni ( O. 20%, B 0. 001 O. 004%, Ti 0. 030 O. 050%, Al O. 015 O. 060%, [O]彡 15Χ1(Γ6，[H]彡 3Χ1(Γ6，[N]彡 60Χ1(Γ6，余為 Fe 和不可避免的雜質。通過鋼包吹氬、真空脫氣處理加強鋼的脫氧去氣的冶煉控制，終脫氧喂入鋁線，真空脫氣處理前加入B鐵；采用全程保護澆注；鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1130 1200°C，加熱和高溫擴散時間為2. 5 3h，開軋溫度1080 1150°C，終軋溫度850 1000°C。
4.如權利要求3所述的履帶式工程機械鏈軌節銷套用鋼的制備方法，包括下列步驟(1)冶煉控制鐵水(或生鐵)兌入比例40% 50%，重量比，電爐終點碳含量控制在 O. 20% O. 25% ;采用鋁脫氧，控制鋼芯鋁加入量在I. 5 2. 5kg/1鋼并控制鋼水中酸溶鋁處于O. 015 O. 040% ；在精煉過程中選擇精煉渣系和軟吹氬制度；喂鋁線I. 5 3m/噸鋼和硅鈣線2. O 3.Om/噸鋼；加鈦2-4米/噸鋼固氮，氮含量可控制在80ppm以下；硼在VD爐前加入，噸鋼加入量為0. I O. 12kg/噸鋼，加入前控制爐中渣量在.45 50mm;鋼水溫度為1600 1630°C，氬氣壓力為O. 15 O. 36MPa;確保了硼的回收率控制在90% ；(2)澆鑄，采用全保護澆鑄，控制中間包過熱度為15 30°C，控制連鑄拉坯速度為 O. 55 I. 00m/min ；(3)軋制，鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1130 1200°C，加熱和高溫擴散時間為2.5 3h，開軋溫度1080 1150°C，終軋溫度850 1000°C。
5.如權利要求4所述的履帶式工程機械鏈軌節銷套用鋼的制備方法，其特征是，步驟 1)所述的精煉渣系為，CaO% :45 50，Si02% 7 12,MgO% 5 10,A1203% :15 25， TFe% :3 6，(FeO)+ (MnO) ( .1.0%，重量比；所述軟吹氬制度為氬氣流量100L/min 300L/min,壓力 O. 2OMPa O. 30Mpa。
6.如權利要求4所述的履帶式工程機械鏈軌節銷套用鋼的制備方法，其特征是，步驟 1)所述的鋼水溫度為1605 1620°C;優選的，步驟1)所述的氬氣壓力O. 20MPa O. 30Mpa。
7.如權利要求4所述的履帶式工程機械鏈軌節銷套用鋼的制備方法，其特征是，步驟 1)所述的鋁線硅鈣線的直徑為Φ13mm。
全文摘要
本發明涉及一種履帶式工程機械鏈軌節銷套用鋼及其制造方法，屬于冶金技術領域。履帶式工程機械鏈軌節銷套用鋼的化學成分范圍按重量百分比計為C0.38～0.43％，Si0.10～0.25％，Mn0.60～0.85％，Cr0.90～1.20％，Cu≤0.30％，S≤0.025％，P≤0.030％，Ni≤0.20％，B0.001～0.004％，Ti0.030～0.050％，Al0.015～0.060％，[O]≤15×10-6，[H]≤3×10-6，[N]≤60×10-6，余為Fe和不可避免的雜質。本發明還提供了履帶式工程機械鏈軌節銷套用鋼的制備方法，采用該制造方法可生產規格Φ30～100mm的圓鋼。該鋼具有高的抗疲勞、耐磨性和抗腐蝕性，加工后的履帶式工程機械鏈軌節銷套性能優異，采用該鋼制造的履帶式工程機械鏈軌節銷套使用壽命超過一般合金結構鋼材料。
文檔編號C22C33/04GK102605266SQ20121006609
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月13日 優先權日2012年3月13日
發明者張偉, 徐鋒, 時振明, 李法興, 李順, 王立君, 翟正龍, 范黎明, 趙德鋼, 鄭桂蕓, 郭暉 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司