某鋼廠鏈軌節(jié)用鋼35MnB的生產(chǎn)實踐

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(jié)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(jié)后，經(jīng)熱處理后，要求鏈軌節(jié)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(jié)大于1500小時的工時的使用壽命。因此，設計合適的內(nèi)控化學成分，采取合適的生產(chǎn)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(jié)產(chǎn)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(zhì)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(wěn)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(chǎn)中為了獲得一定量的酸溶硼經(jīng)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(nèi)[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(wěn)，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?？梢哉f，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(jié)，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(jié)用鋼化學成分時，Mn含量控制在1.00%-1.40%。

2 35MnB的生產(chǎn)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(xié)調(diào)，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(xiàn)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(diào)整，保持爐內(nèi)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??；

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。

3 實踐效果

某鋼廠采用上述工藝試生產(chǎn)6爐35MnB約800噸大方坯，軋制成直徑Φ90mm規(guī)格棒材圓鋼。爐號為1#~6#，中包熔煉成分檢測如表1所示。

表1 中包熔煉成分[wt%]

鋼中氣體N含量及Ti/N檢驗結果如表2所示。

表2 氣體N含量及Ti/N檢驗結果

圖3所示鑄坯表面酸洗正常，未發(fā)現(xiàn)因BN引起的角部裂紋等缺陷，圖4所示軋制圓鋼酸洗去氧化鐵皮后表面未發(fā)現(xiàn)任何缺陷。

圖3 鑄坯表面酸洗

圖4 圓鋼表面酸洗

35MnB圓鋼中夾雜物如表3所示。

表3 35MnB圓鋼中夾雜物檢測結果

檢驗35MnB圓鋼材上低倍、末端淬透值、脫碳層、奧氏體晶粒度等各項性能檢測如表4所示。

表4 5MnB檢測各項性能結果

首次試生產(chǎn)的800余噸35MnB圓鋼各項性能檢驗全部符合協(xié)議要求。目前按上述工藝路線已實現(xiàn)批量生產(chǎn)10000余噸，35MnB所有批次圓鋼各項性能合格率100%，完全滿足客戶技術協(xié)議要求。

4 結論

試制實踐證明，某鋼廠采用轉爐冶煉→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→入庫工藝路線，并且嚴格執(zhí)行2.2中的關鍵控制點進行冶煉與軋制操作，生產(chǎn)的履帶鏈軌節(jié)用35MnB，最終材上各項性能均滿足客戶技術協(xié)議要求，且客戶反饋使用情況良好。