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(jī)等工程機(jī)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(qiáng)度和表面硬度，同時(shí)必須耐磨損，從而保證履帶鏈軌節(jié)大于1500小時(shí)的工時(shí)的使用壽命。因此，設(shè)計(jì)合適的內(nèi)控化學(xué)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(chǔ)。

1 35MnB鋼中元素的的作用機(jī)理

1.1 B元素的作用機(jī)理

相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道表明，鋼中加入硼元素，當(dāng)硼元素以有效硼即酸溶硼的形式存在時(shí)，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(qiáng)于錳弱于鋁與硅接近。硼與氮的親和力強(qiáng)于鋁弱于鈦。因此，實(shí)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(yīng)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(jìn)行鈣處理，間隔一定時(shí)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(jī)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(qiáng)的親和力，與硫的結(jié)合力強(qiáng)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(huì)提高鋼的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，隨著鋼中Ti的含量到達(dá)0.12%時(shí)，強(qiáng)度增加已放緩。當(dāng)進(jìn)一步增加鋼中的Ti含量時(shí)，對(duì)鋼的強(qiáng)度幾乎無任何影響，并且過量的Ti元素會(huì)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(guān)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(huì)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(dāng)提高鋼的強(qiáng)度。

圖2 Ti/N對(duì)淬透性深度的影響

1.3 Mn元素的作用機(jī)理

Mn元素能提高鋼材強(qiáng)度，由于Mn合金價(jià)格相對(duì)便宜，且能無限固溶于Fe中，在提高鋼材強(qiáng)度的同時(shí)，對(duì)塑性的影響相對(duì)較小。因此，錳被廣泛用于鋼中的強(qiáng)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(qiáng)度級(jí)別會(huì)升高，并且也能提高鋼的淬透性，改善鋼的熱加工性能。但當(dāng)錳含量超過6%時(shí)，會(huì)降低鋼的塑性以及焊接性能。

在高應(yīng)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(jī)履帶鏈軌節(jié)，球磨機(jī)襯板，挖機(jī)斗齒、斗臂等抗沖擊、抗磨損的部件。某鋼廠在設(shè)計(jì)35MnB履帶鏈軌節(jié)用鋼化學(xué)成分時(shí)，Mn含量控制在1.00%-1.40%。

2 35MnB的生產(chǎn)實(shí)踐

2.1 工藝流程

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

2.2 關(guān)鍵控制點(diǎn)

在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，保證碳溫協(xié)調(diào)，終點(diǎn)C含量應(yīng)≥0.06%，避免鋼水過氧化。出鋼過程中采用滑板擋渣，避免轉(zhuǎn)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(shí)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(huì)導(dǎo)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(shí)時(shí)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(shí)間13±1min，以有效脫除鋼中的氣體N含量，軟吹時(shí)間20min以上，有效促進(jìn)大尺寸夾雜物的上?。?/p>

連鑄工序全程保護(hù)澆注，避免鋼水二次氧化；

加熱爐預(yù)熱段溫度≤650℃，時(shí)間≥60min，加熱段溫度≤1180℃，時(shí)間≥80min，均熱段溫度≤1200℃，總在爐時(shí)間≥240min。

3 實(shí)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(hào)為1#~6#，中包熔煉成分檢測(cè)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(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 氣體N含量及Ti/N檢驗(yàn)結(jié)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(cè)結(jié)果

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

表4 5MnB檢測(cè)各項(xiàng)性能結(jié)果

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

4 結(jié)論

試制實(shí)踐證明，某鋼廠采用轉(zhuǎn)爐冶煉→爐外精煉→VD/RH爐真空脫氣處理→大方坯連鑄機(jī)→棒材廠軋制→成品檢驗(yàn)→入庫工藝路線，并且嚴(yán)格執(zhí)行2.2中的關(guān)鍵控制點(diǎn)進(jìn)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(xiàng)性能均滿足客戶技術(shù)協(xié)議要求，且客戶反饋使用情況良好。