一种抗冲击链板钢及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种抗冲击链板钢及其制造方法，该钢的成分按重量百分比计如下：C：0.3％～0.49％，Si：≤0.40％，Mn：0.4％～1.1％，Cr：≤0.50％，Nb：0.2％～4.0％；Al：0.015％～0.1％，且O≤0.0015％，杂质元素P≤0.020％，S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。制造方法包括冶炼、板坯连铸连轧、热轧；应用本发明专利技术生产的钢板热处理后冲击功50J以上，加工的链板抗冲击性能和疲劳性能明显提高，使用寿命延长60％以上。

【技术实现步骤摘要】
一种抗冲击链板钢及其制造方法
本专利技术属于金属材料领域，尤其涉及一种具有高冲击性能的链板热轧钢及其制造方法。
技术介绍
目前，链板多采用40Mn、45Mn钢板加工而成，一般要求原料钢板表面硬度在85HRB－90HRB，以保证冲压后边部质量，热处理后硬度38-42HRC，冲击功约20J，在长期使用过程中易出现冲击磨损变形，造成链条延伸、动力系统效率降低，寿命短，需要经常更换等问题。特别是一些汽车动力链条，链条寿命直接影响汽车发动机乃至整车寿命。专利技术《一种低碳微合金钢及用其生产链条链板的方法》(99100724.7)，碳含量低，含锰和钒的冷轧板。碳含量低，合金总含量少，热处理后硬度相对低，耐磨性不足，且需要冷轧，成本高。专利技术《一种高级优质链条钢的连铸工艺》(CN103252466A)公开一种方坯加工圆链的连铸工艺，属型材生产工艺，方坯尺寸小，连铸坯生产容易，冶炼铸坯冷却工艺等参次与板坯连铸完全不同。而且成品是圆链，与链板用途不同。专利技术《一种链条钢材料》(CN103422034A)和专利技术《一种管道链板输送机的链板材料》(CN109881128A)均是添加了非常规化合物或元素，需特殊生产方法，成本高，生产工艺复杂。专利技术《一种圆环链条用钢及其制造方法》(CN102653834A)、《一种矿用大规格、高强度链条钢及其制备方法》(CN201410800419.5)专利技术《一种90级链条钢》(CN201811242708.2)都是用型材加工环形链条，链条用钢碳含量低，Ni、Cr、Mo等合金含量高，成本高，常规热处理工艺不能满足链板高硬度高耐磨高冲击性能的要求。《链条外链板》(CN2206868Y)专是技术专利，介绍的是链条链板形状上的改善，未提及材质。专利技术《一种高强度高耐磨性、高疲劳寿命的履带用钢及其生产工艺》(CN201610507885.3)是一种连铸方坯轧制成的圆棒材，不宜做链板。而且C含量0.28％-0.32％，较低，热处理后硬度很难达到37HRC以上，Mn含量1.45％以上，易形成偏析，组织不均匀，影响疲劳性能。文献《自行车链条用18MnZL热轧带钢的研制》，《赛车链条用钢化学成分设计》，《武钢冷轧链条用钢的开发与应用》等论文介绍的均为冷轧钢板用钢。《16Mn钢链板断裂分析》介绍的16Mn链条钢碳含量低，要经过渗碳处理才能满足硬度要求，工艺复杂。上述文献及专利技术提及的钢种均不适合用热轧板直接加工高耐磨链板。因此，本项目专利技术了一种热轧钢带，适于直接加工各类链板，抗冲击性好，寿命长。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述问题和不足而提供一种抗冲击链板钢及其制造方法，该链板用钢采用连铸连生产卷板工艺,钢板冲击性能200J以上，制造的链条耐磨寿命比普通链条延长60％以上。本专利技术目的是这样实现的：一种抗冲击链板钢，该钢的成分按重量百分比计如下：C：0.3％～0.49％，Si：≤0.40％，Mn：0.4％～1.1％，Cr：≤0.50％，Nb：0.2％～4.0％；Al：0.015％～0.1％，且O≤0.0015％，杂质元素P≤0.020％，S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。所述抗冲击链板钢组织为均匀细小铁素体和珠光体，铁素体体积百分比为30％以下，晶粒度10级以上，表面粗造度1.8um以下，各类非金属夹杂物小于1.5级，单面表面脱碳层深度小于板厚的1.0％。本专利技术成分设计理由如下：C是钢中主要的固溶强化元素，碳含量若高于0.50％，钢的韧塑性，链条易脆断,低于0.3％,热处理后硬度不足。因此，C含量要控制在0.3％～0.49％。Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，是保证钢的强度和韧性的必要元素。锰和铁形成固溶体，能提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度。Mn与S结合形成MnS，避免晶界处形成FeS而导致的热裂纹影响锯片用钢的热成形性。同时Mn也是良好的脱氧剂并增加淬透性。Mn含量过低，不能满足热处理后高强硬性的要求，Mn含量过高易形成偏析带影响焊接性能，且增加生产成本，因此，综合考虑成本及性能要求等因素，Mn含量应该控制在0.4％～1.1％。Si是钢中常见元素之一，在炼钢过程中用作还原剂和脱氧剂，固溶形态的Si能提高屈服强度和韧脆转变温度，但若超过含量上限将降低韧性和焊接性能。另一方面，Si是铁素体形成元素，Si含量高会促使钢表面脱碳严重，因此，Si含量不易过高，Si≤0.40％。Cr是显著提高钢的淬透性元素，钢中加入适量的Cr可使C曲线右移，相同冷速下获得的珠光体片间距更加细化。对于高碳钢，Cr可以提高碳扩散的激活能，减轻钢的脱碳倾向。另一方面，Cr还可提高铁素体电极电位，促使钢的表面形成致密的氧化膜，提高其耐蚀性。Cr含量过高，增加合金成本，且钢板板形差，难以校平，因此，本专利技术控制Cr含量≤0.50％。Nb是细晶强化和沉淀强化微合金元素，钢中加入适量的Nb可提高热轧钢板的韧塑性及钢热处理后的强度和韧性。通常钢中微合金化Nb含量为0.01-0.05％，而本专利技术中加入0.2～4.0％的Nb。在钢中添加Nb，在热加工过程中可以析出微细的NbC、NbCN等碳氮化物二相粒子，抑制奥氏体的形变再结晶，阻止奥氏体晶粒的长大，细化晶粒。生成的粒子种类和大小直接影响钢的耐磨性等使用性能。如，生产小于30um的NbC粒子，细化晶粒作用明显，热处理后强硬性明显提升，耐磨性增强，寿命延长。目前汽车使用几年后，当发动机内的正时链条长度因为磨损严重而延伸50％时，发动机判废。链条钢中加0.2％-4％Nb后，抗冲击耐磨性明显改善，一般发动机因其他原因报废时，链条长度最大只延伸20％，也就是说，不会因为正时链条磨损延伸问题而导致发动机报废，即延长了发动机使用寿命。另一方面，Nb可以抑制钢表面氧化脱碳。Al：0.015％～0.1％，冶炼时一般用Al作脱氧剂，也可以细化晶粒，提高强度，但同时也易形成含Al的氧化物夹杂，影响钢的疲劳性能。因此，Al含量控制在0.015％-0.10％。O：O≤0.0015％，氧是炼钢时的残余元素，氧含量高，非金属夹杂物多，严重影响疲劳性能。为保证链条用钢热处理后强度和硬度，本专利技术的链板用钢采用中C含量，高碳钢中氧含量过高，冶炼时非金属夹杂物不易上浮，导致钢中夹杂物过多，影响疲劳寿命，因此，本专利技术要求成品钢板中O≤0.0015％。P和S都是钢中不可避免的有害杂质，它们的存在会严重恶化钢的韧性，影响疲劳性能，缩短使用寿命。因此要采取措施使钢中的P和S含量尽可能低。根据本专利技术，最高P含量限制在0.020％，最高S含量限制在0.010％。上述成分设计采用中碳含量，添加Mn、Cr、Si等合金元素，保证钢板淬透性、淬硬性。钢中加入0.2％-4％的Nb，钢板组织为均匀细小，保证奥氏体晶粒度10级以上，提升抗冲击性能到50J以上。同时严格控制P、S、O等杂质元素含量，提高钢疲劳性能，进而延长链板使用寿命。本专利技术技术方案之二是提供一种抗冲击链板钢的制造方法，包括冶炼、板坯连铸连轧、热轧；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗冲击链板钢，其特征在于，该钢的成分按重量百分比计如下：C：0.3％～0.49％，Si：≤0.40％，Mn：0.4％～1.1％，Cr：≤0.50％，Nb：0.2％～4.0％；Al：0.015％～0.1％，且O≤0.0015％，杂质元素P≤0.020％，S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种抗冲击链板钢，其特征在于，该钢的成分按重量百分比计如下：C：0.3％～0.49％，Si：≤0.40％，Mn：0.4％～1.1％，Cr：≤0.50％，Nb：0.2％～4.0％；Al：0.015％～0.1％，且O≤0.0015％，杂质元素P≤0.020％，S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。


2.根据权利要求1所述的一种抗冲击链板钢，其特征在于，所述抗冲击链板钢组织为铁素体和珠光体，铁素体体积百分比为30％以下，晶粒度10级以上，各类非金属夹杂物小于1.5级，钢板单面表面脱碳层深度小于板厚的1.0％。


3.一种权利要求1或2所述的抗冲击链板钢的制造方法，包括冶炼、板坯连铸连轧、热轧；其特征在于，
(1)冶炼：
转炉冶炼，LF或RH炉外精炼，要求精炼处理时间30min以上，要求中包O≤0.0020％，以确保成品O≤0.0015％；
(2)板坯连铸连轧：
板坯凝固率45％～65％处进行轻压下，板坯厚不大于230mm；板坯切断后不下辊道，直接入加热炉加热，板坯入加热炉温度650℃以上，待轧制；
(3)热轧：
(a)加热炉采用还原...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉，王英海，张瑞琦，郭晓宏，孙敖，刘志伟，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21