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CN120002317A - 一种高强韧履带钢的形性一体化制备方法 - Google Patents

一种高强韧履带钢的形性一体化制备方法 Download PDF

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CN120002317A
CN120002317A CN202510182953.2A CN202510182953A CN120002317A CN 120002317 A CN120002317 A CN 120002317A CN 202510182953 A CN202510182953 A CN 202510182953A CN 120002317 A CN120002317 A CN 120002317A
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cooling
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track
heating
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霍喜伟
张佩
宋玉卿
蓝慧芳
王刚
肖强
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Shandong Iron and Steel Co Ltd
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Abstract

本发明属于钢铁制造技术领域，具体涉及一种高强韧履带钢的形性一体化制备方法，包括以下步骤：将待开坯的坯料送入加热炉加热，高压水除鳞，开坯，切分轧制，终轧，冷却，热处理，得到高强高韧性履带钢，屈服强度为1300～1500MPa，抗拉强度为1600～1800MPa，延伸率为12.0～15.0％，室温U型冲击功为75～100J。本发明能够显著细化晶粒尺寸，使不同部位的组织性能更均匀，马氏体板条更细，同时获得数量更多、尺寸更细小的碳化物，显著提高其强度和韧性，提升使用寿命。

Description

一种高强韧履带钢的形性一体化制备方法
技术领域
本发明属于钢铁制造技术领域，具体涉及一种高强韧履带钢的形性一体化制备方法。
背景技术
目前，工程机械向着高技术含量、高附加值、高可靠性、大吨位的方向发展。履带板作为履带式工程机械的核心部件，需要具备良好的综合性能，尤其是对其强度、冲击韧性、耐磨性能等的要求越来越高。履带钢属于非对称断面型钢，轧制过程中履带钢变形复杂，腹板、带齿以及齿与腹板过渡部位变形和冷却条件存在较大差异，导致轧态履带板不同部位组织和性能存在显著差异，性能调控十分困难。
CN202410823121.X的专利申请介绍了一种变硬度单齿履带型钢及其制备方法，热轧过程中采用冷却水控制履带钢不同部位终轧温度，履带腹板终轧温度820～840℃，履带腹板和履带齿结合部终轧温度840～870℃，履带齿终轧温度680～700℃；淬火过程中，分别将履带齿部位放入水中淬火、履带腹板放入聚合物淬火液中冷却、履带钢腹板和履带齿结合部进行喷风冷却；回火过程中，履带齿在加热炉内加热到180～190℃，保温50～60min，空冷到室温；履带腹板和履带齿结合部在加热炉内加热到210～220℃，保温50～60min，空冷到室温；履带腹板在加热炉内加热到240～250℃，保温50～60min，空冷到室温。该专利在热轧、淬火和回火过程中，需要分别对不同部位进行不同的温度控制，必将导致实际操作过程十分复杂，不具备可行性。
CN202010164865.7的专利申请介绍了一种履带板的热处理方法，将钢材加热进行奥氏体化，然后进行第一次淬火，淬火至马氏体相变开始温度Ms以下30～50℃等温20～30min后，加热至Ms以上20～30℃，等温30～50min后进行第二次淬火，冷却至室温。该专利方法仅可对残余奥氏体稳定性进行控制，淬火前奥氏体化条件确定之后，难以对晶粒尺寸进行有效调控，因而对最终力学性能，尤其对冲击韧性的控制效果有限。
CN202210887603.2的专利申请介绍了一种单齿履带板开坯孔型及热轧方法，包括第一开坯孔和第二开坯孔，所述第一开坯孔用于将矩形的连铸坯料挤压成包括右弯肢、第一中柱和左弯肢的山型中间坯；所述第二开坯孔为后孔，所述第二开坯孔用于将所述山型中间坯挤压成包括右平肢、第二中柱和左平肢的倒T型中间坯。该专利方法显著降低了坯料尺寸的依赖，可以采用较小的坯料生产较大规格的单齿履带板，具有较好的节能降耗效果，但其采用矩形坯。
现有技术通常采用矩形坯轧制成履带钢，由于履带板的齿根对应矩形坯料的近中心位置，矩形坯开坯道次变形区达不到坯料的中心，使齿根部位的累积变形量小，晶粒较粗大，导致齿根部位的综合力学性能较差，加上淬火时该部位冷却困难，力学性能进一步恶化。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高强韧履带钢的形性一体化制备方法，通过控制坯料形状、增加除鳞道次、调控热处理参数等方法使生产的履带钢兼具良好的强度和冲击韧性，且不同部位性能差异较小。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高强韧履带钢的形性一体化制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将待开坯的坯料送入加热炉加热；
所述坯料为圆坯，其直径为现有技术采用的矩形坯高度的0.8～1.2倍；
所述加热温度为1050～1250℃，均热温度为1180～1220℃，均热时间30～90min；
步骤二：高压水除鳞；
所述高压水除鳞为多道次(优选2～4道次)高压水除鳞，将钢坯表面温度降低100～200℃；
步骤三：圆坯开坯；
所述圆坯开坯的道次数与矩形坯相同，均为1～4道次；
步骤四：切分轧制，将开坯后的矩形中间坯料切分轧制成履带钢毛坯；
步骤五：终轧，将毛坯轧制成履带钢成品；
步骤六：冷却，终轧后履带钢运输至冷床冷却到100℃以下，冷床设有保温装置，将冷却速度控制在0.5℃/s以下，使冷却后的履带钢金相组织为铁素体+珠光体；
步骤七：热处理；将冷却后履带钢加热保温后进行第一淬火，得到一次淬火钢材；将所述一次淬火钢材加热保温后进行第二淬火，得到二次淬火钢材；将所述二次淬火钢材进行回火处理，得到组织均匀、细化的高强韧履带钢，其组织为回火马氏体。
所述第一淬火的加热速率5～10℃/min，保温温度为880～920℃，保温时间为20～40min，冷却方式为水冷。
所述第二淬火的加热速率5～10℃/min，保温温度为820～860℃，保温时间为20～40min，冷却方式为水冷。
所述回火处理的加热速率5～10℃/min，保温温度为180～250℃，所述回火处理的保温时间为90～150min。
本发明的高强韧履带钢，其化学成分的重量百分数为：C：0.22～0.33％、Si：0.15～0.80％、Mn：1.00～1.50％、P≤0.020％、S≤0.010％、Cr：0.20～0.90％、B：0.0005～0.0035％、Ti：0.020～0.065％、Al：0.01～0.05％，其余为铁和微量杂质。屈服强度为1300～1500MPa，抗拉强度为1600～1800MPa，延伸率为12.0～15.0％，室温U型冲击功为75～100J。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用高度相近的圆坯代替现有技术的矩形坯，在不增加开坯道次，降低生产效率的情况下，可促使变形区从钢坯的近表面向钢坯的中心移动，增加钢坯中心区域的变形量；采用多道次高压水除鳞可使钢坯近表面区域的温度比钢坯中心区域的温度低100～200℃，增加钢坯近表面的变形阻力，使近表面区域变形困难，进一步使开坯变形区向钢坯中心移动，增加中心区域变形量，从而显著改善现有技术齿根部位的累积变形量小，综合力学性能差的不足；冷床保温装置及冷却速度的控制可以防止履带钢冷速过快，生成贝氏体组织导致后续机加工制造履带板时出现加工开裂；通过一次淬火后在奥氏体化温度以下进行二次淬火，然后回火的设计的能够细化马氏体板条，增加马氏体内的碳化物析出数量和位错密度，降低履带钢不同部位之间的性能差异，同时具有更强的抑制裂纹萌生和扩展的能力，经过回火处理后履带钢具有更高的强度和冲击韧性，提升履带的使用寿命。
附图说明
图1为单齿履带钢截面图；
图2为三齿履带钢截面图；
其中：1-单齿履带钢，12-单齿履带钢的齿，13-单齿履带钢的齿根，2-三齿履带钢，22-三齿履带钢的齿，23-三齿履带钢的齿根。
图3为本发明采用的圆坯截面；
图4为现有技术轧制履带钢所用的矩形坯截面；
图5为矩形坯开坯道次变形区范围；
其中：3-矩形坯变形区范围。
图6为圆坯开坯道次变形区范围；
其中：4-圆坯变形区范围。
图7为多道次高压水除鳞后圆坯开坯道次变形区范围；
其中：5-除鳞后圆坯变形区范围。
图8为本发明采用的热处理流程示意图；
图9为对比例1二次淬火制备得到的履带钢的齿根部位组织图；
图10为实施例1二次淬火+回火制备得到的高强韧性履带钢的齿根部位组织图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
对本发明实施例所使用的钢材成分进行说明：
所使用的履带钢化学成分的重量百分数为：C：0.22～0.33％、Si：0.15～0.80％、Mn：1.00～1.50％、P≤0.020％、S≤0.010％、Cr：0.20～0.90％、B：0.0005～0.0035％、Ti：0.020～0.065％、Al：0.01～0.05％，其余为铁和微量杂质。本发明首先将该成分的钢水连铸成圆坯，然后按照下面的方法制备成履带钢。
需要说明的是，根据不同的使用需要，可以采用不同的成分，然后使用本申请所提供的方法制备成履带钢，但不局限于本发明所使用的成分。
实施例1
一种如图1-2所示单齿/三齿履带钢的形性一体化制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将待开坯的圆坯(如图3)送入加热炉加热，采用的圆坯直径D为现有技术采用的矩形坯(如图3)高度H的0.8倍。加热温度为1050℃，均热温度为1180℃，均热时间30min。
步骤二：对加热后的圆坯进行多道次(2道)高压水除鳞，使钢坯表面温度比中心温度低100℃。
步骤三：对除鳞后的圆坯进行开坯，开坯的道次数与现有技术的矩形坯开坯道次数均为1道次，道次压下量相近。由于圆坯和矩形坯不同的几何特征，在压下量相近的情况下，矩形坯的变形区3深度为坯料高度的1/5(如图5)，圆坯的变形区4深度为坯料高度的1/3(如图6)，即圆坯的变形区比矩形坯的变形区更靠近坯料中心。加上步骤二高压水除鳞的表面冷却作用，使圆坯的近表面变形更困难，变形区进一步深入到坯料的中心5(如图7)。
步骤四：切分轧制，对开坯后的矩形中间坯料轧制成履带钢毛坯；
步骤五：终轧，将毛坯轧制成履带钢成品；
步骤六：冷却，终轧后履带钢运输至冷床冷却到100℃以下，冷床设有保温装置，将冷却速度控制在0.5℃/s以下，使冷却后的履带钢金相组织为铁素体+珠光体；
步骤七：热处理，热处理流程示意图如图8所示。将冷却后履带钢加热，加热速率5℃/min，保温温度为880℃，保温时间为20min，加热后进行一次淬火，冷却方式为水冷，得到一次淬火钢材；将所述一次淬火钢材再次加热，加热速率5℃/min，保温温度为820℃，保温时间为20min，然后进行第二淬火，冷却方式为水冷，得到二次淬火钢材。将所述二次淬火钢材进行回火处理，回火的加热速率5℃/min，保温温度为180℃，保温时间为90min。最终得到组织均匀、细化的高强韧履带钢，其组织为回火马氏体(如图10)，屈服强度为1300MPa，抗拉强度为1600MPa，延伸率为12.0％，室温U型冲击功为75J。
实施例2
一种如图1-2所示单齿/三齿履带钢的形性一体化制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将待开坯的圆坯(如图3)送入加热炉加热，采用的圆坯直径D为现有技术采用的矩形坯(如图3)高度H的1.2倍。加热温度为1250℃，均热温度为1220℃，均热时间90min。
步骤二：对加热后的圆坯进行多道次(4道)高压水除鳞，使钢坯表面温度比中心温度低200℃。
步骤三：对除鳞后的圆坯进行开坯，开坯的道次数与现有技术的矩形坯开坯道次数均为4道次，道次压下量相近。由于圆坯和矩形坯不同的几何特征，在压下量相近的情况下，矩形坯的变形区3深度为坯料高度的1/4(如图5)，圆坯的变形区4深度为坯料高度的2/5(如图6)，即圆坯的变形区比矩形坯的变形区更靠近坯料中心。加上步骤二高压水除鳞的表面冷却作用，使圆坯的近表面变形更困难，变形区进一步深入到坯料的中心5(如图7)。
步骤四：切分轧制，对开坯后的矩形中间坯料轧制成履带钢毛坯；
步骤五：终轧，将毛坯轧制成履带钢成品；
步骤六：冷却，终轧后履带钢运输至冷床冷却到100℃以下，冷床设有保温装置，将冷却速度控制在0.5℃/s以下，使冷却后的履带钢金相组织为铁素体+珠光体；
步骤七：热处理，热处理流程示意图如图8所示。将冷却后履带钢加热，加热速率10℃/min，保温温度为920℃，保温时间为40min，加热后进行一次淬火，冷却方式为水冷，得到一次淬火钢材；将所述一次淬火钢材再次加热，加热速率10℃/min，保温温度为860℃，保温时间为40min，然后进行第二淬火，冷却方式为水冷，得到二次淬火钢材。将所述二次淬火钢材进行回火处理，回火的加热速率10℃/min，保温温度为250℃，保温时间为150min。最终得到组织均匀、细化的高强韧履带钢，其组织为回火马氏体(如图10)，屈服强度为1500MPa，抗拉强度为1800MPa，延伸率为15.0％，室温U型冲击功为100J。
实施例3
一种如图1-2所示单齿/三齿履带钢的形性一体化制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将待开坯的圆坯(如图3)送入加热炉加热，采用的圆坯直径D为现有技术采用的矩形坯(如图3)高度H的1倍。加热温度为1200℃，均热温度为1180℃，均热时间30min。
步骤二：对加热后的圆坯进行多道次(4道)高压水除鳞，使钢坯表面温度比中心温度低150℃。
步骤三：对除鳞后的圆坯进行开坯，开坯的道次数与现有技术的矩形坯开坯道次数均为2道次，道次压下量相近。由于圆坯和矩形坯不同的几何特征，在压下量相近的情况下，矩形坯的变形区3深度为坯料高度的1/5(如图5)，圆坯的变形区4深度为坯料高度的2/5(如图6)，即圆坯的变形区比矩形坯的变形区更靠近坯料中心。加上步骤二高压水除鳞的表面冷却作用，使圆坯的近表面变形更困难，变形区进一步深入到坯料的中心5(如图7)。
步骤四：切分轧制，对开坯后的矩形中间坯料轧制成履带钢毛坯；
步骤五：终轧，将毛坯轧制成履带钢成品；
步骤六：冷却，终轧后履带钢运输至冷床冷却到100℃以下，冷床设有保温装置，将冷却速度控制在0.5℃/s以下，使冷却后的履带钢金相组织为铁素体+珠光体；
步骤七：热处理，热处理流程示意图如图8所示。将冷却后履带钢加热，加热速率5℃/min，保温温度为900℃，保温时间为30min，加热后进行一次淬火，冷却方式为水冷，得到一次淬火钢材；将所述一次淬火钢材再次加热，加热速率8℃/min，保温温度为830℃，保温时间为30min，然后进行第二淬火，冷却方式为水冷，得到二次淬火钢材。将所述二次淬火钢材进行回火处理，回火的加热速率5℃/min，保温温度为200℃，保温时间为90min。最终得到组织均匀、细化的高强韧履带钢，其组织为回火马氏体(如图10)，屈服强度为1400MPa，抗拉强度为1700MPa，延伸率为14.0％，室温U型冲击功为90J。
对比例1
既有技术的履带钢制备工艺为：将钢材加热进行奥氏体化，所述奥氏体化的温度为870-900℃，保温时间为30-60min。然后进行淬火，淬火至马氏体相变开始温度Ms以下30～50℃等温20～30min后，进行回火，回火温度为360℃，保温30min。钢材的成分，以总质量为100％计，包括：C 0.23％-0.27％、Si 0.15％-0.30％、Mn 1.1％-1.3％、Cr 0.2％-0.5％、B：0.0005～0.0035％、Ti：0.020～0.065％、Al：0.01～0.05％，余量为Fe。淬火方式为水淬，得到的组织为马氏体+贝氏体组织(如图9)。
对比例1与本申请实施例1-3性能对比见表1：
表1对比例1与本发明履带板的力学性能对比
其本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。
本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种高强韧履带钢的形性一体化制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
步骤一：将待开坯的圆坯送入加热炉加热；
步骤二：高压水除鳞；
所述高压水除磷为多道次高压水除鳞，将钢坯表面温度降低100～200℃；
步骤三：圆坯开坯；
步骤四：切分轧制，将开坯后的矩形中间坯料切分轧制成履带钢毛坯；
步骤五：终轧，将履带钢毛坯轧制成履带钢成品；
步骤六：冷却，终轧后履带钢成品运输至冷床冷却到100℃以下；
步骤七：热处理；将冷却后履带钢加热保温后进行第一淬火，得到一次淬火钢材；将所述一次淬火钢材加热保温后进行第二淬火，得到二次淬火钢材；将所述二次淬火钢材进行回火处理，得到组织均匀、细化的高强韧履带钢，其组织为回火马氏体。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述圆坯的直径为现有技术采用的矩形坯高度的0.8～1.2倍；加热温度为1050～1250℃，均热温度为1180～1220℃，均热时间30～90min。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述多道次为2～4道次。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述圆坯开坯的道次数与矩形坯相同，均为1～4道次。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤六中，冷床设有保温装置，将冷却速度控制在0.5℃/s以下，使冷却后的履带钢金相组织为铁素体+珠光体。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤七中，所述第一淬火的加热速率5～10℃/min，保温温度为880～920℃，保温时间为20～40min，冷却方式为水冷。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤七中，所述第二淬火的加热速率5～10℃/min，保温温度为820～860℃，保温时间为20～40min，冷却方式为水冷。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤七中，所述回火处理的加热速率5～10℃/min，保温温度为180～250℃，所述回火处理的保温时间为90～150min。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高强韧履带钢，屈服强度为1300～1500MPa，抗拉强度为1600～1800MPa，延伸率为12.0～15.0％，室温U型冲击功为75～100J。
10.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高强韧履带钢的化学成分的重量百分数为：C：0.22～0.33％、Si：0.15～0.80％、Mn：1.00～1.50％、P≤0.020％、S≤0.010％、Cr：0.20～0.90％、B：0.0005～0.0035％、Ti：0.020～0.065％、Al：0.01～0.05％，其余为铁和微量杂质。
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