矿用圆环链25MnV钢凝固和冷却过程的组织性能影响

王 刚，陈黔湘，魏福龙

（首钢水城钢铁（集团）有限责任公司，贵州 六盘水 553000）

1 材料成分

根据GB3414-82的规定，矿用圆环链25MnV钢的化学成分包括C、Mn、V、Si、P、S等，具体成分要求如表1所示。根据试验试制工艺成分控制具体数据可知，C、Mn、V成分控制过程较为稳定，而Si波动较大。

表1 化学成分要求/%

2 计算原理

本文通过利用JMatPro软件，对该钢凝固和冷却过程中的组织性能进行了计算。此软件是在合金热力学数据库开发的基础上，建立物理模型动态求解材料性能，结合所需的实验验证，以此得到准确的计算结果。对于多元合金系，计算固溶相吉布斯自由能时，采用（1）方程，方程（1）中，第一项表示纯组元的吉布斯自由能；第二项表示理想状态下的焓；第三项表示两两之间的相互作用[1，2]。

相转变动力学模型的计算，采用TTT计算的一般方程，即

式（2）中，α=β2（G-1）/2，β是经验系数，G为晶粒大小（ASTM标准），D是有效扩散系数，ΔT是过冷度，q是取决于有效扩散机制的指数，X是转变的百分比。

在JMatpro软件中，采用式（3）、（4）判定有关材料力学性能的计算。对于微小γ粒子对合金的屈服强度的强化效果，可用以下方程来衡量：

式（3）中，YS0和YS1表示晶格屈服强度和合金屈服强度；M为泰勒系数；b是柏氏矢量；A是形状因子常量；d为析出粒子直径；τ为位错的线张力；f是γ体积分数。

对于大尺寸的粒子，强化效果可用方程（4）来衡量：

其中，ω实质是一个经验系数。

3 实验结果与分析

3.1 实验工艺

矿用圆环链作为煤矿机的关键键，它的质量和性能优劣，将直接影响设备的工作效率和煤矿的煤炭产量。该钢包括三个等级，分别为：B、C、D。本文通过安排了一组3炉的矿用圆环链钢25MnV试制生产，轧钢厂分别轧制了1炉Φ18mm规格的20MnSi和25MnV。试制工艺主要分为炼钢工艺和轧钢工艺。

3.1.1 炼钢工艺

（1）铁水条件。

表2 炼钢工艺铁水注入量

由上表2可知，本次试制铁水成份适中、波动小，有害元素P%，S%含量不高。

（2）造渣及热平衡控制。

①本次品种钢生产总装入量为95.5吨，从连铸钢水量看，第26200270炉次钢水量较低83.6t，其余两炉正常；②转炉消耗：3炉25MnV的石灰消耗分别为38.5kg/t，37.1kg/t，36.1kg/t；石灰、轻烧和冷料等渣料消耗在：102kg/t～122kg/t范围，如上表所示。

（3）合金消耗。

表4 合金消耗分析

从单耗看出，本次试制生产单耗较标准低，主要原因是用钢水量进行计算，实际产量因短尺和分坯较低。

3.1.2 轧钢工艺

（1）工艺参数。

表5 轧钢工艺参数分析

（2）力学及其他物理检验。

表6 力学及其他物理检测

（3）力学检测满足。

表7 力学检验

3.2 显微组织分析

在900℃标准化后，实验钢的贝氏体形态具有颗粒特征。该钢的组成部分包括四部分，分别为：贝氏体铁素体（BF）、马氏体、残余奥氏体和少量珠光体。粒状贝氏体是具有马氏体/奥氏体岛的板条铁素体基体。在贝氏体元素的演化和碰撞过程中C原子从BF元素到奥氏体的连续扩散和富集，导致了这种结构的形成，并导致最终形成的岛区域中存在碳浓度梯度。冷却后，这些富含C的奥氏体岛区将转变为板条马氏体，双马氏体或保留的奥氏体状态，从而形成岛面积。M/A马氏体边缘的奥氏体岛。该结构硬度（20HRC～23HRC）适用于实际生产中的圆钢剪切。

在880℃淬火（20℃水淬）后，芯基质为马氏体；当水温为37℃时，除马氏体外，中心有许多铁素体块，非马氏体结构，铁素体晶粒尺寸为8.5级～9级。这表明较低冷却介质温度的核心结构可以硬化并且结构良好。这种差异的原因取决于冷却速度。

4 结论

（1）组织性能。对圆环链用25MnV热轧圆钢进行内部组织分析，分析显示，该钢的热轧组织为铁素体和珠光体，并且这两种组织呈现均匀分布状态。通常，热处理工艺为：淬火、差温回火。通过以上热处理工艺我们可以得到回火索氏体或回火屈氏体组织。与此同时，通过热处理工艺，我们还得到了此工艺处理后的正常组织及出现的异常组织，该异常组织中含有马氏体。通过对异常组织出现原因的探究，实验表明其与直臂部分的回火温度和Mn元素产生偏析现象有关。

（2）结合实验结果、25MnV矿用圆环链用钢要求和工艺条件，我们不难发现，钢中碳含量应该控制在0.23%～0.26%。