新型25MnV矿用圆环链用钢的组织及性能探讨

2019-08-20陈黔湘魏福龙张东升

中国金属通报 2019年6期

陈黔湘，魏福龙，张东升

（首钢水城钢铁（集团）有限责任公司，贵州六盘水 553000）

在矿山用高强度圆环链中，其中用的最多的钢铁材料就是25MnV的主要钢材。这种钢材的特殊制造工艺主要有：下料、加热、编织、焊接、去毛刺。在这当中，决定环链整体的结构以及使用性的主要关键点就在于热处理环节。现在来看，关于25MnV钢环链热处理的新闻以及研究也是比较的防范。像Ang Ming Li等人，将零保温的相关研究进行分析，通过把零保温方面的数据对25MnV钢铁组织以及相关使用性能的相关性进行了探讨，并且之后对这些数据进行了总结，出刊重要的研究成果，富有研究价值；Mariyong等人（4）对25MnV钢矿山高强度圆环链的中频感应加热进行了研究，得出了用中频感应淬火加热25MnV钢矿山高强度圆环链时，圆环链直臂温度低于顶部温度的结论。当链环顶部加热温度达到970℃～-9930℃（直臂温度895℃～-9170℃）时，淬火组织为板条马氏体，晶粒尺寸为10～10.5，环链具有最佳的强度和韧性协调性。以上研究是在传统实验过程的基础上进行的，很少有人利用现代材料计算理论来计算和分析25MnV钢在凝固冷却过程中的组织和性能[1-3]。

本篇文章通过对JMATPro软件的使用，将针对25MnV钢的整个凝固冷却环节进行分析探讨，其中包括它的物理性能以及相图的分析。

1 材料成分

铁水：Si：0.20%～0.80%，Mn：0.30%～0.80%，P≤0.140%，S≤0.040%，铁水温度≥1250℃，铁水中残余元素按《品种钢生产用铁水残余元素技术条件》执行。

石灰：CaO＞90%，SiO2≤1.5%，S＜0.15%，活性度＞310ml。

2 LF精炼工艺

2.1 LF炉进站成分

炉前成分控制按中下限控制（目标范围如下，尽可能降低LF炉合金调整量），LF炉进站成分及温度目标值。

表1 LF炉进站成分分析

LF精炼流程：钢水进站→测温、预吹Ar、取样→入位→送电、破渣壳→加热、造白渣→测温→调温度、成分→测温→出位→喂丝、取样→软吹Ar→加保温剂→连铸。

2.2 钢水到站强吹氩破壳并测温

在相应的到站温度下，采用相应的档位化渣，第一批渣料加入量（白灰，精炼渣，铝矾土等），使用萤石化渣，在供电8min内形成液态白渣，必保供电10min内形成白渣，并保持白渣时间不小于10min。采用电石、SiFe粉（粒度≤3mm）造白渣，尽可能减少Al用量。精炼过程调节氩气流量，防止精炼大翻溢渣，并调节除尘风机风量保证正压操作[4,5]。

2.3 连铸

采用20MnSi保护渣、全保护浇注、电磁搅拌技术，生产断面为150mm×150mm方坯。

拉速1.90m/min，二冷比水量为0.90L/kg～1.25L/kg，电磁搅拌参数200A，4Hz。

参考液相线：20MnV，1509℃；25MnV：1507℃，中包温度控制见下表。

表2 中包温度控制

矫直温度控制：矫直温度控制≥900℃，避开矫直裂纹敏感区。连铸浇注时必须保证满中间包操作（600mm～700mm），中间包连浇过程液面不得低于400mm。连铸1块/炉低倍样进行低倍检验，铸坯低倍检验目标要求：中心疏松≤1.0级，缩孔≤0.5级，非金属夹杂物≤0.5级，中心裂纹≤1.0级，中间裂纹≤1.0级，所有检验结果之和不超过3.0级。标明炉号、钢种，铸坯码垛在其它热坯上避风堆冷≥8h，集中组织轧制，钢坯标识：20MnV标识2V、25MnV标识5V。

2.4 轧钢工艺控制

加热炉温度控制：加热段1100℃～1200℃，均热段1080℃～1130℃，开轧温度980℃～1030℃，目标控制值：1000℃，控制好炉内气氛，减少氧化铁皮。钢坯加热应均匀，钢坯头、中、尾温差≤30℃，加热过程中防止钢坯出现过热、过烧等现象。

2.5 轧制控制

轧制规格：φ18mm、φ20mm。轧制速度：8米/秒～15米/秒。

轧制前对各架轧机进出口导卫、轧槽及辊道的使用状况和水冷系统进行检查确认，确保满足生产工艺和产品质量要求。其它轧制要求：①轧后不穿水；②入精轧温度温度：900℃～970℃；③上冷床空冷温度：880℃～930℃（参考）。④钢材打捆后及时吊运码垛，避风堆冷，堆冷时间≥8h。

2.6 尺寸控制及检验要求

生产过程加大在线取样与尺寸测量频次，开轧或轧制过程异常时应增加取样次数，外形尺寸按照标准GB/T 702标准和用户要求进行控制、检验。

3 计算结果分析

3.1 热物理性能

图1 热物理性能

图2 钢的热物理性质

图1 通过对图表的分析，表示的为在不同的温度之下，利用jmatpro这个软件对25mnv钢的部分导电效率以及电阻大小的测量。综合来说，25MnV钢的电阻率随温度的降低而降低，室温下的最小电阻率为0.15x10（sz“m）。随着温度的降低，25MnV钢的电导率逐渐升高，室温下的最大电导率为6.74（s“Iri”）O。

图2显示了由Matpro软件计算的不同温度下25mnv钢的热物理性质（热导率、比热容和密度）。综合来说，当合金处于液态（1505℃～16000℃）时，热导率随温度的降低而降低；在固液温度范围（1451℃～15050℃）中，热导率随温度的降低而增加；在800℃～14510℃中，热导率随温度的降低而降低。e.当温度低于800时，导热系数随温度的降低而增加。在室温下，25MnV钢的导热系数最高。

3.2 力学性能

图3为jmatpro计算出来的，25MnV钢通过在实验的每一种温度之下的凝固冷却的时候，不同的数值之间的关系图。很显然的表明，当合金以液态的形式存在时，杨氏模量和剪切模量近乎约等于零。在合金凝固变成了固体的时候，杨氏模量和剪切模量会变得突然升高。在材料的凝固整个环节当中，杨氏模量、体积模量和剪切模量随温度的下降而变大。

图3 力学性能研究

图4 不同温度下膨胀系数分析

图4 显示了2SMnV钢在凝固和冷却过程中不同温度下的热膨胀系数和线膨胀系数。综合来说，它们都随着温度的降低而降低。热膨胀系数在液固温度范围（1451～1550）由42.61降至25.16，在奥氏体转变温度范围（687～798）由23.74降至1722。在相同的温度范围内，线膨胀系数有相似的趋势，但变化不大。