新型25MnV礦用圓環(huán)鏈用鋼的組織及性能探討

陳黔湘，魏福龍，張東升

（首鋼水城鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，貴州 六盤水 553000）

在礦山用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈中，其中用的最多的鋼鐵材料就是25MnV的主要鋼材。這種鋼材的特殊制造工藝主要有：下料、加熱、編織、焊接、去毛刺。在這當(dāng)中，決定環(huán)鏈整體的結(jié)構(gòu)以及使用性的主要關(guān)鍵點(diǎn)就在于熱處理環(huán)節(jié)?，F(xiàn)在來(lái)看，關(guān)于25MnV鋼環(huán)鏈熱處理的新聞以及研究也是比較的防范。像Ang Ming Li等人，將零保溫的相關(guān)研究進(jìn)行分析，通過(guò)把零保溫方面的數(shù)據(jù)對(duì)25MnV鋼鐵組織以及相關(guān)使用性能的相關(guān)性進(jìn)行了探討，并且之后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了總結(jié)，出刊重要的研究成果，富有研究?jī)r(jià)值；Mariyong等人（4）對(duì)25MnV鋼礦山高強(qiáng)度圓環(huán)鏈的中頻感應(yīng)加熱進(jìn)行了研究，得出了用中頻感應(yīng)淬火加熱25MnV鋼礦山高強(qiáng)度圓環(huán)鏈時(shí)，圓環(huán)鏈直臂溫度低于頂部溫度的結(jié)論。當(dāng)鏈環(huán)頂部加熱溫度達(dá)到970℃～-9930℃（直臂溫度895℃～-9170℃）時(shí)，淬火組織為板條馬氏體，晶粒尺寸為10～10.5，環(huán)鏈具有最佳的強(qiáng)度和韌性協(xié)調(diào)性。以上研究是在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，很少有人利用現(xiàn)代材料計(jì)算理論來(lái)計(jì)算和分析25MnV鋼在凝固冷卻過(guò)程中的組織和性能[1-3]。

本篇文章通過(guò)對(duì)JMATPro軟件的使用，將針對(duì)25MnV鋼的整個(gè)凝固冷卻環(huán)節(jié)進(jìn)行分析探討，其中包括它的物理性能以及相圖的分析。

1 材料成分

鐵水：Si：0.20%～0.80%，Mn：0.30%～0.80%，P≤0.140%，S≤0.040%，鐵水溫度≥1250℃，鐵水中殘余元素按《品種鋼生產(chǎn)用鐵水殘余元素技術(shù)條件》執(zhí)行。

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

2 LF精煉工藝

2.1 LF爐進(jìn)站成分

爐前成分控制按中下限控制（目標(biāo)范圍如下，盡可能降低LF爐合金調(diào)整量），LF爐進(jìn)站成分及溫度目標(biāo)值。

表1 LF爐進(jìn)站成分分析

LF精煉流程：鋼水進(jìn)站→測(cè)溫、預(yù)吹A(chǔ)r、取樣→入位→送電、破渣殼→加熱、造白渣→測(cè)溫→調(diào)溫度、成分→測(cè)溫→出位→喂絲、取樣→軟吹A(chǔ)r→加保溫劑→連鑄。

2.2 鋼水到站強(qiáng)吹氬破殼并測(cè)溫

在相應(yīng)的到站溫度下，采用相應(yīng)的檔位化渣，第一批渣料加入量（白灰，精煉渣，鋁礬土等），使用螢石化渣，在供電8min內(nèi)形成液態(tài)白渣，必保供電10min內(nèi)形成白渣，并保持白渣時(shí)間不小于10min。采用電石、SiFe粉（粒度≤3mm）造白渣，盡可能減少Al用量。精煉過(guò)程調(diào)節(jié)氬氣流量，防止精煉大翻溢渣，并調(diào)節(jié)除塵風(fēng)機(jī)風(fēng)量保證正壓操作[4,5]。

2.3 連鑄

采用20MnSi保護(hù)渣、全保護(hù)澆注、電磁攪拌技術(shù)，生產(chǎn)斷面為150mm×150mm方坯。

拉速1.90m/min，二冷比水量為0.90L/kg～1.25L/kg，電磁攪拌參數(shù)200A，4Hz。

參考液相線：20MnV，1509℃；25MnV：1507℃，中包溫度控制見下表。

表2 中包溫度控制

矯直溫度控制：矯直溫度控制≥900℃，避開矯直裂紋敏感區(qū)。連鑄澆注時(shí)必須保證滿中間包操作（600mm～700mm），中間包連澆過(guò)程液面不得低于400mm。連鑄1塊/爐低倍樣進(jìn)行低倍檢驗(yàn)，鑄坯低倍檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)要求：中心疏松≤1.0級(jí)，縮孔≤0.5級(jí)，非金屬夾雜物≤0.5級(jí)，中心裂紋≤1.0級(jí)，中間裂紋≤1.0級(jí)，所有檢驗(yàn)結(jié)果之和不超過(guò)3.0級(jí)。標(biāo)明爐號(hào)、鋼種，鑄坯碼垛在其它熱坯上避風(fēng)堆冷≥8h，集中組織軋制，鋼坯標(biāo)識(shí)：20MnV標(biāo)識(shí)2V、25MnV標(biāo)識(shí)5V。

2.4 軋鋼工藝控制

加熱爐溫度控制：加熱段1100℃～1200℃，均熱段1080℃～1130℃，開軋溫度980℃～1030℃，目標(biāo)控制值：1000℃，控制好爐內(nèi)氣氛，減少氧化鐵皮。鋼坯加熱應(yīng)均勻，鋼坯頭、中、尾溫差≤30℃，加熱過(guò)程中防止鋼坯出現(xiàn)過(guò)熱、過(guò)燒等現(xiàn)象。

2.5 軋制控制

軋制規(guī)格：φ18mm、φ20mm。軋制速度：8米/秒～15米/秒。

軋制前對(duì)各架軋機(jī)進(jìn)出口導(dǎo)衛(wèi)、軋槽及輥道的使用狀況和水冷系統(tǒng)進(jìn)行檢查確認(rèn)，確保滿足生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量要求。其它軋制要求：①軋后不穿水；②入精軋溫度溫度：900℃～970℃；③上冷床空冷溫度：880℃～930℃（參考）。④鋼材打捆后及時(shí)吊運(yùn)碼垛，避風(fēng)堆冷，堆冷時(shí)間≥8h。

2.6 尺寸控制及檢驗(yàn)要求

生產(chǎn)過(guò)程加大在線取樣與尺寸測(cè)量頻次，開軋或軋制過(guò)程異常時(shí)應(yīng)增加取樣次數(shù)，外形尺寸按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 702標(biāo)準(zhǔn)和用戶要求進(jìn)行控制、檢驗(yàn)。

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 熱物理性能

圖1 熱物理性能

圖2 鋼的熱物理性質(zhì)

圖1 通過(guò)對(duì)圖表的分析，表示的為在不同的溫度之下，利用jmatpro這個(gè)軟件對(duì)25mnv鋼的部分導(dǎo)電效率以及電阻大小的測(cè)量。綜合來(lái)說(shuō)，25MnV鋼的電阻率隨溫度的降低而降低，室溫下的最小電阻率為0.15x10（sz“m）。隨著溫度的降低，25MnV鋼的電導(dǎo)率逐漸升高，室溫下的最大電導(dǎo)率為6.74（s“Iri”）O。

圖2顯示了由Matpro軟件計(jì)算的不同溫度下25mnv鋼的熱物理性質(zhì)（熱導(dǎo)率、比熱容和密度）。綜合來(lái)說(shuō)，當(dāng)合金處于液態(tài)（1505℃～16000℃）時(shí)，熱導(dǎo)率隨溫度的降低而降低；在固液溫度范圍（1451℃～15050℃）中，熱導(dǎo)率隨溫度的降低而增加；在800℃～14510℃中，熱導(dǎo)率隨溫度的降低而降低。e.當(dāng)溫度低于800時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的降低而增加。在室溫下，25MnV鋼的導(dǎo)熱系數(shù)最高。

3.2 力學(xué)性能

圖3為jmatpro計(jì)算出來(lái)的，25MnV鋼通過(guò)在實(shí)驗(yàn)的每一種溫度之下的凝固冷卻的時(shí)候，不同的數(shù)值之間的關(guān)系圖。很顯然的表明，當(dāng)合金以液態(tài)的形式存在時(shí)，楊氏模量和剪切模量近乎約等于零。在合金凝固變成了固體的時(shí)候，楊氏模量和剪切模量會(huì)變得突然升高。在材料的凝固整個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中，楊氏模量、體積模量和剪切模量隨溫度的下降而變大。

圖3 力學(xué)性能研究

圖4 不同溫度下膨脹系數(shù)分析

圖4 顯示了2SMnV鋼在凝固和冷卻過(guò)程中不同溫度下的熱膨脹系數(shù)和線膨脹系數(shù)。綜合來(lái)說(shuō)，它們都隨著溫度的降低而降低。熱膨脹系數(shù)在液固溫度范圍（1451～1550）由42.61降至25.16，在奧氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍（687～798）由23.74降至1722。在相同的溫度范圍內(nèi)，線膨脹系數(shù)有相似的趨勢(shì)，但變化不大。

5 結(jié)論

利用jmatpro，最終的到了對(duì)25MnVD鋼材料的相關(guān)力學(xué)性能以及測(cè)試結(jié)果。