一种抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢及其制备方法与流程

本发明涉及圆环链用钢，特别涉及一种抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢及其制备方法。

背景技术：

1、矿用圆环链为煤炭采运刮板输送机、装载机上的传动链，既是设备的关键件又是易损件，一旦发生断裂失效造成设备停机就会影响到整个生产线，严重影响综采工作面的采煤效率。随着如今采煤工作面其他组件使用材料综合性能的提升和重型化发展，圆环链材料性能的局限性限制了设备生产能力的提高，更是制约刮板输送机整机寿命提升的突出短板。

2、矿用圆环链基本以井下服役为主，井下多存在大量煤粉、岩粉、潮湿空气以及溶解于水中的盐分等腐蚀介质，氧气富集的同时还会被开采过程产生的腐蚀性气体围绕，环境极其复杂恶劣。尽管圆环链的使用对强韧性、疲劳性能以及耐磨性提出较高的要求，但圆环链的失效形式很大程度上并不是单纯的疲劳断裂和塑性变形断裂，而是在远低于屈服强度的条件下发生突然的、没有形变预兆的腐蚀脆断。因此，在保证综合力学性能的前提下，尤其需要关注圆环链受到来自于腐蚀环境的影响。

3、矿用圆环链服役过程中承受周期性拉伸载荷影响，其中链环肩部与顶部应力分布最为集中，对于高强钢而言在腐蚀环境下局部的应力集中极易导致应力腐蚀开裂的发生，一旦发生应力腐蚀，裂纹在短时间内快速扩展，材料的使用寿命会大幅降低。受到井下腐蚀介质和磨损的影响，一段时间后圆环链表面被破坏：(1)产生点蚀、麻坑等表面缺陷，坑底形成闭塞电池导致局部ph值降低，若达到阴极析氢反应条件，产生的氢原子扩散至裂纹尖端金属内部；(2)发生塑性变形后无氧化膜保护的新鲜金属重新暴露于腐蚀环境中，局部电化学作用使得金属作为阳极发生溶解，裂纹尖端不断随之扩展。这些往往成为应力腐蚀开裂的先导，对圆环链而言，是在拉伸载荷与腐蚀介质的耦合作用下发生了开裂。因此，提升矿用圆环链的抗应力腐蚀性能可有效延长其在井下的服役寿命。然而目前关于矿用高强度圆环链发明专利的关注点大多在提升钢的耐腐蚀性能或耐磨抗蚀综合性能等方面，有关圆环链抗应力腐蚀开裂性能的研究甚少，因此，如何在保证矿用圆环链高强度高韧性的基础上提高抗应力腐蚀性能成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、鉴于上述情况，本发明旨在提供一种抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢及其制备方法，用于解决现有的圆环链用钢的强度、韧性、抗应力腐蚀性能无法同时有效提高的问题。

2、本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

3、本发明提供了一种抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢，抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢的组分以质量百分比计包括：c：0.22％～0.27％、si：0.10％～0.17％、mn：0.48％～0.62％、p：≤0.015％、s：≤0.005％，cr：0.41％～0.66％、ni：0.88％～1.23％、mo：0.41％～0.58％、cu：0.40％～0.60％、v：0.18％～0.36％、w：0.21％～0.45％，余量为fe和不可避免的杂质。

4、进一步的，抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢的组分以质量百分比计包括：c：0.22％～0.26％、si：0.10％～0.16％、mn：0.48％～0.61％、p：≤0.015％、s：≤0.005％，cr：0.41％～0.61％、ni：0.88％～1.20％、mo：0.41％～0.55％、cu：0.41％～0.60％、v：0.18％～0.32％、w：0.21％～0.42％，余量为fe和不可避免的杂质。

5、进一步的，抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢的微观组织包括板条马氏体和纳米级析出相。

6、进一步的，抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢的微观组织中，纳米级析出相主要包括(v,mo,w)c复合纳米级析出相。

7、进一步的，抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢的抗应力腐蚀开裂的应力强度因子kiscc≥85mpa√m。

8、本发明还提供了一种抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢的制备方法，用于制备上述抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢，制备方法包括以下步骤：

9、步骤1、冶炼，铸成坯料；

10、步骤2、将坯料进行轧制得到棒料；

11、步骤3、将棒料退火、矫直后进行热处理得到抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢，热处理包括正火，淬火，回火。

12、进一步的，步骤3中，正火的保温温度为890～930℃。

13、进一步的，步骤3中，淬火采用加热炉整体加热，升温至860～890℃保温，保温时间40～120min。

14、进一步的，步骤3中，淬火采用电磁感应加热，将棒料加热至900～920℃，保温3～10s后水冷至室温。

15、进一步的，步骤3中，回火的保温温度为610～640℃。

16、与现有技术相比，本发明至少能实现以下有益效果之一：

17、本发明的抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢通过精确控制c、si、ni、mn、cr、mo、cu等元素的含量，配合加入钒和钨以提高钢的强度并细化晶粒；能够获得高强度、优良韧塑性和优异抗应力腐蚀性能，综合性能优良的抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢。

18、本发明的抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢的mo等昂贵元素的含量低，成本低。

19、本发明的抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢的制备方法中通过采用正火+淬火+回火工艺，并精确控制各步骤的参数，最终获得含有大量纳米级析出相的微观组织特征，这些细小析出相作为强氢陷阱有效提升钢的抗应力腐蚀开裂性能，对提升钢的综合力学性能十分有利。

20、本发明的抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢的制备方法中采用电磁感应加热大大缩短保温时间，配合高温回火，能够获得高强度、优良韧塑性和优异抗应力腐蚀性能的抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢。本发明的制备方法简单可行，具有大规模推广应用的前景。

21、本发明的抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢的强度高，塑韧性好，抗应力腐蚀性能优异。屈服强度≥1170mpa，抗拉强度≥1210mpa，断面收缩率≥60％，断后伸长率≥14％，常温冲击韧性akv2≥100j，维氏硬度≥390hv，抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢在walpole缓蚀液(盐酸+醋酸钠+去离子水，ph约为3.7，室温)中应力腐蚀破裂的敏感性iscc(断后伸长率损失)≤26.5％，iscc(断面收缩率损失)≤41.5％，抗应力腐蚀开裂的应力强度因子kiscc≥85mpa√m。

22、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的内容来实现和获得。

技术特征：

1.一种抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢，其特征在于，所述抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢的组分以质量百分比计包括：c：0.22％～0.27％、si：0.10％～0.17％、mn：0.48％～0.62％、p：≤0.015％、s：≤0.005％，cr：0.41％～0.66％、ni：0.88％～1.23％、mo：0.41％～0.58％、cu：0.40％～0.60％、v：0.18％～0.36％、w：0.21％～0.45％，余量为fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢，其特征在于，所述抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢的组分以质量百分比计包括：c：0.22％～0.26％、si：0.10％～0.16％、mn：0.48％～0.61％、p：≤0.015％、s：≤0.005％，cr：0.41％～0.61％、ni：0.88％～1.20％、mo：0.41％～0.55％、cu：0.41％～0.60％、v：0.18％～0.32％、w：0.21％～0.42％，余量为fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢，其特征在于，所述抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢的微观组织包括板条马氏体和纳米级析出相。

4.根据权利要求3所述的抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢，其特征在于，所述抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢的微观组织中，纳米级析出相主要包括(v,mo,w)c复合纳米级析出相。

5.根据权利要求1所述的抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢，其特征在于，所述抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢的抗应力腐蚀开裂的应力强度因子kiscc≥85mpa√m。

6.一种抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备权利要求1至5任一项所述的抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢，所述制备方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，正火的保温温度为890～930℃。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，淬火采用加热炉整体加热，升温至860～890℃保温，保温时间40～120min。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，淬火采用电磁感应加热，将棒料加热至900～920℃，保温3～10s后水冷至室温。

10.根据权利要求6至9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，回火的保温温度为610～640℃。

技术总结
本发明公开了一种抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢及其制备方法，属于圆环链用钢技术领域，解决了现有技术中圆环链用钢的强度、韧性、抗应力腐蚀性能无法同时有效提高的问题。抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢的组分以质量百分比计包括：C：0.22％～0.27％、Si：0.10％～0.17％、Mn：0.48％～0.62％、P：≤0.015％、S：≤0.005％，Cr：0.41％～0.66％、Ni：0.88％～1.23％、Mo：0.41％～0.58％、Cu：0.40％～0.60％、V：0.18％～0.36％、W：0.21％～0.45％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明的抗应力腐蚀的高强矿用圆环链用钢强度高，塑韧性好，抗应力腐蚀性能优异。

技术研发人员：孙新军,梁小凯,王昕,童帅,贾书君,朱秀光,高印国
受保护的技术使用者：钢铁研究总院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/27