添加V对C级矿用圆环链钢组织与性能的影响

　　圆环链用钢分为 B、C、D 三个级别， 是采煤机械和运输机械重要的组成部分。 其中 C 级圆环链的应用最广， 以往国内主要靠进口德国牌号23MnCrNiMo54 钢进行生产， 贵重元素多， 含量高，因此价格昂贵[1]。 研制的新钢种 219CW 省去了贵重元素，Ni、Mo 含量也较低， 并能满足 C 级矿用圆环链用钢的性能要求， 已应用于 26mm×92 mm、30 mm ×108 mm -C 级圆环链的生产[2-3]，该钢种用于生产 34mm×126mm 圆环链时， 淬透性难以满足要求， 力学性能不能得到保证。 本文试图在原钢种的基础上， 考虑到圆环链生产中对焊接性能的要求， 选择添加不同含量的微合金化元素 V， 探索制造 34C 级圆环链用钢的可行性，对其微观组织和力学性能进行研究。

　　1 实验材料及方法

　　实验钢采用 ZG-25 型中频感应真空熔炼炉进行熔炼， 熔炼与浇铸均在低真空或惰性气体气氛下完成。 钢锭质量为 18～20kg。 钢锭在 1200～850 ℃进行锻造，锻造的棒材直径为 36 mm，锻后空冷。将棒材机械加工成 准34mm 的棒料。实验钢的成分见表 1。

　　将四种实验钢加热到 920℃进行淬火， 并分别在 300、400℃回火，在扫描电镜下观察其微观组织，对心部圆棒试样进行拉伸性能测定，并在冲击试验机上测定缺口冲击韧性，U 型缺口深度 5mm。

　　2 实验结果及分析

　　2.1 添加 V 对试验钢显微组织的影响

　　为了研究直径较大的棒料淬火、 回火后心部的微观组织与力学性能， 对 准34mm 的各实验钢棒料进行淬火回火处理，淬火温度为 920℃，保温后水淬，分别在 300、400℃回火 1.5h。对心部线切割取样，观察其微观组织，如图 1 所示。可见，未添加 V 的实验钢棒料淬火后心部出现较多的非马氏体组织， 由少量的块状铁素体与贝氏体组成。对于添加 V 大于 0.17%的其余三种试验钢棒料，淬火后心部获得了完全的马氏体组织，表明 V 的添加将有助于提高钢的淬透性。同时，作为圆环链用钢，应该具有良好的焊接性能， 钢的焊接性能可用碳当量来评[4]， 钢中合金 元 素 对 碳 当 量(CEDearden)的影响可用如下公式描述:

　　从公式中可看出，V 与其他合金元素的添加对焊接性能的影响具有相同的效果，然而，添加少量的 V 可以明显提高实验钢的淬透性，这样可以兼顾钢的焊接性能。 淬火后的四种实验钢 300℃回火后，板条马氏体仍保留其形态，根据回火过程的组织变化规律， 在 300℃回火将导致碳化物析出，在添加强碳化物形成元素 V 的情况下，细小的 VC 析出将有助于钢的强度的提高。

　　图 2 为实验钢 400℃回火后的心部组织。 可看出，0#和 #实验钢中的马氏体有明显的碳化物析出，见图 2(a)、(b)，而添加 V 较多的 2#和 3#钢组织变化不明显，保持淬火后的板条马氏体形态。 这表明，随着 V 含量的增加，钢的回火稳定性有所提高。在实际生产中，圆环链的热处理采用连续感应淬火、感应回火，为了圆环链产品回火充分，需要采用较高的回火温度， 希望专用钢具有一定的回火稳定性，特别是在产品规格较大时，一定的回火稳定性对于产品获得良好的强韧化是有利的。