热处理对矿用圆环链钢25MnV的组织和性能的影响

杨雪春

(黎明职业大学 机电工程系，福建 泉州 362000)

煤矿用高强度圆环链是井下机械化采煤的主要设备刮板运输机上的传动链，是刮板运输机的主要牵引设备，是运输机设备的关键部件，而且是易损件[1].圆环链的动力学特性对运输机系统是否能安全运行起着重要的作用.在使用过程中，圆环链既承受拉伸疲劳又受冲击载荷作用.圆环链中的链环与链轮接触时顶部受轮齿的压力和磨损，在链环的连接部位会产生磨损和接触疲劳；链条在井下与潮湿的煤粉、盐粉及腐蚀性气体接触，应力腐蚀、腐蚀疲劳也影响圆环链使用寿命[2].因此，矿用高强度圆环链应具有高强度、高韧性、耐磨损、耐腐蚀等综合力学性能.

1 矿用高强度圆环链用钢要求

传动链的链条有传递动力、牵引、推移货物载荷及导向的功能.传动链的结构由链条、刮板和接链器三部分组成，是一个闭式的循环系统，传动链是由多个单链编结和焊接而成的链节构成.刮板链条的结构型式分为四种：单中链、中双链、中边链和边双链.链条为矿用高强度圆环链，圆环链的材质采用25MnV高强度合金钢棒料，经过剪断、压弯、组编、成形、焊接、去焊接、热处理、预拉伸和浸漆等多道工序制成[3].圆环链具有强度高、弯曲性能好、重量轻、装拆方便的优点，所以矿用刮板输送机全部采用这种链条，取代了套筒滚子链和可拆模锻链[4].

25MnV钢是矿用圆环链专用钢，经淬火、回火后可以得到低碳的马氏体组织，这种组织具有良好的强韧性.25MnV钢的淬火、回火温度既对钢的组织及力学性能有重要影响，又对圆环链质量及使用性能有重要影响.

根据圆环链用钢使用情况的特殊性，在圆环链钢的生产加工过程中对钢质的要求是：成分和组织的均匀性、纯净度高、化学成分的波动范围小，这样成分和组织的圆环链钢才能在钢的使用过程中满足对弯曲、下料、焊接等工艺性能的要求，根据这一特殊要求，炼钢时选用的工艺路线为:铁水(混铁炉)-转炉炼钢-脱氧合金化-LF炉精炼-全保护浇铸-铸坯检验、计量.25MnV钢的化学成分和力学性能要求如表1～表2.

1.1 矿用高强度圆环链钢25MnV的化学成分(表1)

表1 圆环链钢25MnV的化学成分(%)

1.2 矿用高强度圆环链钢25MnV的力学性能要求(表2)

表2 圆环链钢25MnV的力学性能要求

圆环链钢与普通钢材相比，在力学性能上要求具有较高的强度和耐磨性，并且一致性、稳定性要求较高.

2 实验工艺

最初生产25MnV采用的热处理工艺是完全淬火工艺，热处理后的性能测试发现其塑性、韧性不足，不能满足对于圆环链钢的高强度、高韧性、耐磨损等综合力学性能的要求.为解决此问题我们尝试采用亚温淬火处理工艺.

亚温淬火是指把钢加热至AC1～AC2温度之间进行淬火的热处理工艺.与通常的淬火相比，其淬火加热温度比较低，淬火后可以得到马氏体加少量铁素体的双相组织，可以达到不降低或稍微降低材料强度、硬度的前提下，显著提高塑性和韧性，获得优异的强韧性.25MnV钢是矿用圆环链专用钢，工作时承受较大的拉应力，同时存在一定的磨粒磨损和冲击载荷.

25MnV钢的AC1温度设定为720℃，AC3温度设定为816℃，亚温淬火回火工艺如表3.

表3 25MnV亚温淬火回火工艺

3 实验结果

3.1 试样的冲击试验

刮板运输机在运行过程中经常会出现卡链现象，针对运输机的卡链问题，我们对矿用输送机上的传动链——圆环链的冲击性能进行了较详细的分析和研究，实验中，为了保证实验结果，对每个淬火温度点都取三个冲击试样，求平均值作为实验的结果.

(1)试样的冲击断口形貌如图1～图4.

图1 试样1冲击断口形貌 图2 试样2冲击断口形貌

图3 试样3冲击断口形貌 图4 试样4冲击断口形貌

(2)试样的冲击试验结果如表4.

表4 试样的冲击试验结果

在特定冲击载荷下，完整的圆环链没有出现失效现象，含缺口的圆环链在靠近链内侧的缺口部位出现了失效;含缺口圆环链试样在冲击下缺口中间位置出现失效，紧接着失效向缺口两侧和圆环链的内部进行扩展.

3.2 试样的拉伸试验

GB/T12718-2001《矿用高强度圆环链》要求：所有圆环链在热处理后均应进行预拉伸处理，预拉伸负荷为该规格圆环链试验负荷的90%以上.预拉伸处理后的链条应进行外观检查，对任何有目视裂纹及其他缺陷的链环应去掉补入新环，补入的新环仍应进行常规热处理和预拉伸[1].

(1)试样的拉伸断口形貌如图5～图8.

图5 试样1拉伸断口形貌 图6 试样2拉伸断口形貌

图7 试样3拉伸断口形貌 图8 试样4拉伸断口形貌

(2)试样的拉伸试验结果如表5.

表5 试样的拉伸试验结果

4 试样的显微组织

分别采用3%的硝酸酒精和lepera试剂对亚温处理后的试样进行腐蚀，得到显微组织如图9～图12所示：

(1)试样1的亚温淬火温度为780℃，回火温度为420℃，由图9可见其显微组织为铁素体呈条状均匀分布在基体内，铁素体含量约30%～50%左右.

(2)试样2的亚温淬火温度为795℃，回火温度为590℃，回火温度高于试样1，由于经过高温回火，由图10可见其显微组织为索氏体条间及其铁素体内部均有碳化物弥散析出.

(3)试样3的亚温淬火温度为805℃，回火温度为610℃，由图11可见其显微组织中α条有聚集长大，并呈现等轴化的趋势.

图9 试样1显微组 图10 试样2显微组织织

图11 试样3显微组织 图12 试样4显微组织

(4)试样4的亚温淬火温度为815℃，回火温度为460℃，由于提高了亚温淬火温度，由图12可见其显微组织中铁素体含量减少，铁素体弥散分布在基体内.

5 分析

(1)通过对矿用圆环链钢25MnV进行亚温淬火+回火的热处理，热处理后进行显微组织观察，从观察到的双相组织可知，25MnV钢热处理后的组织存在一定数量的铁素体，铁素体的形态呈条状、针状、等轴状，并分布在基体内，铁素体的分布比较均匀.铁素体的均匀分布有利于提高材料的强韧性指标，试样的0℃横向冲击功达到了100J，强度值相当于120钢级的水平.

(2)从实验结果来看，随着亚温淬火温度的提高，材料组织内铁素体的含量逐渐减少.随着回火温度的提高，显微组织内发生了残余奥氏体的转变，同时出现了铁素体等轴化等现象.

参考文献：

[1]GB/T12718_2001，矿用高强度圆环链[S].北京:中国标准出版社，2001.

[2]杨芝苗，矿用高强度圆环链冲击性能分析[D].西安:西安科技大学，2009.

[3]李安铭，王海瑞，等.亚温淬火对25MnV钢显微组织和力学性能的影响[J].机械工程材料，2009(12):38-40.

[4]马瑞勇，王维喜，张兵军，等.25MnV钢矿用高强度圆环链的中频感应加热淬火[J].金属热处理，2004(11):65-67.