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作为采煤及运输设备上的传动链,矿用圆环链的服役环境恶劣,受到的载荷复杂且强度较大。近年来,煤矿行业向新型低能耗高效率的方向发展,对矿用圆环链的规格尺寸和使用性能提出了更高要求,现有尺寸(Φ43mm以下)的圆环链不足以满足不断增长的生产需要。因此,通过合金化及微合金化方法来提高圆环链钢的淬透性,对于改善大规格矿用圆环链基体和焊接接头的综合性能及延长其服役寿命,具有重要的理论意义和实际应用价值。本文对普通规格的矿用圆环链钢23MnNiMoCr54(以下简称54钢)进行了Nb微合金化,通过热力学计算分析了Nb含量对Nb(C,N)析出曲线的影响规律,计算了各平衡相含量及元素组成;利用端淬试验研究了不同淬火加热温度对两种含Nb钢淬透性的影响规律;分析了不同工艺参数对基体和热/力模拟接头力学性能的影响规律,并结合OM、SEM、EDS和拉伸试验、冲击试验结果对作用机理进行讨论。取得如下主要结果:不同Nb含量(0-0.20wt%)矿用圆环链钢的伪二元平衡相图计算结果表明,随着Nb含量的增加,Nb(C,N)的初始析出温度逐渐增高,析出数量随着Nb含量的增大呈线性增大。获得了平衡状态下含Nb钢中各相的摩尔分数随温度变化的关系曲线,发现Nb(C,N)在1230℃开始析出,Al N在1068℃开始析出;得到了各相元素组成及其随温度变化的关系曲线;试验所用含Nb钢的各相变点Ms、Mf、AC1和AC3分别为360℃、170℃、694℃和841℃。对比两种含Nb钢与54钢的端淬曲线后发现,淬火加热温度为880℃时,两种含Nb钢的淬透性均较差;淬火加热温度提高至1050℃时,两种钢的淬透性明显提升,且优于54钢;当淬火加热温度继续提高至1150℃,两种钢淬透性出现下降趋势。1050℃淬火时,两种含Nb钢的淬透性最好,而略提高Si含量则使圆环链钢的淬透性有所下降。对于1#含Nb钢,当模拟对焊试验的顶锻压力为15-20MPa时,焊接接头的拉伸试样在焊缝处断裂;当顶锻压力增大至25-30MPa时,断裂位置在基体区域,接头与基体抗拉强度基本一致,为930-960MPa。顶锻压力为25MPa时,焊缝及热影响区组织均匀,主要由马氏体板条组成。与1050℃淬火+400℃回火60min的热处理工艺相比,提高回火温度至430℃,1#含Nb钢的碳化物析出量增多,形态由细针状向短片状或颗粒状转化,其屈服强度为1195MPa(提高约50MPa);抗拉强度为1311MPa(提高约63MPa);延伸率基本无变化,约为17%;冲击功从94J增大至102J。2#含Nb钢的碳化物仅数量增多,形态无变化,其屈服强度与抗拉强度分别为1137MPa和1271MPa,均提高约120MPa;延伸率为15.6%,提高了2.4%;冲击功由87J增大至96J。当模拟对焊试验的顶锻压力为25-30MPa时,1#含Nb钢焊接接头与基体强度基本一致;经1050℃淬火,1#含Nb钢的淬透性最好,再经430℃回火60min后,其硬度、强度以及冲击韧性均满足矿用圆环链钢的使用要求,高于同条件下的54钢;而Nb含量在0.049wt%左右时,Si含量的提高未明显改善圆环链钢淬透性和力学性能。