CN100507060C - 一种圆盘剪刀片的制造方法及圆盘剪刀片 - Google Patents
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Abstract
一种圆盘剪刀片及其制造方法，所述圆盘剪刀片材质的组份重量百分比：C：0.40-0.70%，Si：0.50-1.2%，Mn：0.20-0.50%，Ni：1.00-1.50%，Cr：4.00-6.00%，Mo：0.50-2.00%，V：0.30-1.50%，Nb：0.10-0.80%，P≤0.02%，S≤0.02%。所述方法系在通常的圆盘剪刀片的制造方法中引入电渣重熔工序，并提高调质热处理和最终热处理的温度。所述圆盘剪刀片具有良好的耐磨性能和抗变形性能，适用于对热轧高强度厚钢板进行分条或切边使用。另外，本发明的圆盘剪刀片对于其他类似工况圆盘剪也有良好的使用效果，还可应用于冷轧带钢分条或切边用圆盘剪，对于有色金属圆盘剪也具有推广价值和应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种冶金机械刀片及其制造方法，具体地说，本发明涉及一种圆盘剪刀片及其制造方法，本发明的圆盘剪刀片适用于对热轧高强度厚钢板进行分条或切边。
背景技术
随着我国铁路、桥梁、建筑、石油、汽车、家电业的快速发展，高强度热轧商品钢材比例不断提高，这些钢材包括：管线钢、汽车大梁板、高强度集装箱板、高强度工程机械用钢、工具钢、刀模锯片钢等系列品种。
由于高强度钢板来料的内应力大、板形及断面质量差，剪切生产难度较大，容易引起剪刃翻边、崩口、不均匀磨损和快速钝化，造成频繁停机更换刀片，这严重影响剪切质量和圆盘剪运行稳定性。
另一方面，目前常用的圆盘剪刀片材质之一为GC-3，其设计成份如表1所示。该材质加工性能较好，但其C含量以及Cr、Mo等能形成碳化物的合金元素含量较低，尤其是，该圆盘剪刀片材质的Mo元素含量仅0.15～0.35％。这样，所述材质主要起到提高圆盘剪刀片的淬透性的作用。除此之外，该圆盘剪刀片材质为GC-3没有添加其他强碳化物形成元素。根据Fe—Cr—C相图可知，其组织中只能析出少量渗碳体、基本没有高硬度的合金碳化物，因而材质为GC-3的圆盘剪刀片硬度较低、耐磨性较差。
表1 圆盘刀片的材料成份(Wt.％)
| 牌号 | C | Si | Mn | Cr | Mo | Ni | P | S |
| GC-3 | 0.40～0.50 | 0.10～0.40 | 0.15～0.45 | 1.20～1.50 | 0.15～0.35 | 3.80～4.30 | ≤0.03 | ≤0.03 |
根据所述材质的圆盘剪刀片，为了提高刀片硬度、满足刀片使用要求，在其制作过程中不得不降低调质热处理时的淬火温度和回火温度、及其最终热处理时的淬火温度和回火温度。从而，因而其组织和硬度的热稳定性和保持性较差，只能适用于冷态圆盘剪的使用工况。另外，由于所述材质的圆盘剪刀片组织中没有耐磨的合金碳化物相，材料的耐磨性和抗划伤性能不良，导致该圆盘剪刀片在对高强度厚钢板进行剪切时，容易产生剪刃翻边、崩口、不均匀磨损和沟槽、快速钝化现象，造成频繁停机更换剪刃。
其他刀片常用的各种优质工具钢或模具钢材质比如：T10、9SiCr、6CrW2Si、Cr12MoV、LD、H13、H13K、W18Cr4V等等性能各不相同，切口光滑平整、刃口锋利耐磨损。主要用于板材纵剪分条及各类纵剪机组，但都难适用于对热轧高强度厚钢板进行分条或切边的圆盘剪刀片。T10、9SiCr、6CrW2Si碳含含量高、合金含量低，材料组织中基本不含合金碳化物，耐磨性能较差，只适用于普通机械刀具；Cr12MoV、LD、W18Cr4V合金含量高，碳化物多且大块不均匀分布，加工工艺性能较差，尤其是锻造工艺性能较差，易产生冶金偏析、锻造裂纹等缺陷；H13、H13K热作模具钢综合性能较好，加工工艺性能比较成熟，可以作为圆盘剪刀片材料，但由于其材质中不含Nb、Ni等功能合金，因而强度、耐磨性比本发明材质差。
专利号为“00103457.X”的中国发明专利技术公开了一种圆盘剪刀片及其热处理工艺，所述刀片材质采用45号碳素结构钢，其调质热处理工艺的淬火温度为850-870℃、回火温度为300-320℃。由于该发明专利技术的圆盘剪刀片材质为普通碳素结构钢，不含其他功能性合金元素，且其调质热处理后组织为回火索氏体，不存在耐磨合金碳化物，因此，所述圆盘剪刀片的耐磨性能、抗划伤性能和抗冲击性能欠佳，且其圆盘剪刀片的直径较小，为300mm左右，一般只能用于剪切普通薄钢板，而不适用于高强度厚钢板的剪切。
专利号为“89106815.5”的中国发明专利技术公开了一种单材质自磨刃刀片钢及其制作方法，所述刀片的化学成份重量百分比为：0.81-1.20％的C，0.10-0.40％的Si，0.10-0.40％的Mn，此外添加适量的混合稀土金属RE及适量的Nb或Ti或V，刀片在820±10℃加热单面喷淬，经空冷及低温回火的热处理工艺后，硬度大于62HRC，具有高耐磨性和自磨性，同时兼有合适的韧性。但该刀片材质属于微合金化的工具钢，只适用于普通机械用刀片，如犁刀(铧)、收割刀、纸张、木材等的切割刀等。
由于圆盘剪刀片的最终失效主要是磨损和开裂所致，因此，影响圆盘剪刀片使用寿命的最重要因素是耐磨性。要提高圆盘剪刀片的使用寿命，要求剪刃在承受大的冲击力和摩擦力情况下仍保持其尺寸精度。在保证刀片高硬度和耐磨性的同时，还必须具有一定的强度和韧性，以防止出现翻边、开裂、崩口等早期失效现象。而材料的韧性、强度和耐磨性能指标是相互矛盾的，刀片的材料和热处理工艺决定着组织的晶粒度、碳化物和夹杂物的数量、形貌、尺寸和分布情况，只有采用合理的成份和热处理工艺才能实现耐磨性、强韧性的最佳匹配。
如上所述，目前常用的圆盘剪刀片材质存在的问题是：
因未添加其他强碳化物形成元素，圆盘剪刀片硬度较低、耐磨性较差；或者
为了提高刀片硬度、满足刀片使用要求，在其制作过程中不得不降低调质热处理时的淬火温度和回火温度、及其最终热处理时的淬火温度和回火温度，导致其组织和硬度的热稳定性和保持性较差，只能适用于冷态圆盘剪的使用工况；或者
因缺乏耐磨的合金碳化物相，材料的耐磨性和抗划伤性能不良，导致该圆盘剪刀片在对高强度厚钢板进行剪切时，容易产生剪刃翻边、崩口、不均匀磨损和沟槽、快速钝化现象，造成频繁停机更换剪刃；或者，
其圆盘剪刀片的直径较小，为300mm左右，一般只能用于剪切普通薄钢板，而不适用于高强度厚钢板的剪切，等等。
鉴于上述，本发明的目的在于：提供一种圆盘剪刀片，本发明的圆盘剪刀片籍由在通常的圆盘剪刀片的材质成分中引入特定的成分组合，特别是引入特定比例的碳、硅、铬、钼、镍及铌比例，使所述圆盘剪刀片材质具有良好的耐磨性能和抗变形性能，具有1m以上的大直径，适用于对热轧高强度厚钢板进行分条或剪切，特别适合圆盘剪使用。
本发明的目的又在于：提供一种圆盘剪刀片的制造方法，根据所述圆盘剪刀片的制造方法，在通常的圆盘剪刀片的材质成分中引入特定的成分组合，特别是引入特定比例的碳、硅、铬、钼、镍及铌比例，同时，在通常的圆盘剪刀片的制造工艺流程中，引入电渣重熔工序，和提高调质热处理(一次淬火+高温回火)、最终热处理(二次淬火+一次低温回火+二次低温回火)的温度，使所制得的圆盘剪刀片材质具有良好的耐磨性能和抗变形性能，可作成1m以上的大直径，适用于对热轧高强度厚钢板进行分条或剪切，特别适于圆盘剪使用。
本发明的新型圆盘剪刀片能满足高强度厚板生产要求，提高圆盘剪剪切能力和剪切断面质量，解决高强度厚板剪切的瓶颈，为热轧高强度钢的生产创造条件。
发明内容
为达到上述发明目的，本发明提供一种圆盘剪刀片，所述圆盘剪刀片材质的组份重量百分比如下：
C：0.40-0.70％ Si：0.50-1.2％ Mn：0.20-0.50％ Ni： 1.00-1.50％
Cr：4.00-6.00％ Mo：0.50-2.00％ V： 0.30-1.50％ Nb：0.10-0.80％
P≤0.02％ S≤0.02％，
余量为铁及不可避免的杂质元素。
根据本发明的圆盘剪刀片，系在所述圆盘剪刀片材质中增加Cr、Mo等强碳化物形成元素的含量，同时添加强碳化物形成元素Nb和V，使之能够析出弥散分布的M7C3型、M2C型、MC型合金碳化物，由此，既提高所述圆盘剪刀片的耐磨性能，又改善了材料的淬透性；同时，在所述圆盘剪刀片材质中添加合金元素Ni，以提高刀片的强度和疲劳抗力，减少缺口敏感性。
本发明又提供一种圆盘剪刀片的制造方法，所述圆盘剪刀片材质的组份重量百分比如下：
C：0.40-0.70％ Si：0.50-1.2％ Mn：0.20-0.50％ Ni： 1.00-1.50％
Cr：4.00-6.00％ Mo：0.50-2.00％ V： 0.30-1.50％ Nb：0.10-0.80％
P≤0.02％ S≤0.02％，
余量为铁及不可避免的杂质元素，
所述方法包括如下的工艺流程：
电炉冶炼→炉外精炼→铸锭→电渣重熔→铸锭→扩氢退火处理→锻造→预备热处理(正火+球化退火)→粗加工→调质热处理(一次淬火+高温回火)→半精加工→最终热处理(二次淬火+一次低温回火+二次低温回火)→精加工。
根据本发明的圆盘剪刀片的制造方法，系在所述圆盘剪刀片材质中增加Cr、Mo等强碳化物形成元素的含量，同时添加强碳化物形成元素Nb和V，使之能够析出弥散分布的M7C3型、M2C型、MC型合金碳化物，由此，既提高所述圆盘剪刀片的耐磨性能，又改善了材料的淬透性；同时，在所述圆盘剪刀片材质中添加合金元素Ni，以提高刀片的强度和疲劳抗力，减少缺口敏感性。
同时，根据本发明的圆盘剪刀片的制造方法，在通常的圆盘剪刀片的制造方法中，在电炉冶炼后引入炉外精炼和电渣重熔工艺，提高调质热处理(一次淬火+高温回火)和最终热处理(二次淬火+一次低温回火+二次低温回火)的温度，使得所述圆盘剪刀片具有良好的耐磨性能和抗变形性能，适用于对热轧高强度厚钢板进行分条或剪切。
由此，根据本发明的圆盘剪刀片的制造方法，可对所述圆盘剪刀片材质的锻坯制作过程严格控制冶炼、锻造质量；降低杂质物及有害元素的含量；改变夹杂物大小、形态、分布；保证材料的均匀性和纯净度，提高锻坯交货态质量；采用能细化晶粒及组织的热处理工艺，提高刀片材料的断裂韧性，抑制裂纹扩展。
与现有材质GC-3不同，本发明新材质采用4.00-6.00％Cr，根据Fe—Cr—C相图可知，可以形成弥散分布的M7C3型合金碳化物，硬度可达1500-1800HV，而GC-3中少量Fe3C的硬度仅为800-1000HV；同时新材质中Mo元素含量提高到0.50-2.00％，可以大量析出M2C型碳化物硬度达到2000-2300HV，新增了强碳化物形成元素Nb含量为0.10-0.80％、V含量为0.30-1.50％，可以析出MC强化型碳化物，硬度高达2600-2800HV，还能细化晶粒、提高材料的淬透性；另外新材质提高Si的含量，可以起到固熔强化的效果；Ni含量控制在1.00-1.50％，能提高刀片的强度和疲劳抗力，减少缺口敏感性，但含量超过1.50％，易降低材料的相变点温度、增加脆化倾向、降低热稳定性。由于Cr、Mo、Nb、V等元素的共同作用，新材质组织中大量均匀析出高硬度合金碳化物可以强化基体、形成硬质相，因而大大提高了耐磨损性能。
根据本发明的圆盘剪刀片的制造方法，优选的是，所述扩氢退火处理工艺设定如下：
在小于、等于400℃的温度下入炉，在880-920℃的温度下保温4-10小时后，再在700-740℃的温度下保温4-20小时，然后炉冷至300-500℃，出炉，空冷。
根据本发明的圆盘剪刀片的制造方法，优选的是，所述预备热处理的球化退火处理工艺为：
在小于、等于400℃的温度下入炉，在850-880℃的温度下保温1-6小时后，再在700-740℃的温度下保温1-6小时，然后炉冷至300-500℃，出炉，空冷。
根据本发明的圆盘剪刀片的制造方法，优选的是，所述调质热处理工艺为：
在930-950℃的温度下保温0.5-3小时油淬，并在730-750℃的温度下保温1-5小时进行高温回火。
根据本发明的圆盘剪刀片的制造方法，优选的是，所述最终热处理工艺为：
在1050-1080℃的温度下油淬保温10-30分钟，并在550-570℃的温度下保温2-8小时，进行一次低温回火，在550-570℃的温度下保温2-8小时，进行二次低温回火。
为了有效控制本发明的圆盘剪刀片的材质组织及碳化物的形态、数量、尺寸及分布，必须严格控制调质热处理的淬火温度和回火温度、最终热处理的淬火温度和回火温度。由此，使得本发明的圆盘剪刀片的制造工艺的淬火温度和回火温度比现有材质GC-3明显提高，组织晶粒更加细化及碳化物弥散分布，同时，显著提高圆盘剪刀片的热稳定性和保持性，进一步提高刀片的使用性能。
具体实施方式
以下，参照实施例，具体说明本发明。
实施例1-6
首先，按表2所示化学成份分别制作了本发明的圆盘剪刀片材料。
表2 圆盘剪刀片材料的化学成份(Wt.％)
| C | Si | Mn | Ni | Cr | Mo | Nb | V | P | S | |
| 实施例1 | 0.70 | 1.20 | 0.50 | 1.50 | 4.50 | 0.50 | 0.80 | 0.30 | 0.015 | 0.008 |
| 实施例2 | 0.50 | 1.00 | 0.35 | 1.20 | 5.10 | 1.40 | 0.50 | 1.00 | 0.015 | 0.008 |
| 实施例3 | 0.55 | 0.50 | 0.20 | 1.00 | 5.50 | 2.00 | 0.10 | 1.50 | 0.015 | 0.008 |
| 实施例4 | 0.55 | 0.70 | 0.50 | 1.30 | 5.20 | 1.00 | 0.40 | 0.80 | 0.015 | 0.008 |
| 实施例5 | 0.40 | 0.80 | 0.40 | 1.40 | 4.00 | 0.80 | 0.30 | 1.20 | 0.015 | 0.008 |
| 实施例6 | 0.55 | 0.60 | 0.40 | 1.10 | 6.00 | 0.80 | 0.60 | 0.50 | 0.015 | 0.008 |
| 对比例 | 0.45 | 0.30 | 0.30 | 4.10 | 1.40 | 0.25 | 0.015 | 0.008 |
按下述工艺路线制造本发明的圆盘剪刀片：
电炉冶炼→铸锭→电渣重熔→铸锭→扩氢退火处理→锻造→预备热处理(正火+球化退火)→粗加工→调质热处理(一次淬火+高温回火)→半精加工→最终热处理(二次淬火+一次低温回火+二次低温回火)→精加工
调质热处理及最终热处理的工艺参数如表3所示。
表3 热处理工艺参数
| 一次淬火 | 高温回火 | 二次淬火 | 一次低温回火 | 二次低温回火 | |
| 实施例1 | 940℃×2h | 750℃×3h | 1080℃×15min | 570℃×6h | 560℃×6h |
| 实施例2 | 940℃×3h | 750℃×1h | 1070℃×20min | 570℃×3h | 560℃×6h |
| 实施例3 | 940℃×2h | 750℃×2h | 1080℃×20min | 570℃×6h | 560℃×3h |
| 实施例4 | 940℃×1h | 730℃×4h | 1050℃×30min | 560℃×6h | 550℃×6h |
| 实施例5 | 930℃×2h | 730℃×5h | 1050℃×20min | 550℃×7.5h | 550℃×6h |
| 实施例6 | 940℃×2h | 740℃×4h | 1060℃×20min | 560℃×6h | 550℃×7.5h |
| 对比例 | 870℃×2h | 680℃×4h | 860℃×20min | 200℃×6h | 200℃×6h |
对比例
按表2所示化学成份及表3所示热处理温度，制作了对比例的圆盘剪刀片。
按照本实施例材质和制造工艺制作了直径1m及1.1m的新材质实物刀片上机使用。对照材质圆盘剪刀片单次平均使用寿命为1500吨，实施例圆盘剪刀片单次平均使用寿命达到4000吨以上。由此可见，在正常生产规格使用条件下，新型圆盘剪刀片单次使用吨位是普通材质圆盘剪刀片的2倍以上，能够满足如22mm的高强度厚板的正常剪切需求。
根据本发明的圆盘剪刀片及其制造方法，系在所述圆盘剪刀片材质中增加Cr、Mo等强碳化物形成元素的含量，同时添加强碳化物形成元素Nb和V，使之能够析出弥散分布的M7C3型、M2C型、MC型合金碳化物，由此，既提高所述圆盘剪刀片的耐磨性能，又改善了材料的淬透性；在所述圆盘剪刀片材质中添加合金元素Ni，以提高刀片的强度和疲劳抗力，减少缺口敏感性。同时，根据本发明的制造方法，在通常的圆盘剪刀片的制造方法中，引入电渣重熔工序，提高调质热处理和最终热处理的温度，使得所述圆盘剪刀片具有良好的耐磨性能和抗变形性能，适用于对热轧高强度厚钢板进行分条或切。另外，本发明的圆盘剪刀片对于其他类似工况圆盘剪也有良好的使用效果，还可应用于冷轧带钢分条或切边用圆盘剪，对于有色金属圆盘剪也具有推广价值和应用前景。
Claims (5)
1.一种圆盘剪刀片的制造方法，所述圆盘剪刀片材质的组份重量百分比如下：
C：0.40-0.70％ Si：0.50-1.2％ Mn：0.20-0.50％ Ni：1.00-1.50％
Cr：4.00-6.00％ Mo：0.50-2.00％ V：0.30-1.50％ Nb：0.10-0.80％
P≤0.02％ S≤0.02％，
余量为铁及不可避免的杂质元素，其特征在于，
所述方法包括如下的工艺流程：
电炉冶炼→炉外精炼→铸锭→电渣重熔→铸锭→扩氢退火处理→锻造→预备热处理：正火+球化退火→粗加工→调质热处理：一次淬火+高温回火→半精加工→最终热处理：二次淬火+一次低温回火+二次低温回火→精加工，
所述调质热处理工艺为：
在930-950℃的温度下保温0.5-3小时油淬，并在730-750℃的温度下保温1-5小时，进行高温回火，
所述最终热处理工艺为：
在1050-1080℃的温度下油淬保温10—30分钟，并在550-570℃的温度下保温2-8小时，进行一次低温回火，在550-570℃的温度下保温2-8小时，进行二次低温回火。
2.如权利要求1所述的圆盘剪刀片的制造方法，其特征在于，所述扩氢退火处理工艺设定如下：
在小于或等于400℃的温度下入炉，在880-920℃的温度下保温4-10小时后，再在700-740℃的温度下保温4-20小时，然后炉冷至300-500℃，出炉，空冷。
3.如权利要求1所述的圆盘剪刀片的制造方法，其特征在于，所述预备热处理的球化退火处理工艺为：
在小于或等于400℃的温度下入炉，在850-880℃的温度下保温1-6小时后，再在700-740℃的温度下保温1-6小时，然后炉冷至300-500℃，出炉，空冷。
4.一种圆盘剪刀片，所述圆盘剪刀片材质的组份重量百分比如下：
C：0.40-0.70％ Si：0.50-1.2％ Mn：0.20-0.50％ Ni：1.00-1.50％
Cr：4.00-6.00％ Mo：0.50-2.00％ V：0.30-1.50％ Nb：0.10-0.80％
P≤0.02％ S≤0.02％；
余量为铁及不可避免的杂质元素，其特征在于，所述圆盘剪刀片由权利要求1的圆盘剪刀片的制造方法制得。
5.如权利要求4所述的圆盘剪刀片，其特征在于，所述圆盘剪刀片的直径在1米以上。
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