CN102373373A - 冷轧和硬化带钢产品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冷轧和硬化带钢产品，具体涉及一种带钢产品，其由具有如下组成的钢合金构成，所述组成以重量％计为：C 0.4-0.8、Si0.4-1.2、Mn 0.2-0.55、Cr 3.5-4.5、W 1.5-4.0和Mo 1.0-1.8，余量的Fe和通常存在的杂质。该带钢产品优选用于印刷和造纸用刀片，例如涂布刀片、刮刀片以及起皱刀片。
Description
技术领域
本发明涉及一种冷轧和硬化带钢产品，该产品由适于生产涂布刀片和刮刀片的常规冶金方法生产。特别地，本发明涉及一种由含有合金添加物的钢组合物制成的钢带产品，所述合金添加物与合金中的碳形成碳化物，从而提高了合金的强度和耐磨性。
背景技术
带钢产品以例如涂布刀片、刮刀片以及起皱刀片(crepe blades)的形式应用于造纸和印刷工业。这些刀片的共同之处在于它们都相对较薄较长，同时对直线度、耐磨性及强度有很高的要求。例如，涂布刀片被用于将涂布泥浆(coating slip)涂布在纸幅上。通常通过反向轧辊提供的背压力使这些刀片紧贴在移动的纸幅上，或者当进行双面涂层时通过一个在纸幅相反侧的刀片提供背压力。为了提供平滑的高质量的涂层，涂布刀片必须是直的。常规规格是涂布刀片经机械加工的刀刃的直线度相对于整个直线度的偏差不得超过0.3mm/3,000mm涂布刀片长度。此外，在印刷过程中任何计划外的中断，其代价都十分昂贵，因此，涂布刀片应具有高的耐磨性能和可以预估的寿命。由于传统碳素钢具有很高的硬度，其已经被用于生产造纸和印刷工业用的刀片。
为了提高强度和耐磨性，曾提出在组合物中使用可以导致形成碳化物的添加物。EP 0 672 761和US 6 547 846公开了与此有关的例子。EP 0 672 761描述了一种含有2.6％Cr、2.3％Mo、2％V、0.55％C、1.0％Si和0.8％Mn的钢合金。US 6 547 846公开了一种含有4.0％Cr、2.0％Mo、2.0％W、1.0-1.8％V、0.32-0.35％Mn、0.46-1.0％Si和0.48-0.75％C的钢合金。此外，US 6 632 301 B2公开了多种钢合金，其含有最高达2.6％的Cr、最高达2.3％的Mo、最高达0.56％的W以及最高达0.9％的V。
碳化物形成元素的引入和由此带来的最终钢产品中硬质碳化物的分布，提高了材料的硬度和耐磨性。只有硬度并不能使计划用作造纸和印刷工业用刀片的材料成为最理想的。这种刀片与其它表面接触的部分通常是薄的刀刃。磨损应当是小的，但同时也是可控的和沿接触面是均匀的。引入碳化物的缺点是，如果碳化物太大，就会增加刀刃形成缺口的风险，因为刀片刀刃处的厚度可能与碳化物的尺寸处于相同的量级。
因此，仍需要有一种耐磨、具有高强度的钢组合物，并且通过熔化、浇铸、锻造、热轧、冷轧和最终热处理即可相对简单生产和处理所述钢组合物。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种适用于高磨损应用的带钢产品，例如涂布刀片、刮刀片以及起皱刀片。
通过权利要求1中限定的带钢产品来实现本发明的目的。
本发明涉及一种带钢产品，其由具有如下组成的钢合金构成，以重量％计：C 0.4-0.8、Si 0.4-1.2、Mn 0.2-0.55、Cr 3.5-4.5、W 1.5-4.0、Mo 1.0-1.8，其余为Fe和通常存在的杂质。所述带钢产品优选用于印刷和造纸工业用刀片，例如涂布刀片、刮刀片以及起皱刀片。
本发明带钢产品的硬度约为670HV，并在磨损测试和试生产中表现出优异的耐磨性。
由于所述具有创造性的带钢产品，使生产例如具有显著提高的寿命、并因此减少了造纸和印刷生产线停机时间的涂布刀片成为可能。控制带钢产品中碳化物尺寸分布的可能性，使得提供具有薄刃但具有显著降低形成缺口倾向的刀片成为可能。
本发明的其它特点及优点将在如下的详细描述和独立权利要求中阐述。
附图说明
图1a-d：图中显示了关于相及不同相含量的Thermo-Calc评价结果；
图2a-c：图中显示了根据本发明制成的带钢产品与市售产品在如下不同介质中的对比磨损试验结果，a)工艺用水，b)去离子水和c)平均结果；和
图3：图中显示了硬化带钢的碳化物尺寸分布。
具体实施方式
本公开的钢优选通过常规方法生产，例如熔化、浇铸、锻造、热轧和冷轧。由于最终产品的尺寸很薄，使得其它方法如粉末冶金法不太适合，这是因为碳化物的尺寸及分布需要小心控制。并且，控制粉末中的氧含量的难度，以及因此导致的最终产品中含有氧化物，使得粉末技术不具备吸引力。
现在将更详细地解释钢组合物中的不同合金元素的效果和含量。
碳
碳含量影响该材料的淬硬性及其硬度。为使材料硬化，C含量需要至少约为0.4重量％。当碳的含量更高时，碳仍能形成碳化物，并由此进一步增加合金的硬度。但是，过高的C含量会导致加工困难。因此应将C含量限制在最高0.8重量％。对于本发明的合金，选择碳含量为0.4-0.8wt％，以达到合适的碳化物含量和良好的淬硬性。根据本发明的一个实施方式，碳含量为0.45-0.7wt％。通过TermoCalc计算而确认碳含量的范围，如图1a-d所示，碳含量分别为0.5(a)wt％、0.55(b)wt％、0.6(c)wt％和0.65(d)wt％。其它成分如表1中试样A所示。
硅
硅作为生产工艺、例如脱氧工艺的产物会一直存在。然而，它也在需要淬透时对硬化过程起促进作用。此外，它还改进高温强度。然而，过高水平的硅会使铁素体稳定，这对于高强度材料不是理想的。根据本发明合金的组成，硅的含量为0.4-1.2wt％。根据一个实施方式，含量最大为0.4-0.9wt％。
锰
Mn作为生产工艺的产物而存在，其中其可改进脱氧作用，并中和硫的破坏性影响。它也改进了屈服强度和抗拉强度，并有助于淬透。过高水平的Mn可能会导致高水平的残余奥氏体，考虑到残余奥氏体的风险，其中合适的Mn含量取决于其它合金元素。根据本发明成分，Mn含量为0.2-0.55wt％，根据一个实施方式，Mn含量为0.20-0.40wt％。
铬
铬改进了合金强度及耐磨性。它与碳形成碳化物。通过在空气、油、水中淬火时使得形成足够的马氏体，Cr还可赋予钢足够的淬硬性。但是，过高的Cr含量会使一些希望得到的碳化物不稳定，例如V的碳化物。根据本发明的成分含有3.5-4.5wt％的Cr。
钨
钨与碳形成碳化物。因此，它提高了耐磨性。此外，由于W抑制了贝氏体的形成其有助于淬透。W还改进了高温强度。它还使材料具有良好的刃锋利度。根据本发明，需要1.5wt％的钨含量以达到正面效果。然而，过高的钨含量加上高碳含量会在生产初期产生过多的碳化物，即，初生碳化物，并因此导致材料加工困难，例如通过热轧加工的材料加工。因此，本发明合金成分中的最高W含量被限制为4wt％，优选最高2.5wt％。根据一个实施方式，W含量为1.5-2.5wt％。
钼
Mo提高合金的高温强度。与合金中的一些其它元素一样，Mo也与碳形成碳化物。它还提高了屈服强度，并有助于淬透。过高的Mo含量会使钢在加工过程中更倾向于被氧化，这将使生产过程更加困难。因此，本发明合金成分含有1-1.8wt％的Mo。
杂质
除上述元素外，由于所用废料的成分，一些杂质经常会出现。这些杂质的例子是Ni和Cu，这两种元素每种含量应分别被限制为最高0.2wt％。此外，杂质还会因常规存在的为例如脱氧作用或热延展性的炼钢合金添加物而出现。
通过熔炼炉中的常规冶金工艺、重熔、浇铸、锻造和热轧，生产了多个试样，其标称组成均在本发明钢的组成范围内。试样的平均值在表1及下文中以试样A表示。表1还示出了市售对比试样，其中试样B是对应于EP 0 672 761中公开的合金的钢组合物，试样C是传统的碳素钢，试样D是一种高Cr合金。其含量以重量％形式给出。
表1
| 试样 | C | Si | Mn | Cr | W | V | Mo |
| A | 0.50 | 0.80 | 0.30 | 4.0 | 2.0 | - | 1.5 |
| B | 0.5 | 1 | 0.75 | 2.5 | - | 0.9 | 2.3 |
| C | 1.0 | 0.3 | 0.3 | 1.4 | - | - | - |
| D | 0.68 | 0.4 | 0.7 | 13 | - | - | - |
图2显示了磨损测试的结果。该磨损测试被设计成接近模拟真实的情况。在2巴的压强、200m/分钟的转速下，使表1中材料制成的刀片与175cm网纹辊圆柱相互摩擦16个小时。a)是以工艺用水作为介质，b)去离子水和c)平均结果。如图2a-c所示，与试样B、C、D相比，具有本发明组成的试样A表现出优异的耐磨性能。在使用工艺用水的情况下，可以观察到接近25％的改进。在实际生产试验中可以观察到相似的结果。如上所述，带钢产品必须具有高硬度才能适用于所列举的应用。根据本发明的带钢产品表现出接近670HV的硬度以及2200MPa的抗拉强度。如果需要，可以通过刀刃硬化使其硬度进一步提高。
相信，碳化物，即碳化铬和碳化钨颗粒的尺寸分布对于带钢产品的机械性能是重要的。本发明带钢产品中的碳化物尺寸分布如图3所示：碳化铬(正方形)、碳化钨(菱形)以及组合物(三角形)。通过图像处理技术，从SEM显微图像上得到碳化物的尺寸分布。由于印刷刮刀片及其它应用需要薄的刀片，即厚度最高达0.3mm，碳化物的直径应在1μm以下，并且优选大部分碳化物直径在0.6μm以下。
已对本发明的带钢产品进行了说明性的描述，涉及例如涂布刀片、刮刀片、以及起皱刀片的应用。还有其它使用硬质耐磨带钢的应用，例如刀和锯的应用，阀门应用和例如标签模具的模。
Claims (10)
1.一种带钢产品，其特征在于它由具有如下组成的钢合金构成，所述组成以重量％计为：
余量为Fe和通常存在的杂质。
2.根据权利要求1所述的带钢产品，其特征在于其C含量为0.45-0.7重量％。
3.根据权利要求1所述的带钢产品，其特征在于其Mn含量为0.20-0.40重量％。
4.根据权利要求1所述的带钢产品，其特征在于其W含量为1.5-2.5重量％。
5.根据权利要求1所述的带钢产品，其特征在于所述钢合金包括碳化钨和碳化铬，所述碳化物的直径小于1μm。
6.根据前述任一项权利要求所述的带钢产品，其特征在于其通过常规冶金法生产。
7.用于印刷应用的刮刀片，其由前述任一项权利要求所述的带钢产品制成。
8.用于纸浆和造纸工业的涂布刀片，其由前述任一项权利要求所述的带钢产品制成。
9.用于纸浆和造纸工业的起皱刀片，其由前述任一项权利要求所述的带钢产品制成。
10.用于印刷应用的标签模具，其由前述任一项权利要求所述的带钢产品制成。
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