CN102383052A - 一种高耐磨性织针用钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及针织机械用钢领域，具体是一种高耐磨性织针用钢及其制造方法。其成分(重量％)包括：C 0.8～1.2％，Si 0.1～0.4％，Mn 0.4～0.6％，Nb 0.1～0.15％，V 0.1～0.15％，Ni 0.1～0.3％，Cr 0.1～0.3％，余量为Fe与不可避免的杂质，采用感应炉中进行熔炼之后浇铸成的钢锭作为自耗电极放置于电渣重熔装置中，进行电渣重熔，液体金属经过渣池的渣层下落至下面的水冷结晶器中，再重新凝固成钢锭，将其加热至1000℃～1030℃温度范围内保温3～5小时，经过锻造、拐弯、压扁以及铣销之后再进行热处理，得到具有高的强韧性配合，高硬度，高耐磨性等特点的冷作模具钢。

Description

一种高耐磨性织针用钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及针织机械用钢领域，具体的说是织针用钢，一种含Ti高耐磨性织针用钢及其制造方法。

背景技术

织针是各种针织机械上的重要工作机件，其质量水平和高低反映在使用性能和寿命两方面。众所周知，国产织针与国外先进水平相比一直有较大的差距，除了制造精度低以外，织针所用的原材料、热处理和表面处理的设备以及各项技术也是重要的影响因素，相对来说还是比较薄弱的。随着针织工业的迅速发展，国内许多针织厂家陆续进口了一些纬编大圆机、经偏机、电脑横机、自动袜机等针织机。在这些高精度、高速度、高性能的针织设备上，需要配备性能优良的织针。由于国内纺织器材行业还比较落后，传统产品的织针档次偏低，无法适应现代高速、多路针织机和腐蚀性很强的化纤针织的要求，所以长期依赖进口。进口织针，不但价格昂贵，增加了针织工厂的开支，而且进口周期较长，有时甚至“远水解不了近渴”。

目前国内生产的T9A(成分质量百分数为：C 0.85-0.94％，Si≤0.35％，Mn≤0.40％，P≤0.03％，S≤0.02％)，这种钢的组织中夹杂较少，其组织为针状马氏体加上少量残余奥氏体和碳化物颗粒。T9A的组织中碳化物比较细小但是分布不够均匀，并且组织中的大部分碳化物都融入到了奥氏体中，这样使热处理之后组织中的残余奥氏体的含量增多，影响了材料的硬度和耐磨性能；对织针材料除要求具有一定的硬度和优良的耐磨性以外，由于织针在使用过程中承受反复的和周期性的疲劳应力，还必须具备一定的抗疲劳强度。但T9A所包含的成分综合制作出的织针抗疲劳强度不强，无法很好的适应针织的高强度运作。

上述T9A钢采用电弧炉熔炼，浇铸成钢锭锻造开坯，具体步骤依次为炼钢、锻造、热处理，最后形成产品。其锻造的加热温度为1100℃-1150℃，终锻温度为≥750℃，冷却方式采用空冷。

由于这种相对较大的钢锭是多角锭型设计，因此热应力敏感性较高，若钢锭的入炉温度高容易在加热的过程中产生应力裂纹，并且在淬火加热时温度较高，淬火组织会较粗大，为针状马氏体。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明涉及一种高耐磨性织针用钢及其制造方法，目的是提供一种具有高的强韧性配合，以及高硬度，高耐磨性等特点的冷作模具钢。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种高耐磨性织针用钢，其成分(重量％)包括C 0.8～1.2％，Si 0.1～0.4％，Mn 0.4～0.6％，Nb 0.1～0.15％，V 0.1～0.15％，Ni 0.1～0.3％，Cr 0.1～0.3％，余量为Fe与不可避免的杂质。

作为优选，其成分(重量％)还包括：P≤0.02％，S≤0.02％，余量为Fe与不可避免的杂质。

以下是本发明主要元素的作用及其限定说明：

C 0.8～1.2％

碳元素是高强韧性冷作模具钢的主要化学元素之一，是形成钒碳化物、钼碳化物和铬碳化物等各种碳化物的不可缺少的基本元素，也是影响钢的成分偏析和钢的组织均匀性的重要元素，溶解在马氏体中能够保证马氏体拥有良好的强度和淬透性。钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低。本发明钢中的C含量保持在0.8～1.2％，既能保证基体中形成充分的碳化物，又能使组织中马氏体的含碳量充分，使材料有良好的强韧性配合。

Si 0.1～0.4％

Si溶于基体中能够提高基体强度，回火时能够阻碍马氏体的分解提高了钢的回火稳定，在炼钢过程中能够起到还原剂和脱氧剂的作用。但含量高时会明显降低钢的塑性、韧性、焊接性能及表面质量，易导致冷脆，还降低钢的被切削性，对中、高碳钢回火时易产生石墨化。因此将Si的含量控制在0.1～0.4％。

Mn 0.4～0.6％

一定量的Mn能固溶于Fe，形成含Mn的铁素体，对钢有一定强化作用。所以Mn对碳钢的性能有良好的作用，但含量过高会大幅度改变钢的性能，如增加晶粒粗化，有回火脆性倾向等；将Mn控制在0.4～0.6％范围内目的是增加基体的强度，并使材料的性能稳定。

Cr 0.1～0.3％

加热时溶入奥氏体的Cr，强烈提高淬透性。钢中的Cr，一部分置换铁形成合金渗碳体，提高其稳定性；一部分溶入铁素体中，产生固溶强化，提高铁素体的强度和硬度。将Cr控制在0.1～0.3％一方面保证材料有良好的淬透性能，另一方面控制Cr消耗的C，使材料的基体有足够的强度，保证材料的硬度和耐磨性。

Nb 0.1～0.15％，V 0.1～0.15％

Nb、V及碳、氮化物在奥氏体中的溶解度较大温度较低时，奥氏体为过饱和固溶体，此时变形会诱导过饱和奥氏体发生沉淀，这些细小的沉淀物较多的分布于变形的奥氏体晶界或亚晶附近，抑制了晶界迁移而对再结晶具有显著的延迟效果。在钢中添加微量的Nb、V，一方面，可在减少碳含量的同时提高强度，从而提高钢的焊接性能；另一方面，将不纯物质如氧、氮、硫等固定起来，从而改善钢的可焊性；其次，由于其微观质点的作用，例如V容易和C结合形成MC型碳化物，这类碳化物的硬度很高，能够很好的提高材料的耐磨性能。本发明钢与国产的T9A相比加入了Nb和V，能够很好的提高材料的强韧性能和耐磨性。

Ni 0.1～0.3％

Ni能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。本设计中的镍元素是控制在少量的范围，镍元素本身不是碳化物形成元素，在钢的基体中不会起到强化的作用，但是过多的镍元素会造成金属间化合物的结合作用，从而降低钢的性能，所以控制镍元素在钢种的含量对防止钢的性能的下降起到一定的作用。本发明钢在国产的T9A的基础上加入了0.1～0.3％的Ni能够很好的提高材料的强韧性。

P≤0.02％，S≤0.02％

对织针材料除要求具有一定的硬度和优良的耐磨性以外，由于织针在使用过程中承受反复的和周期性的疲劳应力，因此，要求制作织针的材料具有高的抗疲劳强度，对钢中的非金属夹杂物应有较严格要求。磷是钢中的有害元素，增加钢的脆性，降低钢的冲击韧性。硫元素在一定的程度上容易造成钢的加工性能的恶化，容易使得钢在热加工的过程中产生过热和过烧现象。本发明钢严格的控制P和S的含量，并控制组织中的夹杂物的级别，保证材料拥有良好的周期疲劳性能。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种用于高耐磨性织针用钢的制造方法，该方法包括如下步骤：

1)、按照本发明的化学成分的配比，采用感应炉中进行熔炼之后浇铸成的钢锭作为自耗电极放置于电渣重熔装置中，进行电渣重熔，液体金属经过渣池的渣层下落至下面的水冷结晶器中，再重新凝固成钢锭；

2)、将上述钢锭加热至1000℃～1030℃温度范围内保温3～5小时；

3)、经过锻造、拐弯、压扁，以及铣销之后的钢料放入加热炉中退火，退火温度为680℃～700℃，退火时间为3～5小时，炉冷至350～450℃后出炉空冷。

4)、将所得的钢料再经过淬火，回火。

作为优选，本发明所述的钢锭在入炉加热时，入炉温度控制在500℃～600℃。

作为优选，本发明所述的钢锭加热中升温速度控制在60℃/h～120℃/h。

作为优选，本发明所述的开坯开锻温度为900℃～950℃，终轧或终锻温度为≥650℃。

作为优选，本发明所述的经过锻造、拐弯、压扁，以及铣销之后的钢料直径为0.38mm。

作为优选，本发明所述的退火温度为700℃，退火时间为3.5小时，炉冷至400℃后出炉空冷。

本发明采取了上述几种措施进行改进，有益效果显著：

a、钢锭的入炉温度控制在500℃～600℃，升温速度控制在60℃/h～120℃/h可以防止钢锭在加热的过程中产生热应力裂纹，在加热至1000℃～1030℃后保温3～5小时，使得钢锭的整个表面至心部的温度都可以保持均匀，这样可以改善钢锭的可锻形，防止钢在锻造过程中的开裂倾向，并可以改善钢的显微组织指标，提高钢的强度和韧性。

b、由于这种钢在900℃～950℃温度范围是钢的奥氏体单相组织区域，有着最佳的高温热塑性，有利于高温变形加工处理，不容易产生高温热加工开裂。

c、由于钢锭终轧温度对钢锭轧制质量有着重要的影响，径锻机停锻温度低于所规定的控制范围，非常容易引起钢锭在径锻机锻造开坯过程中产生钢锭开裂，但是，停锻温度过高于控制范围容易引起钢在径锻机锻造开坯后产生钢组织粗晶现象，并形成严重的网状碳化物，降低钢的性能。

d、经过淬火回火之后，本发明钢与国产的T9A相比较，其组织中含有更多的弥散细小的碳化物。本发明钢的强韧性和耐磨性得到了提高。

附图说明

图1为本发明实施例1在推荐工艺为900℃淬火250℃回火后，与T9A两者的硬度比较；

图2是本发明钢在不同倍率下的金相照片，(a)100×，(b)500×。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

实施例1

本实例中，采用冷作模具钢的组成成分及其重量百分比如下：

C 1％，Si 0.2％，Mn 0.55％，Cr 0.2％，V 0.1％，Ni 0.1％，Nd 0.1％，P 0.02％，S 0.02％，余量为Fe与不可避免的杂质。

本实施例中，冷作模具钢的工艺过程和步骤如下：

按照本发明的化学成分的配比，采用感应炉中进行熔炼之后浇铸成的钢锭作为自耗电极放置于电渣重熔装置中，进行电渣重熔，液体金属经过渣池的渣层下落至下面的水冷结晶器中，再重新凝固成钢锭；将上述钢锭加热至1000～1020℃温度范围内保温4小时后进行锻造加工；始锻温度：900～930℃，终锻温度≥850℃。经过锻造、拐弯、压扁，以及铣销之后直径为0.38mm；将锻造后的钢料放入加热炉中退火，退火温度为680℃～700℃，退火时间为3.5h，炉冷至400℃后出炉空冷。最后将所得的钢料再经过900℃的淬火，250℃的回火。

主要工艺参数控制如下：

钢锭在径锻机加热炉内以60℃/h～120℃/h的升温速度加热至1000℃～1020℃后保温4小时：

由于这种相对较大的钢锭是多角锭型设计，因此热应力敏感性较高，容易在加热的过程中产生应力裂纹，钢锭的入炉温度控制在500℃～600℃，升温速度控制在60℃/h～120℃/h可以防止钢锭在加热的过程中产生热应力裂纹，在加热至1000℃～1020℃后保温4小时，使得钢锭的整个表面至心部的温度都可以保持均匀，这样可以改善钢锭的可锻形，防止钢在锻造过程中的开裂倾向，并可以改善钢的显微组织指标，提高钢的强度和韧性。

图1为本发明实施例1在推荐工艺为900℃淬火250℃回火后，与T9A两者的硬度比较；本实施例所描述的高强韧性冷作模具钢的硬度比T9A钢有明显的提高，硬度从59HRC提高到了60.5HRC。

实施例2～6的具体化学成分(重量％)见表1所示，工艺步骤与实施例1相同，参数控制见表2所示，性能指标见表3所示。

表1

表2

实施例2～6采用900℃的淬火，250℃的回火。

表3

图2是本发明钢在不同倍率下的金相照片，(a)100×，(b)500×，从图中的金相照片可以看出，组织中的碳化物非常细小弥散，不存在偏析，也不存在组织粗晶的现象，因此材料拥有优良的强韧性配合。

以上列举的仅是本发明的具体实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，任何所述技术领域中具有通常知识者，能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高耐磨性织针用钢，其特征在于，其成分(重量％)包括：C 0.7～1.3％，Si 0.1～0.4％，Mn 0.3～0.5％，P＜0.02％，S＞0.02％，Cr 0.1～0.25％，Ni 0.1～0.25％，余量为Fe与不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的高耐磨性织针用钢，其特征在于，其成分(重量％)还包括：Ti0.1～0.3％，余量为Fe与不可避免的杂质。

3.一种权利要求1或2所述的高耐磨性织针用钢的制造方法，它包括如下步骤：

1)、按照本发明的化学成分的配比，采用感应炉中进行熔炼之后浇铸成的钢锭作为自耗电极放置于电渣重熔装置中，进行电渣重熔，液体金属经过渣池的渣层下落至下面的水冷结晶器中，再重新凝固成钢锭；

2)、将上述钢锭加热至1000℃～1030℃温度范围内保温3～5小时；

3)、经过锻造、拐弯、压扁，以及铣销之后的钢料放入加热炉中退火，退火温度为680℃～700℃，退火时间为3～5小时，炉冷至350～450℃后出炉空冷；

4)、将所得的钢料再经过淬火，回火。

4.根据权利要求3所述的高耐磨性织针用钢的制造方法，其特征在于，所述的钢锭在入炉加热时，入炉温度控制在500℃～600℃。

5.根据权利要求3所述的高耐磨性织针用钢的制造方法，其特征在于，所述的钢锭加热中升温速度控制在60℃/h～120℃/h。

6.根据权利要求3所述的高耐磨性织针用钢的制造方法，其特征在于，所述的锻造，开坯开锻温度为900℃～950℃，终轧或终锻温度为≥650℃。

7.根据权利要求3所述的高耐磨性织针用钢的制造方法，其特征在于，所述的经过锻造、拐弯、压扁，以及铣销之后的钢料直径为0.38mm。

8.根据权利要求3所述的高耐磨性织针用钢的制造方法，其特征在于，退火温度为700℃，退火时间为3.5小时，炉冷至400℃后出炉空冷。

9.根据权利要求4或5或6或7所述的高耐磨性织针用钢的制造方法，其特征在于，退火温度为700℃，退火时间为3.5小时，炉冷至400℃后出炉空冷。

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