CN103834877A - 一种薄板坯生产切割鞋模用钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种薄板坯生产切割鞋模用钢，其组分及wt%：C：0.28~0.38%、Si：0.25～0.45%、Mn：1.00~1.40%、P≤0.007%、S≤0.003%、Als：0.01~0.035%、Cr：0.20～0.40%、V：0.02~0.10%、B：0.0010~0.0016%、Ca：不超过0.005%，并控制：N≤0.006，As≤0.03；Sb≤0.01；Sn≤0.02；Pb≤0.01；Bi≤0.01；并满足：Ca/S不低于1.5，1.50%≤C+Mn≤1.70%；制备工艺：转炉冶炼及精炼；连铸；对铸坯均热；热连轧；冷却至卷取温度；卷取；缓冷至室温。本发明R_p0.2不超过500MPa，R_m不超过680MPa，A≥19%，HB：150~200，距板边10mm测量钢带凸度≤30um，成品切割次数不低于20000次，双面脱碳层之和不大于钢带厚度的3%。

Description

一种薄板坯生产切割鞋模用钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种模具钢及其制备方法，具体地属于一种薄板坯生产切割鞋模用钢及其制备方法。

背景技术

国内切割鞋模专用钢品种多为高碳合金结构钢。薄板坯连铸连轧具备工序简单、铸坯等轴晶多，析出物细小，成分偏析小、生产的钢板厚度小等优点，可降低生产成本，提高产品性能。为了进一步提高塑料、皮革鞋模加工行业专用钢的冷热加工性能、使用寿命，减少夹杂物对使用性能的影响以及钢板热处理后性能波动，立项研发新型切割塑料、皮革的专用钢。该钢属于合金结构钢领域。该钢可广泛应用于模切、汽车零部件、锯片等领域。

传统的切割鞋模用钢材均采取转炉冶炼+热连轧产线方式生产。这种传统的钢中由于碳含量高，使成分偏析大，导致钢板性能、组织均匀性相对较差，影响后续加工性能（切割分条、冷轧、折弯成形）和使用性能（切割鞋模）；另外工艺生产流程长，增加了生产成本。

经检索：中国专利申请号为20120253770的专利文献，其公开了一种42Mn刀模具用宽钢带及其制造方法。其组分及含量为C:0.39～0.46、Mn:0.80～0.95、Si:0.18～0.35、Cr:0.10～0.30、Ti:0.010～0.050、P≤0.020、S≤0.010、Alt:0.010～0.050，采用转炉冶炼、LF炉精炼、连铸、连轧、卷取等工艺生产一种42 Mn刀模具用宽钢带及其制造方法。该文献由于C含量高达0.46% ，而且P、S含量要求相对较宽，这会严重影响刀模切割性能及折弯性能，况且未进行夹杂物变形处理，使各项异性大，对钢的加工和使用性能不利。这是因为其一方面钢中强化元素含量不多，会导致钢板调质后强度、硬度不足，另一方面P、S含量较高，会导致使用成材率下降，加工废品较多。

中国专利申请号为200910312255的专利文献，其公开了一种合金塑料模具钢及其生产方法。其组分及含量为C:0.30～0.50、Si:0.20～0.50、Mn:0.80～1.80、P≤0.02、S≤0.01、Mo:0.10～0.50、B:0.001～0.003、Cr:1.42～2.00、Ti:0.015～0.04、V:0.01～0.04，采用电炉冶炼、加热轧制、回火处理等工艺，生产具有良好强韧性匹配、优良加工性能、焊接性能、耐腐蚀、耐磨的一种合金塑料磨具钢及其生产方法。该文献由于含有较高的C、Mo、B、Cr、Mn元素，不仅生产成本较高，且导致钢板强度超高，导致设备损坏；且为电炉冶炼，还需进行回火处理，交货状态及用途也不同。其不适宜本发明钢的用途及达到本发明的目的。

中国专利申请号为201110133793的专利文献，其公开了热作模具钢及其制造方法。其组分及含量为C:0.38～0.42、Mn:0.35～0.45、Si:0.55～0.65、Cr:5.0～5.5、Mo:0.2～0.25、V:1.0～1.5、S≤0.025、P≤0.025，采用冶炼、模铸、锻造或轧制、球化退火等工艺，具有热稳定性好、抗疲劳性能高、耐磨损、变形小的热作模具钢材料及其制作工艺。该发明含有较高的Mo、Cr、V等元素，且采用模铸、锻造等工艺生产，还需进行球化退火处理，工艺复杂，成本高昂，且同样会导致板强度超高，导致设备损坏。其仍不适宜本发明钢种的用途及达到本发明的目的。

韩国专利号为KR19990050106的专利文献，其公开了一种“PO HANG IRON & STEEL.METHOD FOR MANUFACTURING DIE TOOL STEEL Korea”即一种采用冶炼、真空脱气、过热钢水浇注、连铸、雾化冷却热装直接轧制等工艺生产模具钢板的方法。其组分及含量为C:0.36～0.44、Si:0.20～0.40、Mn:1.30～1.60、P≤0.025、S≤0.005、Al:0.005～0.040、Cr:1.80～2.10、Mo:0.15～0.35，采用冶炼、真空脱气、过热钢水浇注、连铸、雾化冷却、热装直接轧制等工艺生产模具钢板及生产方法。该文献含有较高的Mo、Cr元素，工艺复杂，生产工艺成本高，产品用途不同于本发明钢。也不适宜本发明钢的用途及达到本发明的目的。

另有日本专利号为JP198802019871的专利文献，其公开了”CHIBA HIDETAKA,erc.NIPPON STEEL CORP.PRODUCTION OF STEEL PLATE FOR DIE HAVING GOOD HEAT FATIGUE CHARACTERISTIC.Japan”即一种采用冶炼、浇注、热轧、热处理等工艺生产具有优异抗疲劳性能、250mm以上厚度的模切用钢板及其生产方法。其组分及含量为C:0.30～0.60、Si:0.05～0.75、Mn:0.25～2.00、Cr:1.20～4.00、Mo:0.15～3.00、Sol.Al:0.005～0.1、N:0.0200～0.0200，必要时添加一种以上的Ti:0.002～0.200、B:0.0003～0.100、Zr:0.005～0.200、V:0.003～0.500，采用冶炼、浇注、热轧、热处理等工艺生产具有优异抗疲劳性能、250 mm以上厚度的模切用钢板及生产方法。该文献含有Mo、Cr元素，且厚度在250m以上，成本高于本发明钢，且二者钢板厚度、钢中C、 Cr、Mo、 Mn元素含量高，或导致钢板强度超高，与本发明钢的使用强度不匹配，导致设备损坏，成本还会增加，达不到本发明的目的。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种R_p0.2不超过500MPa，R_m不超过680MPa，A≥19%，HB：150~200，距板边10mm测量钢带凸度≤30um，成品切割次数不低于20000次，钢带双面脱碳层之和不大于钢带厚度的3%的薄板坯生产切割鞋模用钢及其制备方法。

本申请为了实现上述目的，对实现本申请目的起影响或者关键作用的合金元素及工艺进

行了深入的研究，为了在保证基本性能的前提下，还能实现本申请所述的目的，因此在成分方面，主要是采用了降低C元素，其次还添加适量的V、B元素来弥补降低C含量导致强度的损失；控制钢中的P、S含量在较低的范围内，保证钢板的加工性能；成分的优化，还需要匹配的工艺才行，因此，本申请经研究，在工艺方面采取了一些必要的措施：在炼钢及精炼过程中，通过控制出钢温度控制在1660~1690℃，控制石灰加入量在27~30kg/吨钢，保证渣的碱度在较高的位置，即以控制P的含量；通过钢包炉进行深脱S；通过保护浇注，控制钢中的夹杂；通过控制铸坯均热温度和均热时间，保证钢坯温度均匀性，从而获得均匀的组织和性能；通过控制精轧开轧、终轧温度，卷取温度，保证钢卷获得较低的中间强度；通过钢卷缓冷，消除钢中残余应力，获得相对均匀的钢卷不同部位的性能。

实现上述目的的措施：

一种薄板坯生产切割鞋模用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.28~0.38%、Si：0.25～0.45%、Mn：1.00~1.40%、P≤0.007%、S≤0.003%、Als：0.01~0.035%、Cr：0.20～0.40%、V：0.02~0.10%、B：0.0010~0.0016%、Ca：不超过0.005%，并控制：N≤0.006，As≤0.03；Sb≤0.01；Sn≤0.02；Pb≤0.01；Bi≤0.01，其余为Fe及不可避免的杂质；同时满足：Ca/S不低于1.5，1.50%≤C+Mn≤1.70%；使用性能要求：成品切割次数≥20000次。

优选地：所述的C的重量百分比含量为0.285~0.34%。

制备一种薄板坯生产切割鞋模用钢的方法，其步骤：

1）转炉冶炼及精炼：出钢温度控制在1660~1690℃；石灰加入量控制在27~30kg/吨钢；

2）进行连铸，并采用保护浇注，控制其拉速在3.7~3.9m/min；

3）对铸坯进行均热，控制铸坯入炉温度不低于820℃，均热时间不少于30min，出炉温度在1100~1140℃，出炉同板温差≤30℃；

4）进行热连轧：控制开轧温度不低于1090℃，终轧温度不低于880℃；

5）进行冷却：在冷却速度不超过5℃/s下冷却至卷取温度；

6）进行卷取：控制卷取温度在690~710℃；

7）在冷却速度不超过15℃/h的条件下缓冷至室温。

本发明中各元素及主要工序的作用

本发明的C含量选择在0.28～0.38%，C通过间隙置换固溶强化强烈提高钢的强度，是确保钢强度必不可少的元素之一。碳是最基本的硬化元素，对热轧态、正火态、调质态钢来讲，随着碳含量的增加将提高钢的硬度和抗拉强度。本发明钢通过碳含量保证强度的同时提高钢的淬透性。但对于切割鞋模用钢来说，碳含量高，容易导致较严重的中心偏析，影响加工性能，故C含量限定为0.28～0.38%。现有钢种的碳含量较高，存在生产时钢卷存在边部开裂，在分条、冷轧时容易造成断带的问题。

本发明的Si含量选择在0.25~0.45%，Si在钢中的主要作用是固溶强化和脱氧。当C含量在一定范围时，Si元素的固溶强化作用对钢的强度影响就较为明显。由于添加Ca、Al等与[O]有较强结合力的元素，因此，Si在本发明钢中主要是固溶强化作用。Si还可以参与形成硅酸盐，有助于改善切割鞋模专用钢的切割加工性能，但是太高的Si会增加钢的脆性，对焊接性能也不利。故Si含量限定为0.25-0.45%。

本发明的Mn含量选择在1.00～1.40%，Mn是确保钢材强韧性和焊接性能不可或缺的元素。锰是强脱氧剂，难析出。锰在钢中的存在对钢的表面质量有很大的益处，主要是锰与硫结合，减少了FeS的形成，而FeS是引起热脆，裂纹敏感性和造成轧制温度下撕裂的主要原因。适量的Mn是保证钢的淬透性能的重要元素。因此，本发明的Mn元素的含量限定为1.00～1.40%。

本发明的P≤0.007%、S≤0.003%，P、S是钢中的有害杂质元素。高P易导致偏析，影响钢的组织均匀性，降低钢的韧性、塑性，严重影响鞋模切割用钢的冷弯加工性能；S与Mn易形成MnS夹杂，对低温韧性十分不利。P、S是钢中非金属夹杂物的主要形成元素。非金属夹杂物在钢中的总量虽然很少，但对钢的影响却很大。夹杂物的存在，不利于钢的韧性、延伸率和断面收缩率，而且容易引起应力集中造成疲劳裂纹，导致钢的抗疲劳性能降低，控制钢中P、S元素含量，降低非金属夹杂物水平，生产非金属夹杂物少的洁净钢，对于保证本发明钢的性能显得尤为重要。本发明钢的P≤0.007%、S≤0.003%。如钢中P较高，会产生P偏析而产生P脆，从而降低钢的塑韧性，使加工时容易造成工件断裂问题。

本发明的Cr含量选在0.20~0.40%，Cr是有效提高钢板强度的元素，也是提高钢板淬透性的元素，使得铁素体相变明显右移，拓宽贝氏体相变的冷速区间，促进中温转变组织的形成，过高的Cr会显著降低基材和焊接热影响区的韧性。

本发明的V含量在0.02~0.10%，V是一种相当强烈的碳化物形成元素，适量的V具有明显的沉淀析出强化作用。但V含量过高，沉淀强化作用显著，但基材和热影响区韧性变差。钢中加入的V，能形成V₄C，使之有更高的耐磨性，提高鞋模切割用钢的使用寿命。其中所加入的V重量百分含量控制在0.02~0.10%。

本发明的Als含量选择在0.010～0.035%，Als常常作为脱氧元素加入钢中。过高的Als，易引起钢中Al的氧化物夹杂物增多，尺寸较大，降低钢的纯净度和塑韧性，恶化焊接性能。

本发明的Ca是脱氧元素，其含量控制在≤0.005%。钢中添加适量的Ca将硫化物夹杂物球化，有利于提高基材的低温韧性。为了提高其脱氧脱硫效果，改善基材质量和热影响区性能，Ca含量过高时，则会形成许多大型含Ca混合夹杂物，不利于基材的韧性和塑性。

B能提高钢的强度和淬透性，在降低C的同时，适当添加少量的B，有益于提高模切割用钢热处理后的使用强度和硬度。

N提高钢的时效敏感性，因此限定本发明钢的N含量≤0.006%。

同时上述化学成分还必须满足：Ca/S≥1.5。本发明钢中，S含量限定在≤0.003%，很低。当Ca/S＜1.5时，少量的Ca对硫化物夹杂物的变质球化作用不明显，不利于钢的各向性能均匀。为了保证模切割用钢热处理后的强度和硬度，确保使用性能，特限定1.35≤C+Mn≤1.70。

另外，有害元素As、Sb、Sn、Pb、Bi会恶化钢的塑性和韧性，因此进行了有用的限定，即As≤0.03；Sb≤0.01；Sn≤0.02；Pb≤0.01；Bi≤0.01。

本发明与现有技术相比，不仅充分利用了CSP工艺的特点，而且R_p0.2不超过500MPa，R_m不超过680MPa，A≥19%，HB：150~200，距板边10mm测量钢带凸度≤30um，成品切割次数不低于20000次，钢带双面脱碳层之和不大于钢带厚度的3%。完全满足了市场需求。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的组分取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

1）转炉冶炼及精炼：出钢温度控制在1660~1690℃；石灰加入量控制在27~30kg/吨钢；

2）进行连铸，并采用保护浇注，控制其拉速在3.7~3.9m/min；

3）对铸坯进行均热，控制铸坯入炉温度不低于820℃，均热时间不少于30min，出炉温度在1100~1140℃，出炉同板温差≤30℃；

4）进行热连轧：控制开轧温度不低于1090℃，终轧温度不低于880℃；

5）进行冷却：在冷却速度不超过5℃/s下冷却至卷取温度：

6）进行卷取：控制卷取温度在690~710℃；

7）在冷却速度不超过15℃/h的条件下缓冷至室温。

表1  本发明各实施例及对比例的化学成分（wt，%）

表2 本发明各实施例及对比例的工艺参数

表3 本发明各实施例及对比例的力学性能

从表3可以看出，本发明钢的切割鞋模次数至少在24320次以上。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (3)

1.一种薄板坯生产切割鞋模用钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.28~0.38%、Si：0.25～0.45%、Mn：1.00~1.40%、P≤0.007%、S≤0.003%、Als：0.01~0.035%、Cr：0.20～0.40%、V：0.02~0.10%、B：0.0010~0.0016%、Ca：不超过0.005%，并控制：N≤0.006，As≤0.03；Sb≤0.01；Sn≤0.02；Pb≤0.01；Bi≤0.01，其余为Fe及不可避免的杂质；同时满足：Ca/S不低于1.5，1.50%≤C+Mn≤1.70%；使用性能要求：成品切割次数≥20000次。

2.如权利要求1所述的一种薄板坯生产切割鞋模用钢，其特征在于：所述的C的重量百分比含量为0.285~0.34%。

3.制备权利要求1所述的一种薄板坯生产切割鞋模用钢的方法，其步骤：

1）转炉冶炼及精炼：出钢温度控制在1660~1690℃；石灰加入量控制在27~30kg/吨钢；

2）进行连铸，并采用保护浇注，控制其拉速在3.7~3.9m/min；

3）对铸坯进行均热，控制铸坯入炉温度不低于820℃，均热时间不少于30min，出炉温度在1100~1140℃，出炉同板温差≤30℃；

4）进行热连轧：控制开轧温度不低于1090℃，终轧温度不低于880℃；

5）进行冷却：在冷却速度不超过5℃/s下冷却至卷取温度；

6）进行卷取：控制卷取温度在690~710℃；

7）在冷却速度不超过15℃/h的条件下缓冷至室温。