CN104233101B

CN104233101B - 一种滚切式双边剪及其制造方法

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Publication number: CN104233101B
Application number: CN201410473616.0A
Authority: CN
Inventors: 季慧玲; 高胡鹤; 李新根
Original assignee: Taier Heavy Industry Co Ltd
Current assignee: Taier Heavy Industry Co Ltd
Priority date: 2014-09-17
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2034-09-17
Also published as: CN104233101A

Abstract

本发明公开了一种滚切式双边剪及其制造方法，其材质成分的重量百分比为：C：0.40‑0.65%，Si：0.15‑0.35%，Mn：0.60‑0.80%，Ni：3.50‑6.00%，Cr：2.5‑4.00%，Mo：1.50‑2.50%，V：2.00‑3.50%，S≤0.02%，P≤0.025%，且Cr+Mo≥4%，余量为Fe和不可避免杂质。本发明滚切式双边剪的制造方法，其步骤为：冶炼→铸锭→锻造→退火→粗加工→预处理工艺（正火+高温回火）→半精加工→最终热处理（淬火+回火）→精加工。本发明滚切式双边剪可以满足HG980、HG108、X80等高强度中厚板生产的需求，提高双边剪剪切质量和剪切吨位。

Description

一种滚切式双边剪及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种冶金机械刀片，特别涉及一种抗崩刃、耐磨损的滚切式双边剪及其制造方法，本发明的滚切式双边剪适用于对HG980、HG108、X80等高强度中厚板进行切边。

背景技术

随着钢厂的下游行业如工程机械、汽车、集装箱、家电等行业对高强度钢的市场需求比例大幅度增加，钢厂中高强度钢板的生产比例也在逐年增加。如宝钢开发的钢种：BS700MC的抗拉强度σb平均达到800-900Mpa，武钢的HG980、HG108、X80等σb也都达到800-1200Mpa，这些远远超过了原机组设计抗拉强度σb≤650MPa的水平。这些高强度钢板合金成分高，组织形态复杂，给中厚板上的滚切式双边剪的剪切带来较大的难度，剪刃常在剪切过程中出现崩口、疲劳、钝化，剪切吨位低的现象，严重地制约了高强度板的大规模生产。

滚切式双边剪是将上剪刃做成圆弧形，使其在剪切时相对平直的下剪刃做滚动，主要用于中厚板生产过程中切去轧件不规则的两边，提高板的使用质量，满足客户的要求。金属在剪切过程主要分为两个阶段：压入阶段和滑移阶段。在压入阶段，刀片切入金属，在刀片的压力下，金属产生弹性和塑性变形；在滑移阶段，当刀片切入深度达到一定程度后，金属沿剪切面开始滑移，随后在与刀片刃口接触处产生裂纹，随着裂纹的扩展，最终金属完全分离而被剪断。图1所示为滚切式双边剪的剪切过程，可以看出滚切式双边剪在剪切过程中首先受到一个较大的冲击力，然后受到金属被压时的阻力，因此其剪刃必须具备较高的冲击韧性、抗压强度和抗弯强度，特别是剪切高强钢时这几种性能就显得更为突出。而连续的工作使剪刃与钢板进行持续的滚动摩擦，因此剪刃也必须具备很好的耐磨性。

从剪刃的失效分析结果可以看出，剪刃在使用早期因出现裂纹而失效，多是因为大块共晶碳化物与基体在使用过程中产生裂缝。因此，大块共晶碳化物及成分偏析是造成剪刃质量不稳定的主要原因。而剪刃的使用寿命较低则是因为剪刃的耐磨性低或冲击韧性低，剪刃的硬度通常为HRC52-54。为了提高耐磨性和硬度通常可以通过提高淬火温度，然后增加合金元素融入奥氏体，进而提高马氏体基体的强度和回火后碳化物颗粒的析出，从而提高剪刃的耐磨性和硬度。但是提高淬火温度，常常使奥氏体晶粒粗大，从而降低剪刃的冲击韧性和疲劳韧性，从而导致剪刃崩刃。由此可以看出，滚切式双边剪在剪切高强度钢板的过程中对组织的均匀性、冲击韧性、耐磨性和硬度等性能相互之间的匹配有较高的要求。

目前滚切式双边剪常用的材质之一为H13，其设计成分如表1所示。该材质是一种冷热模具钢，具有较高的耐冷热疲劳性能，但是其合金元素主要为Cr，因此在冶炼过程中很容易形成大块的共晶碳化物与带状偏析，这在后续的热处理过程中难以消除。当其剪切HG980、HG108、X80等高强度中厚钢板时，剪刃会出现崩刃、易磨损等问题，单刃只能达到4000吨。

表1 H13的材料成分（Wt.%）

牌号

C

Si

Mn

Cr

Mo

V

P

S

H13

0.32-0.45

0.80-1.20

0.20-0.50

4.75-5.50

1.10-1.75

0.80-1.20

≤0.03

其他用于双边剪的材料还有LD、65Nb、6542、H13K、HMB等各种优质模具钢及基体钢。其中，LD、65Nb、6542的合金及碳含量高，碳化物多且大块不均匀分布，加工工艺差，易产生冶金偏析、形成共晶碳化物，造成剪刃韧性低，在使用中出现大崩刃；H13K、HMB热作模具钢综合性能较好，加工工艺性能比较成熟，但是其抗压强度与耐磨性较差，导致剪切吨位低下。

ZL200610098291.8公开了一种用于中厚板冷热剪刃钢及生产工艺，其主要应用于斜刀片式剪切机，特点在于兼顾剪切过程的冷热兼用，其代表性的应用就是HMB，但此种钢如果用于剪切高强度中厚板的滚切式双边剪，存在剪切吨位低的现象。

ZL200610116118.6公开了一种用于高强度中厚板横切的飞剪刀片及制作方法，首先其飞剪的材质的成分与H13相近，存在H13的缺点；其二这种剪刃用于横切飞剪与本发明的滚切式双边剪在剪切过程、受力方式及工况都有所差别。

综上所述，目前常用的滚切式双边剪的材质已经不能满足高强度中厚板剪切的需求，目前急需一种能提高高强度中厚板剪切吨位的滚切式双边剪。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种滚切式双边剪及其制造方法，它可以满足HG980、HG108、X80等高强度中厚板生产的需求，提高双边剪剪切质量和剪切吨位，为高强度中厚板的大规模生产创造条件。

本发明一种滚切式双边剪，其材质成分的重量百分比为：C：0.40-0.65%，Si：0.15-0.35%，Mn：0.60-0.80%，Ni：3.50-6.00%，Cr：2.5-4.00%，Mo：1.50-2.50%，V：2.00-3.50%，S≤0.02%，P≤0.025%，且Cr+Mo≥4%，余量为Fe和不可避免杂质。

本发明滚切式双边剪的的制造方法，其步骤为：冶炼→铸锭→锻造→退火→粗加工→预处理工艺（正火+高温回火）→半精加工→最终热处理（淬火+回火）→精加工。具体叙述如下：（1）冶炼的具体工艺为：将按权利要求1或2准备好的原材料装入电炉中进行冶炼，冶炼时的温度为1520-1540℃；（2）铸锭的具体工艺为：将步骤（1）得到的材料通过电渣熔铸法得到铸锭；（3）、锻造的具体工艺为：将步骤（2）得到的铸锭进行锻打，加热温度为1170-1190℃，始锻温度为1000-1050℃，终锻温度为≥850℃，锻后坑冷；（4）退火的具体工艺为：将步骤（3）得到的锻件毛坯在退火炉的温度≤300℃下装入炉中，在660-690℃的温度下保温4-7小时后，随炉冷至400℃以下，然后出炉空冷，锻件的硬度为HB280-290；（5）粗加工：将步骤（4）得到的锻件进行粗加工，按图纸的要求留半精加工和精加工的加工余量；（6）正火+高温回火的具体工艺为：将步骤（5）得到的滚切式双边剪在退火炉的温度≤300℃进炉，升温速率为10℃/min，升到550℃保温2-3小时，继续升温至750℃保温2-3小时，升温至850-880℃保温2-4小时后，出炉空冷至300℃以下，组织为马氏体+细小弥散碳化物，锻件的硬度为HRC59-60；然后以10℃/min的升温速率，升至590-630℃温度保温3-6小时，进行高温回火，组织为回火索氏体+弥散碳化物，锻件的硬度为HB290-300；（7）半精加工：将步骤（6）得到的滚切式双边剪进行半精加工，按图纸的要求留精加工的加工余量；（8）淬火+回火的工艺为：将经步骤（7）半精加工得到的滚切式双边剪在≤300℃的温度下进炉，在450-500℃的温度下保温0.5-1.5小时后，升温至680-720℃保温0.5-1.5小时后，升温至870-920℃保温05-1.5小时后油淬，硬度为HRC60-61；然后在180-250℃保温6-8小时后，进行低温回火，组织为回火马氏体+弥散碳化物，硬度为HRC55-57；（9）精加工：将步骤（8）得到的滚切式双边剪进行精加工，符合图纸的最终产品的要求。

由于目前滚切式双边剪的最终失效形式是崩刃和磨损。因此，影响双边剪使用寿命的最主要原因就是韧性和耐磨性，但是一般情况下，这两种性能是相互矛盾的，耐磨性高的剪刃材料韧性差；韧性较好的材料耐磨性又低，特别对于高强度中厚板剪切时，矛盾显得特别突出。基于此，本发明滚切式双边剪材质的优点是：一、在成分中增加3.50-6.00%的Ni元素：Ni元素能够在奥氏体中无限溶解，扩大奥氏体相区，而≥3.50%的Ni含量可以强烈地降低共析温度，从而能够在低温区就进行奥氏体化，进而得到细小的奥氏体晶粒，能提高钢的强度而不降低韧性；二、同时提高C、Mo和V含量并降低Cr含量，使Cr%+Mo%≥4%：Cr的碳化物容易聚集长大，而Mo元素能够阻碍原子间的偏聚，并形成Mo的碳化物，这几种合金元素的相互作用，避免了冶炼过程中出现大块的共晶碳化物，而形成细小弥散的碳化物，这不但可以阻碍奥氏体晶粒的长大，还可以在不降低冲击韧性的前提下迅速的提高剪刃的耐磨性和硬度。因此，本发明滚切式双边剪具有较好的组织均匀性、较高的冲击韧性、耐磨性和硬度。

本发明滚切式双边剪的制造方法的特点是：在剪刃的退火处理后还增加正火和高温回火的预处理工艺：由于Ni元素的含量为3.50-6.00%，所以奥氏体化温度一般都在800℃以下，这在锻造过程中很容易使晶粒长大，采用普通的退火工艺则不能完全消除，而本发明采用850-880℃进行正火，迅速地细化了锻造组织，得到细小的马氏体组织+弥散碳化物，然后再采用590-630℃的高温回火工艺，得到细小的回火索氏体+弥散碳化物，为后续的淬火做好准备。

本发明提供的滚切式双边剪单刃剪切吨位是目前使用滚切式双边剪剪切吨位的1倍以上，能够满足50mm以下高强度中厚板的正常剪切需求。

附图说明

图1为滚切式双边剪剪切过程的示意图。

具体实施方式

本发明一种滚切式双边剪，其材质成分的重量百分比为：C：0.40-0.65%，Si：0.15-0.35%，Mn：0.60-0.80%，Ni：3.50-6.00%，Cr：2.50-4.00%，Mo：1.50-2.50%，V：2.00-3.50%，S≤0.02%，P≤0.025%，且Cr%+Mo%≥4%，余量为Fe和不可避免杂质。

其中，滚切式双边剪材质成分的质量百分比优选为：C：0.41-0.61%，Si：0.20-0.30%，Mn：0.60-070%，Ni：4.00-5.50%，Cr：2.50-3.50%，Mo：1.60-2.50%，V：2.00-3.50%，S≤0.02%，P≤0.02%，且Cr%+Mo%≥4%，余量为Fe和不可避免杂质。

作为本发明的一种优选方式，滚切式双边剪材质成分的质量百分比优选为： C：0.41%，Si：0.30%，Mn：0.65%，Ni：5.50%，Cr： 3.50%，Mo：2.50%，V：2.50%，S≤0.02%，P≤0.02%，且Cr%+Mo%≥4%，余量为Fe和不可避免杂质。

作为本发明的又一种优选方式，滚切式双边剪材质成分的质量百分比优选为：C：0.53%，Si：0.20%，Mn：0.70%，Ni：5.00%，Cr： 2.90%，Mo：2.30%，V：2.00%，S≤0.02%，P≤0.02%，且Cr%+Mo%≥4%，余量为Fe和不可避免杂质。

作为本发明的又一种优选方式，滚切式双边剪材质成分的质量百分比优选为：C：0.61%，Si：0.20%，Mn：0.60%，Ni：4.00%，Cr： 2.50%，Mo：1.60%，V：3.50%，S≤0.02%，P≤0.02%，且Cr%+Mo%≥4%，余量为Fe和不可避免杂质。

本发明滚切式双边剪的材质与现有材料的材质的质量百分比如表2所示

表2 双边剪刀片材料的化学成分（Wt.%）

	C	Si	Mn	Ni	Cr	Mo	V	P	S
										实施例1	0.41	0.3	0.65	5.5	3.5	2.5	2.5	0.02	0.02
实施例2	0.53	0.2	0.7	5.0	2.9	2.3	2.0	0.02	0.02
										实施例3	0.61	0.2	0.6	4.0	2.5	1.6	3.5	0.02	0.02
对比例	0.40	0.9	0.4		4.7	1.3	0.8	0.02	0.025

从上述成份的质量百分比可以看出本发明的特点是：一、在成分中增加3.50-6.00%的Ni元素：Ni元素能够在奥氏体中无限溶解，扩大奥氏体相区，而≥3.50%的Ni含量可以强烈地降低共析温度，从而能够在低温区就进行奥氏体化，进而得到细小的奥氏体晶粒，能提高钢的强度而不降低韧性；二、同时提高C、Mo和V含量并降低Cr含量，使Cr%+Mo%≥4%：Cr的碳化物容易聚集长大，而Mo元素能够阻碍原子间的偏聚，并形成Mo的碳化物，这几种合金元素的相互作用，避免了冶炼过程中出现大块的共晶碳化物，而形成细小弥散的碳化物，这不但可以阻碍奥氏体晶粒的长大，还可以在不降低冲击韧性的前提下迅速的提高剪刃的耐磨性和硬度。因此，本发明滚切式双边剪具有较好的组织均匀性、较高的冲击韧性、耐磨性和硬度。

本发明滚切式双边剪的的制造方法，其步骤为：冶炼→铸锭→锻造→退火→粗加工→预处理工艺（正火+高温回火）→半精加工→最终热处理（淬火+回火）→精加工。

本发明方法的具体实施例如下：

实施例1：

（1）冶炼：将准备好的原材料装入电炉中进行冶炼，冶炼时的温度为1520-1540℃；

（2）铸锭：将步骤（1）得到的材料通过电渣熔铸法得到铸锭；

（3）、锻造的具体工艺为：将步骤（2）得到的铸锭进行锻打，加热温度为1170-1190℃，始锻温度为1000-1050℃，终锻温度为≥850℃，锻后坑冷；

（4）退火的具体工艺为：将步骤（3）得到的锻件毛坯在退火炉的温度≤300℃下装入炉中，在680℃的温度下保温5小时后，随炉冷至400℃以下，然后出炉空冷，锻件的硬度为HB280-290；

（5）粗加工：将步骤（4）得到的锻件进行粗加工，按图纸的要求留半精加工和精加工的加工余量；

（6）正火+高温回火的具体工艺为：将步骤（5）得到的滚切式双边剪在退火炉的温度≤300℃进炉，升温速率为10℃/min，升到550℃保温2-3小时，继续升温至750℃保温2-3小时，升温至870℃保温4小时后，出炉空冷至300℃以下，组织为马氏体+细小弥散碳化物，锻件的硬度为HRC59-60；然后以10℃/min的升温速率，升至610℃温度保温6小时，进行高温回火，组织为回火索氏体+弥散碳化物，锻件的硬度为HB290-300；

（7）半精加工：将步骤（6）得到的滚切式双边剪进行半精加工，按图纸的要求留精加工的加工余量；

（8）淬火+回火的工艺为：将经步骤（7）半精加工得到的滚切式双边剪在≤300℃的温度下进炉，在450-500℃的温度下保温0.5-1.5小时后，升温至680-720℃保温0.5-1.5小时后，升温至890℃保温1.5小时后油淬，硬度为HRC60-61；然后在200℃保温8小时后，进行低温回火，组织为回火马氏体+弥散碳化物，硬度为HRC55-57；

（9）精加工：将步骤（8）得到的滚切式双边剪进行精加工，符合图纸的最终产品的要求。

实施例2：

本实施例的基本步骤同实施例1，不同之处在于：

步骤（4）中退火的具体工艺为：将步骤（3）得到的锻件毛坯在退火炉的温度≤300℃下装入炉中，在660℃的温度下保温5小时后，随炉冷至400℃以下，然后出炉空冷，锻件的硬度为HB280-290；

步骤（6）正火+高温回火的具体工艺为：将步骤（5）得到的滚切式双边剪在退火炉的温度≤300℃进炉，升温速率为10℃/min，升到550℃保温2-3小时，继续升温至750℃保温2-3小时，升温至850℃保温4小时后，出炉空冷至300℃以下，组织为马氏体+细小弥散碳化物，锻件的硬度为HRC59-60；然后以10℃/min的升温速率，升至590℃温度保温6小时，进行高温回火，组织为回火索氏体+弥散碳化物，锻件的硬度为HB290-300；

（8）淬火+回火的工艺为：将经步骤（7）半精加工得到的滚切式双边剪在≤300℃的温度下进炉，在450-500℃的温度下保温0.5-1.5小时后，升温至680-720℃保温0.5-1.5小时后，升温至860℃保温1.5小时后油淬，硬度为HRC60-61；然后在200℃保温8小时后，进行低温回火，组织为回火马氏体+弥散碳化物，硬度为HRC55-57。

实施例3：

本实施例的基本步骤同实施例1，不同之处在于：

步骤（4）中退火的具体工艺为：将步骤（3）得到的锻件毛坯在退火炉的温度≤300℃下装入炉中，在690℃的温度下保温5小时后，随炉冷至400℃以下，然后出炉空冷，锻件的硬度为HB280-290；

步骤（6）正火+高温回火的具体工艺为：将步骤（5）得到的滚切式双边剪在退火炉的温度≤300℃的温度下进炉，升温速率为10℃/min，升到550℃保温2-3小时，继续升温至750℃保温2-3小时，升温至880℃保温4小时后，出炉空冷至300℃以下，组织为马氏体+细小弥散碳化物，锻件的硬度为HRC59-60；然后以10℃/min的升温速率，升至630℃温度保温6小时，进行高温回火，组织为回火索氏体+弥散碳化物，锻件的硬度为HB290-300；

（8）淬火+回火的工艺为：将经步骤（7）半精加工得到的滚切式双边剪在≤300℃的温度下进炉，在450-500℃的温度下保温0.5-1.5小时后，升温至680-720℃保温0.5-1.5小时后，升温至900℃保温1.5小时后油淬，硬度为HRC60-61；然后在200℃保温8小时后，进行低温回火，组织为回火马氏体+弥散碳化物，硬度为HRC55-57。

本发明3个实施例与对比例的热处理的工艺参数如表3所示：

退火处理

正火处理

高温回火

淬火

一次回火

二次回火

实施例1

680℃×5h

870℃×4h

610℃×6h

890℃×1.5h

200℃×8h

实施例2

660℃×5h

850℃×4h

590℃×6h

860℃×1.5h

200℃×8h

实施例3

690℃×5h

880℃×4h

630℃×6h

900℃×1.5h

200℃×8h

对比例

1020℃×11.5h

540℃×4.5h

从以上材质和制造方法可以看出：（1）本发明采用3.50-6.00%的Ni，有效地降低了奥氏体化温度，细化奥氏体晶粒，提高了剪刃的韧性和强度；（2）通过提高C、Mo和V元素含量，而降低Cr的含量为2.5-4.0%，减少形成大块共晶碳化物，而是形成弥散分布的细小碳化物，阻碍奥氏体晶粒的长大，提高剪刃的耐磨性和硬度，使最终的硬度达到HRC55-57；（3）采用正火+高温回火的预处理，细化锻造组织，并形成均匀细小的回火索氏体+弥散碳化物。由此双边剪的韧性与耐磨性性都得到了较好的提高。

按照本实施例材质和制造工艺制作的滚切式双边剪在剪切高强度钢板单刃平均剪切量达7000吨左右，而对比例的滚切式双边剪在剪切高强度钢单刃平均剪切量只为4000吨左右。即本发明提供的滚切式双边剪单刃剪切吨位是目前使用滚切式双边剪剪切吨位的1倍以上，能够满足50mm以下高强度中厚板的正常剪切需求。因此，本发明的滚切式双边剪适用于高强度中厚板的剪切，对于后续中厚板用的剪刃具有一定的推广价值和应用前景。

Claims

1.一种滚切式双边剪，材质成分的重量百分比为：C：0.41-0.61%，Si：0.20-0.30%，Mn：0.60-0.70%，Ni：4.00-5.50%，Cr：2.50-3.50%，Mo：1.60-2.50%，V：2.00-3.50%，S≤0.02%，P≤0.02%，且Cr%+Mo%≥4%，余量为Fe和不可避免杂质，其制造方法为：冶炼→铸锭→锻造→退火→粗加工→正火+高温回火→半精加工→淬火+回火→精加工：

（1）冶炼的具体工艺为：将原材料装入电炉中进行冶炼，冶炼时的温度为1520-1540℃；

（2）铸锭的具体工艺为：将步骤（1）得到的材料通过电渣熔铸法得到铸锭；

（4）退火的具体工艺为：将步骤（3）得到的锻件毛坯在退火炉的温度≤300℃下装入炉中，在660-690℃的温度下保温4-7小时后，随炉冷至400℃以下，然后出炉空冷，锻件的硬度为HB280-290；

（6）正火+高温回火的具体工艺为：将步骤（5）得到的滚切式双边剪在退火炉的温度≤300℃进炉，升温速率为10℃/min，升到550℃保温2-3小时，继续升温至750℃保温2-3小时，升温至850-880℃保温2-4小时后，出炉空冷至300℃以下，组织为马氏体+细小弥散碳化物，锻件的硬度为HRC59-60；然后以10℃/min的升温速率，升至590-630℃温度保温3-6小时，进行高温回火，组织为回火索氏体+弥散碳化物，锻件的硬度为HB290-300；

（8）淬火+回火的工艺为：将经步骤（7）半精加工得到的滚切式双边剪在≤300℃的温度下进炉，在450-500℃的温度下保温0.5-1.5小时后，升温至680-720℃保温0.5-1.5小时后，升温至870-920℃保温0.5-1.5小时后油淬，硬度为HRC60-61；然后在180-250℃保温6-8小时后，进行低温回火，组织为回火马氏体+弥散碳化物，硬度为HRC55-57；

2.根据权利要求1所述的滚切式双边剪，其特征是：滚切式双边剪材质成分的质量百分比为：C：0.41%，Si：0.30%，Mn：0.65%，Ni：5.50%，Cr： 3.50%，Mo：2.50%，V：2.50%，S≤0.02%，P≤0.02%，且Cr%+Mo%≥4%，余量为Fe和不可避免杂质。

3.根据权利要求1所述的滚切式双边剪，其特征是：滚切式双边剪材质成分的质量百分比为：C：0.53%，Si：0.20%，Mn：0.70%，Ni：5.00%，Cr： 2.90%，Mo：2.30%，V：2.00%，S≤0.02%，P≤0.02%，且Cr%+Mo%≥4%，余量为Fe和不可避免杂质。

4.根据权利要求1所述的滚切式双边剪，其特征是：滚切式双边剪材质成分的质量百分比为：C：0.61%，Si：0.20%，Mn：0.60%，Ni：4.00%，Cr： 2.50%，Mo：1.60%，V：3.50%，S≤0.02%，P≤0.02%，且Cr%+Mo%≥4%，余量为Fe和不可避免杂质。

5.根据权利要求1-4任一所述的滚切式双边剪，其特征是：所得到的滚切式双边剪在剪切HG980、X80高强度中厚钢板时，单刃剪切量≥7000吨。