CN104480394A - 切割石材及金属用高碳低合金锯片钢及其热轧钢板制造方法 - Google Patents

切割石材及金属用高碳低合金锯片钢及其热轧钢板制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于钢铁冶炼与加工技术领域。本发明所述切割石材及金属用高碳低合金锯片钢化学元素质量百分比为：C：0.70～0.80％；Si：0.20～0.50％；Mn：0.50～0.90％；P≤0.025％；S≤0.015％；Al：0.005～0.050％；Cr：0.30～0.60％；其余为Fe和不可避免的杂质。本发明还提供切割石材及金属用高碳低合金锯片钢热轧钢板的制造方法。通过提高钢中的C、Cr和Mn含量，提高了钢的淬透性和淬硬性；通过优化板坯连铸、板坯加热、热连轧、卷取、热轧板卷缓冷和矫直的工艺参数，避免了板坯断裂及其表面和内部产生裂纹的现象发生，同时解决钢板强度偏高、残余应力较大及板形较差等问题。

Description

切割石材及金属用高碳低合金锯片钢及其热轧钢板制造方法
技术领域
本发明属于钢铁冶炼与加工技术领域，特别涉及一种切割石材及金属用高碳低合金锯片钢及其热轧钢板制造方法。
背景技术
随着社会不断的发展，人们对石材及金属等材料的需求量越来越大，对获取特定规格的石材及金属的效率要求越来越高。锯片可通过高速旋转对石材及金属等进行切割，广泛应用于工业制造、石材和建筑等领域。由于锯片在进行切割的过程中需承受较大的径向和轴向应力，因此对锯片的弹性极限、刚度、疲劳强度、耐磨性和冲击韧性均具有较高的要求，也因此对锯片钢的化学成分、冶金质量、力学性能和使用性能等都有严格的要求，例如要求锯片钢具有高的刚性和韧性、低的热敏感性、高的红硬性和淬透性等。
目前，国内制造锯片通常使用中碳锯片钢、中碳低合金锯片钢、高碳锯片钢及高碳低合金锯片钢，代表牌号为45、30CrMo、50Mn2V、65Mn、75Cr1、T8A和T10A等，其适用的热轧钢板厚度一般为2.0～14.0mm、宽度在300～5000mm。
依据宽度的不同，锯片钢热轧钢板可通过窄带钢轧机、热连轧机及中厚板轧机轧制。锯片钢热轧钢板厚度主要为2.0～10.0mm，宽度主要为1000～2000mm。由于宽度和轧制成本问题，热连轧机为轧制锯片钢热轧钢板的优选。
然而，以目前的热连轧机流程生产锯片钢热轧钢板存在以下问题：
(1)45、30CrMo、50Mn2V和65Mn等牌号锯片钢淬透性和淬硬性较差，不适合制作厚规格、大尺寸锯片。
(2)50Mn2V、65Mn、75Cr1和T8A、T10A等牌号锯片钢碳含量高，其连铸板坯在凝固过程中偏析及收缩严重，容易产生中心偏析和热应力，其表面及内部裂纹生成敏感性高，由板坯裂纹引发的断裂比例较高。
(3)锯片钢碳含量高(碳含量一般≥0.30％)，并添加有一定量的锰、铬等元素，热轧状态下强度很高，热连轧过程中保证板形和尺寸精度极其困难。
(4)热连轧结束后锯片钢热轧板卷强度和硬度偏高，残余应力过大，开平矫直机开平矫直锯片钢热轧板卷很吃力，开平矫直过程中热轧板卷容易开裂，开平矫直后钢板容易出现翘曲、浪形等缺陷，保证板形非常困难，用户难以对锯片钢热轧钢板进行机械加工、冷轧和热处理。
申请号为200510028312.4，发明名称为一种石材切割锯片钢及其制造方法，其化学成分重量百分比为:C 0.45～0.60％、Si 0.10～0.60％、Mn 1.30～1.80％、P≤0.02％、S≤0.01％、V 0.05～0.20％、Cr 0.15～0.30％、N 0.005～0.020％、Ca 0～0.0050％、Al0.005～0.040％、其余为Fe和不可避免的杂质。其制造方法为：包括如下步骤：冶炼、浇铸，板坯采用热送热装工艺，保证进入板坯加热前的板坯温度在300℃以上；板坯加热温度1150℃以上，热轧时控制终轧温度在900℃以上；轧后空冷、卷取，卷取温度控制在700℃以上。该发明钢的淬透性高于常用中碳和低合金钢，特别适用于制造直径1000mm以上的大型锯片，用于切割石材。该发明只能部分解决目前热连轧机流程生产锯片钢热轧钢板存在的问题。
申请号为201010023161.4，发明名称为一种锯片基体用钢及其制造方法，其按重量百分比计的化学成分为：C0.68～0.80％、Cr0.30～0.70％、Mn0.50～1.00％、Si0.10～0.50％、V0.03～0.15％、Ca0～0.0050％、N0.0050～0.010％、Alt0.005～0.04％、P≤0.02％和S≤0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质。该钢的制造方法，包括：冶炼后的钢水进行连铸或模铸，模铸后经初轧成钢坯；连板坯或模铸后初轧钢坯采用缓冷；连板坯或初轧钢坯经1100℃～1250℃的温度范围内加热，粗轧机出口温度≥1050℃，终轧温度870～950℃，轧后钢板采用自然冷却；或者热轧制成带钢，终轧温度870～950℃，卷取温度720～820℃；卷取后控制在0.1～5℃/s冷却。该钢再制成锯片并经过淬火和回火后,整个锯片片体截面硬度能够达到HRC在43以上，截面硬度分布均匀，能够满足较大直径锯片的使用性能要求。该发明只能部分的解决目前热连轧机流程生产锯片钢热轧钢板存在的问题。
因此，亟需一种切割石材及金属用高碳低合金锯片钢及其热轧钢板制造方法，以便大大缓解或解决目前热连轧机流程生产锯片钢热轧钢板存在的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种切割石材及金属用高碳低合金锯片钢及其热轧钢板制造方法，以解决30CrMo、50Mn2V和65Mn等牌号锯片钢淬透性和淬硬性均不足等问题，同时解决高碳锯片钢热轧钢板强度偏高、残余应力较大及板形较差等问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种切割石材及金属用高碳低合金锯片钢，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.70～0.80％、Si：0.20～0.50％、Mn：0.50～0.90％、P≤0.025％、S≤0.015％、Al：0.0050～0.050％、Cr：0.30～0.60％，其余为Fe和不可避免的杂质。
其中，钢的淬硬性主要取决于钢中碳(C)含量，且碳元素还可以显著提高钢的淬透性，增大钢的临界尺寸。但是钢中碳含量过高，会增大板坯脆性，致使板坯开裂及裂纹产生的敏感性增加，因此本发明钢碳含量目标在0.70～0.80％之间。
锰(Mn)是典型的奥氏体稳定化元素，可提高钢的淬透性和淬火硬度，并起到一定的固溶强化作用。若锰含量过低，则不能保证获得全马氏体组织及调质热处理后的硬度；若锰含量过高，则同时高碳含量和高锰含量会导致连铸板坯中心偏析严重，并最终使得热轧钢板中心偏析严重，因此本发明钢锰含量目标在0.50～0.90％之间。
硅(Si)是非碳化物形成元素，适量的硅含量可以帮助脱氧，并和钙元素及铝元素一起形成硅酸盐，有助于改善切削加工性能，但过高的硅含量会增加钢的脆性，因此本发明钢Si含量目标为0.20～0.50％之间。
铬(Cr)是中强碳化物形成元素，可明显提高亚稳奥氏体的稳定性和淬透性，增大奥氏体的过冷能力，但钢中铬含量过高，不但会增加制造成本，而且会增加热轧工序的难度，因此本发明钢铬含量目标为0.30～0.60％之间。
铝(Al)用于脱氧，并和钙及硅一起形成易于上浮的低熔点夹杂物，提高钢液的纯净度。但铝含量过高会形成过多的氮化铝及氧化铝的夹杂物，恶化钢的热加工性能和调质热处理后的韧性，因此本发明钢优选的铝含量在0.0050～0.050％之间。
本发明提供的一种切割石材及金属用高碳低合金锯片钢热轧钢板，通过提高钢中的C、Cr和Mn含量，使得C的质量百分比在0.70～0.80％之间，Cr的质量百分比在0.30～0.60％之间，Mn的质量百分比在0.50～0.90％之间，提高了钢的淬透性和淬硬性；另外优化生产工艺，控制利用连铸机获得所需要的板坯的工艺参数，避免了板坯的断裂及其表面和内部产生裂纹的现象发生；控制将所述板坯加热，再依次进行热连轧、卷取、热轧板卷缓冷和开平矫直的工艺参数，避免了钢板强度偏高、残余应力较大及板形较差等问题的出现。
本发明还提供一种切割石材及金属用高碳低合金锯片钢热轧钢板的制造方法：
将高炉冶炼的铁水通过转炉冶炼成钢，再采用LF炉进行精炼；
然后利用连铸机获得所需要的板坯，将所述板坯加热，再依次进行热连轧、卷取、热轧板卷缓冷和矫直；
其中，所述利用连铸机获得所需要的板坯的工艺参数为：T过为10～30℃，S拉为0.85～1.05m/min，二冷水比给水量为0.5～0.9L/kg；
所述将所述板坯加热，再依次进行热连轧、卷取的工艺参数为：加热炉预热段温度T预为1000～1050℃，第一加热段温度T一加为1100～1150℃，第二加热段温度T二加为1250～1300℃，均热段温度T均为1270～1300℃，粗轧出口温度大于等于1050℃，终轧温度T终≥900℃，卷取温度T卷≥700℃；
所述热轧板卷缓冷的工艺参数为：用于热轧板卷缓冷的缓冷炉额定缓冷板卷数量大于等于6卷，进入所述缓冷炉进行缓冷的板卷数量大于等于所述缓冷炉额定缓冷板卷数量的2/3，热轧板卷进入缓冷炉或缓冷坑的温度T入≥450℃，缓冷时间t缓冷≥48h。
进一步的，开平矫直机用于所述矫直的工序，包括粗矫直机和精矫直机，所述粗矫直机的工作辊数量大于等于7个，最大矫直力大于等于14000kN，所述精矫直机的工作辊数量大于等于11个，最大矫直力大于等于20000kN。
进一步的，所述开平矫直的工艺参数为调整精矫直机入口辊缝使得所述热轧板卷横截面的最大塑性变形比例为60～75％，连续矫直速度V矫直在10～30m/min之间，所述精矫直机预弯辊在1～4mm之间。
进一步的，所述利用连铸机获得所需要的板坯还包括向所述连铸机添加高碳钢连铸保护渣，所述高碳钢连铸保护渣的熔点在980±30℃，熔速为35±5秒，粘度为0.12±0.03Pa·s，碱度为0.95±0.05。
进一步的，钢水过热度T过在15～25℃之间，板坯拉速S拉为0.85～0.95m/min。
进一步的，所述利用连铸机获得所需要的板坯之后还包括将所述板坯放入保温坑进行保温，用以等待进入加热炉加热，并在加热后进行轧制，所述保温坑温度在300～500℃之间。
进一步的，所述利用连铸机获得所需要的板坯之后还包括将所述板坯热送热装进入加热炉加热，并在加热后进行轧制。
进一步的，所述热连轧包括至少部分关闭所述精轧机机架间冷却水喷管及至少部分关闭所述精轧机层流冷却水集管，使得粗轧出口温度大于等于1080℃，终轧温度T终≥920℃，卷取温度T卷≥730℃。
进一步的，热轧板卷进入缓冷炉或缓冷坑的温度T入≥500℃，缓冷时间t缓冷≥72h。
进一步的，调整精矫直机入口辊缝使得钢板横截面最大塑性变形比例为65～70％，所述连续矫直速度V矫直在15～25m/min之间。
相对于现有技术，本发明提供的一种切割石材及金属用高碳低合金锯片钢热轧钢板的制造方法，通过增加钢中碳、锰及铬元素的质量分数，使钢具有更好的淬透性和淬硬性，能够制造更大厚度、更大直径的锯片，且使得钢在淬火及中温回火后具有更高、更均匀的硬度分布；其次在利用连铸工艺浇铸钢的过程中，采用低过热度浇注(过热度在15～30℃之间)，控制较低的拉坯速度(拉坯速度在0.85～0.95m/min之间)，使用高碳钢连铸保护渣，可以避免板坯的开裂及在板坯的表面和内部产生裂纹，且化学元素偏析小，保证了板坯质量；另外提高精轧的终轧温度(优选的，T终≥930℃)和卷曲温度(优选的，T卷≥730℃)，有利于降低热轧成形后钢板的强度和硬度，提高塑性和韧性，方便用户对钢板进行机械加工、冷轧和热处理，并且有利于提高热轧板卷进入缓冷坑的温度；最后，通过提高热轧板卷进入缓冷坑的温度(优选的，T入≥500℃)，确保缓冷时间(优选的，t缓冷≥72h)，能够有效地降低钢板残余应力，避免钢板在开平矫直过程中开裂。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例中一种切割石材及金属用高碳低合金锯片钢热轧钢板的显微组织结构示意图，显微组织为细片状珠光体；
图2为本发明实施例中一种切割石材及金属用高碳低合金锯片钢热轧钢板淬火后的显微组织结构示意图，显微组织为马氏体；
图3为本发明实施例中一种切割石材及金属用高碳低合金锯片钢热轧钢板淬火+中温回火后的显微组织结构示意图，显微组织为回火屈氏体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
按照本发明所述化学成分和冶炼方法所冶炼的3炉高碳低合金锯片钢的化学成分如表1所示，作为对比，表1中也列出了1炉50Mn2V钢的化学成分。
表1 3炉本发明钢和1炉50Mn2V钢的化学成分，％
将表1中3炉高碳低合金锯片钢按照本发明所提供的加热工艺和轧制工艺分别轧制成4.0～9.6mm厚度的热轧板卷，再将所述热轧板卷按照本发明所提供的缓冷工艺进行缓冷，最后依照本发明所述开平矫直工艺进行开平矫直，部分板卷力学性能记录在表2中，作为对比，表2中也列出50Mn2V钢的力学性能。
表2 本发明所述高碳低合金锯片钢热轧板卷的力学性能
通过上述方式生产的切割石材及金属用高碳低合金锯片钢热轧钢板组织性能均匀且热稳定性高，其屈服强度在450～550MPa之间，抗拉强度在850～950MPa之间，延伸率在10％～20％之间，热轧态硬度为250～300HB，钢板单面全脱碳层深度小于钢板厚度的1.5％。
另外优化生产工艺，控制利用连铸机获得所需要的板坯的工艺参数，采用低过热度浇注，维持较低的拉坯速度，避免了板坯的断裂及其表面和内部产生裂纹的现象发生，且化学元素偏析小，保证板坯的质量；控制将所述板坯加热，再依次进行热连轧、卷取、热轧板卷缓冷和开平矫直的工艺参数，避免了钢板强度偏高、残余应力较大及板形较差等问题的出现，且保证了板形和尺寸精度。
自表2中本发明所述高碳低合金锯片钢热轧钢板和50Mn2V钢热轧钢板上取样进行淬火+中温回火处理，淬火温度为830℃，室温淬火，32号机械油冷却，淬火后的硬度数值如表3所示，每个试样检测3点。回火温度为420℃，回火后的硬度数值也记录在表3中，每个试样也检测3点。
表3 本发明钢及50Mn2V钢淬火及淬火+回火处理后的硬度对比，HRC
本发明所提供的一种切割石材及金属用高碳低合金锯片钢热轧钢板，通过提高钢中的C、Cr和Mn含量，使得C的质量百分比在0.70～0.80％之间，Cr的质量百分比在0.30～0.60％之间，Mn的质量百分比在0.50～0.90％之间，提高了钢的淬透性和淬硬性：由表3可以看出，本发明钢轧制而成的9.6mm厚度钢板在32号机械油中能够淬上火(淬火硬度≥57HRC)，而8.0mm厚度50Mn2V钢板不能在32号机械油中淬上火(淬火硬度<57HRC)；如果钢板厚度相同，本发明钢淬火后的硬度比50Mn2V钢高，因此本发明钢能够制造更大厚度和更大直径的锯片；依据上述方法制造的钢在780-880℃的淬火温度下进行加热，如图2所示，油冷及淬火后显微组织为针片状马氏体，淬火硬度在60～63HRC，淬火硬度数值波动小于4.0HRC，提高了钢淬火后的性能；依据上述方法制造的钢在淬火后即需经380～480℃的回火温度下进行回火，空冷，回火后显微组织为回火索氏体，如图3所示，回火硬度≥37HRC，提高了钢在淬火后再进行回火的性能，并具有更加均匀的硬度分布。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (11)

1.一种切割石材及金属用高碳低合金锯片钢，其特征在于，包括如下质量百分比的化学成分：C：0.70～0.80％；Si：0.20～0.50％；Mn：0.50～0.90％；P≤0.025％；S≤0.015％；Al：0.005～0.050％；Cr：0.30～0.60％；其余为Fe和不可避免的杂质。
2.一种切割石材及金属用高碳低合金锯片钢热轧钢板的制造方法，其特征在于：
将高炉冶炼的铁水通过转炉冶炼成钢，再采用LF炉进行精炼；
然后利用连铸机获得所需要的板坯，将所述板坯加热，再依次进行热连轧、卷取、热轧板卷缓冷和矫直；
其中，所述利用连铸机获得所需要的板坯的工艺参数为：钢水过热度T过为10～30℃，板坯拉速S拉为0.85～1.05m/min，二冷水比给水量为0.5～0.9L/kg；
所述将所述板坯加热，再依次进行热连轧、卷取的工艺参数为：加热炉预热段温度T预为1000～1050℃，第一加热段温度T一加为1100～1150℃，第二加热段温度T二加为1250～1300℃，均热段温度T均为1270～1300℃，粗轧出口温度大于等于1050℃，终轧温度T终≥900℃，卷取温度T卷≥700℃；
所述热轧板卷缓冷的工艺参数为：用于热轧板卷缓冷的缓冷炉额定缓冷板卷数量大于等于6卷，进入所述缓冷炉进行缓冷的板卷数量大于等于所述缓冷炉额定缓冷板卷数量的2/3，热轧板卷进入缓冷炉或缓冷坑的温度T入≥450℃，缓冷时间t缓冷≥48h。
3.如权利要求2所述的切割石材及金属用高碳低合金锯片钢热轧钢板的制造方法，其特征在于：
开平矫直机用于所述矫直的工序，包括粗矫直机和精矫直机，所述粗矫直机的工作辊数量大于等于7个，最大矫直力大于等于14000kN，所述精矫直机的工作辊数量大于等于11个，最大矫直力大于等于20000kN。
4.如权利要求3所述的切割石材及金属用高碳低合金锯片钢热轧钢板的制造方法，其特征在于：
所述开平矫直的工艺参数为调整精矫直机入口辊缝使得所述热轧板卷横截面的最大塑性变形比例为60～75％，连续矫直速度V矫直在10～30m/min之间，所述精矫直机预弯辊在1～4mm之间。
5.如权利要求2所述的切割石材及金属用高碳低合金锯片钢热轧钢板的制造方法，其特征在于：
所述利用连铸机获得所需要的板坯还包括使用高碳钢连铸保护渣，所述高碳钢连铸保护渣的熔点在980±30℃，熔速为35±5秒，粘度为0.12±0.03Pa·s，碱度为0.95±0.05。
6.如权利要求2至5任一项所述的切割石材及金属用高碳低合金锯片钢热轧钢板的制造方法，其特征在于：
钢水过热度T过在15～25℃之间，板坯拉速S拉为0.85～0.95m/min。
7.如权利要求2所述的切割石材及金属用高碳低合金锯片钢热轧钢板的制造方法，其特征在于：
所述板坯出连铸机后放入保温坑进行保温，等待进入加热炉加热，并在加热后进行轧制，所述保温坑温度在300～500℃之间。
8.如权利要求2所述的切割石材及金属用高碳低合金锯片钢热轧钢板的制造方法，其特征在于：
所述板坯可以直接热送热装进入加热炉加热，并在加热后进行轧制。
9.如权利要求6所述的切割石材及金属用高碳低合金锯片钢热轧钢板的制造方法，其特征在于：
所述热连轧包括至少部分关闭所述精轧机机架间冷却水喷管及至少部分关闭所述精轧机层流冷却水集管，使得粗轧出口温度≥1080℃，终轧温度T终≥920℃，卷取温度T卷≥730℃。
10.如权利要求8所述的切割石材及金属用高碳低合金锯片钢热轧钢板的制造方法，其特征在于：
热轧板卷进入缓冷炉或缓冷坑的温度T入≥500℃，缓冷时间t缓冷≥72h。
11.如权利要求3所述的切割石材及金属用高碳低合金锯片钢热轧钢板的制造方法，其特征在于：
调整精矫直机入口辊缝使得钢板横截面最大塑性变形比例为65％-70％，所述连续矫直速度V矫直在15～25m/min之间。
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