CN105132814B - 一种耙片用带钢及生产方法与耙片热处理方法 - Google Patents

Abstract

一种耙片用带钢及生产方法与耙片热处理方法，其化学成分wt％为：C0.27～0.37％、Si0.1～0.40％、Mn1.1～1.7％、B0.002～0.006％、Cr0.10～0.80％、Al0.01～0.050％、Ti≤0.1％、V≤0.1％、N≤0.0070％、P≤0.020％、S≤0.010％，余为Fe和杂质。采用连铸连轧，铸坯入炉温度＞830℃，加热温度1100～1200℃，保温1～2h；粗轧终轧温度920～980℃。精轧后以30～80℃/S冷速快冷至500～600℃卷取，并加罩缓冷48h以上。耙片毛坯加热温度830～950℃，保温15～40min；淬火前温度≥820℃，油淬15～40min，出淬火油温度≤200℃；回火温度200～300，保温1～4h。本发明耙片硬度＞50HRC，冲击功＞27J,并具有良好的耐磨性和韧塑性，最大热压弧度达60°，使用寿命明显高于65Mn耙片。

Description

一种耙片用带钢及生产方法与耙片热处理方法

技术领域

本发明属于冶金工艺技术领域，特别涉及一种适于制作农机具配件的耙片专用热轧带钢、热轧带钢的生产方法以及耙片毛坯的热处理方法。

背景技术

耙片的主要失效形式是磨损和断裂，耐磨性主要与硬度相关，而断裂主要是由于耙片在工作过程中碰到坚硬的土壤或石头等物体撞击而失效。因此，耙片要求硬度的同时，还要有较高的韧性以抵抗较大的冲击力。目前，农机具配件－耙片普遍采用65Mn优质碳素热轧带钢经剪切加工成型后，850℃－910℃油淬，300℃－400℃回火处理而成。由于含碳量较高，65Mn钢热处理后硬度为38～45HRC，但是这类高碳刃具钢同时脆性也较高、塑韧性较差，热处理后的冲击韧性不高于5J。在大型农业作业中，耙片断裂后更换十分因难，因此，随着国内外农业机械化的高速发展，65Mn耙片已不能满足大型农机具的连续作业要求。

《MO-Nb贝氏体钢的铸态组织与耐磨性研究》及《球墨铸铁耙片挤压铸造新工艺》等论文介绍的均为铸造方法直接成型的新材耙片，铸造工艺复杂，生产效率低。

专利公开号CN85100775A提供了一种“制造汽车板簧的新型弹簧钢28锰硅硼钢”，属高Si含量钢，生产成本高，且Si含量高，钢中夹杂物多，影响韧塑性及疲劳性能。

专利公开号CN101148737A提供的“一种含硼钢及其制备方法”中的硼钢为电炉冶炼生产的中碳棒材硼钢，因而不能用于制造耙片。

专利公开号CN102080179A公开的“一种含硼结构钢的制造方法”中的含硼Q345B钢板，碳含量低，通过控制轧制技术细化晶粒，提高热轧板强度，但钢板韧塑性差，成型性不好，且该专利未提及钢板热处理后性能，分析认为该钢板碳含量低，热处理后硬度不足，不适用于制作耙片。

发明内容

本发明旨在提供一种具有高淬硬性、高耐磨性和高韧塑性，并可显著提高耙片使用寿命的耙片用带钢及生产方法与耙片热处理方法。

为此，本发明所采取的技术解决方案为：

一种耙片用带钢，其特征在于，其化学成分wt％为：C：0.27％～0.37％，Si：0.1％～0.40％，Mn：1.1％～1.7％，B0.002～0.006％，Cr：0.10％～0.80％，Al：0.010～0.050％，Ti≤0.1％,V≤0.1％，N≤0.0070％，P≤0.020％，S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明耙片用热轧带钢各成分作用机理为：

C是钢中主要的固溶强化元素。C含量若低于0.10％，则很难保证耙片热处理后的硬度，另一方面C含量若高于0.40％，则恶化钢的韧塑性。因此，C含量要控制在0.20％～0.40％。

Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，是保证钢的强度和韧性的必要元素。锰和铁形成固溶体，能提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度。Mn与S结合形成MnS，避免晶界处形成FeS而导致的热裂纹影响耙片用钢的热成形性。同时Mn也是良好的脱氧剂并增加淬透性。中低碳钢中Mn含量低，不能满足热处理后高强硬性的要求，Mn含量过高影响焊接性能，且增加生产成本，因此，综合考虑成本及性能要求等因素，Mn含量应该控制在1.1％～1.7％。

Si是钢中常见元素之一，在炼钢过程中用作还原剂和脱氧剂，固溶形态的Si能提高屈服强度和韧脆转变温度，但若超过含量上限将降低韧性和焊接性能。因此0.1％～0.40％的Si保留在钢中是必要的。

P和S都是钢中不可避免的有害杂质，它们的存在会严重恶化钢的韧性，因此要采取措施使钢中的P和S含量尽可能降低。根据本发明，最高P含量限制在0.020％，最高S含量限制在0.010％。

B：0.002％～0.006％，硼作为提高淬硬性元素，可明显提高钢板淬硬性。硼提高淬透性的能力很强，0.001％～0.003％的硼相当于0.6％锰、0.7％铬、0.5％钼和1.5％镍，故极少量的硼即可节约大量贵重合金元素。硼含量过高过低，均会影响其淬透性。

Cr是显著提高钢的淬透性元素，钢中加入适量的Cr,还可提高铁素体电极电位，促使钢的表面形成致密的氧化膜，提高其耐蚀性。Cr含量过低，油淬时不能保证淬硬性；Cr含量过高，增加合金成本，淬后硬度过高，因此，本发明控制Cr含量0.10％～0.80％。

Al是细化晶粒元素，钢中加入适量的Al可以形成微细的AlN粒子，细化晶粒，使钢热处理后组织均匀细小，提高热处理后硬度。Al与N结合，降低BN的形成率，减少了BN的危害，使B充分固溶，发挥其提高淬硬性的作用。Al含量过多，易形成Al2O3夹杂，影响钢板内在质量，因此Al含量控制在0.010～0.050％。

Ti≤0.1％，Ti是强氮化物形成元素，钢中进行微量Ti处理后，可以析出微细的TiN和TiCN粒子，阻碍奥氏体晶粒长大，细化晶粒.另一方面Ti和AL均可以与N结合，降低BN的形成率，减少了BN的危害，充分发挥固溶B提高淬硬性的作用。

V≤0.1％，V是细晶强化和沉淀强化微合金元素，在钢中添加微量的V，在热加工过程中可以析出微细的VN和VCN等粒子，抑制奥氏体的形变再结晶，阻止奥氏体晶粒的长大，细化晶粒.并可降低BN的形成率，减少了BN的危害。因此，钢中加入适量的V可提高热轧钢板的韧塑性及钢热处理后的强度和韧性。

钢中Al、Ti和V过多，与C生成化合物，钢中固溶C含量减少，降低淬后硬度。因此控制Ti和V含量均≤0.1％。

N≤0.0070％，钢中含适量的N，促进其与Ti结合形成细小的TiN粒子，细化晶粒，提高强度。但含硼钢如果N含量过高，易形成BN化合物，推迟奥氏体再结晶，提高含硼钢的奥氏体化温度，增加铸坯加热控制难度，而且减少沿晶偏聚的硼原子含量，降低硼钢的淬透性。

通过低C的成分设计，提高钢板韧塑性.通过同时添加Mn、B和Cr元素，提高淬透性和淬硬性，使耙片油淬和回火处理后具有较高的强韧性匹配，提高耙片使用寿命。同时通过添加微量Ti、Al、V元素，减少钢中游离N含量，降低BN的形成率，减少了BN的危害，充分发挥固溶B提高淬硬性的作用。与新型中低碳水淬耙片用钢相比，本发明C、Mn含量略高，且同时添加Cr元素，可以明显提高钢板油淬时的淬透性和淬硬性，在原有65Mn油淬生产设备条件下，即可制造出强韧性优异的耙片。

钢液中的硼很容易与氧和氮化合，形成化合物，减弱固溶硼的上述作用，而且，B、N的化合物会推迟奥氏体再结晶，提高含硼钢的奥氏体化温度，因此，在加硼之前要先加适量的脱氧剂脱氧，加适量的Ti和V固氮，将氧、氮含量控制在较低水平，再在精炼后期加硼合金化，提高硼的收得率，控制硼含量。N与Ti和V结合后，降低了N与硼的结合机率，保证了钢中固溶C和B的含量，充分发挥钢中固溶C和B提高淬硬性的作用。

一种耙片用带钢生产方法，包括转炉冶炼、电炉精炼、板坯连铸连轧及超快速冷却、卷取及缓冷工艺，其特征在于：

精炼过程先加脱氧剂脱氧，再加Ti、V微合金化固氮，控制O≤0.002％、N≤0.007％后，在精炼后期加硼合金化，加硼后5～8min内结束精炼，控制钢中硼含量。

采用板坯连铸连轧生产工艺，坯厚120～200mm；

连铸后铸坯不下线，直接进加热炉加热，保证铸坯入炉温度在830℃以上，加热温度1100～1200℃，保温1～2h；

粗轧和精轧均采用高压水除鳞；粗轧开轧温度1050～1150℃，终轧温度控制在920～980℃；

精轧后采用超快冷却工艺，带钢出精轧机后立即进入超快速冷却装置，以30～80℃/S的冷却速度快速冷却到500～600℃进行卷取，卷取后立即加罩缓慢冷却，加罩缓冷时间＞48h。

与水淬耙片用钢相比，本发明热处理工艺中油淬时间长，回火保温时间相对较短。这是因为，油介质冷却能力差于水，因此浸油时间相对较长，与水淬耙片相比，油淬后组织应力相对小，因此，回火时间可以略短，以节约能源。

通常认为硼钢性能不稳定，影响含硼钢性能稳定性的主要原因是硼相在晶界偏聚成网状，产生硼脆现象。硼相的析出温度为900℃－550℃，650℃－830℃析出速度最快，在此温度区间，冷却速度越慢，硼扩散越充分，析出的硼相越多，偏聚越严重，越易形成网状。因此，采用板坯连铸坯连轧生产工艺，铸坯不下线，830℃以上直接进加热炉加热，避免铸坯冷却过程中析出网状硼相，产生硼脆。且采用薄板坯生产，轧制道次少，速度快，确保终轧温度在920℃～980℃，终轧后立即进入水冷冷却装置，快速冷却到600℃以下，确保冷速30℃/S以上，避免网状硼相的形成，提高带钢性能稳定性，且冷速不能超过80℃/S，否则板形难控制。卷取温度低于500℃，易出贝氏体和马氏体组织，卷取温度高于600℃，铁素体和珠光体晶粒粗大，钢板韧塑性明显降低。

钢中添加Cr和B元素，钢的淬透性显著提高，使含碳量0.27～0.37％的钢板油淬火后就可获得全部的马氏体组织，显著提高钢的淬硬性。中低碳含硼热轧带钢碳含量低，成型性好，而热处理后硬度比65Mn高，耐磨性等使用性能优异。

一种应用上述耙片用热轧带钢生产方法的耙片处理方法，其特征在于：

将按照耙片用热轧带钢生产方法生产的带钢冷冲成耙片毛坯后，送入加热炉加热，加热温度为830～950℃，保温15～40min；

耙片毛坯出炉热压成型后，立即进入淬火油进行淬火，控制耙片进入淬火油前温度≥820℃，在淬火油内停留时间为15～40min，出淬火油的温度≤200℃；

耙片毛坯淬火后，立即进入回火炉回火，回火加热温度为200～300℃，保温1～4h。

所述耙片毛坯热压成型弧度为15°～60°。

所述淬火油温度≤80℃。

与水淬耙片相比，本发明油淬耙片要求耙片毛坯的入油前加热温度高，即入油温度高，以保证耙片热处理后硬度，提高耐磨性。油淬耙片回火保温时间少于水淬耙片，这是因为油淬冷却速度低于水淬，耙片内应力小，在较短时间内即可达到回火去应力的目的。

本发明的有益效果为：

按上述化学成分和工艺生产的热轧带钢，室温组织为细小铁素体+珠光体，延伸率达20％以上，冲击韧性达50J以上，韧塑性好于65Mn热轧板，成型性好。利用原有65Mn钢生产耙片的热处理装备，本发明的钢板采用油淬+回火工艺制造的耙片，用本发明钢板制作的耙片硬度可达50HRC以上，冲击功可达27J以上，韧塑性好于新型中低碳水淬耙片，热压弯弧度最大可达60度，耐磨性和韧塑性优异，使用寿命明显高于65Mn材质的耙片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

表1为实施例1～12耙片用带钢化学成分wt％及工艺参数。

表1 实施例1～12耙片用带钢化学成分wt％及工艺参数

耙片用带钢的生产方法，包括转炉冶炼、电炉精炼、板坯连铸连轧及超快速冷却、卷取及缓冷工艺。

精炼过程先加脱氧剂脱氧，再加Ti、V微合金化固氮，控制O≤0.002％、N≤0.007％后，在精炼后期加硼合金化，加硼后5～8min内结束精炼，控制钢中硼含量。

连铸后铸坯不下线，直接进加热炉加热。

表2为实施例1～12耙片用带钢生产工艺参数及性能。

表2 实施例1～12耙片用带钢生产工艺参数及性能

表3为实施例1～12与65Mn钢(对比例)耙片生产工艺参数及力学性能表。

表3 实施例1～12与65Mn钢耙片生产工艺参数及力学性能表

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Claims (3)

1.一种耙片用带钢生产方法，其特征在于，其化学成分wt％为：C：0.29％～0.37％，Si：0.1％～0.40％，Mn：1.1％～1.7％，B0.002～0.006％，Cr：0.64％～0.80％，Al：0.010～0.05％，Ti：0.038％～0.1％,V≤0.014％，N≤0.0070％，P≤0.020％，S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质；

精炼过程先加脱氧剂脱氧，再加Ti、V微合金化固氮，控制O≤0.002％、N≤0.0070％后，在精炼后期加硼合金化，加硼后5～8min内结束精炼，控制钢中硼含量；

采用板坯连铸连轧生产工艺，坯厚120～170mm；

连铸后铸坯不下线，直接进加热炉加热，保证铸坯入炉温度在830℃以上，加热温度1100～1200℃，保温1～2h；

粗轧和精轧均采用高压水除鳞；粗轧开轧温度1050～1150℃，终轧温度控制在920～980℃；

精轧后采用超快冷却工艺，带钢出精轧机后立即进入超快速冷却装置，以130～80℃/S的冷却速度快速冷却到528～600℃进行卷取，卷取后立即加罩缓慢冷却，加罩缓冷时间＞48h；

按上述化学成分和生产工艺生产的热轧带钢，室温组织为细小铁素体+珠光体，延伸率达20％以上，冲击韧性达50J以上。

2.一种应用权利要求1所述耙片用带钢生产方法的耙片热处理方法，其特征在于：将按照权利要求1生产方法生产的带钢冷冲成耙片毛坯后，送入加热炉加热，加热温度为830～950℃，保温15～40min；

耙片毛坯出炉热压成型后，立即进入淬火油进行淬火，控制耙片进入淬火油前温度≥820℃，在淬火油内停留时间为15～40min，出淬火油的温度≤200℃；

耙片毛坯淬火后，立即进入回火炉回火，回火加热温度为200～300℃，保温1～4h。

3.根据权利要求2所述的耙片用带钢生产方法的耙片热处理方法，其特征在于，所述耙片毛坯热压成型弧度为15°～60°。