CN105274431B - 一种适合水淬的热轧带钢耙片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适合水淬的热轧带钢耙片及其制造方法，耙片的化学成分按重量百分比计为：C：0.22％～0.34％，Si：0.1％～0.40％，Mn：1.0％～1.5％，N≤0.0070％，Ti:≤0.1％,B：0.001％～0.006％，V:≤0.1％,杂质元素P≤0.020％和S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。工艺包括制造耙片的热轧带钢生产工艺和耙片的热处理工艺，整体工艺包括转炉冶炼、电炉精炼、板坯连铸连轧及超快速冷却、卷取后缓冷、耙片冲压成型、淬火、回火，本发明耙片降低了C和Mn成分使钢能够进行水淬，水淬后组织为细小M。热处理后硬度达52HRC以上，冲击功达18J以上，耐磨性和韧塑性优异，使用寿命明显高于65Mn材质的耙片，且水淬工艺对环境污染小，符合环保要求。

Description

一种适合水淬的热轧带钢耙片及其制造方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种采用热轧带钢制成的耙片及其制造方法，特别是涉及一种适合水淬的热轧带钢耙片及其制造方法。

背景技术

目前，农机具配件－耙片普遍采用65Mn热轧带钢经剪切加工成型后，850℃～910℃油淬，300℃～400℃回火处理而成。

随着我国环保意识的增强，油淬的热处理工艺将逐渐被水淬所低替，耙片行业也正在积极进行淬火工艺的改革。而65Mn由于含碳量高，脆性较高、塑韧性差，不适合水淬生产工艺。

《MO-Nb贝氏体钢的铸态组织与耐磨性研究》，《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“CN85100775A－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“CN101148737A－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，不能用于制造耙片。

专利“CN102080179A－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，且该专利未提用钢板热处理后性能，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。

上述文献及发明提及的钢种及生产工艺均不适于水淬方法生产耙片。

因此，如何制造一种适用于水淬方法制作耙片的中低碳新型热轧带钢，使成品耙片具有高淬硬性、高耐磨性的同时又具有高韧塑性，明显提高耙片使用寿命，同时满足环保需要，成为本领域技术人员的一项新课题。

发明内容

本发明公开一种适合水淬的热轧带钢耙片及制造方法，用其制作的耙片具有高淬硬性、高耐磨性的同时又具有高的韧塑性，使用寿命明显提高，同时满足环保需要。

本发明耙片的化学成分按重量百分比计为：C：0.22％～0.34％，Si：0.1％～0.40％，Mn：1.0％～1.5％，N≤0.0070％，Ti:≤0.1％,B：0.001％～0.006％，V:≤0.1％,杂质元素P≤0.020％和S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。

以下详细阐述本发明的结构用钢各合金成分作用机理，按重量百分比：

C：0.22％～0.34％

C是钢中主要的固溶强化元素。C含量若低于0.22％，则很难保证耙片热处理后的硬度，另一方面C含量若高于0.34％，则水淬后恶化钢的韧塑性。因此，C含量要控制在0.22％～0.34％。

Mn：1.0％～1.5％

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含量控制在1.0％～1.5％。

Si：0.1％～0.40％

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：≤0.020％、S：≤0.010％

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：0.001％～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。钢中添加B元素，钢的淬透性显著提高，使含碳量低于0.34％时的钢板油淬火后可获得全部的马氏体组织，且显著提高钢的淬硬性。

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V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Ti和V过多，与C生产TiC或TiVC等含碳化合物，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。因此，控制钢水中N含量小于0.0070％。

上述成分设计采用低C含量，热轧钢板韧塑性好，提高成型性，且适合水淬，水淬后不易形成裂纹。通过添加Mn和B元素，提高钢板淬透性和淬硬性，同时加入微量V和Ti，即能细化晶粒，又可以降低钢中固溶的N含量，降低BN的生成率，减少了BN的危害，充分发挥固溶B提高淬硬性的作用，使钢板具有较高的强韧性匹配，提高耙片使用寿命。

与油淬耙片用钢板相比，无需添加Cr元素，C、Mn含量低,水淬不易开裂，且完全满足耙片硬度要求，硬度高于油淬耙片。

本发明工艺包括制造耙片的热轧带钢生产工艺和耙片的热处理工艺，整体工艺包括转炉冶炼、电炉精炼、板坯连铸连轧及超快速冷却、卷取后缓冷、耙片冲压成型、淬火、回火，具体工艺如下：

1)、热轧带钢冶炼工艺：

(1)冶炼过程中要求精炼加脱氧剂脱氧保证O≤0.002％后，加Ti和V微合金化并固氮，在精炼后期加硼合金化，钢水加硼后≤8分钟结束精炼，提高硼的收得率，控制钢中硼含量。

2).采用薄板坯连铸连轧生产工艺，板坯厚100mm～200mm，铸坯不下线，连铸后直接进加热炉加热轧制，要求铸坯入炉温度830℃以上。

3)热轧带钢轧制及冷却工艺：

(1)板坯加热温度1100℃～1200℃，保温1～2小时，保证轧制前原始奥氏体晶粒细小均匀；

(2)精粗轧均采用高压水除鳞，保证成品钢板表面质量；

(3)开轧温度1050℃～1150℃，终轧温度控制在920℃～980℃；

(4)冷却采用超快冷却工艺，带钢出精轧机后立即进入超快速冷却装置，以50℃/S～100℃/S的冷速瞬间冷却到550℃～650℃进行卷取，钢板卷取后立即加罩缓慢冷却，以减少钢板组织应力,提高韧塑性，加罩缓冷时间大于48小时以上，以保证组织均匀，性能稳定。

4)耙片热处理工艺：

(1)冲压成型、淬火

上述热轧带钢冷冲成耙片毛坯，随炉加热、保温，耙片毛坯淬火前加热温度为830℃～950℃，保温时间为10～30分钟，出炉热压一定弧度成型后，立即进入淬火介质，淬火，其耙片进入淬火介质前温度≥820℃，在淬火介质内停留时间为2～20分钟，出淬火介质的温度≤200℃；

(2)回火

耙片毛坯出淬火介质后，立即进入回火炉回火，回火加热温度为200～300℃，保温时间为2～6小时。

上述淬火工艺中的水淬淬火介质为≤10％的NaCl水溶液。

上述毛坯耙片的热压弧度为15度～60度。

与油淬耙片用钢相比，此发明热处理工艺中水淬时间短，回火保温时间更长。这是因为，水介质冷却快，钢板变形大，造成淬火后耙片内部组织应力大，因此，较短时间内钢板即可达到较高的硬度，且需要较长时间进行回火处理，以减少应力。由于此发明钢的碳含量低，热成型性高，因此，毛坯耙片的热压弧度最高可达60度，高于高碳的65Mn耙片。

由于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微合金化并固氮，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。

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650℃以下，确保冷速50℃/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100℃/S，否则板形难控制。卷取温度低于550℃，易出贝氏体组织，卷取温度高于650℃，铁素体和珠光体晶粒粗大，钢板韧塑性明显降低。

硼作为提高淬硬性元素，可明显提高钢板淬硬性，中低碳含硼热轧带钢碳含量低，成型性好，而热处理后硬度高于65Mn，耐磨性和韧性等使用性能优异。

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，韧塑性优异，成型性好,延伸率达25％以上，冲击韧性达60J以上，热轧板韧塑性高于常规刃具用65Mn钢板。利用本发明热轧带钢制作的耙片由于不加Cr,降低了C和Mn成分使钢能够进行水淬，水淬后组织为细小M。热处理后硬度达52HRC以上，冲击功达18J以上，耐磨性和韧塑性优异，使用寿命明显高于65Mn材质的耙片，且水淬工艺对环境污染小，符合环保要求。65Mn钢油淬+回火热处理后硬度为38～45HRC，冲击韧性不高于5J。

具体实施方式

下面通过本发明的具体实施例对本发明做详细介绍

本发明一种适合水淬的热轧带钢耙片，其化学成分按重量百分比计为：C：0.22％～0.34％，Si：0.1％～0.40％，Mn：1.0％～1.5％，N≤0.0070％，Ti:≤0.1％,B：0.001％～0.006％，V:≤0.1％,杂质元素P≤0.020％和S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。

采用上述成分的钢制造适合水淬的热轧带钢耙片，其工艺包括转炉冶炼、电炉精炼、板坯连铸连轧及超快速冷却、卷取后缓冷、冲压成型、淬火、回火，具体工艺如下：

1)、带钢冶炼工艺：

(1)冶炼过程中要求精炼加脱氧剂脱氧保证O≤0.002％后，加Ti和V微合金化并固氮，在精炼后期加硼合金化，钢水加硼后≤8分钟结束精炼，提高硼的收得率，控制钢中硼含量；

(2)采用薄板坯连铸连轧生产工艺，板坯厚100mm～200mm，铸坯不下线，连铸后直接进加热炉加热轧制，要求铸坯入炉温度830℃以上；

3)带钢轧制及冷却工艺：

(1)板坯加热温度1100℃～1200℃，保温1～2小时，保证轧制前原始奥氏体晶粒细小均匀；

(2)精粗轧均采用高压水除鳞，保证成品钢板表面质量；

(3)开轧温度1050℃～1150℃，终轧温度控制在920℃～980℃；

(4)冷却采用超快冷却工艺，带钢出精轧机后立即进入超快速冷却装置，以50℃/S～100℃/S的冷速瞬间冷却到550℃～650℃进行卷取，钢板卷取后立即加罩缓慢冷却，以减少钢板组织应力,提高韧塑性，加罩缓冷时间大于48小时以上，以保证组织均匀，性能稳定；

4)耙片热处理工艺：

(1)淬火

上述热轧带钢冷冲成耙片毛坯，随炉加热、保温，耙片毛坯淬火前加热温度为830℃～950℃，保温时间为10～30分钟，出炉热压一定弧度成型后，立即进入淬火介质，淬火，其耙片进入淬火介质前温度≥820℃，在淬火介质内停留时间为2～20分钟，出淬火介质的温度≤200℃；

(2)回火

耙片毛坯出淬火介质后，立即进入回火炉回火，回火加热温度为200～300℃，保温时间为2～6小时。

所述的淬火工艺中的水淬淬火介质为≤10％的NaCl水溶液。

所述的毛坯耙片的热压弧度为15度～60度。

下表为本发明的几个最佳实施例及与现有65Mn耙片进行对比。

表1 最佳实施例的化学成分

表2 热轧板生产工艺及性能

表3 耙片热处理工艺及力学性能

上表中65Mn为对比例。

Claims (2)

1.一种适合水淬的热轧带钢耙片的制造方法，其特征在于，化学成分按重量百分比计为：C：0.30％～0.34％，Si：0.1％～0.30％，Mn：1.0％～1.5％，N≤0.0045％，Ti:0.038～％0.1％,B：0.001％～0.0042％，V:0.012％～0.1％,杂质元素P≤0.020％和S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质；工艺包括转炉冶炼、电炉精炼、板坯连铸连轧及超快速冷却、卷取后缓冷、冲压成型、淬火、回火，具体工艺如下：

1)、带钢冶炼工艺：

(1)冶炼过程中要求精炼加脱氧剂脱氧保证O≤0.002％后，加Ti和V微合金化并固氮，在精炼后期加硼合金化，钢水加硼后≤8分钟结束精炼，提高硼的收得率，控制钢中硼含量；

(2)采用薄板坯连铸连轧生产工艺，板坯厚100mm～200mm，铸坯不下线，连铸后直接进加热炉加热轧制，要求铸坯入炉温度830℃以上；

3)带钢轧制及冷却工艺：

(1)板坯加热温度1100℃～1200℃，保温1～2小时，保证轧制前原始奥氏体晶粒细小均匀；

(2)精粗轧均采用高压水除鳞，保证成品钢板表面质量；

(3)开轧温度1050℃～1150℃，终轧温度控制在920℃～980℃；

(4)冷却采用超快冷却工艺，带钢出精轧机后立即进入超快速冷却装置，以50℃/s～100℃/s的冷速瞬间冷却到550℃～650℃进行卷取，钢板卷取后立即加罩缓慢冷却，以减少钢板组织应力,提高韧塑性，加罩缓冷时间大于48小时以上；

按上述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25％以上，冲击韧性达60J以上；

4)耙片热处理工艺：

(1)淬火

上述热轧带钢冷冲成耙片毛坯，随炉加热、保温，耙片毛坯淬火前加热温度为830℃～950℃，保温时间为10～30分钟，出炉热压一定弧度成型后，立即进入淬火介质，淬火，其耙片进入淬火介质前温度≥820℃，在淬火介质内停留时间为2～20分钟，出淬火介质的温度≤200℃；

(2)回火

耙片毛坯出淬火介质后，立即进入回火炉回火，回火加热温度为200～300℃，保温时间为2～6小时；

水淬后组织为细小马氏体组织，热处理后硬度52HRC以上，冲击功达18J以上；所述的耙片毛坯的热压弧度为30度～60度。

2.根据权利要求1所述的一种适合水淬的热轧带钢耙片的制造方法，其特征在于，所述的淬火工艺中的水淬淬火介质为浓度≤10％的NaCl水溶液。