CN105296866A - 一种耙片用钢、生产方法及耙片处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种耙片用钢、生产方法及耙片处理方法，其化学成分wt％为：C0.25～0.35％，Si0.1～0.40％，Mn1.0～1.5％，Cr≤0.5％，Al0.01～0.05％，Ti0.015～0.06％,B0.001～0.006％，N≤0.0070％，P≤0.020％，S≤0.015％，且4≤(Ti+Al)/N≤20，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1～4h；粗轧终轧温度920～980℃。精轧后以50～100℃/S冷速快冷至550～650℃卷取，并加罩缓冷＞48h。耙片毛坯加热温度800～1000℃，保温15～50min；淬火前温度≥830℃，水淬1～10min，出水溶液温度≤200℃；回火温度200～300℃，保温2～6h。本发明耙片硬度＞55HRC，冲击功＞25J,并具有良好的耐磨性和韧塑性，使用寿命高于65Mn钢耙片。
Description
技术领域
本发明属于冶金工艺技术领域，特别涉及一种适用于耙片用热轧带钢、热轧带钢生产方法以及耙片毛坯的热处理方法。
背景技术
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。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代替，耙片行业也正在积极进行淬火工艺的改革。而65Mn耙片由于含碳量高，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》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公开一种“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。
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，不能用于制造耙片。
专利公开号CN102080179A公开了“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。
专利“易成型性优良的碳钢及其制备方法”(CN101346482A)，用钢锭再加热生产的热轧板以贝氏体组织为主，需要退火处理才能保证钢板的韧塑性，生产成本高，且冶炼时要求对B、N含量精确控制后，再加入Ti元素，冶炼操作难度大。且用该专利生产的钢板Mn含量为0.1－1.2％，中低碳钢Mn含量低，热处理后硬度不足。
上述文献及专利提及的钢种均不适于水淬方法生产耙片的要求。因此，亟需开发一种具有高淬硬性、高耐磨性，同时又具有较好韧塑性的新型耙片，以提高耙片的使用寿命。
发明内容
本发明提供一种耙片用钢、生产方法及耙片的处理方法，其目的在于提高耙片的高淬硬性、高耐磨性和高韧塑性，从而延长耙片的使用寿命，降低使用成本。
为此，本发明所采取的技术解决方案为：
一种耙片用钢，其特征在于，其化学成分wt％为：C：0.25％～0.35％，Si：0.1％～0.40％，Mn：1.0％～1.5％，Cr≤0.5％，Al：0.01％～0.05％，Ti：0.015％～0.06％,B：0.001％～0.006％，N≤0.0070％，P≤0.020％，S≤0.015％，且4≤(Ti+Al)/N≤20，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明耙片用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0.25％，则很难保证耙片热处理后的硬度，另一方面C含量若高于0.35％，则恶化钢的韧塑性。因此，C含量要控制在0.25％～0.35％。
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1.0％～1.5％。
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。
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。但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含量在小于0.5％的范围内。
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0.010～0.05％。
Ti:0.015～0.06％，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。
钢中Al、Ti过多，与C生成含碳化合物，钢中固溶C含量减少，降低淬后硬度。因此应控制Al、Nb和V含量在一定范围内。
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0.4％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。
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％。
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。
(Ti+Al)/N小于4时，冶炼反应生成N的化合物结束后，剩余的N仍易与B形成BN危害；(Ti+Al)/N大于20时，钢中Ti+Al余量过多，与C生成TiC化合物，钢中固溶C含量减少，降低淬后硬度。
上述成分设计采用低C含量，钢板韧塑性好，提高成型性。通过添加Mn、B和Cr元素，提高钢板淬透性和淬硬性，同时加入微量Al、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。与油淬耙片相比，本水淬耙片Cr含量低，用Al代替Nb合金，可降低生产成本。水淬后即可满足耙片硬度要求，且硬度高于油淬耙片。
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Al、Ti等微合金化元素固氮，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。满足4≤(Ti+Al)/N≤20条件，Ti、Al与N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，其特征在于：
精炼过程加脱氧剂脱氧至O≤0.002％后，加Ti和Al微合金化并固氮，精炼后期加硼合金化，加硼后8min内结束精炼，控制钢中硼含量。
采用薄板坯连铸连轧生产工艺，坯厚100～250mm。
连铸后铸坯直接进加热炉加热，保证铸坯入炉温度在830℃以上，加热温度1100～1200℃，保温1～4h。
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50～100℃/S的冷却速度快速冷却到550～650℃进行卷取，卷取后立即加罩缓慢冷却，加罩缓冷时间＞48h。
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。
一种耙片的处理方法，其特征在于：
将按照耙片用钢的生产方法生产方法生产的热轧带钢冷冲成耙片毛坯后，送入加热炉加热，加热温度为800～1000℃，保温15～50min。
耙片毛坯出炉热压成型后，立即进入水溶液进行淬火，控制耙片进入水溶液前温度≥830℃，在水溶液内停留时间为1～10min，出水溶液的温度≤200℃。
耙片毛坯水淬后，立即进入回火炉回火，回火加热温度为200～300℃，保温2～6h。
所述水溶液温度≤80℃。
与油淬耙片相比，本发明水淬耙片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。由于此耙片碳含量低，热轧板的冷冲压性和热成型性均好于高碳的65Mn耙片。
本发明的有益效果为：
本发明以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；65Mn钢油淬+回火热处理后硬度为38～45HRC，冲击韧性不高于5J，而本发明的中低碳硼钢耙片，水淬后硬度达55HRC以上，高于油淬耙片硬度，冲击功达25J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。用硼钢代替65Mn等低级别刃具钢板，实现产品的升级换代，符合农机具及刃具行业用钢的发展方向。
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耙片用钢化学成分wt％含量表。
表1实施例1～12耙片用钢化学成分wt％含量表
| 编号 | C | Si | Mn | P | S | B | Cr | Al | Ti | O | N | (Ti+Al)/N |
| 1 | 0.25 | 0.25 | 1.48 | 0.015 | 0.005 | 0.0047 | 0.22 | 0.035 | 0.041 | 0.0015 | 0.0065 | 10.3 |
| 2 | 0.33 | 0.37 | 1.32 | 0.004 | 0.009 | 0.0024 | 0.45 | 0.022 | 0.058 | 0.0019 | 0.0062 | 16.5 |
| 3 | 0.32 | 0.05 | 1.01 | 0.008 | 0.002 | 0.0058 | 0.10 | 0.015 | 0.029 | 0.0012 | 0.0028 | 19.3 |
| 4 | 0.27 | 0.16 | 1.25 | 0.010 | 0.008 | 0.0045 | 0.04 | 0.042 | 0.015 | 0.0014 | 0.0035 | 18.9 |
| 5 | 0.30 | 0.30 | 1.20 | 0.018 | 0.004 | 0.0027 | 0.05 | 0.031 | 0.038 | 0.0017 | 0.0067 | 6.6 |
| 6 | 0.28 | 0.15 | 1.15 | 0.014 | 0.003 | 0.0021 | 0.49 | 0.032 | 0.055 | 0.0016 | 0.0058 | 19.7 |
| 7 | 0.29 | 0.16 | 1.08 | 0.013 | 0.008 | 0.0029 | 0.25 | 0.037 | 0.022 | 0.0012 | 0.0044 | 18.0 |
| 8 | 0.33 | 0.27 | 1.22 | 0.014 | 0.004 | 0.0042 | 0.18 | 0.049 | 0.028 | 0.0019 | 0.0068 | 11.6 |
| 9 | 0.35 | 0.05 | 1.29 | 0.016 | 0.007 | 0.0036 | 0.15 | 0.035 | 0.058 | 0.0026 | 0.0055 | 18.7 |
| 10 | 0.27 | 0.16 | 1.15 | 0.010 | 0.01 | 0.0025 | 0.06 | 0.043 | 0.035 | 0.0024 | 0.0048 | 19.6 |
| 11 | 0.30 | 0.30 | 1.50 | 0.008 | 0.007 | 0.0037 | 0.08 | 0.025 | 0.028 | 0.0037 | 0.0038 | 10.3 |
| 12 | 0.28 | 0.26 | 1.12 | 0.018 | 0.006 | 0.0021 | 0.05 | 0.011 | 0.015 | 0.0044 | 0.0069 | 4.1 |
耙片用钢的生产方法，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。
精炼加脱氧剂脱氧至O≤0.002％后，加Ti、Al微合金化并固氮，精炼后期加硼合金化，加硼后8min内结束精炼，提高硼的收得率，控制钢中硼含量。
采用薄板坯连铸连轧生产工艺，铸坯不下线，连铸后铸坯直接进加热炉加热。
表2为实施例1～12耙片用热轧带钢生产工艺参数表。
表2实施例1～12耙片用钢生产工艺参数表
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
Claims (4)
1.一种耙片用钢，其特征在于，其化学成分wt％为：C：0.25％～0.35％，Si：0.1％～0.40％，Mn：1.0％～1.5％，Cr≤0.5％，Al：0.01％～0.05％，Ti：0.015％～0.06％,B：0.001％～0.006％，N≤0.0070％，P≤0.020％，S≤0.015％，且4≤(Ti+Al)/N≤20，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.一种如权利要求1所述耙片用钢的生产方法，其特征在于：
精炼过程加脱氧剂脱氧至O≤0.002％后，加Ti和Al微合金化并固氮，精炼后期加硼合金化，加硼后8min内结束精炼，控制钢中硼含量；
采用薄板坯连铸连轧生产工艺，坯厚100～250mm；
连铸后铸坯直接进加热炉加热，保证铸坯入炉温度在830℃以上，加热温度1100～1200℃，保温1～4h；
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50～100℃/S的冷却速度快速冷却到550～650℃进行卷取，卷取后立即加罩缓慢冷却，加罩缓冷时间＞48h。
3.一种应用权利要求2所述耙片用钢的生产方法的耙片处理方法，其特征在于：
将按照权利要求2生产方法生产的热轧带钢冷冲成耙片毛坯后，送入加热炉加热，加热温度为800～1000℃，保温15～50min；
耙片毛坯出炉热压成型后，立即进入水溶液进行淬火，控制耙片进入水溶液前温度≥830℃，在水溶液内停留时间为1～10min，出水溶液的温度≤200℃；
耙片毛坯水淬后，立即进入回火炉回火，回火加热温度为200～300℃，保温2～6h。
4.根据权利要求3所述的耙片用钢的生产方法的耙片处理方法，其特征在于，所述水溶液温度≤80℃。
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