CN110791717A - 一种高品质亚共析合金工具钢线材及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高品质亚共析合金工具钢线材及其生产方法，所述线材化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.63‑0.68%，Si：1.10‑1.20%，Mn：0.60‑0.70%，P≤0.025%，S≤0.025%，Cr：0.30‑0.40%，Mo：0.50‑0.60%，V：0.20‑0.30%，Ni：0.10‑0.20%，Cu≤0.25%，其余为铁和不可避免的杂质；所述生产方法包括钢水冶炼、连续浇铸、钢坯运输、缓冷存放、入炉加热、高压除鳞、控制轧制、控制冷却工序。本发明通过成分优化，利用控轧控冷手段，得到工具钢线材强度高、塑性好，有效避免脆断发生，有助于后续拉拔及机械加工，可以代替工具钢板材。

Description

一种高品质亚共析合金工具钢线材及其生产方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种高品质亚共析合金工具钢线材及其生产方法。

背景技术

近几年，为提高钢材使用性能，国内外对工具钢、刃具钢等优特钢的需求越来越多。由于高碳合金工具钢强硬性大，轧制生产难度大，对工艺要求较高，最初我国优特钢主要以型材及500mm以下宽度窄带钢为主，没有过共析的高碳热轧卷板。由于板宽较大的卷板成材率高，且转炉冶炼产品质量相对稳定，国内各大钢厂纷纷开始研究开发中高碳热轧卷板，高合金板材工具钢经过近几年发展已取得一些成功的案例。

高碳工具钢热轧薄钢板的生产方法CN201610583801.4、高品质薄规格热轧合金工具钢及其CSP生产工艺201610827777.4和一种免球化退火的用CSP线生产薄规格工具钢的方法201510174384.3均采用薄板坯连铸连轧(铸坯厚为50-90mm)，薄板坯轧制总压下量小，钢板组织粗大，脱碳层、组织性能均难以控制，限制了成本钢板厚度(1.5-3.0mm)，生产厚度大于3.0mm钢板质量难以保证。且高碳工具钢热轧薄钢板的生产方法201610583801.4轧后冷却速率≥20℃/s，冷速较快，成本钢板硬度高，后续加工困难；高品质薄规格热轧合金工具钢及其CSP生产工艺201610827777.4的C：0.85-0.95%，Si：1.25-1.45%，Cr：1.05-1.15%，Si和Cr含量高，冶炼难度大，成本高，且易出现偏析等缺陷，且钢板表面质量难控制；一种免球化退火的用CSP线生产薄规格工具钢的方法201510174384.3要求对钢卷进行回火处理，增加生产成本。

过共析球化珠光体热轧带钢生产方法CN201610834720.7要求在热轧成卷后，对钢卷进行保温炉内700-710℃长时间保温，完全球化退火处理，增加生产成本，且高温段长时间炉内处理，存在表面脱碳严重的风险。

一种含微量Nb的Cr-W-Mo-V高合金工具钢镶钢机械刀片CN108130478A公开了一种适于铜基合金钎料钎焊淬火工艺的含微量Nb的Cr-W-Mo-V高合金工具钢作刃钢的镶钢机械刀片，成分为(wt%)：C：0.54～0.64%，Si：0.4～0.6%，Mn：0.25～0.5%，Cr：6.0～6.8%，W：2.0～2.5%，Mo：1.4～1.8%，V：0.3～0.4%，Co：0.18～0.3%，Nb：0.15～0.2%，S≤0.02%，P≤0.025%，Fe余量。该含微量Nb的Cr-W-Mo-V高合金工具钢刃钢克服现有技术中机械刀片耐磨性差、易产生毛刺状刃口不足，显微组织更均匀细化，其锋利度、耐磨性及抗冲击性均高于原5Cr8型刃钢镶钢机械刀片，既适用于木材加工的刨切刀也适用于旋切刀。

一种过共析工具钢及其制造方法CN201810891666.9化学成分按重量百分比计为C：0.90-1.2%，Si：0.06-0.40%，Mn：0.5-0.95%，Cr：0.10-0.50%，Ti≤0.1%，V≤0.1%，Nb≤0.1%，Ni≤0.5%，Al：0.015-0.06%，且H≤0.0002%，杂质元素P≤0.015%，S≤0.010%，余量为Fe和不可避免的杂质，该工具钢具有高韧塑性、高淬硬性的良好使用性能，该过共析热轧卷板可不退火直接使用，适合分条酸洗冷轧，开平板等多种用途使用要求。

工具钢可以用来生产高硬度内六角扳手、螺丝刀、球头内六角扳手、六角棒等产品，这些产品需要具有耐冲击、耐振动、经久耐磨的特性。按照工具钢的扭力、使用寿命等指标以及使用状态的特定需求划分工具钢的用料，从低到高可以做出如下排列：低碳钢→中碳钢→高碳钢→高合金钢。

目前工具钢多使用过共析高合金，且多为板材制造，板材因为坯型原因，需要切割，切割损耗可达3-5%，而且生产过程中易产生表面裂纹，成材率低，成本高。但是随着生产制造工艺的优化，使用线材制造工具钢产品的利用率更高、成本更低，因此国内部分特钢线材生产企业尝试生产不同类型的过共析高合金工具钢，但工具钢质量不稳定，脆断率大。过共析高合金工具钢线材的主要失效模式为热轧线材的脆断现象。而亚共析合金工具钢在满足工具钢使用性能的同时解决了脆断问题，成为目前研发的热点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高品质亚共析合金工具钢线材及其生产方法。该发明生产的工具钢线材韧性好、不易脆断，可以代替工具钢板材，提高材料利用率，节省生产成本。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种高品质亚共析合金工具钢线材，所述工具钢线材化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.63-0.68%，Si：1.10-1.20%，Mn：0.60-0.70%，P≤0.025%，S≤0.025%，Cr：0.30-0.40%，Mo：0.50-0.60%，V：0.20-0.30%，Ni：0.10-0.20%，Cu≤0.25%，其余为铁和不可避免的杂质。

本发明所述工具钢线材规格为Φ6.5-16mm。

本发明所述工具钢线材的微观组织由铁素体+粒状珠光体+碳化物组成；60-70%的碳化物为米粒状，长度≤2μm，30-40%的碳化物为长棒状，2＜长度≤5μm；工具钢线材的硬度为15-25HRC。

本发明还提供了一种高品质亚共析合金工具钢线材的生产方法，所述生产方法包括钢水冶炼、连续浇铸、钢坯运输、缓冷存放、入炉加热、高压除鳞、控制轧制、控制冷却工序。

本发明所述连续浇铸工序，控制中包钢水化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.63-0.68%，Si：1.10-1.20%，Mn：0.60-0.70%，P≤0.025%，S≤0.025%，Cr：0.30-0.40%，Mo：0.50-0.60%，V：0.20-0.30%，Ni：0.10-0.20%，Cu≤0.25%，其余为铁和不可避免的杂质；将钢水吊运至连铸机浇铸成断面为矩形的钢坯。

本发明所述钢坯运输工序，连续浇铸后得到断面为矩形的钢坯，钢坯温度为1400-1500℃，对钢坯进行运输搬倒，运输钢坯时钢坯温度为1300-1480℃，运输过程中的温降≤150℃。

本发明所述缓冷存放工序，高温钢坯存放在保温坑内，保温坑盖上保温罩，高温钢坯的冷却速度≤1.2℃/min，当钢坯温度≤400℃时，钢坯可以出保温坑进入加热炉。

本发明所述入炉加热工序，钢坯加热段温度为1190-1210℃，加热时间≥140min；钢坯均热段温度为1170-1190℃，加热时间≥15min；钢坯头尾温差≤10℃，外表面和心部温差≤10℃时方可出炉。

本发明所述高压除鳞工序，高压喷嘴布置在钢坯的上下左右四个面，喷嘴喷水方向与钢坯运行方向压力呈130-140°，喷水压力≥15MPa，进水管直径≥8cm。

本发明所述控制轧制工序，单个道次的压下率h为：4%≤h≤16%，终轧温度为910-970℃，吐丝温度为910-950℃；粗轧后头尾切除量分别是20-30cm，轧件经预精轧机和精轧机后对轧件的尾部切除量为50-80cm，不再切除轧件头部。

本发明所述控制冷却工序，集卷操作后盘卷的温度控制在780-850℃，不同位置的最大温度差为50℃；首先盘卷进入1#缓冷带，使盘卷温度保持在760-800℃，保温1.5-2.0h；然后，盘卷进入2#缓冷带，平均冷却速度≤0.4℃/min，缓冷≥20h至盘卷温度≤350℃；最后，盘卷出2#缓冷带，完成冷却。

本发明设计思路：

化学成分设计思路：

本发明工具钢的碳含量为0.63-0.68%，碳含量相对偏低，铁碳合金的共析点碳含量为0.77%，所以本发明工具钢属于亚共析钢范围，从本质上区别于其它过共析高合金工具钢。

依照工具钢的产品性能，要求线材具有较高的硬度，高碳和高硅都能达到较高硬度的目的。

硅能提高钢的强度和硬度，但降低塑性和韧性。经验表明，对于碳含量大于0.5%的碳钢，当钢中硅含量超过0.17%时，钢的塑性明显降低。而过共析钢的碳含量已大于0.77%，硅含量多在0.4%以上，甚至达到1.0%以上，所以钢的塑性很低，热轧线材出现脆断也是必然现象。硅可以扩大Fe-C相图的α+γ区，使临界区处理的温度范围加宽，改善钢的工艺性能，有利于保持钢强度、延性等性能的稳定性和重现性；硅可以改变临界区加热时形成的奥氏体的形态，容易得到细密而均匀分布的马氏体，保证钢获得良好的强化效果；硅是铁素体的固溶强化元素，它加速碳向奥氏体的偏聚，使铁素体进一步净化，免除间隙固溶强化并可避免冷却时粗大碳化物的生成；固溶到铁素体中的硅可以影响位错的交互作用，增加加工硬化速率和给定强度水平下的均匀延伸。

而碳的增加仅仅是增加硬度或强度，但是1.0%以上的硅必然造成线材脆断，为缓解此问题，钢中添加了V和Ni，V是强碳化物形成元素，它对免除铁素体间隙固溶强化，细化晶粒，产生高延性的铁素体，消除屈服点均有好处，同时钒还提高钢抗时效稳定性，在合适的冷却速度下，含V钢会出现取向附生铁素体，这改善了钢的延性。Ni的主要作用是提高低温韧性，通过降低韧脆转变温度，保证了工具钢的使用性能，这一点与V元素的作用相同，V细化晶粒间接提高了钢的韧性。所以为缓解工具钢线材的脆断并且保证较高的硬度，本发明选择较低碳含量区间，即亚共析钢范围，同时选择较高含量的硅，综合V、Ni元素降低脆性，提高线材的韧性，镍元素的增加提高了基体强度，钒形成MC型碳化物，使产品整体硬度提高，对耐磨性的充分发挥有利。

Mo是强的碳化物形成元素，还是强的铁素体形成物，Mo与C结合而形成特殊的碳化物，从而赋予耐磨耗性或耐煅烧性，同时可以提高回火时的二次硬化强度和钢的淬透性。但是钢中的Mo若过多，则阻碍热加工性，所以在本发明中添加了0.50-0.60%的Mo。

生产工艺设计思路：

钢坯运输：连续浇铸后得到断面为矩形的钢坯，此时钢坯温度在1400-1500℃，然后要对钢坯进行运输搬倒，在运输过程中由于温度降低造成脆性增加，发生钢坯脆断的风险增加，因此为了避免钢坯脆断要严格控制钢坯运输过程中的温度，使用辊道运输或保温车运输钢坯时需要保证钢坯温度在1300-1480℃，运输过程中的温降≤150℃。

缓冷存放：高温状态的钢坯存放过程中需要进行缓慢冷却，避免冷却速度过快导致局部热应力集中而产生钢坯开裂。为了对钢坯进行缓冷，高温钢坯必须存放在保温坑内，必须给保温坑盖上保温罩，高温钢坯的冷却速度≤1.2℃/min，当钢坯温度降低至≤400℃时，钢坯可以出保温坑进入加热炉。

入炉加热：钢坯入炉温度控制在≤400℃，使用高炉煤气或焦炉煤气对钢坯进行加热，因为温度过高将引起钢中第二相数量增加，降低高温塑性，所以钢坯加热的目标温度设为1180℃，钢坯出炉条件为：钢坯头尾温差≤10℃，钢坯外表面和心部温差≤10℃时方可出炉，通过大量仿真计算和钢坯黑匣子试验（专门用于测量加热炉中钢坯温度变化的试验方法），要保证钢坯外表面和心部温差小于10℃，必须满足以下三点要求：1）加热段温度比钢坯的目标温度略高，设定为1200±10℃，2）均热段温度与目标温度一致，设定为1180±10℃，3）加热时间≥140min，钢坯在均热段的时间≥15min。

高压除鳞：钢坯出加热炉后必须经过高压水除鳞，除去表面氧化铁皮，为增强去除效果对除鳞参数进行了改进，高压喷嘴布置在钢坯的上下左右四个面，喷嘴喷水方向与钢坯运行方向压力呈130-140°，喷水压力≥15MPa，为满足单位出水量要求，进水管直径≥8cm。

控制轧制：根据高品质亚共析合金工具钢线材的规格选择轧制道次数量，单个道次的压下率不得小于4%且不得大于16%。终轧温度控制在910-970℃，吐丝温度910-950℃。轧件经过粗轧机后必须进行轧件的头尾切除，头尾切除量分别为20-30cm。轧件经过预精轧机和精轧机后仅对轧件的尾部进行切除，尾部切除量为50-80cm，不再切除轧件头部。

控制冷却：高品质亚共析合金工具钢线材进行快速集卷，完成集卷操作后盘卷的温度控制在780-850℃，不同位置的最大温度差为50℃；首先盘卷进入1#缓冷带，1#缓冷带有加热辅助装置，使盘卷温度保持在760-800℃，保温1.5-2.0h；然后，盘卷进入2#缓冷带，平均冷却速度小于0.4℃/min，缓冷≥20h至盘卷温度小于350℃；最后，盘卷出2#缓冷带，完成冷却。

工具钢线材的微观组织由铁素体+粒状珠光体+碳化物组成,粒状珠光体组织均匀细小，碳化物呈弥散状态，均匀的分布在基体上；60-70%的碳化物为米粒状，长度＜2μm，30-40%%的碳化物为长棒状，长度2-5μm；工具钢线材的硬度为15-25HRC，有助于后续拉拔及机械加工的塑性要求, 提高了线材的韧塑性，避免了脆断发生。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明通过成分优化，在亚共析钢中添加合适的Si、V、Ni、Mo等合金元素，利用控轧控冷手段，得到一种强度高、塑性好的工具钢线材，有效避免脆断发生，有助于后续拉拔及机械加工，可以代替工具钢板材，提高了材料利用率，节省生产成本。2、本发明高品质亚共析合金工具钢线材的硬度为15-25HRC。

附图说明

图1为实施例1高品质亚共析合金工具钢线材在光学显微镜下的金相组织图；

图2为实施例1高品质亚共析合金工具钢线材在SEM扫描电镜下的碳化物图；

图3为实施例2高品质亚共析合金工具钢线材在光学显微镜下的金相组织图；

图4为实施例3高品质亚共析合金工具钢线材在SEM扫描电镜下的组织图；

图5为实施例4高品质亚共析合金工具钢线材在光学显微镜下的金相组织图；

图6为实施例5高品质亚共析合金工具钢线材在光学显微镜下的金相组织图；

图7为实施例6高品质亚共析合金工具钢线材在光学显微镜下的金相组织图；

图8为实施例7高品质亚共析合金工具钢线材在光学显微镜下的金相组织图；

图9为实施例8高品质亚共析合金工具钢线材在光学显微镜下的金相组织图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细地说明。

实施例1

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材规格为Φ8mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材的生产方法包括钢水冶炼、连续浇铸、钢坯运输、缓冷存放、入炉加热、高压除鳞、控制轧制、控制冷却工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）连续浇铸工序：控制中包钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1；将钢水吊运至连铸机浇铸成断面为矩形的钢坯；

（2）钢坯运输工序：连续浇铸后得到断面为矩形的钢坯，钢坯温度为1430℃，对钢坯进行运输搬倒，运输钢坯时钢坯温度为1380℃，运输过程中的温降120℃；

（3）缓冷存放工序：高温钢坯存放在保温坑内，保温坑盖上保温罩，高温钢坯的冷却速度1.2℃/min，当钢坯温度350℃时，钢坯可以出保温坑进入加热炉；

（4）入炉加热工序：钢坯加热段温度为1200℃，加热时间140min；钢坯均热段温度为1180℃，加热时间15min；钢坯头尾温差10℃，外表面和心部温差9℃时出炉；

（5）高压除鳞工序：高压喷嘴布置在钢坯的上下左右四个面，喷嘴喷水方向与钢坯运行方向压力呈130°，喷水压力16MPa，进水管直径8cm；

（6）控制轧制工序：单个道次的压下率为10%，终轧温度为910℃，吐丝温度为910℃；粗轧后头尾切除量均为20cm，轧件经预精轧机和精轧机后对轧件的尾部切除量为50cm，不再切除轧件头部；

（7）控制冷却工序：集卷操作后盘卷的温度控制在780℃，不同位置的最大温度差为50℃；首先盘卷进入1#缓冷带，使盘卷温度保持在760℃，保温1.5h；然后，盘卷进入2#缓冷带，平均冷却速度0.25℃/min，缓冷28h至盘卷温度为340℃；最后，盘卷出2#缓冷带，完成冷却。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材的微观组织由铁素体+粒状珠光体+碳化物组成,粒状珠光体组织均匀细小，碳化物呈弥散状态，均匀的分布在基体上；60%的碳化物为米粒状、长度≤2μm，40%的碳化物为长棒状、2＜长度≤5μm；线材的硬度为15HRC。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材在光学显微镜下的金相组织见图1；高品质亚共析合金工具钢线材在SEM扫描电镜下的碳化物见图2。（实施例2-8高品质亚共析合金工具钢线材在SEM扫描电镜下的碳化物图与图2类似，故省略。）

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材用于生产六角棒，线材运输过程没有发生脆断，使用时直接拉拔,Φ8mm线材→拉拔至Φ6.8mm→拉拔至六角(对角线6.3mm)→裁断→切削→抛光，六角棒成品表面硬度、耐磨性均合格。

实施例2

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材规格为Φ8mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材的生产方法包括钢水冶炼、连续浇铸、钢坯运输、缓冷存放、入炉加热、高压除鳞、控制轧制、控制冷却工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）连续浇铸工序：控制中包钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1；将钢水吊运至连铸机浇铸成断面为矩形的钢坯；

（2）钢坯运输工序：连续浇铸后得到断面为矩形的钢坯，钢坯温度为1500℃，对钢坯进行运输搬倒，运输钢坯时钢坯温度为1450℃，运输过程中的温降140℃；

（3）缓冷存放工序：高温钢坯存放在保温坑内，保温坑盖上保温罩，高温钢坯的冷却速度1.0℃/min，当钢坯温度380℃时，钢坯可以出保温坑进入加热炉；

（4）入炉加热工序：钢坯加热段温度为1210℃，加热时间150min；钢坯均热段温度为1190℃，加热时间18min；钢坯头尾温差8℃，外表面和心部温差10℃时出炉；

（5）高压除鳞工序：高压喷嘴布置在钢坯的上下左右四个面，喷嘴喷水方向与钢坯运行方向压力呈135°，喷水压力15MPa，进水管直径10cm；

（6）控制轧制工序：单个道次的压下率为5%，终轧温度为970℃，吐丝温度为950℃；粗轧后头尾切除量均为30cm，轧件经预精轧机和精轧机后对轧件的尾部切除量为80cm，不再切除轧件头部；

（7）控制冷却工序：集卷操作后盘卷的温度控制在850℃，不同位置的最大温度差为45℃；首先盘卷进入1#缓冷带，使盘卷温度保持在800℃，保温2.0h；然后，盘卷进入2#缓冷带，平均冷却速度0.30℃/min，缓冷24.5h至盘卷温度为350℃；最后，盘卷出2#缓冷带，完成冷却。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材的微观组织由铁素体+粒状珠光体+碳化物组成,粒状珠光体组织均匀细小，碳化物呈弥散状态，均匀的分布在基体上；70%的碳化物为米粒状、长度≤2μm，30%的碳化物为长棒状、2＜长度≤5μm；线材的硬度为25HRC。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材在光学显微镜下的金相组织见图3。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材用于生产内六角扳手，线材运输过程没有发生脆断，使用时直接拉拔,Φ8mm线材→拉拔至Φ7.2mm→拉拔至六角(对角线6.8mm)→裁断→冷镦→切边→抛光，内六角扳手成品表面硬度、耐磨性均合格。

实施例3

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材规格为Φ12mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材的生产方法包括钢水冶炼、连续浇铸、钢坯运输、缓冷存放、入炉加热、高压除鳞、控制轧制、控制冷却工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）连续浇铸工序：控制中包钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1；将钢水吊运至连铸机浇铸成断面为矩形的钢坯；

（2）钢坯运输工序：连续浇铸后得到断面为矩形的钢坯，钢坯温度为1400℃，对钢坯进行运输搬倒，运输钢坯时钢坯温度为1420℃，运输过程中的温降110℃；

（3）缓冷存放工序：高温钢坯存放在保温坑内，保温坑盖上保温罩，高温钢坯的冷却速度1.1℃/min，当钢坯温度370℃时，钢坯可以出保温坑进入加热炉；

（4）入炉加热工序：钢坯加热段温度为1190℃，加热时间145min；钢坯均热段温度为1170℃，加热时间17min；钢坯头尾温差7℃，外表面和心部温差7℃时出炉；

（5）高压除鳞工序：高压喷嘴布置在钢坯的上下左右四个面，喷嘴喷水方向与钢坯运行方向压力呈140°，喷水压力18MPa，进水管直径9cm；

（6）控制轧制工序：单个道次的压下率为13%，终轧温度为930℃，吐丝温度为920℃；粗轧后头尾切除量均为25cm，轧件经预精轧机和精轧机后对轧件的尾部切除量为60cm，不再切除轧件头部；

（7）控制冷却工序：集卷操作后盘卷的温度控制在800℃，不同位置的最大温度差为30℃；首先盘卷进入1#缓冷带，使盘卷温度保持在790℃，保温1.8h；然后，盘卷进入2#缓冷带，平均冷却速度0.28℃/min，缓冷28h至盘卷温度为320℃；最后，盘卷出2#缓冷带，完成冷却。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材的微观组织由铁素体+粒状珠光体+碳化物组成,粒状珠光体组织均匀细小，碳化物呈弥散状态，均匀的分布在基体上；65%的碳化物为米粒状、长度≤2μm，35%的碳化物为长棒状、2＜长度≤5μm；线材的硬度为23HRC。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材在光学显微镜下的金相组织见图4。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材用于生产球头内六角扳手，线材运输过程没有发生脆断，使用时直接拉拔,Φ12mm线材→冷压成扁条状→切段→冷镦→切边→调质→发黑处理，球头内六角扳手成品表面硬度、耐磨性、屈服强度均合格，用于出口欧美。

实施例4

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材规格为Φ6.5mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材的生产方法包括钢水冶炼、连续浇铸、钢坯运输、缓冷存放、入炉加热、高压除鳞、控制轧制、控制冷却工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）连续浇铸工序：控制中包钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1；将钢水吊运至连铸机浇铸成断面为矩形的钢坯；

（2）钢坯运输工序：连续浇铸后得到断面为矩形的钢坯，钢坯温度为1460℃，对钢坯进行运输搬倒，运输钢坯时钢坯温度为1330℃，运输过程中的温降120℃；

（3）缓冷存放工序：高温钢坯存放在保温坑内，保温坑盖上保温罩，高温钢坯的冷却速度1.0℃/min，当钢坯温度360℃时，钢坯可以出保温坑进入加热炉；

（4）入炉加热工序：钢坯加热段温度为1200℃，加热时间155min；钢坯均热段温度为1185℃，加热时间19min；钢坯头尾温差5℃，外表面和心部温差5℃时出炉；

（5）高压除鳞工序：高压喷嘴布置在钢坯的上下左右四个面，喷嘴喷水方向与钢坯运行方向压力呈135°，喷水压力20MPa，进水管直径12cm；

（6）控制轧制工序：单个道次的压下率为7%，终轧温度为950℃，吐丝温度为940℃；粗轧后头、尾切除量分别为22、30cm，轧件经预精轧机和精轧机后对轧件的尾部切除量为70cm，不再切除轧件头部；

（7）控制冷却工序：集卷操作后盘卷的温度控制在820℃，不同位置的最大温度差为40℃；首先盘卷进入1#缓冷带，使盘卷温度保持在780℃，保温1.6h；然后，盘卷进入2#缓冷带，平均冷却速度0.4℃/min，缓冷20h至盘卷温度为320℃；最后，盘卷出2#缓冷带，完成冷却。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材的微观组织由铁素体+粒状珠光体+碳化物组成,粒状珠光体组织均匀细小，碳化物呈弥散状态，均匀的分布在基体上；64%的碳化物为米粒状、长度≤2μm，36%的碳化物为长棒状、2＜长度≤5μm；线材的硬度为19HRC。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材在光学显微镜下的金相组织见图5。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材用于生产螺丝刀，线材运输过程没有发生脆断，使用时直接拉拔,Φ6.5mm线材→拉拔至Φ5.0mm→裁断→冷镦→热处理，螺丝刀的头部硬度、耐磨性和杆部屈服强度均合格。

实施例5

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材规格为Φ16mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材的生产方法包括钢水冶炼、连续浇铸、钢坯运输、缓冷存放、入炉加热、高压除鳞、控制轧制、控制冷却工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）连续浇铸工序：控制中包钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1；将钢水吊运至连铸机浇铸成断面为矩形的钢坯；

（2）钢坯运输工序：连续浇铸后得到断面为矩形的钢坯，钢坯温度为1410℃，对钢坯进行运输搬倒，运输钢坯时钢坯温度为1350℃，运输过程中的温降100℃；

（3）缓冷存放工序：高温钢坯存放在保温坑内，保温坑盖上保温罩，高温钢坯的冷却速度0.9℃/min，当钢坯温度390℃时，钢坯可以出保温坑进入加热炉；

（4）入炉加热工序：钢坯加热段温度为1195℃，加热时间160min；钢坯均热段温度为1180℃，加热时间20min；钢坯头尾温差6℃，外表面和心部温差6℃时出炉；

（5）高压除鳞工序：高压喷嘴布置在钢坯的上下左右四个面，喷嘴喷水方向与钢坯运行方向压力呈138°，喷水压力17MPa，进水管直径11cm；

（6）控制轧制工序：单个道次的压下率为15%，终轧温度为940℃，吐丝温度为930℃；粗轧后头尾切除量分别为25、28cm，轧件经预精轧机和精轧机后对轧件的尾部切除量为64cm，不再切除轧件头部；

（7）控制冷却工序：集卷操作后盘卷的温度控制在840℃，不同位置的最大温度差为35℃；首先盘卷进入1#缓冷带，使盘卷温度保持在770℃，保温1.7h；然后，盘卷进入2#缓冷带，平均冷却速度0.32℃/min，缓冷25h至盘卷温度为330℃；最后，盘卷出2#缓冷带，完成冷却。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材的微观组织由铁素体+粒状珠光体+碳化物组成,粒状珠光体组织均匀细小，碳化物呈弥散状态，均匀的分布在基体上；67%的碳化物为米粒状、长度≤2μm，33%的碳化物为长棒状、2＜长度≤5μm；线材的硬度为17HRC。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材在光学显微镜下的金相组织见图6。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材用于生产球头内六角扳手，线材运输过程没有发生脆断，使用时直接拉拔,Φ16mm线材→冷压成扁条状→切段→冷镦→切边→调质→发黑处理，球头内六角扳手成品表面硬度、耐磨性、屈服强度均合格。

实施例6

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材规格为Φ14mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材的生产方法包括钢水冶炼、连续浇铸、钢坯运输、缓冷存放、入炉加热、高压除鳞、控制轧制、控制冷却工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）连续浇铸工序：控制中包钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1；将钢水吊运至连铸机浇铸成断面为矩形的钢坯；

（2）钢坯运输工序：连续浇铸后得到断面为矩形的钢坯，钢坯温度为1480℃，对钢坯进行运输搬倒，运输钢坯时钢坯温度为1310℃，运输过程中的温降130℃；

（3）缓冷存放工序：高温钢坯存放在保温坑内，保温坑盖上保温罩，高温钢坯的冷却速度0.8℃/min，当钢坯温度375℃时，钢坯可以出保温坑进入加热炉；

（4）入炉加热工序：钢坯加热段温度为1205℃，加热时间147min；钢坯均热段温度为1186℃，加热时间16min；钢坯头尾温差7.5℃，外表面和心部温差7.5℃时出炉；

（5）高压除鳞工序：高压喷嘴布置在钢坯的上下左右四个面，喷嘴喷水方向与钢坯运行方向压力呈135°，喷水压力19MPa，进水管直径13cm；

（6）控制轧制工序：单个道次的压下率为11%，终轧温度为960℃，吐丝温度为945℃；粗轧后头尾切除量均为23cm，轧件经预精轧机和精轧机后对轧件的尾部切除量为56cm，不再切除轧件头部；

（7）控制冷却工序：集卷操作后盘卷的温度控制在790℃，不同位置的最大温度差为37℃；首先盘卷进入1#缓冷带，使盘卷温度保持在775℃，保温1.9h；然后，盘卷进入2#缓冷带，平均冷却速度0.35℃/min，缓冷23h至盘卷温度为345℃；最后，盘卷出2#缓冷带，完成冷却。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材的微观组织由铁素体+粒状珠光体+碳化物组成,粒状珠光体组织均匀细小，碳化物呈弥散状态，均匀的分布在基体上；62%的碳化物为米粒状、长度≤2μm，38%的碳化物为长棒状、2＜长度≤5μm；线材的硬度为20HRC。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材在光学显微镜下的金相组织见图7。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材用于生产球头内六角扳手，线材运输过程没有发生脆断，使用时直接拉拔,Φ14mm线材→冷压成扁条状→切段→冷镦→切边→调质→发黑处理，球头内六角扳手成品表面硬度、耐磨性、屈服强度均合格。

实施例7

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材规格为Φ10mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材的生产方法包括钢水冶炼、连续浇铸、钢坯运输、缓冷存放、入炉加热、高压除鳞、控制轧制、控制冷却工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）连续浇铸工序：控制中包钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1；将钢水吊运至连铸机浇铸成断面为矩形的钢坯；

（2）钢坯运输工序：连续浇铸后得到断面为矩形的钢坯，钢坯温度为1450℃，对钢坯进行运输搬倒，运输钢坯时钢坯温度为1480℃，运输过程中的温降125℃；

（3）缓冷存放工序：高温钢坯存放在保温坑内，保温坑盖上保温罩，高温钢坯的冷却速度0.85℃/min，当钢坯温度364℃时，钢坯可以出保温坑进入加热炉；

（4）入炉加热工序：钢坯加热段温度为1198℃，加热时间152min；钢坯均热段温度为1184℃，加热时间18min；钢坯头尾温差9℃，外表面和心部温差7℃时出炉；

（5）高压除鳞工序：高压喷嘴布置在钢坯的上下左右四个面，喷嘴喷水方向与钢坯运行方向压力呈135°，喷水压力22MPa，进水管直径10cm；

（6）控制轧制工序：单个道次的压下率为4%，终轧温度为945℃，吐丝温度为922℃；粗轧后头尾切除量分别为26cm、25 cm，轧件经预精轧机和精轧机后对轧件的尾部切除量为58cm，不再切除轧件头部；

（7）控制冷却工序：集卷操作后盘卷的温度控制在810℃，不同位置的最大温度差为42℃；首先盘卷进入1#缓冷带，使盘卷温度保持在795℃，保温1.8h；然后，盘卷进入2#缓冷带，平均冷却速度0.28℃/min，缓冷22h至盘卷温度为335℃；最后，盘卷出2#缓冷带，完成冷却。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材的微观组织由铁素体+粒状珠光体+碳化物组成,粒状珠光体组织均匀细小，碳化物呈弥散状态，均匀的分布在基体上；68%的碳化物为米粒状、长度≤2μm，32%的碳化物为长棒状、2＜长度≤5μm；线材的硬度为18HRC。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材在光学显微镜下的金相组织见图8。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材用于生产六角棒，线材运输过程没有发生脆断，使用时直接拉拔,Φ10mm线材→拉拔至Φ8.8mm→拉拔至六角(对角线8.4mm)→裁断→切削→抛光，六角棒成品表面硬度、耐磨性均合格。

实施例8

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材规格为Φ9mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材的生产方法包括钢水冶炼、连续浇铸、钢坯运输、缓冷存放、入炉加热、高压除鳞、控制轧制、控制冷却工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）连续浇铸工序：控制中包钢水化学成分组成及其质量百分含量见表1；将钢水吊运至连铸机浇铸成断面为矩形的钢坯；

（2）钢坯运输工序：连续浇铸后得到断面为矩形的钢坯，钢坯温度为1430℃，对钢坯进行运输搬倒，运输钢坯时钢坯温度为1300℃，运输过程中的温降150℃；

（3）缓冷存放工序：高温钢坯存放在保温坑内，保温坑盖上保温罩，高温钢坯的冷却速度1.05℃/min，当钢坯温度400℃时，钢坯可以出保温坑进入加热炉；

（4）入炉加热工序：钢坯加热段温度为1202℃，加热时间158min；钢坯均热段温度为1176℃，加热时间19min；钢坯头尾温差8℃，外表面和心部温差6℃时出炉；

（5）高压除鳞工序：高压喷嘴布置在钢坯的上下左右四个面，喷嘴喷水方向与钢坯运行方向压力呈135°，喷水压力21MPa，进水管直径12cm；

（6）控制轧制工序：单个道次的压下率为16%，终轧温度为955℃，吐丝温度为937℃；粗轧后头尾切除量均为22cm，轧件经预精轧机和精轧机后对轧件的尾部切除量为68cm，不再切除轧件头部；

（7）控制冷却工序：集卷操作后盘卷的温度控制在830℃，不同位置的最大温度差为48℃；首先盘卷进入1#缓冷带，使盘卷温度保持在766℃，保温1.6h；然后，盘卷进入2#缓冷带，平均冷却速度0.33℃/min，缓冷26h至盘卷温度为349℃；最后，盘卷出2#缓冷带，完成冷却。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材的微观组织由铁素体+粒状珠光体+碳化物组成,粒状珠光体组织均匀细小，碳化物呈弥散状态，均匀的分布在基体上；66%的碳化物为米粒状、长度≤2μm，34%的碳化物为长棒状、2＜长度≤5μm；线材的硬度为24HRC。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材在光学显微镜下的金相组织见图9。

本实施例高品质亚共析合金工具钢线材用于生产六角棒，线材运输过程没有发生脆断，使用时直接拉拔,Φ9mm线材→拉拔至Φ7.8mm→拉拔至六角(对角线7.4mm)→裁断→切削→抛光，六角棒成品表面硬度、耐磨性均合格。

实施例1-8高品质亚共析合金工具钢线材的化学成分组成及其质量百分含量（%）

表1中成分余量为铁和不可避免的杂质。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施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：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种高品质亚共析合金工具钢线材，其特征在于，所述工具钢线材化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.63-0.68%，Si：1.10-1.20%，Mn：0.60-0.70%，P≤0.025%，S≤0.025%，Cr：0.30-0.40%，Mo：0.50-0.60%，V：0.20-0.30%，Ni：0.10-0.20%，Cu≤0.25%，其余为铁和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种高品质亚共析合金工具钢线材，其特征在于，所述工具钢线材规格为Φ6.5-16mm，工具钢线材的微观组织由铁素体+粒状珠光体+碳化物组成；60-70%的碳化物为米粒状，长度≤2μm，30-40%的碳化物为长棒状，2＜长度≤5μm；工具钢线材的硬度为15-25HRC。

3.基于权利要求1-3任意一项所述的一种高品质亚共析合金工具钢线材的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括钢水冶炼、连续浇铸、钢坯运输、缓冷存放、入炉加热、高压除鳞、控制轧制、控制冷却工序。

4.根据权利要求3所述的一种高品质亚共析合金工具钢线材的生产方法，其特征在于，所述连续浇铸工序，控制中包钢水化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.63-0.68%，Si：1.10-1.20%，Mn：0.60-0.70%，P≤0.025%，S≤0.025%，Cr：0.30-0.40%，Mo：0.50-0.60%，V：0.20-0.30%，Ni：0.10-0.20%，Cu≤0.25%，其余为铁和不可避免的杂质；将钢水吊运至连铸机浇铸成断面为矩形的钢坯。

5.根据权利要求3所述的一种高品质亚共析合金工具钢线材的生产方法，其特征在于，所述钢坯运输工序，连续浇铸后得到断面为矩形的钢坯，钢坯温度为1400-1500℃，对钢坯进行运输搬倒，运输钢坯时钢坯温度为1300-1480℃，运输过程中的温降≤150℃。

6.根据权利要求3-5任意一项所述的一种高品质亚共析合金工具钢线材的生产方法，其特征在于，所述缓冷存放工序，高温钢坯存放在保温坑内，保温坑盖上保温罩，高温钢坯的冷却速度≤1.2℃/min，当钢坯温度≤400℃时，钢坯可以出保温坑进入加热炉。

7.根据权利要求3-5任意一项所述的一种高品质亚共析合金工具钢线材的生产方法，其特征在于，所述入炉加热工序，钢坯加热段温度为1190-1210℃，加热时间≥140min；钢坯均热段温度为1170-1190℃，加热时间≥15min；钢坯头尾温差≤10℃，外表面和心部温差≤10℃时方可出炉。

8.根据权利要求3-5任意一项所述的一种高品质亚共析合金工具钢线材的生产方法，其特征在于，所述高压除鳞工序，高压喷嘴布置在钢坯的上下左右四个面，喷嘴喷水方向与钢坯运行方向压力呈130-140°，喷水压力≥15MPa，进水管直径≥8cm。

9.根据权利要求3所述的一种高品质亚共析合金工具钢线材的生产方法，其特征在于，所述控制轧制工序，单个道次的压下率h为：4%≤h≤16%，终轧温度为910-970℃，吐丝温度为910-950℃；粗轧后头尾切除量分别为20-30cm，轧件经预精轧机和精轧机后对轧件的尾部切除量为50-80cm，不再切除轧件头部。

10.根据权利要求3所述的一种高品质亚共析合金工具钢线材的生产方法，其特征在于，所述控制冷却工序，集卷操作后盘卷的温度控制在780-850℃，不同位置的最大温度差为50℃；首先盘卷进入1#缓冷带，使盘卷温度保持在760-800℃，保温1.5-2.0h；然后，盘卷进入2#缓冷带，平均冷却速度≤0.4℃/min，缓冷≥20h至盘卷温度≤350℃；最后，盘卷出2#缓冷带，完成冷却。

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