CN110964893A - 一种刀具用不锈钢的控轧退火方法 - Google Patents

一种刀具用不锈钢的控轧退火方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于马氏体不锈钢精密冷轧领域，涉及薄带冷轧及退火工艺，特别涉及一种刀具用不锈钢的控轧退火方法，用于控制马氏体不锈钢的碳化物大小、分布及晶粒大小。马氏体不锈钢材料用途很广，其中很大一部分用于刀片类材料。马氏体不锈钢碳化物大小、分布及晶粒大小决定了材料的性能及淬火后的硬度、韧性，以及做成刀片后的刀口的锋利度及锋利度保持能力。本发明将马氏体不锈钢冷轧压下量控制在80％以上，退火温度为825℃，TV值为1，于连续退火炉再结晶退火，可得到更加细化均匀的晶粒和碳化物，使做成刀片后的刀口锋利度提升，刀片强度增大，锋利度保持性提升。材料的组织形态达到了瑞典的13C26及日立金属的银6材料的品质。

Description

一种刀具用不锈钢的控轧退火方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种刀具用不锈钢的控轧退火方法，特别涉及一种优化刀具用不锈钢碳化物及晶粒组织的控轧退火方法。
背景技术
当前国内马氏体不锈钢薄带(厚度<0.3mm)通常采用罩式炉退火，其退火后碳化物大小不一并局部偏聚，晶粒个体尺寸差异较大。此类金相组织将影响热处理后成品刀具的强度，塑韧性及耐磨性，刀口的锋利度及锋利度保持性。
奥氏体不锈钢和双相不锈钢采用连续退火炉是常规方法。双相不锈钢是指同时具有奥氏体和铁素体组织。奥氏体不锈钢冷轧后再连续退火的本质是进行碳化物固溶和晶粒的等轴化处理。
现有技术中尚未发现有采用连续退火炉对马氏体不锈钢退火的方法，这是由于采用连续炉退火如不控制，只进行软化退火，晶粒大小容易长大，碳化物容易长大。退火后不锈钢硬度低，便于后续的加工，但对后续制作刀片的性能不利。
发明内容
为了解决现有技术中存在的不足，本发明开发出一种优化刀具用不锈钢碳化物及晶粒组织的控轧退火方法，特定的冷轧压下量与退火工艺相结合，使碳化物分布均匀，碳化物颗粒大小相近并将碳化物控制到2um以内，晶粒极大细化，并均匀分布。
本发明刀具用不锈钢控轧退火方法的具体工艺过程如下：
(1)将马氏体不锈钢带焊接引带，开卷、矫直穿带进入冷轧机。
(2)将带钢经过20辊森基米尔冷轧机进行5-8个道次的连续冷轧，控制总压下率在80％以上。冷轧时轧制油喷射冷却，控制钢带温度在70-100℃。
(3)冷轧后的带钢进入脱脂清洗设备，去除表面的轧制油，得到清洁干燥的带钢。
(4)钢带经过焊接后进行连续退火处理，退火炉分为4个加热区，完成退火的四个阶段：
预热阶段：带钢从自然温度升至100～200℃，预热长度3米；
升温阶段：带钢从100～200℃升温至825℃以上，升温长度1米；
保温阶段：带钢温度维持在820℃-830℃，保温长度7.5米；
降温阶段：带钢进入空气快速冷却段，冷却段长度4米，温度降至室温。
退火时控制TV值在1左右；
退火后材料可以进行进一步的冷轧，压缩比不得小于30％，退火必须重复步骤(4)的退火工艺进行。
有益效果：
1.本发明方法与罩式炉退火相比较，连续退火炉可得到更加细化的晶粒和碳化物。
2.将马氏体不锈钢冷轧压下量控制在80％以上，退火温度为825℃，TV(厚度T*退火速度V)值为1，于连续退火炉再结晶退火，可得到更加细化均匀的晶粒和碳化物。
3.本发明使马氏体材料的碳化物及晶粒细化，使做成刀片后的刀口锋利度提升，刀片强度增大，提升锋利度保持性。材料的组织形态达到了瑞典的13C26及日立金属的银6材料的品质。
附图说明
图1为实施例1碳化物个体尺寸差异柱状图；
图2为实施例1退火后钢带碳化物的电镜图；
图3为实施例1退火后钢带晶粒的电镜图；
图4为实施例1退火后钢带制成刀片切割15次切割力的变化曲线；
图5为实施例1退火后钢带制成刀片刀刃刃口图片；
图6为对比实施例1碳化物个体尺寸差异柱状图；
图7为对比实施例1退火后钢带碳化物的电镜图；
图8为对比实施例1退火后钢带晶粒的电镜图；
图9为对比实施例1退火后钢带制成刀片切割15次切割力的变化曲线；
图10为对比实施例1退火后钢带制成刀片刀刃刃口图片；
图11为对比实施例2碳化物个体尺寸差异柱状图；
图12为对比实施例2退火后钢带碳化物的电镜图；
图13为对比实施例2退火后钢带晶粒的电镜图；
图14为对比实施例2退火后钢带制成刀片切割15次切割力的变化曲线；
图15为对比实施例2退火后钢带制成刀片刀刃刃口图片；
图16为对比实施例3碳化物个体尺寸差异柱状图；
图17为对比实施例3退火后钢带碳化物的电镜图；
图18为对比实施例3退火后钢带晶粒的电镜图；
图19为对比实施例3退火后钢带制成刀片切割15次切割力的变化曲线；
图20为对比实施例3退火后钢带制成刀片刀刃刃口图片；
图21为对比实施例4碳化物个体尺寸差异柱状图；
图22为对比实施例4退火后钢带碳化物的电镜图；
图23为对比实施例4退火后钢带晶粒的电镜图；
图24为对比实施例4退火后钢带制成刀片切割15次切割力的变化曲线；
图25为对比实施例4退火后钢带制成刀片刀刃刃口图片；
图26为对比实施例5碳化物个体尺寸差异柱状图；
图27为对比实施例5退火后钢带碳化物的电镜图；
图28为对比实施例5退火后钢带晶粒的电镜图；
图29为对比实施例5退火后钢带制成刀片切割15次切割力的变化曲线；
图30为对比实施例5退火后钢带制成刀片刀刃刃口图片；
图31为对比实施例6碳化物个体尺寸差异柱状图；
图32为对比实施例6退火后钢带碳化物的电镜图；
图33为对比实施例6退火后钢带晶粒的电镜图；
图34为对比实施例6退火后钢带制成刀片切割15次切割力的变化曲线；
图35为对比实施例6退火后钢带制成刀片刀刃刃口图片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
(1)将马氏体不锈钢带焊接引带，开卷、矫直穿带进入冷轧机。
(2)将带钢经过20辊森基米尔冷轧机进行6个道次的连续冷轧，控制总压下率在80％。冷轧时轧制油喷射冷却，控制钢带温度在75℃。
(3)冷轧后的带钢进入脱脂清洗设备，去除表面的轧制油，得到清洁干燥的带钢。
(4)钢带经过焊接后进行连续退火处理，退火炉分为4个加热区，完成退火的四个阶段：
预热阶段：带钢从自然温度升至100～200℃，预热长度3米；
升温阶段：带钢从100～200℃升温至825℃以上，升温长度1米；
保温阶段：带钢温度维持在820℃，保温长度7.5米；
降温阶段：带钢进入空气快速冷却段，冷却段长度4米，温度降至室温，
退火时控制TV值在1。
冷轧压下量80％，退火温度825℃，碳化物尺寸都很小，TV值采用1，让碳化物分布更均匀紧密。
从图2可见：碳化物直径(μm)：Dmax：2.26，Dmin：0.564，Davg：1.22，Dσ：0.396。
从图3可见：在本实施例退火工艺条件下，晶粒大小很均匀，且晶粒很细，晶粒度级别达到12级。
实施例2
(2)将带钢经过20辊森基米尔冷轧机进行8个道次的连续冷轧，控制总压下率在90％。冷轧时轧制油喷射冷却，控制钢带温度在80℃。
其他同实施例1。
实施例3
(2)将带钢经过20辊森基米尔冷轧机进行5个道次的连续冷轧，控制总压下率在80％。冷轧时轧制油喷射冷却，控制钢带温度在90℃。
(4)钢带经过焊接后进行连续退火处理，退火炉分为4个加热区，完成退火的四个阶段：
保温阶段：带钢温度维持在830℃，保温长度7.5米；
其他同实施例1。
对比实施例1
采用罩式炉退火后碳化物及晶粒组织见图7和图8：碳化物尺寸差异大，Dmax：3.61，Dmin：0.74，Davg：1.975，Dσ：0.797，碳化物团聚严重。晶粒大小不一，大晶粒尺寸较大(平均尺寸5μm)，小晶粒(小晶粒平均尺寸2.2μm)聚集严重。
对比实施例2
(2)将带钢经过20辊森基米尔冷轧机进行6个道次的连续冷轧，控制总压下率在60％。冷轧时轧制油喷射冷却，控制钢带温度在75℃。
退火时控制TV值在2；
其他同实施例1。
图12显示：碳化物尺寸(μm)：Dmax：4.013，Dmin：0.479，Davg：1.531，Dσ：0.78；图13显示：晶粒普遍较小，部分晶粒仍存在拉长形态，再结晶退火不充分。
当采用较小压下量冷轧后退火，碳化物分布较罩式炉退火碳化物要更紧密，但退火后碳化物均存在相互吞并的大颗粒碳化物，调整退火温度与TV值，均无法优化碳化物尺寸，无法获得更均匀细小的晶粒。
对比实施例3
(2)将带钢经过20辊森基米尔冷轧机进行6个道次的连续冷轧，控制总压下率在60％。冷轧时轧制油喷射冷却，控制钢带温度在75℃。
其他同实施例1。
图17显示：碳化物尺寸(μm)：Dmax：3.96，Dmin：0.49，Davg：1.61，Dσ：0.87；
图18显示：晶粒多为小晶粒组成，小晶粒尺寸1.78μm左右，大晶粒尺寸3.7μm,晶粒大小存在不均匀。
对比实施例4
步骤(4)保温阶段：带钢温度维持在835℃，其他同实施例1；
图22显示：碳化物尺寸(μm)：Dmax：4.14，Dmin：0.44，Davg：1.66，Dσ：0.858；图23显示：在此工艺下，晶粒已完成再结晶，晶粒之间相互吞并异常长大。
对比实施例5
步骤(4)退火时控制TV值在2；
其他同实施例1。
图27显示：碳化物尺寸(μm)：Dmax：2.38，Dmin：0.46，Davg：0.99，Dσ：0.38；
图28显示：晶粒大小相对均匀，少部分晶粒大小差异较大。
对比实施例6
步骤(4)保温阶段：带钢温度维持在815，TV值1，其他同实施例1；
图32显示：碳化物直径(μm)：Dmax：3.52，Dmin：0.68，Davg：1.52，Dσ：0.608
图33显示：晶粒仍为条带纤维组织，在此退火工艺下，无法使冷轧80％钢带再结晶。
对实施例1以及对比实施例1-对比实施例6制得的钢带采用相同工艺制造出成品刀片，测试其锋利度，及锋利度保持性能，锋利度测试具体结果见表1，锋利度保持性能见附图。
锋利度测试：将制成的七款刀片装至刀具锋利度试验机，施加作用力于刀刃，使其切穿10张含5％二氧化硅的纸片，相同试验条件下，记录每款刀片切割所需的力。
表1
Figure BDA0002276629720000081
锋利度保持性能测试：将制成的七款刀片装至刀具锋利度试验机，施加作用力于刀刃，将每例刀片切割15张纸片十次，记录每次切割所需的作用力，并观察切割结束后的刀刃刃口。

Claims (5)

1.一种刀具用不锈钢的控轧退火方法，其特征在于，所述控轧退火方法的具体工艺过程如下：
(1)将马氏体不锈钢带焊接引带，开卷、矫直穿带进入冷轧机；
(2)将带钢经过20辊森基米尔冷轧机进行5-8个道次的连续冷轧，控制总压下率在80％以上；
(3)冷轧后的带钢进入脱脂清洗设备，去除表面的轧制油，得到清洁干燥的带钢；
(4)钢带经过焊接后进行连续退火处理，退火炉分为4个加热区，完成退火的四个阶段。
2.根据权利要求1所述的刀具用不锈钢的控轧退火方法，其特征在于，步骤(2)冷轧时轧制油喷射冷却，控制钢带温度在70-100℃。
3.根据权利要求1所述的刀具用不锈钢的控轧退火方法，其特征在于，步骤(4)所述退火的四个阶段具体为：
预热阶段：带钢从自然温度升至100-200℃，预热长度3米；
升温阶段：带钢从100-200℃升温至825℃℃以上，升温长度1米；
保温阶段：带钢温度维持在820℃-830℃，保温长度7.5米；
降温阶段：带钢进入空气快速冷却段，冷却段长度4米，温度降至室温。
4.根据权利要求1所述的刀具用不锈钢的控轧退火方法，其特征在于，步骤(4)所述退火时控制TV值为1。
5.一种根据权利要求1所述方法退火后的刀具用不锈钢，其特征在于，所述不锈钢具备小于2um的碳化物，并且均匀分布，晶粒大小控制在10级以上。
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