CN111206179A - 一种高疲劳寿命电镀板钩用钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高疲劳寿命电镀板钩用钢及其制造方法，C：0.38％～0.55％，Si：0.05％～0.40％，Mn：0.4％～0.8％，Cr≤0.50％，V≤0.1％，Nb≤0.1％；Cu≤0.4％，Sb≤0.2％；O：0.0001％～0.0015％，杂质元素P≤0.020％，S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。疲劳和耐电镀腐蚀性能优异，电镀腐蚀合格率100％，疲劳达10万次以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种板钩用钢，特别是涉及一种高疲劳电镀板钩用热轧带钢及其制造方法。
背景技术
板钩要求热处理后硬度37-41HRC，一般采用40#以上的优结钢加工制作。另一方面，板钩是反复使用件，对疲劳寿命要求很高，军用、国外高端板钩要求疲劳寿命10万次以上，而一般普通优结钢加工制作的板钩疲劳寿命仅能达到7万次。为防腐蚀，板钩表面还要进行电镀处理，一般加工工序是：热轧板原料-冲压成型-热处理—抛砂-滚光-电镀-组装。近几年，为节省成本，很多厂家取消了电镀前的抛砂工艺，导致用热轧板作原料生产的板钩电镀后点状霉斑腐蚀缺陷严重，合格率低至30％。
急需开发一种高疲劳寿命的电镀板钩用钢，具有良好的表面电镀性能的热轧钢板，热处理后硬度高，耐磨性好。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明涉及一种板钩用钢及其制造方法，该板钩用钢热处理后硬度37-41HRC，疲劳寿命达10万次以上，电镀性能良好，电镀后表面无霉斑等腐蚀缺陷。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种高疲劳寿命电镀板钩用钢，其特征在于化学成分按重量百分比计为：C：0.38％～0.55％，Si：0.05％～0.40％，Mn：0.4％～0.8％，Cr≤0.50％，V≤0.1％，Nb≤0.1％；Cu≤0.4％，Sb≤0.2％；O：0.0001％～0.0015％，杂质元素P≤0.020％，S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。
以下详细阐述本发明钢各合金成分作用机理：
C是钢中主要的固溶强化元素。C含量若低于0.38％，则很难保证热处理后硬度，另一方面C含量若高于0.55％，钢的韧塑性恶化，易脆断。因此，C含量要控制在0.38％～0.55％。
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锯片用钢的热成形性。同时Mn也是良好的脱氧剂并增加淬透性。Mn含量过低，不能满足热处理后高强硬性的要求，Mn含量过高易形成偏析带影响焊接性能，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0.4％～0.80％。
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。另一方面，Si是铁素体形成元素，会促进钢表面脱碳，因此，Si含量不易过高，Si≤0.40％。
Cr是显著提高钢的淬透性元素，钢中加入适量的Cr可使C曲线右移，相同冷速下获得的珠光体片间距更加细化。对于高碳钢，Cr可以提高碳扩散的激活能，减轻钢的脱碳倾向。另一方面，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含量过高，增加合金成本，且钢板板形差，难以校平，因此，本发明控制Cr含量≤0.50％。
Nb、V是细晶强化和沉淀强化微合金元素，在钢中添加微量的Nb、V，在热加工过程中可以析出微细的碳氮化物二相粒子，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。另一方面，Nb、V可以抑制钢表面氧化脱碳，V也可提高淬透性和热稳定性。因此，钢中加入适量的Nb、V可提高热轧钢板的韧塑性及钢热处理后的强度和韧性。当然，含量过高，增加成本，因此，控制Nb、V≤0.1％。
Cu：Cu≤0.5％
Cu在钢中的突出作用是改善钢的抗大气腐蚀性能，同时，加入铜还能提高钢的强度和屈服比，冲压时不变形。耐蚀钢中Cu常与P配合使用，Cu和P均能浓缩在锈层中，使其致密稳定，并能抑制铁锈的扩展。当[Cu]较低(约0.01％)时，加入0.06～0.10％P后，钢的耐蚀性提高2倍多。当[Cu]较高时(0.4％左右)，加入0.10％P，耐蚀性只提高20-40％，说明P与Cu存在极其复杂的关系。为保证冲压性能，本发明中的P含量不易过高，因此，加入少量Cu。
Sb：≤0.2％
钢中加入锑，一般会使钢的强度降低，脆性增加，但加入一定量的锑后，会提高钢的抗腐蚀能力及耐磨性，因此本发明钢中加入≤0.2％的锑，以提高耐腐蚀能力及耐磨性。
O：O≤0.0015％，氧是炼钢时的残余元素，氧含量高，非金属夹杂物多，严重影响疲劳性能。
为保证该板钩用钢热处理后强度和硬度，本发明的钢板采用中C含量，加适量Mn，高碳钢中氧含量过高，冶炼时非金属夹杂物不易上浮，导致钢中夹杂物过多，影响疲劳寿命，因此，本发明要求成品钢板中O≤0.0015％。
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，影响疲劳性能，缩短使用寿命。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％。
上述成分设计采用中碳含量，添加Mn、Cr、Si、Cu等合金元素，提高钢板淬透性、淬硬性和耐热性，保证钢板热处理后强硬性。同时可加入微量Nb、V、Al，细化晶粒，提高热处理后韧塑性，保证热稳定性和低温韧性。通过严格控制P、S、O等杂质元素的含量，提高该钢疲劳寿命。
一种高疲劳寿命电镀板钩用钢的制造方法，包括转炉冶炼、精炼、铸坯、热轧和冷却，其特征在于：
1.冶炼工艺：
转炉冶炼，精炼，要求精炼处理时间40min以上，以便非金属夹杂物上浮充分，保证钢水质量，提高成品钢板的疲劳性能；要求中包O≤0.0020％，以确保成品O≤0.0015％，铸坯凝固率45-65％处进行轻压下；
2.铸坯厚不小于170mm，入炉温度500℃以下；
3.热轧与冷却工艺：
1)加热炉采用弱氧化性气氛，空气过剩系数为1.1-1.8，铸坯加热温度1100～1180℃，保温3-4.5小时，确保铸坯加热均匀的同时，尽量降低表面脱碳，抑制表面晶界氧化，2)精粗轧均采用高压水除鳞，强度大于15MPa，保证成品钢板表面质量；3)粗轧首道次压下率大于30％，开轧温度1050℃～1150℃，4)精轧总压下率80％以上，精轧终轧温度800℃～950℃；5)带钢出精轧机后，以10℃/S～70℃/S冷速冷却到750℃以下卷取，以减少表面氧化脱碳。
采用转炉冶炼，LF或RH炉外精炼处理，处理时间40min以上，有助于非金属夹杂物上浮充分，保证钢水纯净度，提高成品钢板的疲劳性能；要求中包O≤0.0020％，以确保成品O≤0.0015％，各类非金属夹杂物小于1.5级。
连铸中铸坯凝固率25-65％处进行轻压下。连铸过程压下过早，液芯厚度过小，不利于夹杂上浮，压下过晚，压下位置的液芯厚度过大，铸坯易出现中心线裂纹、偏析等缺陷。另一方面，为了均匀组织，控制组织偏析，粗轧和精轧均要求有足够的压下率，板坯最小厚度不得小于170mm。
经过精炼、连铸、利用热连轧机组进行轧制。为节约能源，连铸坯可以采用热送热装工艺，但要求铸坯入炉温度小于500℃，避免铸坯表面氧化脱碳严重，产生表面晶界氧化裂纹，影响电镀和疲劳性能。铸坯加热温度较低，1100～1180℃，且采用高压水除鳞技术，去除表面氧化铁皮，从而降低成品钢板的表面脱碳氧化，保证单面表面脱碳层深度小于板厚的1.5倍，无晶界氧化，热轧板表面粗造度1.5um以下。
采用首道次大于30％的大压下率，终轧温度800℃～950℃，奥氏体区轧制，破碎铸坯组织偏析，减轻成品带状，提高成品组织均匀性。10℃/S～70℃/S快速冷却到750℃以下卷取，抑制表面氧化脱碳，控制热轧板表面粗造度1.5um以下，进而控制电镀和疲劳性能。冷速低于10℃/S钢板表面易氧化脱碳，表面晶界氧化严重，易形成表面微裂纹，严重影响疲劳性能。冷速高于70℃/S，冷速过快，易生成魏氏组织，韧塑性差。
本发明的有益效果在于：应用本发明公开的技术方案生产的钢板，组织为均匀细小铁素体和珠光体，热处理后硬度37HRC以上，各类非金属夹杂物小于1.5级，单面表面脱碳层深度小于板厚的1.5％，无晶界氧化，热轧板表面粗造度1.5um以下。疲劳和耐电镀腐蚀性能优异，电镀腐蚀合格率100％，疲劳达10万次以上。
附图说明
图1是实施例2表面脱碳形貌(0um)；
图2是对比例表面脱碳形貌(66um)。
具体实施方式
下面结合具体实施例进行说明：
以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。表1为本发明实施例钢的化学成分，表2为本发明实施例钢的生产工艺，表3为实施例钢板的性能。
表1本发明实施例钢的化学成分wt％
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Nb | V | Cu | Sb | Al | 冶炼O | 成品O |
| 1 | 0.42 | 0.25 | 0.50 | 0.015 | 0.005 | 0.02 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.015 | 0.0020 | 0.0015 |
| 2 | 0.46 | 0.27 | 0.52 | 0.004 | 0.009 | 0.15 | 0.032 | 0.032 | 0.22 | 0.032 | 0.058 | 0.0018 | 0.0012 |
| 3 | 0.48 | 0.08 | 0.51 | 0.008 | 0.02 | 0.12 | 0.005 | 0.015 | 0.15 | 0.055 | 0.029 | 0.0017 | 0.0011 |
| 4 | 0.40 | 0.16 | 0.55 | 0.010 | 0.018 | 0.10 | 0.009 | 0.049 | 0 | 0.009 | 0.025 | 0.0018 | 0.0005 |
| 5 | 0.45 | 0.40 | 0.60 | 0.012 | 0.004 | 0.45 | 0 | 0.030 | 0.28 | 0 | 0.038 | 0.0015 | 0.0007 |
| 6 | 0.47 | 0.15 | 0.45 | 0.014 | 0.003 | 0.39 | 0 | 0 | 0.32 | 0 | 0.018 | 0.0018 | 0.0008 |
| 7 | 0.52 | 0.16 | 0.48 | 0.013 | 0.008 | 0.25 | 0.075 | 0.033 | 0.27 | 0.075 | 0.035 | 0.0019 | 0.00012 |
| 8 | 0.45 | 0.27 | 0.52 | 0.014 | 0.004 | 0.48 | 0.010 | 0.012 | 0.01 | 0.020 | 0.029 | 0.0013 | 0.0008 |
| 9 | 0.39 | 0.30 | 0.69 | 0.012 | 0.007 | 0.25 | 0.050 | 0.045 | 0.35 | 0.010 | 0.038 | 0.0020 | 0.0001 |
| 10 | 0.47 | 0.08 | 0.68 | 0.010 | 0.01 | 0.14 | 0.056 | 0.056 | 0.13 | 0.006 | 0.045 | 0.0019 | 0.0008 |
| 11 | 0.48 | 0.09 | 0.70 | 0.008 | 0.007 | 0.28 | 0.062 | 0.006 | 0.45 | 0.013 | 0.058 | 0.0017 | 0.0003 |
| 12 | 0.55 | 0.07 | 0.42 | 0.013 | 0.006 | 0.35 | 0.010 | 0.007 | 0.06 | 0.20 | 0.033 | 0.0018 | 0.0009 |
| 13 | 0.44 | 0.16 | 0.58 | 0.013 | 0.008 | 0.25 | 0.005 | 0.005 | 0.27 | 0.035 | 0.055 | 0.0011 | 0.0002 |
| 14 | 0.49 | 0.05 | 0.62 | 0.014 | 0.004 | 0.08 | 0.025 | 0.080 | 0 | 0.17 | 0.040 | 0.0013 | 0.0009 |
| 15 | 0.43 | 0.10 | 0.79 | 0.012 | 0.007 | 0 | 0.0 | 0 | 0.15 | 0.038 | 0.058 | 0.0016 | 0.00010 |
| 16 | 0.40 | 0.18 | 0.48 | 0.030 | 0.01 | 0.16 | 0.046 | 0.056 | 0.33 | 0.11 | 0.055 | 0.0017 | 0.00013 |
| 17 | 0.42 | 0.15 | 0.80 | 0.025 | 0.025 | 0.32 | 0.047 | 0.041 | 0.25 | 0.021 | 0.039 | 0.0020 | 0.00010 |
| 18 | 0.38 | 0.27 | 0.72 | 0.004 | 0.009 | 0.45 | 0.092 | 0.35 | 0.02 | 0.002 | 0.048 | 0.0018 | 0.00012 |
| 对比例 | 0.42 | 0.20 | 0.50 | 0.025 | 0.015 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.0030 | 0.0020 |
表2生产工艺及力学性能
表3性能
Claims (4)
1.一种高疲劳寿命电镀板钩用钢，其特征在于化学成分按重量百分比计为：C：0.38％～0.55％，Si：0.05％～0.40％，Mn：0.4％～0.8％，Cr≤0.50％，V≤0.1％，Nb≤0.1％；Cu≤0.4％，Sb≤0.2％；O：0.0001％～0.0015％，杂质元素P≤0.020％，S≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.一种根据权利要求1所述的高疲劳寿命电镀板钩用钢的制造方法，包括转炉冶炼、精炼、铸坯、热轧和冷却，其特征在于所述热轧为：1)加热炉采用弱氧化性气氛，空气过剩系数为1.1-1.8，铸坯加热温度1100～1180℃，保温3-4.5小时；2)精粗轧均采用高压水除鳞，强度大于15MPa；3)粗轧首道次压下率大于30％，开轧温度1050℃～1150℃；4)精轧总压下率80％以上，精轧终轧温度800℃～950℃；所述冷却为：以10℃/S～70℃/S冷速冷却到750℃以下卷取。
3.根据权利要求2所述的高疲劳寿命电镀板钩用钢的制造方法，其特征在于：精炼处理时间40min以上，要求中包O≤0.0020％，以确保成品O≤0.0015％。
4.根据权利要求2所述的高疲劳寿命电镀板钩用钢的制造方法，其特征在于：铸坯凝固率45％-65％时进行轻压下；铸坯厚不小于170mm，入炉温度500℃以下。
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