CN112041469A - 用于木材的单片带锯和双金属带锯的钢 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是一种用于以连续方式进行热处理的单片带锯和双金属带锯的钢，其包含以重量计的0.50％至0.75％的锰、0.40％至0.80％的镍、0.10％至0.40％的硅、0.48％至0.53％的碳、1.10％至1.40％的铬、0.25％至0.40％的钼、0.10％至0.15％的铌、以及以重量计各自小于0.02％的硫和磷，其中其余为铁和不可避免的杂质。
Description
本发明的目的是用于单片木工带锯和双金属木工带锯的新钢等级。
带锯是一种主要用于冷操作的工具，但是加工的细节，即切割各种类型的材料(特别是木材)以及在各种条件下，可能导致其局部加热到高温。除了可能的温度升高之外，带锯还经受周期性变化的载荷，导致疲劳裂纹。带锯本身是闭环的带，在两个或三个滑轮之间拉紧，其中一个滑轮被驱动。单片带是完全由单一材料制成的带。双金属带主要由承载带和刀片组成，该承载带和刀片由不同材料制成，以利用它们的不同性质，例如疲劳强度或切割性能。因此，合金钢等级被用于带锯，并且最重要的性能之一是它们足够的微结构。
为了提供足够的切割性能和疲劳强度，带锯的微结构必须具有细晶粒的原始(former)奥氏体(最小9，优选11至12)的特征，并且必须由高温回火的马氏体构成，没有一次碳化物和二次碳化物的析出。
已知的且目前用于单片木工带锯和双金属木工带锯的三种合金钢等级主要是：32CrMoV12、D6A、51CrV4。32CrMoV12是一种低碳(以重量计平均为0.32％)合金钢，并且是用于双金属带作为承载带。该钢平均包含2.7％Cr、1.1％Mo、0.6％Ni和0.3％V。由于其化学组成，这是一种昂贵的合金钢等级，并且由于其仅包含0.32％C，因此使用它不可能获得良好的切割性能。D6A钢包含0.45％C、1％Cr、1％Mo、0.5％Ni和0.1％V，并且也是昂贵的钢等级。这种钢的特征在于比32CrMoV12等级更好的切割性能，但同时其特征在于在用于淬火(hardening)的奥氏体化期间的更高的粗化倾向。考虑到上述等级的复杂的化学组成，它们在热处理期间都需要用于淬火的奥氏体化的高温(1070÷1120℃)。51CrV4钢主要是用于带锯的弹簧钢，其平均包含0.5％C、0.65％Mn、0.95％Cr和0.15％V。其特征在于低的淬火敏感性，即获得马氏体微结构的能力。在其化学组成中钒的存在有助于在用于淬火的奥氏体化期间防止奥氏体晶粒粗化。在传统的热处理炉和奥氏体化时间长的应用中，钒适当地发挥其功能，但是在连续热处理的生产线上(如带锯的情况)，奥氏体化的时间短；因此，处理时间由显著提高钢奥氏体化的温度来补偿，这使得难以控制由51CrV4钢制成的带锯中的奥氏体晶粒。51CrV4钢的组成导致所有碳化物的溶解失败，溶解是用合金元素和碳使金属基体饱和所必需的，或者钢过热，随后出现高的奥氏体晶粒粗化，这导致钢的疲劳强度较差。
铌是结构钢的常用组分，其特征在于细晶粒和提高的机械性能。作为结构钢中的微量添加剂，它能够有效地抑制热机械加工期间由NbC碳化物的析出而导致的晶粒粗化。然而，这些钢不是通过淬火和高温回火进行热处理的。作为合金添加剂，它也主要用于降低奥氏体钢(特别是由这种钢制成的焊接构件)的晶间腐蚀。铌以NbC的形式结合全部碳，但通常以高过量加入，例如以10x％C的量加入。此外，向高温抗蠕变钢中加入铌还导致由金属间化合物或由NbC引起的析出硬化(hardening)。溶解在固溶体中的铌提高了钢的淬火能力，并显著改善了高温下的机械性能。然而，获得这种钢特性需要在高于1200℃的温度进行固溶化或奥氏体化。然而，直到现在，铌很少用于工具钢(例如，用于疲劳-载荷的部件的钢PL225572和合金工具钢PL227829不包含铌添加剂)。也没有生产由含铌钢制成的带锯。对于要求具有高疲劳强度的工具材料，例如木工锯，不正确地选择铌含量可能导致疲劳强度和其他机械性能如硬度的降低。
本发明的目的是提供一种比通常使用的工具钢更低合金化的工具钢，其没有现有技术的缺陷。
因此，本发明的目的是提供一种比通常使用的那些更低合金化的工具钢，其用于带锯，特征在于细晶粒微结构、高淬火能力、高硬度、良好的疲劳强度，并且同时适合于冷操作和热操作两者，在操作期间的局部加热期间具有高温可变性。
因此，提出了一种专用于单片带锯或双金属带锯的新化学组成的钢，其具有足够量的铬、镍和钼，以及铌的添加，能够克服现有技术的问题。
因此，本发明的主题是用于单片带锯和双金属带锯的新化学组成的钢。根据本发明的用于以连续方式进行热处理的单片带锯和双金属带锯的钢包含以重量计0.50％至0.75％的锰、0.4％至0.8％的镍、0.1％至0.4％的硅、0.48％至0.53％的碳、1.10％至1.40％的铬、0.25％至0.40％的钼、0.10％至0.15％的铌、以及以重量计各自小于0.02％的硫和磷和，其中，其余为铁和不可避免的杂质。
优选地，所述钢包含以重量计0.51％的碳、1.3％的铬、0.7％的锰、0.15％的硅、0.52％的镍、0.36％的钼、0.12％的铌、0.008％的硫和0.010％的磷。
还优选地，所述钢包含以重量计0.49％的碳、1.21％的铬、0.76％的锰、0.18％的硅、0.45％的镍、0.31％的钼、0.11％的铌、0.005％的硫和0.011％的磷。
还优选地，所述钢包含以重量计0.51％的碳、1.38％的铬、0.66％的锰、0.31％的硅、0.78％的镍、0.29％的钼、0.15％的铌、0.005％的硫和0.010％的磷。
已经发现，如上所述，足量铬、锰、钼和镍的存在提供了新钢的高可淬性，与足够的碳含量一起，使得能够获得高硬度和优异的机械性能。向上述组成中加入铌防止晶粒粗化，由此钢获得了良好的疲劳性能。此外，选择该添加物，使得其不会导致疲劳强度和其他机械性能例如硬度的降低。
用于单片带锯和双金属带锯的钢的新化学组成特别用于以连续方式进行的热处理，其中，对批次应用了约50÷1000℃/s的快速加热、高的奥氏体化温度(比常规热处理所用的高50℃至100℃)和短的奥氏体化时间(取决于炉长和带的移动速度，不超过120秒)。由于该新钢的独特的化学组成，其不倾向于强的晶粒粗化，因此，获得非常好的疲劳强度，同时具有良好的切割性能和机械性能。这具有直接的经济影响，这是由于放弃了昂贵的合金钢等级，并且使用较低的奥氏体化温度进行淬火(低于高合金化钢)和回火(低于高合金化钢)。
此外，该新钢的化学组成使得在感应加热单片锯齿期间以及在用于连续处理锯的线中的传送式炉中的奥氏体化期间，抑制由NbC沉淀物引起的奥氏体晶粒粗化。在齿的感应淬火过程中，以及在用于连续处理锯的线中的传送式炉中，必须处理高于推荐温度的奥氏体化温度，其在其他等级例如51CrV4中导致晶粒粗化。在950÷1000℃范围(60s至l20s的奥氏体化时间)内淬火后的新等级具有根据ATSM的10至12级范围内的原始奥氏体晶粒。此外，以上述量加入钼防止第II类回火脆性。
另外，考虑到较低的Ce碳当量，新钢等级有利于将由高速钢制成的扁丝与双金属锯中锯载荷带(由新钢等级制成)的脊激光焊接，并得到较高的接头强度，并且还有利于将烧结的碳化物焊接到碳化物锯中的齿尖，从而提供较高的接头强度。
如上所述，钢的组成中Mn含量以重量计为0.5％至0.75％。在上述范围内的Mn含量的所有值都被认为是优选的。特别优选地，钢的组成中Mn含量以重量计为0.5％至0.7％，优选以重量计为0.5％至0.66％，优选以重量计为0.66％至0.75％，优选以重量计为0.66％至0.70％，优选以重量计为0.7％至0.75％。
如上所述，钢的组成中Ni含量以重量计为0.4％至0.8％。在上述范围内的Ni含量的所有值都被认为是优选的。特别优选地，钢的组成中Ni的含量以重量计为0.4％至0.78％，优选以重量计为0.4％至0.52％，优选以重量计为0.4％至0.45％，优选以重量计为0.45％至0.8％，优选以重量计为0.45％至0.78％，优选以重量计为0.45％至0.52％，优选以重量计为0.52％至0.8％，优选以重量计为0.52％至0.78％，优选以重量计为0.78％至0.8％。
如上所述，钢的组成中Si含量以重量计为0.10％至0.40％。在上述范围内的钢的组成中的Si含量的所有值都被认为是优选的。特别优选地，钢的组成中的Si含量以重量计为0.10％至0.31％，优选以重量计为0.10％至0.18％，优选以重量计为0.10％至0.15％，优选以重量计为0.15％至0.40％，优选以重量计为0.15％至0.31％，优选以重量计为0.15％至0.18％，优选以重量计为0.18％至0.40％，优选以重量计为0.18％至0.31％，优选以重量计为0.31％至0.40％。
如上所述，钢的组成中C含量以重量计为0.48％至0.53％。在上述范围内的钢的组成中的C含量的所有值都被认为是优选的。特别优选地，钢的组成中的C含量以重量计为0.48％至0.51％，优选以重量计为0.48％至0.49％，优选以重量计为0.49％至0.53％，优选以重量计为0.49％至0.51％，优选以重量计为0.51％至0.53％。
如上所述，钢的组成中Cr含量以重量计为1.10％至1.40％。在上述范围内的钢的组成中Cr含量的所有值都被认为是优选的。特别优选地，钢的组成中Cr含量以重量计为1.10％至1.38％，优选以重量计为1.10％至1.30％，优选以重量计为1.10％至1.21％，优选以重量计为1.21％至1.40％，优选以重量计为1.21％至1.38％，优选以重量计为1.21％至1.30％，优选以重量计为1.30％至1.40％，优选以重量计为1.30％至1.38％，优选以重量计为1.38％至1.40％。
如上所述，钢的组成中Mo含量以重量计为0.25％至0.40％。在上述范围内的钢的组成中Mo含量的所有值都被认为是优选的。特别优选地，钢的组成中Mo含量以重量计为0.25％至0.36％，优选以重量计为0.25％至0.31％，优选以重量计为0.25％至0.29％，优选以重量计为0.29％至0.40％，优选以重量计为0.29％至0.36％，优选以重量计为0.29％至0.31％，优选以重量计为0.31％至0.40％，优选以重量计为0.31％至0.36％，优选以重量计为0.36％至0.40％。
如上所述，钢的组成中Nb含量以重量计为0.10％至0.15％。在上述范围内的Nb含量的所有值都被认为是优选的。特别优选地，钢的组成中Nb含量以重量计为0.10％至0.12％，优选以重量计为0.10％至0.11％，优选以重量计为0.11％至0.15％，优选以重量计为0.11％至0.12％，优选以重量计为0.12％至0.15％。
根据本发明，钢的组成中P和S两者的量以重量计应小于0.02％。
根据本发明，在上述指定范围内的包含在钢的组成中的所有上述量的元素的组合也是优选的。
本发明的目的将以非限制性的方式在实施例中呈现。根据以下实施例，钢可以用本领域技术人员已知的熔融技术获得，即通过在电弧炉中熔融。钢的组成也可以用本领域技术人员已知的测量技术，例如用火花光谱仪来测定。
实施例1
用于单片带锯和双金属带锯的合金钢包含：0.51％C；1.3％Cr；0.7％Mn；0.15％Si；0.52％Ni；0.36％Mo；0.12％Nb；0.008％S；0.010％P，其中其余为铁和不可避免的杂质。在淬火并回火至约470HV10(约47HRC)硬度之后，获得的带的拉伸强度平均为1510MPa，屈服点为1465MPa，以及伸长率A80等于8％。这些性能接近淬火并回火至约470HV硬度的D6A和32CrMoVl2等级，但是这些等级是更高合金化的，并且明确需要更高的奥氏体化温度以用于淬火。在950℃÷1000℃范围内淬火(60s至120s的奥氏体化时间)后，获得根据ATSM的11级的原始奥氏体的晶粒。然而在相同试验中淬火并回火至约470HV10硬度的51CrV等级的平均拉伸强度为1480MPa，屈服点为1415MPa，以及低的伸长率A80等于3.9％。
实施例2
用于单片带锯和双金属带锯的合金钢包含：0.49％C；1.21％Cr；0.75％Mn；0.18％Si；0.45％Ni；0.31％Mo；0.11％Nb；0.005％S；0.011％P，其中其余为铁和不可避免的杂质。在淬火并回火至约470HV10(约47HRC)硬度之后，获得带的拉伸强度平均为1490MPa，屈服点为1450MPa，以及伸长率A80等于8.5％。在950℃÷1000℃范围内淬火(60s至120s奥氏体化时间)后，获得根据ATSM的10至11级的原始奥氏体的晶粒。
实施例3
用于单片带锯和双金属带锯的合金钢包含：0.51％C；1.38％Cr；0.667％Mn；0.31％Si；0.78％Ni；0.29％Mo；0.15％Nb；0.005％S；0.011％P，其中其余为铁和不可避免的杂质。在淬火并回火至约470HV10(约47HRC)硬度之后，获得带的拉伸强度平均为1520MPa，屈服点为1470MPa，以及伸长率A80等于7.8％。在950℃÷1000℃范围内的淬火(60s至120s奥氏体化时间)后，获得根据ATSM的11至12级的原始奥氏体的晶粒。
Claims (4)
1.一种用于以连续方式进行热处理的单片带锯和双金属带锯的钢，其包含以重量计0.50％至0.75％的锰、0.4％至0.8％的镍、0.1％至0.4％的硅、0.48％至0.53％的碳、1.10％至1.40％的铬、0.25％至0.40％的钼、0.10％至0.15％的铌、以重量计各自小于0.02％的硫和磷，其中，其余为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的钢，其包含以重量计0.51％的碳、l.3％的铬、0.7％的锰、0.15％的硅、0.52％的镍、0.36％的钼、0.12％的铌、0.008％的硫和0.010％的磷。
3.根据权利要求1所述的钢，其包含以重量计0.49％的碳、1.21％的铬、0.76％的锰、0.18％的硅、0.45％的镍、0.31％的钼、0.11％的铌、0.005％的硫和0.011％的磷。
4.根据权利要求1所述的钢，其包含以重量计0.51％的碳、1.38％的铬、0.66％的锰、0.31％的硅、0.78％的镍、0.29％的钼、0.15％的铌、0.005％的硫和0.010％的磷。
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