CN112760561A - 一种手工工具用盘条及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种手工工具用盘条及其生产方法。盘条的化学成分按质量百分比计包括：[C]0.2～0.5％，[Si]≤0.1％，[Mn]0.5～1.5％，[Cr]0.5～3.0％，[Nb]≤0.2％，[V]≤0.2％，存在0.1{1.8‑[Cr]}+{0.1‑[Nb]}＝2{[V]‑0.1}关系，还可以添加以下三种元素中的一种或以上，[Ti]0.01～0.1％，[B]0.001～0.01％，[Al]0.01～0.1％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。本申请的一种手工工具用盘条，盘条晶粒度级别≥8，1/3冷镦不开裂，表面最大凹坑深度≤30μm，最终成品具有表面光滑度高、艺术感强等特点。

Description

一种手工工具用盘条及其制备方法

技术领域

本申请涉及钢铁材料制造领域，特别是涉及一种手工工具用盘条及其制备方法。

背景技术

套筒、螺杆等手工工具在日常生活、工业生产等方面得到普遍应用。手工工具等通常采用钢盘条作为原材料，经过酸洗、拉拔和成型等工序加工成目标工具。目前，手工工具用盘条的生产主要包括炼钢、开坯、扒皮和轧制等工序流程，一是生产成本相对较高，二是盘条不能满足1/3冷镦不开裂的要求，在制作一些变形量大的手工工具时，会导致开裂严重，成材率低的问题。另外，现有技术中，盘条的表面凹坑、麻面等问题突出，在后续进行表面镀铬工序时，会导致镀铬不均匀，从而影响产品质量。

近年来，手工工具钢产业的上下游都迫切开发性价比更高的手工工具用钢盘条，下游客户不仅需要盘条能满足盘条硬度值HRC≤35，晶粒度≥8，而且对表面的最大凹坑深度从100μm减小到30μm，把1/2冷镦不开裂加严到1/3冷镦不开裂等要求，并且需要缩短企业加工时间和成本。

现有技术中，专利CN 101275206A公开一种工具钢及其生产方法，盘条成分按重量百分比记为：[C]0.37～0.44％，[Si]1.80～2.20％，[Mn]0.60～0.90％，[Cr]4.60～5.60％，[W]0.10～0.40％，[Mo]0.20～0.60％，[V]0.10～0.40％，[Ni]≤0.30％，[P]≤0.03％，[S]≤0.03％，其采用电炉冶炼、钢包精炼炉、真空脱气等方法冶炼；添加一定量Cr、W、Mo以及V等合金元素来提高工具钢的强度，以满足手工工具用盘条的强度要求，通过VD真空脱气减少钢中气体含量，提高纯净度，改善冷镦性能。但同时提高了冷镦开裂率；尽管其采用了VD脱气改善了纯净度，但仍不能满足1/3冷镦性能要求。另外，未提及表面凹坑及麻面等质量指标，及应对方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种手工工具用盘条及其制备方法，围绕如何提高1/3冷镦性能和表面质量进行研发，并提出了本发明技术方案，解决了现有套筒、螺杆等大变形量的手工工具用盘条存在的冷镦开裂率和表面次品率高的问题，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种手工工具用盘条，其化学成分按质量百分比计为：[C]0.2～0.5％，[Si]≤0.1％，[Mn]0.5～1.5％，[Cr]0.5～3.0％，[Nb]≤0.2％，[V]≤0.2％，其中Cr、Nb和V的含量，余量为Fe和不可避免的杂质元素。

优选的，按照质量百分比计满足：0.1{1.8-[Cr]}+{0.1-[Nb]}＝2{[V]-0.1}。

优选的，所述手工工具用盘条化学成分还包括有[Ti]、[B]、[Al]中的任意一种或以上，按照质量百分比计满足：[Ti]0.01～0.1％,[B]0.001～0.01％,[Al]0.01～0.1％，。

为实现本发明的另一目的，本发明提供如下技术方案：一种手工工具用盘条的制备方法，其包括：连铸工序中，满足：S_H＝1511-5.26v_L，其中：

S_H(cm²)为连铸坯横截面积，v_L(cm/min)为拉速；

轧制工序中，满足：v_G＝75-1.7D，其中：v_G(m/s)为最高轧制速度，D(mm)为盘条直径。

优选的，满足：0cm/min＜v_L≤280cm/min，0mm＜D≤44mm。

以下对本发明中化学组成和生产工艺的设计进行说明：

C是钢中常见固溶强化元素，可有效提高硬度和强度，但当其超过0.5％时会降低塑韧性，使盘条在冷镦或者冲压过程中开裂，当其含量低于0.2％，又会出现硬度不够的问题。因此控制C含量在0.2～0.5％；

Si是铁素体强化元素，但当其含量超过0.1％时会降低盘条的1/3冷镦性能；同时Si元素添加会增加盘条表面氧化皮结构内层中的FeSiO₄比例，这些片状的FeSiO₄容易导致表面凹坑、麻面等质量问题。因此控制Si含量在0.1％以下。

Mn是主要强化元素之一，Mn含量过高会增加盘条的淬透性。当其含量超过1.5％时，盘条中容易出现淬硬组织、恶化盘条的冷镦和冲压成型性能；当其含量低于0.5％时，容易导致硬度偏低，不满足手工工具的强度要求。因此，控制Mn含量在0.5～1.5％为宜。

Cr是强碳化物生成元素，加入适量的Cr会提高产品的硬度、耐磨性和耐蚀性，但当其超过3.0％，会提高珠光体中渗碳体的稳定性，降低球化退火率，影响下游生产的成材率；当其不足0.5％时，硬度、耐磨性和耐蚀性等性能不能满足要求。因此控制其添加量为0.5～3.0％。

Nb、V作为钢种的微合金元素，在钢中形成第二相粒子，细化晶粒尺寸，但当超过0.2％时，会导致盘条表面开裂。因此控制Nb和V均在0.2％以下。

Cr、Nb、V同时加入会提高钢的耐磨性、耐蚀性，改善钢的疲劳抗力，降低钢的低温脆性。当Cr、Nb和V总含量过多时，组织会淬硬，下游客户退火较难，还会影响冷镦性能；当三者总含量偏少，钢在轧制过程中偏软，容易产生表面凹坑和麻面。

当Cr、Nb、V含量按质量百分比满足0.1{1.8-[Cr]}+{0.1-[Nb]}＝2{[V]-0.1}关系，制得的盘条可满足1/3冷镦性能，且有效解决凹坑和麻面等表面缺陷。

加入微量B可以抑制P在晶界的偏聚，增加盘条的塑性，同时可以抑制晶界铁素体的形成。本发明中B控制在0.001～0.01％之间。

Al、Ti元素的少量加入可以细化晶粒，但过多会形成粗大的夹杂物、影响产品的冷镦和冲压成型性能。因此控制Al和Ti均在0.01～0.1％之间。

炼钢过程中，铸坯冷却均匀性和表面质量会影响最终盘条的冷镦性能和表面凹坑深度等。当加入Cr、Nb和V等合金元素后，容易产生成分偏析，以及铸坯表面凹坑等表面缺陷，当连铸坯横截面积S_H(cm²)与拉速v_L(cm/min)满足S_H＝1511-5.26v_L(0＜v_L≤280)关系时，铸坯的中心偏析可得到有效控制、表面振痕深度在150μm以下。

轧制过程中，轧制速度过快会导致盘条表面出现批量麻面凹坑，影响盘条表面质量，当最高轧制速度v_G(m/s)与盘条直径D(mm)满足v_G＝75-1.7D(0＜D≤44)关系时，制得的盘条的凹坑深度≤30μm。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

1、控制Cr、Nb和V的含量，且满足0.1{1.8-[Cr]}+{0.1-[Nb]}＝2{[V]-0.1}关系时，制得的盘条即可满足耐磨性、耐蚀性、疲劳抗力、低温脆性等要求时，又可满足1/3冷镦不裂和表面凹坑深度≤30μm的严苛要求；

2、炼钢过程中，铸坯横截面积S_H(cm²)与拉速v_L(cm/min)满足S_H＝1511-5.26v_L(0＜v≤280)关系时，制得的连铸坯表面振痕深度≤150μm。Cr、Nb和V等合金元素的添加会影响钢水流动性和分布均匀，在满足此关系时，钢水凝固后，刚好被拉出结晶器，不易产生振痕；

3、轧钢过程中，最高轧制速度v_G(m/s)与盘条直径D(mm)满足v_G＝75-1.7D(0＜D≤44)关系时，制得的盘条表面凹坑深度≤30μm。轧制速度过快，盘条表面金属会黏附轧辊，出现凹坑与麻面等表面质量问题；轧速过慢还会影响生产效率。当满足上述关系时，在此成分下的盘条表面凹坑深度才能≤30μm。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的实施例和对比实施例的盘条的化学成分、炼钢和轧钢参数如表1所示。本发明的实施例和对比实施例选取的盘条的组织性能检测结果以及客户主要工序时间和成材率统计如表2所示。

表1 实施例和对比例中间包化学成分(wt％)

表2 实施例的出厂检验和下游客户使用情况表

备注：Y：表示达到要求，N：表示没有达到要求。其中冷镦开裂率小于0.05％表示Y，否则N；表面凹坑深度不大于30μm为Y，反之N；硬度HRC≤35，晶粒度≥8，冷镦开裂和表面凹坑深度为Y，四者都达到要求出厂情况为Y，否则N；抛丸酸洗时间小于15min为Y，否则N；成品合格情况是成品合格率＞99.7％为Y，否则N。

由上述上述实施例可知，本申请的一种手工工具用盘条晶粒度级别≥8，1/3冷镦不开裂，表面最大凹坑深度≤30μm，最终成品具有表面光滑度高、艺术感强等特点。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (5)

1.一种手工工具用盘条，其特征在于：其化学成分按质量百分比计为：

[C]0.2～0.5％，[Si]≤0.1％，[Mn]0.5～1.5％，[Cr]0.5～3.0％，[Nb]≤0.2％，[V]≤0.2％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。

2.根据权利要求1所述的一种手工工具用盘条，其特征在于：按照质量百分比计满足：0.1{1.8-[Cr]}+{0.1-[Nb]}＝2{[V]-0.1}。

3.根据权利要求1所述的一种手工工具用盘条，其特征在于：所述手工工具用盘条化学成分还包括有[Ti]、[B]、[Al]中的任意一种或以上，按照质量百分比计满足：[Ti]0.01～0.1％,[B]0.001～0.01％,[Al]0.01～0.1％。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种手工工具用盘条的制备方法，其特征在于：包括：连铸工序中，满足：S_H＝1511-5.26v_L，其中：

S_H(cm²)为连铸坯横截面积，v_L(cm/min)为拉速；

轧制工序中，满足：v_G＝75-1.7D，其中：v_G(m/s)为最高轧制速度，D(mm)为盘条直径。

5.根据权利要求4所述的一种手工工具用盘条的制备方法，其特征在于：满足：0cm/min＜v_L≤280cm/min，0mm＜D≤44mm。