CN113174532A

CN113174532A - 一种量具用高淬火硬度马氏体不锈钢卷及其制备方法

Info

Publication number: CN113174532A
Application number: CN202110351616.3A
Authority: CN
Inventors: 魏海霞; 潘吉祥; 徐斌; 李照国; 纪显彬
Original assignee: Gansu Jiu Steel Group Hongxing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Gansu Jiu Steel Group Hongxing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2021-07-27
Anticipated expiration: 2041-03-31
Also published as: CN113174532B

Abstract

本发明公开了一种量具用高淬火硬度马氏体不锈钢卷及其制备方法，按重量百分比由以下化学成分组成：碳：0.43～0.53%、硅：≤1.0%、锰：≤1.0%、磷：≤0.040、硫：≤0.005%、铬：12.50～14.00%、镍：≤0.30%、钼：≤0.10%、钒：≤0.15%、氮：≤1.0%，其余为铁和不可避免的残留元素。生产工艺包括：①冶炼、②连铸、③修磨、④加热、⑤除鳞、⑥粗轧、⑦精轧、⑧卷曲、⑨退火、⑩酸洗。本发明制备的不锈钢材料HRC硬度可达57度以上，表面光洁度、耐磨性能、韧性等指标优异；提供的制备方法工艺流程短且成本低，成材率高。

Description

一种量具用高淬火硬度马氏体不锈钢卷及其制备方法

技术领域

本发明属于量具用钢加工技术领域，具体涉及一种量具用高淬火硬度马氏体不锈钢卷及其制备方法。

背景技术

量具用钢对硬度、耐磨性、耐腐蚀性及机械性能、尺寸稳定性等有较高的要求。高硬度和高耐磨性能够保证量具长期使用中不致被很快磨损而失去其精度；较好的耐腐蚀性以保证大气、手汗等特殊环境下长期使用不致损坏，高的尺寸稳定性以保证量具在使用和存放过程中保持其形状和尺寸的恒定。另外，量具工作面要求高度光洁，如钢种非金属夹杂物和液析碳化物不加以控制，可能会在量块等极小粗糙度的表面上产生细小的点状缺陷。

马氏体不锈钢是指通过调整钢种碳、铬等成分含量和热处理工艺，对其性能进行调整的不锈钢。经退火处理后其主要组织为铁素体＋碳化物；高温奥氏体化后空冷下来主要组织为马氏体。尤其是本发明涉及到的高碳马氏体中，加入氮、钒等合金使其淬火硬度达到57HRC以上，并兼有良好的耐腐蚀性能，大小均匀的碳化物分布又可以大大提高耐磨性。因此，越来越被广泛的应用于高精度、高端量具行业。

但由于高碳马氏体不锈钢的液相线与固相线温度相差较大，钢种导热系数偏低，铸坯凝固过程的坯壳形成、生长速率较慢，连铸机生产过程易出现漏钢等事故；同时，马氏体不锈钢凝固过程易发生包晶反应，铸坯易出现裂纹缺陷。所以，超高碳马氏体不锈钢铸坯生产均采用传统的模铸工艺。

中国发明CN103820711公开了一种5Cr13不锈钢带钢及制备方法，其化学元素组成及其质量份数为：0.45-0.55%的碳、≤1.00%的锰、≤0.030%的磷、≤0.030%的硫、12.50-14.00%的铬，余量为铁，制备方法包括以下步骤：①熔炼，将马氏体不锈钢废钢、碳素钢废钢和铁合金投入中频炉内初炼，初炼后钢水再兑到LF精炼炉精炼，之后再经过VD真空炉对钢种氢、氧、氮的气体含量进行控制，得到待浇铸钢水；②浇铸，将待浇铸钢水浇入专用钢锭模中，自然冷却后得到钢锭；③锻打，将钢锭装入加热炉即热后送入锻锤锻打等相应尺寸，得到锻打坯料；④退火；⑤锯床，将退火后的锻打坯料经锯床锯成方便热轧加工的各种尺寸；⑥钢带热轧。该5Cr13与本发明涉及的马氏体钢种成分有所不同，另外，制备方法为废钢冶炼，模铸后锻打，再经过退火后锯床加工成合适尺寸后进行热轧轧制，最后经退火酸洗后得到冷轧成品。该5Cr13不锈钢制备方法生产工序复杂、生产周期较长，生产效率较低，能耗等生产成本较高、金属收得率低、批量小；同时，模铸坯易出现缩孔、疏松、偏析的问题，且全废钢冶炼钢水纯净度及成品力学性能等指标较难稳定控制。

发明内容

本发明提供了一种量具用高淬火硬度马氏体不锈钢卷及其制备方法，目的在于解决上述技术问题。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种量具用高淬火硬度马氏体不锈钢卷，按重量百分比由以下化学成分组成：碳：0.43～0.53%、硅：≤1.0%、锰：≤1.0%、磷：≤0.040、硫：≤0.005%、铬：12.50～14.00%、镍：≤0.30%、钼：≤0.10%、钒：≤0.15%、氮：≤1.0%，其余为铁和不可避免的残留元素。

一种量具用高淬火硬度马氏体不锈钢卷的制备方法，包括以下工艺步骤：

①冶炼：使用高炉铁水，通过脱磷转炉预处理—AOD脱碳 —LF精炼的工艺流程，冶炼马氏体不锈钢高纯净度钢水；

②连铸：生产厚度160～220mm，长度10～11.5m的连铸板坯，控制中包过热度 20℃～40℃，防止浇铸过程中头尾变形卡钢造成断浇；

③修磨：将上述步骤②的连铸板坯进行保温热修磨，修磨后装炉温度≥200℃；

④加热：将上述步骤③的热板坯首先在预热炉中加热至 720～800℃，然后进入加热炉中继续加热至 1230～1265℃，加热时间为 190～250min；

⑤除鳞：将上述步骤④加热后的板坯经高压水除鳞，除鳞水压力≥ 180MPa，除鳞水流量为300m³/h；

⑥粗轧：将上述步骤⑤除鳞后的板坯采用四辊可逆式粗轧机往复5道次轧制为中间坯，轧制速度1.6m/s～5.5m/s，中间坯温度控制在1100～1130℃之间；

⑦精轧：将上述步骤⑥粗轧后的中间坯采用四辊可逆式炉卷轧机往复5道次轧制，炉卷轧机入口和出口卷取炉炉温控制在 1000℃～1050℃之间，精轧开轧温度控制在1010～1050℃，控制终轧温度≥ 900℃，轧制为4～6mm热轧钢带；

⑧卷曲：将上述步骤⑦炉卷轧机轧制后的钢带进行卷曲，卷曲过程不进行层流冷却，制成马氏体不锈钢热轧黑卷；

⑨退火：将上述步骤⑧制成的马氏体不锈钢热轧黑卷进行球化退火，退火温度850℃，退火总时间≥60小时。

⑩酸洗：将上述步骤⑨所述退火卷送至铬钢线进行酸洗后，再经过冷轧20辊轧机轧制至2～3.3mm得到成品。

进一步地，所述步骤②中控制中包温度为1490～1510℃。

进一步地，所述步骤③中连铸板坯下线后入保温坑进行保温，保温坑温度≥280℃，保温过程平均温降≤10℃/h，修磨前板坯温度≥400℃，修磨后装炉温度≥200℃。

进一步地，所述步骤④中预热炉热负荷占比48%，加热炉热负荷占比52%，炉膛最高温度≤1290℃，均热时间≥58min。

进一步地，所述步骤⑥中，只进行机架一道次除鳞以控制板带冷却速度。

进一步地，所述步骤⑨中球化退火加热时间≥12h，保温时间≥20h。

相比于现有工艺，本发明的有益效果在于：

本发明相对于现有技术具有以下优点：

1.本发明使用纯高炉铁水融合本发明的冶炼工艺，夹杂物控制水平较高，大大降低了由于夹杂物引起的区域性残留应力分布而导致力学性能各向异性，避免了成品不均匀变形，显著提高成品尺寸的稳定性；

2.本发明通过加入金属钒，使钢种组织晶粒细化，碳氮化物化物更加细小弥散，材料韧性更好；

3.本发明通过全保护连铸，使钢水结晶较完全，减少了区域性的残留应力和偏析，另外，表面质量较好，可以很大程度上保证成品表面光洁度；

4.本发明通过铸坯下线入保温坑合理保温，之后热板坯入炉预热、加热，并通过合理的热负荷分配使用预热炉、加热炉串联加热，有效的避免了由于升温速率过快及内应力产生的隐性裂纹。同时，通过加热时间，尤其是均热时间的严格控制，使高碳钢普遍存在的碳化物偏析得以减弱甚至消除，降低了材料水波纹缺陷发生概率，保证了材料硬度的均匀性；

5.本发明通过采用粗轧多道次往复式轧制、及精轧炉卷轧机多道次往复式轧制，合理的控制道次轧制速度及入、出口卷曲炉温度，有效的控制了板带轧制过程中温降速率，使板带冷却过程中各类型碳化物最大程度的均匀析出，减少了热变形过程中的边裂、分层等缺陷的发生；

6.本发明通过合理的罩式炉退火工艺，有效的保证了热轧卷中碳化物的球化完全程度，使材料中碳化物大小更加均匀；

7.本发明提供的技术方案由于各金属及非金属元素质量百分比的合理选择及控制，材料HRC硬度可达57度以上；非金属夹杂物达到A类0级、B类0级、C类0.5级、D类1级和Ds类0级；表面光洁度、耐磨性能、韧性等指标优异。提供的制备方法工艺流程短且成本低，成材率高。

附图说明

图1是实施例1的金相组织照片；

图2是实施例2的金相组织照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：

实施例1：以制备宽度为1250mm和厚度为4.3mm的量具用马氏体不锈钢带钢为例。

①冶炼：将炼铁供纯高炉铁水通过脱磷转炉预处理—AOD脱碳 —LF精炼的工艺流程，冶炼马氏体不锈钢高纯净度钢水；取样进行化验室分析确认，钢水中各化学元素的质量百分比为：碳0.48%、硅0.45%、锰0.40%、磷0.018%、硫0.001%、铬13.12%、镍0.14%、钼≤0.10%、钒≤0.15%、氮0.0189%，其余为铁和不可避免的残留元素。

②连铸：铸坯的规格为220mm×1250mm×10500mm，控制中包过热度控制在 40℃，中包温度为 1505℃，使用220mm结晶器进行浇铸。

③修磨：将上述步骤②的连铸板坯进行保温修磨处理，修磨后装炉温度218℃。

④加热：将上述步骤③的热板坯首先在预热炉中加热至 786℃，然后进入加热炉中继续加热，出炉温度 1252℃，在炉时间为 209min。

⑤除鳞：将上述步骤④加热后的板坯经高压水除鳞除鳞，除鳞水压力≥ 192MPa，除鳞水流量300m³/h。

⑥粗轧：将上述步骤⑤除鳞后的板坯采用四辊可逆式粗轧机往复5道次轧制为中间坯，轧制速度1.6m/s～5.5m/s，中间坯温度控制在1113℃ 。

⑦精轧：将上述步骤⑥粗轧后的中间坯采用四辊可逆式炉卷轧机往复5道次轧制，炉卷轧机入口和出口卷曲炉炉温控制在 1015℃，精轧开轧温度控制在1038℃，终轧温度≥916℃，轧制为4.3mm热轧钢带。

⑧卷曲：将上述步骤⑦炉卷轧机轧制后的钢带进行卷曲，过程不进行层流冷却，制成马氏体不锈钢热轧黑卷。

⑨退火：将上述步骤⑧送至罩式退火炉进行球化退火，退火温度850℃，退火总时间≥60小时，其中加热时间14小时，保温时间18小时。

实施例2：以制备宽度为1250mm和厚度为2.8mm的量具用马氏体不锈钢带钢为例。

①冶炼：将炼铁供纯高炉铁水通过脱磷转炉预处理—AOD脱碳 —LF精炼的工艺流程，冶炼马氏体不锈钢高纯净度钢水；取样进行化验室分析确认，钢水中各化学元素的质量百分比为：碳0.49%、硅0.52%、锰0.42%、磷0.021%、硫0.0012%、铬13.08%、镍0.139%、钼≤0.10%、钒≤0.15%、氮0.0218%，其余为铁和不可避免的残留元素。

② 连铸：铸坯的规格为220mm×1250mm×10500mm，控制中包过热度控制在 38℃，中包温度为 1503℃，使用220mm结晶器进行浇铸。

③修磨：将上述步骤②的连铸板坯进行保温修磨处理，修磨后装炉温度226℃。

④加热：将上述步骤③的热板坯首先在预热炉中加热至 781℃，然后进入加热炉中继续加热，出炉温度 1254℃，在炉时间为 198min。

⑤除鳞：将上述步骤④加热后的板坯经高压水除鳞除鳞，除鳞水压力≥ 196MPa，除鳞水流量300m³/h。

⑥粗轧：将上述步骤⑤除鳞后的板坯采用四辊可逆式粗轧机往复5道次轧制为中间坯，轧制速度1.6m/s～5.5m/s，中间坯温度控制在1116℃ 。

⑦精轧：将上述步骤⑥粗轧后的中间坯采用四辊可逆式炉卷轧机往复5道次轧制，炉卷轧机入口和出口卷曲炉炉温控制在 1015℃，精轧开轧温度控制在1040℃，终轧温度≥921℃，轧制为4.3mm热轧钢带。

由上述实施案例得到的量具用马氏体不锈钢钢卷进过检测及实验室分析，具有以下技术效果。

1.实施例1金相组织照片如图1，实施例2金相组织照片如图2，从图中可以看出碳化物尺寸平均1.5～1.7μm。

2.性能指标

需要说明的是，以上仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种量具用高淬火硬度马氏体不锈钢卷，其特征在于，按重量百分比由以下化学成分组成：碳：0.43～0.53%、硅：≤1.0%、锰：≤1.0%、磷：≤0.040、硫：≤0.005%、铬：12.50～14.00%、镍：≤0.30%、钼：≤0.10%、钒：≤0.15%、氮：≤1.0%，其余为铁和不可避免的残留元素。

2.一种根据权利要求1所述的量具用高淬火硬度马氏体不锈钢卷的制备方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：

3.⑩酸洗：将上述步骤⑨所述退火卷送至铬钢线进行酸洗后，再经过冷轧20辊轧机轧制至2～3.3mm得到成品。

4.根据权利要求2所述的量具用高淬火硬度马氏体不锈钢卷的制备方法，其特征在于，所述步骤②中控制中包温度为1490～1510℃。

5.根据权利要求2所述的量具用高淬火硬度马氏体不锈钢卷的制备方法，其特征在于，所述步骤③中连铸板坯下线后入保温坑进行保温，保温坑温度≥280℃，保温过程平均温降≤10℃/h，修磨前板坯温度≥400℃，修磨后装炉温度≥200℃。

6.根据权利要求2所述的量具用高淬火硬度马氏体不锈钢卷的制备方法，其特征在于，所述步骤④中预热炉热负荷占比48%，加热炉热负荷占比52%，炉膛最高温度≤1290℃，均热时间≥58min。

7.根据权利要求2所述的量具用高淬火硬度马氏体不锈钢卷的制备方法，其特征在于，所述步骤⑥中，只进行机架一道次除鳞以控制板带冷却速度。

8.根据权利要求2所述的量具用高淬火硬度马氏体不锈钢卷的制备方法，其特征在于，所述步骤⑨中球化退火加热时间≥12h，保温时间≥20h。