CN113528943B - 一种高强韧性冶金锯片用钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明特别涉及一种高强韧性冶金锯片用钢及其制备方法，属于钢材生产技术领域，其化学成分以质量分数计包括：C：0.35％‑0.42％，Si：1.1％‑1.4％，Mn：0.08％‑1.4％，Cr：0.3％‑0.7％，V：0.08％‑1.4％，S：≤0.002％，P：≤0.009％，其余为Fe和不可避免的杂质；采用C‑Si‑Mn‑Cr‑V合金成分体系，保证钢板基料在最终的热处理后具备较高的强度、硬度，锯片钢厚度方向的硬度一致，使用寿命长。

Description

一种高强韧性冶金锯片用钢及其制备方法
技术领域
本发明属于钢材生产技术领域，特别涉及一种高强韧性冶金锯片用钢及其制备方法。
背景技术
冶金锯片尺寸规格较大，直径最大可达到2200mm-3000mm，热连轧钢板受到宽度的限制，因此该类锯片钢多采用中厚板作为基料进行生产，冶金锯片钢一般用于型材、棒材等钢材的轧后切割分段使用，由于使用过程中锯片高速旋转，受到径向、轴向、轴向的交变应力作用，工作环境恶劣，对钢板的强韧性、不平度、夹杂物等要求很高，开发此类品种具有很大的难度。
国内冶金锯片用宽厚板一般有30CrMo、45Mn2V、50Mn2V等牌号(一些低端市场还有用45#钢)。锯片使用过程的失效方式一般为磨损失效、齿根裂纹失效等，这就要求锯片钢具备高硬度，同时也应具备高的韧性，现有的冶金锯片钢种，如应用量较大的45Mn2V，存在韧性较低的情况，这对裂纹的抑制效果不佳。亟需开发一种强韧性兼备的新型冶金锯片钢种。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的高强韧性冶金锯片用钢及其制备方法。
本发明实施例提供了一种高强韧性冶金锯片用钢，所述钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.35％-0.42％，Si：1.1％-1.4％，Mn：0.08％-1.4％，Cr：0.3％-0.7％，V：0.08％-1.4％，S：≤0.002％，P：≤0.009％，其余为Fe和不可避免的杂质。
可选的，所述钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.38％-0.40％，Si：1.2％-1.3％，Mn：0.5％-1.0％，Cr：0.3％-0.7％，V：0.08％-1.4％，S：≤0.002％，P：≤0.009％，其余为Fe和不可避免的杂质。
可选的，所述钢的金相组织以体积分数计为：10％-30％的仿晶界铁素体，70％-90％的珠光体。
可选的，所述仿晶界铁素体的晶粒尺寸为8μm-15μm，所述珠光体的晶粒尺寸为20μm-130μm。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种高强韧性冶金锯片用钢的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将高强韧性冶金锯片用钢的铸坯采用热送的方式送入加热炉进行加热，所述高强韧性冶金锯片用钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.35％-0.42％，Si：1.1％-1.4％，Mn：0.08％-1.4％，Cr：0.3％-0.7％，V：0.08％-1.4％，S：≤0.002％，P：≤0.009％，其余为Fe和不可避免的杂质；
将加热后的铸坯进行轧制，获得钢板带；
将所述钢板带进行剪切分段，获得钢板段。
可选的，所述将高强韧性冶金锯片用钢的铸坯采用热送的方式送入加热炉进行加热中，所述铸坯的入炉温度为300℃-500℃。
可选的，所述将高强韧性冶金锯片用钢的铸坯采用热送的方式送入加热炉进行加热中，所述加热包括第一段加热、第二段加热和第三段加热，所述加热的终点温度为1160℃-1210℃。
可选的，所述第一段加热具体包括：当所述铸坯温度＜700℃时，加热速率为4.6℃/min-5.1℃/min；所述第二段加热具体包括：当所述铸坯温度为700℃-900℃时，加热速率为6.1℃/min-10℃/min；所述第三段加热具体包括：当所述铸坯温度＞900℃时，加热速率为1.5℃/min-2.5℃/min。
可选的，所述将加热后的铸坯进行轧制，获得钢板带中，所述轧制采用直接轧制工艺，所述轧制的终轧温度为900℃-960℃。
可选的，所述将所述钢板带进行剪切分段，获得钢板段中，所述剪切分段的温度为200℃-400℃。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的高强韧性冶金锯片用钢，其化学成分以质量分数计包括：C：0.35％-0.42％，Si：1.1％-1.4％，Mn：0.08％-1.4％，Cr：0.3％-0.7％，V：0.08％-1.4％，S：≤0.002％，P：≤0.009％，其余为Fe和不可避免的杂质；采用C-Si-Mn-Cr-V合金成分体系，保证钢板基料在最终的热处理后具备较高的强度、硬度，锯片钢厚度方向的硬度一致，使用寿命长。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的方法的框图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种高强韧性冶金锯片用钢，所述钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.35％-0.42％，Si：1.1％-1.4％，Mn：0.08％-1.4％，Cr：0.3％-0.7％，V：0.08％-1.4％，S：≤0.002％，P：≤0.009％，其余为Fe和不可避免的杂质。
控制C的质量分数为0.35％-0.42％的原因是采用较高的碳当量设计，保证钢板基料在最终的热处理后具备较高的强度、硬度；
添加0.08％-1.4％的Mn合金，可提高钢的强度及硬度；添加适量的Mn在炼钢时脱氧及脱硫功效，防止热脆；由于该成分的锯片钢的碳含量在0.35％-0.42％之间，增加Mn元素还可提高淬透性，改善锯片钢厚度方向的硬度不一致情况，提高锯片的使用寿命；
合金元素V的碳化物耐磨性较好，添加0.08％-1.4％的V合金，V合金形成弥散分布的V碳氮化物可提高钢材的硬度和耐磨性，另外V合金形成稳定难溶的碳化物，在较高的温度下组织仍能够保持较小的晶粒度，这有利于成品锯片最终热处理工艺的制定。
Cr加入钢中能显著改善钢的抗氧化作用,增加钢的抗腐蚀能力。铬能显著增加钢的淬透性,有利于保证钢板最终热处理后的硬度，控制Cr的含量为0.3％-0.7％的原因是能够实现淬透性，该含量取值过大易于产生回火脆性，过小不利于钢板硬度提升。
作为一种可选的实施方式，钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.38％-0.40％，Si：1.2％-1.3％，Mn：0.5％-1.0％，Cr：0.3％-0.7％，V：0.08％-1.4％，S：≤0.002％，P：≤0.009％，其余为Fe和不可避免的杂质。
作为一种可选的实施方式，钢的金相组织以体积分数计为：10％-30％的仿晶界铁素体，70％-90％的珠光体。
10％-30％体积分数的仿晶界铁素体的作用是能够保证钢板的组织具备一定的软相，从而保证轧态钢板的韧性，该体积分数取值过大对轧态钢板的硬度提升有不利影响，过小则容易产生裂纹。
70％-90％体积分数的珠光体的作用是实现钢板轧后良好的强韧性匹配，兼顾硬度的同时避免裂纹产生
10％-30％体积分数的仿晶界铁素体和70％-90％体积分数的珠光体二者协同作用(即1+1＞2)的原理如下：铁素体属于软相，具备较低的硬度，但是具备较好的延伸性，而珠光体的特性与铁素体相反，硬度高而延展性差，两者按照上述的比例分配可以得到合理的强韧性。
作为一种可选的实施方式，仿晶界铁素体的晶粒尺寸为8μm-15μm，所述珠光体的晶粒尺寸为20μm-130μm。
仿晶界铁素体的晶粒尺寸为8-15mm作用是通过获得一定量沿晶界分布的仿晶界铁素体，可对于整体组织起到韧化作用，该晶粒尺寸取值过大的的不利影响是尺寸过大的仿晶界铁素体会加剧偏析且不利于组织均匀性的提高，过小的不利影响是无法起到显著的韧化作用。
晶粒尺寸为20-130mm的作用是通过控制晶粒的相对均匀，保证轧态钢板的组织均匀性，该晶粒尺寸取值过大的的不利影响是过大晶粒会造成粗大晶粒周围偏析元素富集，不利于钢板的稳定性，过小的不利影响是晶粒尺寸过小会造成成本较高且对于锯片钢的整体性能无明显优化。
根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种高强韧性冶金锯片用钢的制备方法，所述方法包括：
S1.将高强韧性冶金锯片用钢的铸坯采用热送的方式送入加热炉进行加热，所述高强韧性冶金锯片用钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.35％-0.42％，Si：1.1％-1.4％，Mn：0.08％-1.4％，Cr：0.3％-0.7％，V：0.08％-1.4％，S：≤0.002％，P：≤0.009％，其余为Fe和不可避免的杂质；需要说明的是，铸坯的质量控制要求A、B、C类夹杂物分别为1.5级、1.0级、1.0级，冶炼过程采用LF+VD控制，铸坯采用连铸机进行生产。
作为一种可选的实施方式，钢坯进行温送，钢坯的入炉温度需要在300-500℃之间，为防止加热过程的裂纹，在钢坯奥氏体化温度以前，采用缓慢的升温速率，在500-700℃，升温速率控制在4.6-5.1℃/分钟，在700-900℃，升温速率控制在6.1-10℃/分钟，由于温度高升温，加热炉内的热传导系数降低，考虑到加热炉的负荷，在温度＞900℃时候，升温速率控制在2℃/分钟，直至加热到1160-1210℃。
S2.将加热后的铸坯进行轧制，获得钢板带；
作为一种可选的实施方式，钢板采用直接轧制工艺，终轧温度控制在930-960℃之间，钢板轧制完成后不水冷，直接在冷床上空冷。
控制轧制的终轧温度为930℃-960℃的原因是保证钢板在轧制状态处于完全奥氏体区域不发生铁素体等相变，另外由于锯片钢的规格在中厚板属于较薄规格，较高的温度轧制有利于变形抗力的降低，从而有利于板形的控制，由于规格较薄，散热温度较快，轧制温度过高产线不能实现，终轧温度取值过小则不利于保证终轧的板形。
S3.将所述钢板带进行剪切分段，获得钢板段。
作为一种可选的实施方式，空冷后在线机切，为减少剪切裂纹，剪切温度应在200-400℃之间。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的高强韧性冶金锯片用钢及其制备方法进行详细说明。
实施例1
一种高强韧性冶金锯片用钢的制备方法，所述方法包括：
S1.将高强韧性冶金锯片用钢的铸坯采用热送的方式送入加热炉进行加热，所述高强韧性冶金锯片用钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.35％，Si：1.1％，Mn：0.08％，Cr：0.3％，V：0.08％，S：≤0.002％，P：≤0.009％，其余为Fe和不可避免的杂质；铸坯的入炉温度为300℃；加热时，在500-700℃，升温速率控制在4.6℃/分钟，在700-900℃，升温速率控制在6.1℃/分钟，在温度＞900℃时，升温速率控制在2℃/分钟，直至加热到1160℃。
S2.将加热后的铸坯进行轧制，获得钢板带；终轧温度控制在930℃，钢板轧制完成后不水冷，直接在冷床上空冷
S3.将所述钢板带进行剪切分段，获得钢板段；剪切温度在200℃。
实施例2
一种高强韧性冶金锯片用钢的制备方法，所述方法包括：
S1.将高强韧性冶金锯片用钢的铸坯采用热送的方式送入加热炉进行加热，所述高强韧性冶金锯片用钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.42％，Si：1.4％，Mn：1.4％，Cr：0.7％，V：1.4％，S：≤0.002％，P：≤0.009％，其余为Fe和不可避免的杂质；铸坯的入炉温度为500℃；加热时，在500-700℃，升温速率控制在5.1℃/分钟，在700-900℃，升温速率控制在10℃/分钟，在温度＞900℃时，升温速率控制在2℃/分钟，直至加热到1210℃。
S2.将加热后的铸坯进行轧制，获得钢板带；终轧温度控制在960℃，钢板轧制完成后不水冷，直接在冷床上空冷
S3.将所述钢板带进行剪切分段，获得钢板段；剪切温度在400℃。
实施例3
一种高强韧性冶金锯片用钢的制备方法，所述方法包括：
S1.将高强韧性冶金锯片用钢的铸坯采用热送的方式送入加热炉进行加热，所述高强韧性冶金锯片用钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.39％，Si：1.2％，Mn：0.7％，Cr：0.5％，V：0.7％，S：≤0.002％，P：≤0.009％，其余为Fe和不可避免的杂质；铸坯的入炉温度为400℃；加热时，在500-700℃，升温速率控制在4.8℃/分钟，在700-900℃，升温速率控制在8℃/分钟，在温度＞900℃时，升温速率控制在2℃/分钟，直至加热到1180℃。
S2.将加热后的铸坯进行轧制，获得钢板带；终轧温度控制在950℃，钢板轧制完成后不水冷，直接在冷床上空冷
S3.将所述钢板带进行剪切分段，获得钢板段；剪切温度在300℃。
对比例1
一种高强韧性冶金锯片用钢的制备方法，所述方法包括：
S1.将高强韧性冶金锯片用钢的铸坯采用热送的方式送入加热炉进行加热，所述高强韧性冶金锯片用钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.30％，Si：1.0％，Mn：0.05％，Cr：0.2％，V：0.05％，S：≤0.002％，P：≤0.009％，其余为Fe和不可避免的杂质；铸坯的入炉温度为400℃；加热时，在500-700℃，升温速率控制在4.8℃/分钟，在700-900℃，升温速率控制在8℃/分钟，在温度＞900℃时，升温速率控制在2℃/分钟，直至加热到1180℃。
S2.将加热后的铸坯进行轧制，获得钢板带；终轧温度控制在950℃，钢板轧制完成后不水冷，直接在冷床上空冷
S3.将所述钢板带进行剪切分段，获得钢板段；剪切温度在300℃。
对比例2
一种高强韧性冶金锯片用钢的制备方法，所述方法包括：
S1.将高强韧性冶金锯片用钢的铸坯采用热送的方式送入加热炉进行加热，所述高强韧性冶金锯片用钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.4％，Si：1.3％，Mn：0.15％，Cr：0.5％，V：0.15％，S：≤0.002％，P：≤0.009％，其余为Fe和不可避免的杂质；铸坯的入炉温度为400℃；加热时，在500-700℃，升温速率控制在4.8℃/分钟，在700-900℃，升温速率控制在8℃/分钟，在温度＞900℃时，升温速率控制在2℃/分钟，直至加热到1180℃。
S2.将加热后的铸坯进行轧制，获得钢板带；终轧温度控制在950℃，钢板轧制完成后不水冷，直接在冷床上空冷
S3.将所述钢板带进行剪切分段，获得钢板段；剪切温度在300℃。
对比例3
一种高强韧性冶金锯片用钢的制备方法，所述方法包括：
S1.将高强韧性冶金锯片用钢的铸坯采用热送的方式送入加热炉进行加热，所述高强韧性冶金锯片用钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.39％，Si：1.2％，Mn：0.7％，Cr：0.5％，V：0.7％，S：≤0.002％，P：≤0.009％，其余为Fe和不可避免的杂质；铸坯的入炉温度为400℃；加热时，升温速率控制在15℃/分钟，直至加热到1180℃。
S2.将加热后的铸坯进行轧制，获得钢板带；终轧温度控制在950℃，钢板轧制完成后不水冷，直接在冷床上空冷
S3.将所述钢板带进行剪切分段，获得钢板段；剪切温度在300℃。
相关实验：
将实施例1-3和对比例1-3制得的钢进行性能检测，测试结果如下表所示。
Figure BDA0003118120910000071
Figure BDA0003118120910000081
由表可得，采用本实施提供的方法制得的钢具有高硬度的同时具备高的韧性，通过对比例1、对比例2和实施例数据对比可得，当钢的配比不在本实施例提供的范围内时，会出现冲击韧性过低钢板导致易于产生裂纹，通过对比例2和实施例数据对比可得，当加热工艺不同于本实施例时，会发生铸坯的表面裂纹，从而导致铸坯裂纹最终遗传到钢板表面，产生缺陷。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
(1)本发明实施例提供的钢强度和韧性兼备，尤其适用于作为冶金锯片；
(2)本发明实施例提供的方法通过合理的成分设计及炼钢、连铸、轧钢、精整工艺设置，克服该品种钢生产过程中的裂纹、板形等问题，形成了一整套高强韧性冶金锯片的生产方法。
最后，还需要说明的是，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。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种高强韧性冶金锯片用钢，其特征在于，所述钢的化学成分以质量分数计包括：C：0.38%-0.40%，Si：1.2%-1.3%，Mn：0.5%-1.0%，Cr：0.3%-0.7%，V：0.08%-1.4%，S：≤0.002%，P：≤0.009%，其余为Fe和不可避免的杂质；所述钢的金相组织以体积分数计为：10%-30%的仿晶界铁素体，70%-90%的珠光体，所述仿晶界铁素体的晶粒尺寸为8μm-15μm，所述珠光体的晶粒尺寸为20μm-130μm，所述钢的制备工艺包括将铸坯采用热送的方式送入加热炉进行加热，将加热后的铸坯进行轧制，获得钢板带，将所述钢板带进行剪切分段，获得钢板段，所述加热包括第一段加热、第二段加热和第三段加热，所述第一段加热具体包括：当所述铸坯温度＜700℃时，加热速率为4.6℃/min-5.1℃/min；所述第二段加热具体包括：当所述铸坯温度为700℃-900℃时，加热速率为6.1℃/min-10℃/min；所述第三段加热具体包括：当所述铸坯温度＞900℃时，加热速率为1.5℃/min-2.5℃/min。
2.一种权利要求1所述的高强韧性冶金锯片用钢的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将高强韧性冶金锯片用钢的铸坯采用热送的方式送入加热炉进行加热；
将加热后的铸坯进行轧制，获得钢板带；
将所述钢板带进行剪切分段，获得钢板段；
所述加热包括第一段加热、第二段加热和第三段加热，所述第一段加热具体包括：当所述铸坯温度＜700℃时，加热速率为4.6℃/min-5.1℃/min；所述第二段加热具体包括：当所述铸坯温度为700℃-900℃时，加热速率为6.1℃/min-10℃/min；所述第三段加热具体包括：当所述铸坯温度＞900℃时，加热速率为1.5℃/min-2.5℃/min。
3.根据权利要求2所述的高强韧性冶金锯片用钢的制备方法，其特征在于，所述将高强韧性冶金锯片用钢的铸坯采用热送的方式送入加热炉进行加热中，所述铸坯的入炉温度为300℃-500℃。
4.根据权利要求2所述的高强韧性冶金锯片用钢的制备方法，其特征在于，所述将高强韧性冶金锯片用钢的铸坯采用热送的方式送入加热炉进行加热中，所述加热包括第一段加热、第二段加热和第三段加热，所述加热的终点温度为1160℃-1210℃。
5.根据权利要求2所述的高强韧性冶金锯片用钢的制备方法，其特征在于，所述将加热后的铸坯进行轧制，获得钢板带中，所述轧制采用直接轧制工艺，所述轧制的终轧温度为900℃-960℃。
6.根据权利要求2所述的高强韧性冶金锯片用钢的制备方法，其特征在于，所述将所述钢板带进行剪切分段，获得钢板段中，所述剪切分段的温度为200℃-400℃。
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