CN113564487B - 一种800MPa电镀性能优异的高表面硬度工具钢及生产方法 - Google Patents

一种800MPa电镀性能优异的高表面硬度工具钢及生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种800MPa电镀性能优异的高表面硬度工具钢及生产方法，工具钢的化学成分按重量百分比计为：C 0.40％～0.60％，Mn 0.4％～1.5％,Ca 0.0005％～0.05％，Mg0.0005％～0.05％，Ba 0.1％～1.0％，Ca/Ba≥0.05，Ca/S≥0.5，Ca/Mg≥1，Cu 0.2％～1.0％，P≤0.020％，S≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明所生产的工具钢表面光洁、无需热处理表面硬度55HRC以上,表面无晶界氧化层和脱碳层，表面粗糙度≤0.9Ra/μm，省略抛砂工艺后电镀合格率达到100％。

Description

一种800MPa电镀性能优异的高表面硬度工具钢及生产方法
技术领域
本发明涉及工具钢生产技术领域，尤其涉及一种适合电镀的热轧高表面硬度工具钢及其生产方法。
背景技术
目前，普通的工具钢大多采用中碳钢经热处理加工而成，一般要求热处理后硬度37HRC以上，而且为了防腐蚀生锈，工具表面均需进行电镀处理。例如，捆绑带卡扣用的工具钢通常采用45Mn或45#钢加工而成，一般要求热处理后硬度37～41HRC。常规的捆绑带卡扣加工工序是：冶炼-热轧-冷轧-退火--冷轧板冲压成型-热处理-抛砂-滚光-电镀-组装。其中，不仅冷轧的成本高，抛砂和滚光的表面处理工艺复杂，成本也高。热处理淬火产生油烟严重环境污染，且加热能源消耗大。近年来，为节省成本，很多生产厂家采用热轧钢板直接加工捆绑带卡扣，但电镀后表面霉斑点状腐蚀缺陷严重，不合格。而且，随着环保要求不断提升及生产成本问题，工具钢下游用户的电镀工艺也在不断改变，有些甚至取消了电镀前的抛砂工艺，导致捆绑带卡扣电镀后点状霉斑腐蚀缺陷更加严重，产品不合格。
公告号为CN104745786B的中国发明专利公开了“一种免球化退火的用CSP线生产薄规格工具钢的方法”，其生产的是厚度1-2.5mm的薄工具钢钢板，不能满足厚度较大的工具使用需求；采用低温轧制、快冷到马氏体转变温度附近低温卷取，再回火得到回火屈氏体降低强硬性的生产工艺，一方面对卷取机能力要求极高，另一方面卷取过程中发生马氏体相变，马氏体脆性极大，极易断带，且卷后要进行550～700℃高温回火处理，成本较高。另外，该工艺控制脱碳深度不超过板厚的1％。
公告号为CN103173598B的中国发明专利公开了“一种免退火型中高碳钢板制造工艺”，公开号为CN102417959A的中国专利申请公开了“一种免退火处理热轧S50C板带生产方法”，采用两相区或铁素体区低温大压下轧制，高温卷取堆垛，得到60％铁素体和部分球化珠光体，软化降低钢板硬度到80-85HRB。上述工艺得到的钢板铁素体量多、块大，必须淬火回火才能使用，而且热处理后硬度低，不能满足高端工具钢的使用要求。
公开号为CN104204309A的中国专利申请公开了一种“电镀用钢板和电镀钢板以及它们的制造方法”，电镀用钢板以质量计含有C：0.0005％-0.005％，同时加Cr、Si、Mn等少量合金，属超低碳钢，其强度级别低，不能满足栓紧带卡扣用钢拉伸及硬度需求。
公开号为CN105177430A的中国专利申请公开了“一种合金工具钢及其生产方法”，涉及一种中碳工具钢，钢中含有：C 0.5％，Si 0.2％，Mn 0.5％，Cr 5.0％，Mo 2.3％，V0.5％，S≤0.003％，P≤0.02％，该合金工具钢中加入Cr、Mo、V等合金较多，冶炼需采用电渣重熔浇注铸锭，成材率低，需要软化退火、球化退火、淬火、回火等多道热处理工序，成本高，不适于加工制造形状复杂的各类工具。
上述工具钢及生产方法均存在一定缺陷，不能满足低成本高硬度、高电镀性能的工具钢使用需求。
发明内容
本发明提供了一种电镀性能优异的高表面硬度工具钢及生产方法，克服了现有工具钢存在的热处理成本高、省略抛砂工艺后电镀不合格等不足，所生产的工具钢表面光洁、无需热处理表面硬度55HRC以上,表面无晶界氧化层和脱碳层，表面粗糙度≤0.9Ra/μm，省略抛砂工艺后电镀合格率达到100％。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种800MPa电镀性能优异的高表面硬度工具钢，所述工具钢的化学成分按重量百分比计为：C 0.40％～0.60％，Mn 0.4％～1.5％,Ca 0.0005％～0.05％，Mg 0.0005％～0.05％，Ba 0.1％～1.0％，Ca/Ba≥0.05，Ca/S≥0.5，Ca/Mg≥1，Cu 0.2％～1.0％，P≤0.020％，S≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述工具钢具有如下组织特点：
1)钢板内部组织为珠光体，珠光体团尺寸10μm～20μm，基体抗拉强度800MPa～900MPa,屈强比70％以下；
2)钢板表面下存在CuBaC粒子弥散分布且片间距小于100nm的屈氏体层,屈氏体层深度不小于钢板厚度的10％，屈氏体层中粒子最大直径不超过10nm，无需热处理表面硬度55HRC以上。
所述工具钢中各类非金属夹杂物不超过1.0级，钢板表面晶界氧化层为0mm，脱碳层为0mm，表面粗糙度≤0.9Ra/μm。
一种800MPa电镀性能优异的高表面硬度工具钢的生产方法，所述工具钢的生产工艺过程包括：冶炼-连铸-加热-热轧-冷却；其中：
1)冶炼工艺；
精炼先加入Ca-Mg脱氧剂进行脱氧、夹杂物变性处理，Ca处理5分钟以上，控制精炼氧含量≤0.0020％，然后沿中包壁添加Ba、Cu合金；
2)连铸工艺；
中包吹氩5～8分钟，控制浇注过热度≤25℃；连铸采用压下工艺和结晶器电磁搅拌，电磁搅拌1分钟～3分钟，电流强度1000A以上；压下量为10mm～30mm；连铸拉速1.0m/min～1.4m/min；
3)加热工艺；
铸坯下线缓冷72小时以上，然后入加热炉加热；加热炉内采用还原性气氛，加热段的加热温度为1200℃～1350℃，铸坯在加热段的时间为30～50分钟，在炉总时间为2～4小时；
4)热轧工艺；
包括粗轧、精轧和第三次轧制三个工序：
a)粗轧首道次压下率≥50％；
b)精轧采用多道次连轧方式，总压下率≥80％，其中首道次压下率≥30％，轧制速度≥20m/s,开轧温度≥1100℃，结束温度900℃～950℃；
c)精轧后钢板进入层流冷却，冷速≥20℃/s急冷，冷却到650℃～750℃进行第三次轧制；第三次轧制采用两立辊四水平辊轧机连续两道次轧制，竖直方向压下率2％～8％，侧向压下率5％～20％；
5)冷却工艺；
采用卷头、卷中、卷尾分段冷却方式：钢板第三次轧制后进入层流冷却，冷速≥20℃/s急冷，距离头部0～35米的卷头钢板急冷到500℃～550℃卷取，距离尾部0～35米的卷尾钢板急冷到650℃～700℃卷取，其余的卷中钢板急冷到600℃～650℃卷取。
所述冶炼工艺包括转炉冶炼及电炉精炼过程，连铸坯厚度为170mm～250mm。
所述铸坯采用步进式加热炉加热，加热炉预热段温度500℃以上。
所述热轧工艺中，粗轧、精轧和第三次轧制前均采用高压水除鳞，高压水压力不小于30MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明采用无Si、加Ba、Cu的成分设计，利用电磁搅拌、连铸压下及第三次轧制技术使钢板表面下形成细小CuBaC粒子弥散分布，且片间距小于100nm的屈氏体层,屈氏体层深度不小于钢板厚度的10％，屈氏体层中粒子最大直径不超过10nm，无需热处理表面硬度55HRC以上，磨损率≤20mg/km(磨销转速300r/min，载荷120N)，节能降耗；
2)钢板内部组织为全珠光体，珠光体团尺寸10μm～20μm，基体抗拉强度800MPa～900MPa,屈强比70％以下，冲压成型性好；
3)钢板内部为正常珠光体组织保证强度和成型性，钢板表面下存在强化粒子弥散分布的细小屈氏体层保证高表面硬度和耐磨性，钢板强韧性匹配好；
4)加Ca、Mg增加钢水流动性，进行夹杂物处理，控制夹杂物水平不超过1级，Ba收得率高达60％以上，Mg收得率高达40％以上；
5)钢板表面光洁，晶界氧化层和脱碳层深度均为Omm，表面粗糙度≤0.9Ra/μm，用本发明所述钢板加工需要电镀的机械配件时，省略了冷轧、退火、热处理、抛砂四道工艺，不仅大大降低了生产成本，实现节能减耗，并且电镀表面无霉斑等腐蚀缺陷，产品电镀合格率100％。
附图说明
图1是本发明所述工具钢的金相组织照片。
具体实施方式
本发明是一种800MPa电镀性能优异的高表面硬度工具钢，所述工具钢的化学成分按重量百分比计为：C 0.40％～0.60％，Mn 0.4％～1.5％,Ca 0.0005％～0.05％，Mg0.0005％～0.05％，Ba 0.1％～1.0％，Ca/Ba≥0.05，Ca/S≥0.5，Ca/Mg≥1，Cu 0.2％～1.0％，P≤0.020％，S≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。
如图1所示，所述工具钢具有如下组织特点：
1)钢板内部组织为珠光体，珠光体团尺寸10μm～20μm，基体抗拉强度800MPa～900MPa,屈强比70％以下；
2)钢板表面下存在CuBaC粒子弥散分布且片间距小于100nm的屈氏体层,屈氏体层深度不小于钢板厚度的10％，屈氏体层中粒子最大直径不超过10nm，无需热处理表面硬度55HRC以上。
所述工具钢中各类非金属夹杂物不超过1.0级，钢板表面晶界氧化层为0mm，脱碳层为0mm，表面粗糙度≤0.9Ra/μm。
一种800MPa电镀性能优异的高表面硬度工具钢的生产方法，所述工具钢的生产工艺过程包括：冶炼-连铸-加热-热轧-冷却；其中：
1)冶炼工艺；
精炼先加入Ca-Mg脱氧剂进行脱氧、夹杂物变性处理，Ca处理5分钟以上，控制精炼氧含量≤0.0020％，然后沿中包壁添加Ba、Cu合金；
2)连铸工艺；
中包吹氩5～8分钟，控制浇注过热度≤25℃；连铸采用压下工艺和结晶器电磁搅拌，电磁搅拌1分钟～3分钟，电流强度1000A以上；压下量为10mm～30mm；连铸拉速1.0m/min～1.4m/min；
3)加热工艺；
铸坯下线缓冷72小时以上，然后入加热炉加热；加热炉内采用还原性气氛，加热段的加热温度为1200℃～1350℃，铸坯在加热段的时间为30～50分钟，在炉总时间为2～4小时；
4)热轧工艺；
包括粗轧、精轧和第三次轧制三个工序：
d)粗轧首道次压下率≥50％；
e)精轧采用多道次连轧方式，总压下率≥80％，其中首道次压下率≥30％，轧制速度≥20m/s,开轧温度≥1100℃，结束温度900℃～950℃；
f)精轧后钢板进入层流冷却，冷速≥20℃/s急冷，冷却到650℃～750℃进行第三次轧制；第三次轧制采用两立辊四水平辊轧机连续两道次轧制，竖直方向压下率2％～8％，侧向压下率5％～20％；
5)冷却工艺；
采用卷头、卷中、卷尾分段冷却方式：钢板第三次轧制后进入层流冷却，冷速≥20℃/s急冷，距离头部0～35米的卷头钢板急冷到500℃～550℃卷取，距离尾部0～35米的卷尾钢板急冷到650℃～700℃卷取，其余的卷中钢板急冷到600℃～650℃卷取。
所述冶炼工艺包括转炉冶炼及电炉精炼过程，连铸坯厚度为170mm～250mm。
所述铸坯采用步进式加热炉加热，加热炉预热段温度500℃以上。
所述热轧工艺中，粗轧、精轧和第三次轧制前均采用高压水除鳞，高压水压力不小于30MPa。
本发明所述工具钢中各合金成分的作用机理如下，其中百分符号％代表重量百分比：
C是钢中主要的固溶强化元素，本发明所述工具钢中需足量的C提升强硬性，C含量若低于0.40％，很难保证钢板强硬性，另一方面，C含量若高于0.6％，则热轧板强度过高，会恶化钢的韧塑性，影响屈强比，使钢板的成型性变差。因此，本发明将C含量控制在0.40％～0.6％。
Mn的价格相对便宜，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。锰和铁能无限固溶形成固溶体，提高硬度和强度，对塑性的影响相对较小。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工具钢的热成形性。同时Mn也是良好的脱氧剂并可增加淬透性。钢中Mn含量低，不能满足高强硬性的要求，Mn含量过高则偏析严重，影响焊接性能和成型性，且增加生产成本；综合考虑成本及性能要求等因素，本发明将Mn含量控制在0.4％～1.5％。
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，因此要在考虑生产成本的前提下采取措施使钢中的P和S含量尽可能降低。本发明中，P含量限制在0.020％以内，S含量限制在0.015％以内。硫在钢中以FeS、MnS形式存在，本发明中Mn含量高，因此MnS的形成倾向高，虽然其熔点较高能避免热脆的产生，但MnS在加工变形时能沿着加工方向延伸成带状，钢的塑性、韧性及疲劳强度会显著降低，因此本发明钢中加入Ca、Mg和Ba进行夹杂物变性处理。
镁是十分活泼的金属元素，它与氧、氮、硫都有很强的亲和力。但由于镁太过活泼，冶炼时不易控制，极易与氧、氮等形成夹杂物，影响钢质纯净度。本发明采用独特的“精炼加Ca-Mg脱氧冶炼”技术，利用Ca与Mg共同脱氧生成CaO·MgO·Al2O3及CaO·MgO·MnS复合夹杂，此类夹杂熔点低，在钢液中易凝固上浮排除，可避免连铸过程中的水口结瘤问题，减少钢液中夹杂含量，可实现控制钢中夹杂物水平不超过1.0级。本发明限定Ca/Mg≥1，才能保证Mg的收得率40％以上，用于有足够的Ca与Mg形成CaO·MgO·Al2O3及CaO·MgO·MnS复合夹杂。
Ca作为微合金化元素，改善钢的耐蚀性、耐磨性、耐高温和低温性能，同时提高了钢的冲击韧性、疲劳强度、塑性和焊接性能；增加了钢的冷镦性、防震性、硬度和接触持久强度。工具钢中的碳含量较高，钢水流动性差，夹杂物不易上浮，本发明在钢中加入钙，改变非金属夹杂物的成分、数量和形态，加快钢水流动，促使夹杂物上浮充分，提高钢质纯净度，使成品钢中各类非金属夹杂不超过1.0级；同时，改善了钢的表面光洁度,消除组织的各向异性，改善了抗氢致裂纹性能和抗层状撕裂性能，有利于延长设备、工具的使用寿命。Ca的夹杂物变性作用与硫含量有很大关系，本发明控制Ca/S≥0.5，以保证Ca夹杂物变性处理充分。另外，本发明中添加钙能将钡的收得率提高60％以上,Mg的收得率40％以上，能够有效提高钡和镁的利用率。
本发明钢中固溶的Ba提升强度，同时Ba提高钢的抗氧化性和表面硬度，改善钢的流动性，提升钢板表面光洁度，提升电镀性能。另外，Ba也能使Al2O3、MnS等氧化物和硫化物夹杂物变成细小分散的球状夹杂物，从而消除夹杂的危害性，提升疲劳性能。本发明在电磁搅拌、连铸压下作用下铸坯表面下高含量的Ba、Cu和C在共同作用生成直径不超过10nm的均匀细小CuBaC粒子钉扎在晶粒内和晶界处，有效抑制表面氧化和脱碳，降低表面粗糙度，提高电镀合格率到100％。同时这些细小CuBaC粒子也在后续轧制和冷却过程中促使钢板表面下形成片间距不超过100nm的细小屈氏体层，这些细小粒子与屈氏体共同作用提升表面硬度到55HRC以上，代替热处理钢。本发明控制Ca/Ba≥0.05，钡的收得率达到60％以上，保证钡的抑制钢板表面氧化脱碳和强硬化表面的作用。
铜能改善钢的耐磨性和钢水流动性，而钢水流动性好，夹杂物上浮充分，钢的纯净度才好。本发明所述工具钢中碳含量高，碳易在铸坯枝晶凝固末端偏析聚集，碳在钢内部偏析聚集严重时，会析出石墨，影响折弯、疲劳等使用性能。本发明在钢中加入一定量的铜，可有效阻碍工具钢碳偏析聚集和石墨化析出，提升钢的折弯性能。同时，本发明中Cu与上述Ba的作用一样，铸坯表面下高含量的Ba、Cu和C生成直径不超过10nm的均匀细小CuBaC粒子钉扎在晶粒内和晶界处，有效抑制表面氧化和脱碳，降低表面粗糙度，提高电镀合格率到100％。同时这些细小CuBaC粒子也在后续轧制和冷却过程中促使钢板表面下形成片间距不超过100nm的细小屈氏体层，细小粒子与屈氏体共同作用提升表面硬度到55HRC以上，代替热处理钢。
在Cu和Ba共同作用下，钢板表面晶界氧化层和脱碳层深度为0mm,表面粗糙度≤0.9Ra/μm，实现省略抛砂工艺后电镀合格率100％，表面硬度到55HRC以上，代替热处理钢。
本发明所述工具钢的关键生产工艺及其原理如下：
1、冶炼工艺；
(1)本发明中，钢板由转炉冶炼、电炉精炼、浇注的连铸坯轧制而成，板坯厚度170mm～250mm。
(2)采用Ca-Mg脱氧剂脱氧，先加Ca-Mg脱氧剂脱氧、夹杂物变性处理，Ca处理5分钟以上，通过精炼使钢中氧含量≤0.0020％后，沿中包壁添加Ba、Cu合金；
(3)中包吹氩时间为5分钟～8分钟，确保夹杂物上浮充分，浇注过热度≤25℃。
2、连铸工艺；
(1)连铸采用压下工艺和结晶器电磁搅拌，搅拌线圈采用纯碳材料，电磁搅拌1分钟～3分钟，电流强度1000A以上；压下量为10mm～30mm；
(2)连铸拉速1.0m/min～1.4m/min；
3、铸坯处理工艺；
(1)铸坯下线入缓冷坑缓冷72小时以上，铸坯轧制前采用步进式加热炉加热，要求铸坯入加热炉加热段前，预热段温度达到500℃以上；
(2)加热炉采用还原性气氛，铸坯在加热段的加热温度为1200℃～1350℃，加热段时间30分钟～50分钟，在炉总时间2小时～4小时。
4、热轧工艺；
包括粗轧、精轧和第三次轧制三个过程：
(1)粗轧、精轧、第三次轧前均采用高压水除鳞，高压水压力不小于30MPa，保证钢板表面质量；
(2)粗轧首道次采用≥50％大压下率轧制，充分破碎铸坯粗大晶粒；
(3)精轧采用不少于6道次的连轧方式，总压下率≥80％，首道次压下率≥30％，高温快轧，轧制速度≥20m/s,开轧温度≥1100℃，结束温度900℃～950℃；
(4)精轧后钢板进入层流冷却，急冷，冷速≥20℃/s，冷到650℃～750℃进行第三次轧制，所述第三次轧制采用两立辊四水平辊轧机连续两道次轧制，上下压下率2％～8％，侧压压下率5％～20％；
5冷却工艺；
采用卷头、卷中、卷尾分段冷却方式：钢板第三次轧制后进入层流冷却，急冷，冷速≥20℃/s，0～35米的卷头钢板急冷到500℃～550℃卷取，距离尾部0～35米的卷尾钢板急冷到650℃～700℃卷取，其余的卷中钢板急冷到600℃～650℃卷取。
由于本发明所述工具钢采用中碳高锰的成分设计，硫含量和氧含量难以控制，钢水流动性差，为达到提高钢水流动性、充分脱氧脱硫的目的，本发明不采用常规的Al脱氧，而是采用Ca-Mg脱氧剂脱氧，直接生成细小球形CaO·MgO·Al2O3及CaO·MgO·MnS复合夹杂，此类夹杂的熔点低，在钢液中易凝固上浮排除，避免了连铸过程中的水口结瘤问题，减少钢液中夹杂含量，实现控制钢中夹杂物水平不超过1.0级。
本发明所述工具钢成分中Ca、Mg、Ba、Cu均为活跃元素，冶炼时很难控制，加入顺序至关重要；先加Ca-Mg脱氧剂实现脱氧、夹杂物变性处理，Ca处理至少5分钟后，钢中氧含量≤0.0020％以后，再沿中包壁向钢液中添加Ba和Cu合金。Ca、Ba均能使氧化物和硫化物夹杂变性，同时还能增加钢水流动性，提升夹杂上浮速度；中包吹氩5～8分钟，即可促使夹杂物变性处理后充分上浮，保证钢液具有各类非金属夹杂不超过1.0级的纯净度，而且较常规工具钢节省近一半时间，节能减耗，且提高生产率。
工具钢的碳含量高，碳易在柱状晶凝固末端形成液态微偏析聚集，碳在钢内部偏析聚集严重时，会析出石墨，影响折弯、疲劳、电镀等使用性能。固溶的Cu和控制过热度≤25℃的工艺，改善铸坯碳宏观偏析，抑制石墨析出。本发明冶炼后期沿中包壁加入的Ba和Cu能改善钢的流动性，在电磁搅拌离心力作用下Ba和Cu均匀扩散，在中包内壁附近均匀分布。电磁搅拌线圈采用纯碳材料，电流强度1000A以上，电磁搅拌1～3分钟，Ba、Cu扩散能力强，同时控制连铸拉速1.0m/min～1.4m/min，连铸拉坯后铸坯表面下存在一层Ba和Cu高含量的区域，该高合金含量表面层深度不小于铸坯厚的15％，且该表面层内Ba和Cu含量是铸坯心部含量5～10倍。铸坯冷到900℃～1000℃时压下，压下量10mm～30mm，上述铸坯表面层内高含量的Ba、Cu和C在外力变形能作用下反应生成均匀细小CuBaC粒子钉扎在晶粒内和晶界处，有效抑制表面晶界氧化和脱碳,晶界氧化和脱碳层深度均为0，提高电镀合格率到100％。同时这些细小CuBaC粒子也是后续轧制和冷却过程中钢板表面下细小屈氏体的形核质点，促使形成片间距不超过100nm的细小屈氏体，这些细小粒子与屈氏体共同作用提升表面硬度到55HRC以上，代替热处理钢。电流强度小于1000A，搅拌时间低于1分钟，Ba、Cu扩散弱，铸坯表面层内Ba和Cu含量不能达到铸坯心部含量5倍以上，生成的CuBaC数量少，且分布深度也不能达到钢板厚度的10％，硬度不足。搅拌时间长于3分钟，合金元素扩散严重，铸坯表面易开裂。压下量小于10mm不能提供生成CuBaC的足够相变能，压下量大于30mm铸坯出裂纹。铸坯压下时温度过低或过高，均不利于CuBaC生成。Ba和Cu也有效阻碍了工具钢内部碳偏析聚集，抑制石墨析出。
铸坯下线后入缓冷坑缓冷72小时以上，避免合金含量相对较高的工具钢铸坯在应力作用下开裂，同时促进CuBaC的生成，并使其均匀弥散分布在铸坯表面下。
铸坯轧制前采用步进式加热炉加热，铸坯入加热炉的加热段前，预热段温度在500℃以上，防止因加热段铸坯内外温差太大，产生内应力和热应力开裂；加热炉采用还原性气氛，阻抗铸坯表面氧化脱碳。铸坯在加热段的加热温度为1200℃～1350℃，加热段时间30～50分钟，在炉总时间2～4小时，保证铸坯加热均匀，均匀成分，减小偏析。
粗轧、精轧、第三次轧制前均连续采用30MPa以上压力的多道高压水除鳞，将钢板表面氧化铁皮清除干净，钢板表面无明显氧化脱碳，表面粗糙度≤0.9Ra/μm，从而提升钢板的电镀性能。粗轧首道次≥50％的大压下率轧制，充分破碎铸坯粗大柱状晶粒，促进形成细小奥氏体；精轧采用6道次以上高温快轧，总压下率≥80％，首道次压下率≥30％，轧制速度≥20m/s,开轧温度≥1100℃，结束温度900℃～950℃，促使形成细小奥氏体晶粒，保证后续冷却后钢板内部珠光体团尺寸10μm～20μm，强度和韧塑性优异，且表面无氧化脱碳。
精轧后以≥20℃/s冷速快冷到650℃～750℃进行第三次轧制，为钢板表面下形成细小屈氏体层提供相变能。第三次轧制及冷却后钢板表面下形成细小CuBaC粒子弥散分布的片间距小于100nm的屈氏体层,屈氏体层深度不小于钢板厚度的10％，屈氏体层中粒子最大直径不超过10nm，无需热处理表面硬度55HRC以上，同时抑制表面氧化和脱碳，磨损率≤20mg/km(磨销转速300r/min，载荷120N)。第三次轧制采用四水平辊轧机连续两道次轧制，变形能更大，促进生成渗碳体片更多，保证生成的屈氏体片间距小于100nm。第三次轧制温度650℃～750℃，下压下率2％～8％，侧压压下率5％～20％才能保证变形能和热能转化为生成片间距小于100nm的细小屈氏体所需的足够的相变能。轧制温度低于650℃，压下率小于2％，侧压压下率小于5％，提供的相变能不足。轧制温度高于750℃，压下率大于8％，侧压压下率大于20％，轧制负荷大，钢中储存能大，CuBaC粒子迅速长大，表面硬化效果也不好。
第三次轧制后冷速≥20℃/s，钢板心部珠光体团尺寸10μm～20μm，屈强比低，钢板表面下形成的屈氏体细小，提升表面硬度，抑制氧化和脱碳。冷速低于20℃/s，表层渗碳体片长大，屈氏体片间距大，钢板表面硬化效果不好。
20℃/s为本发明所述工具钢得到全珠光体组织的临界冷速，大于此冷速无铁素体析出，防止氧化脱碳。500℃～700℃为本发明所述工具钢生成全珠光体的终冷温度，采用卷头、卷中、卷尾分段冷却方式，可以有效抑制表面晶界氧化和脱碳，同时有助于提高整卷组织性能均匀性，保证钢板心部形成珠光体组织，珠光体团尺寸10μm～20μm，冲压成型性好；同时，保证钢板表面下形成细小CuBaC粒子弥散分布的片间距小于100nm的屈氏体层,屈氏体层深度不小于钢板厚度的10％，无需热处理表面硬度55HRC以上。本发明采用分段控制卷取温度的方法，有利于整卷钢板组织性能均匀，提升整卷表面硬度和质量，使钢板表面光洁、无氧化脱碳。卷取温度低于500℃，会出贝氏体或马氏体脆硬相，使钢板硬度过高，易开裂。卷取温度高于700℃，冷速小于20℃/s均会析出先析铁素体、粗大的片层状珠光体，使钢板表面氧化脱碳，且硬度低，成型时易开裂。
本发明所述工具钢及用其加工配件的生产工艺包括：冶炼-铸坯电磁搅拌及压下-热轧-得到高表面硬度钢(代替离线成品热处理)-冲压成型-滚光-电镀-组装；而现有工具钢及加工配件的生产工艺包括：冶炼-热轧-冷轧-退火--冲压成型-热处理-抛砂-滚光-电镀-组装。可见，采用本发明所述工具钢加工需要电镀的机械配件时，省略了冷轧、退火、热处理、抛砂四道工艺，不仅大大降低了生产成本，实现节能减耗，并且电镀表面无霉斑等腐蚀缺陷，产品电镀合格率100％。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
【实施例】
本实施例中，所生产工具钢的化学成分如表1所示。
表1化学成分，％
Figure BDA0003165887520000111
Figure BDA0003165887520000121
本实施例中，工具钢的生产工艺参数如表2和表3所示。
表2：热轧带钢冶炼生产工艺
Figure BDA0003165887520000122
表3：轧制和冷却生产工艺
Figure BDA0003165887520000123
Figure BDA0003165887520000131
本实施例中，所生产工具钢的性能如表4所示。
表4：钢板性能
Figure BDA0003165887520000132
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种800MPa电镀性能优异的高表面硬度工具钢的生产方法，其特征在于，所述工具钢的化学成分按重量百分比计为：C 0.40%～0.60%，Mn 0.4%～1.5%, Ca 0.0005%～0.05%，Mg 0.0005%～0.05%，Ba 0.1%～1.0%，Ca/Ba≥0.05，Ca/S≥0.5，Ca/Mg≥1，Cu 0.2%～1.0%，P≤0.020%，S≤0.015%，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述工具钢具有如下组织特点：1）钢板内部组织为珠光体，珠光体团尺寸10μm～20μm，基体抗拉强度800MPa～900MPa,屈强比70%以下；2）钢板表面下存在CuBaC粒子弥散分布且片间距小于100nm的屈氏体层,屈氏体层深度不小于钢板厚度的10%，屈氏体层中粒子最大直径不超过10nm，无需热处理表面硬度55HRC以上；
所述工具钢的生产工艺过程包括：冶炼-连铸-加热-热轧-冷却；其中：
1）冶炼工艺；
精炼先加入Ca-Mg脱氧剂进行脱氧、夹杂物变性处理，Ca处理5分钟以上，控制精炼氧含量≤0.0020%，然后沿中包壁添加Ba、Cu合金；
2）连铸工艺；
中包吹氩5～8分钟，控制浇注过热度≤25℃；连铸采用压下工艺和结晶器电磁搅拌，电磁搅拌1分钟～3分钟，电流强度1000A以上；铸坯冷到900℃～1000℃时压下，压下量为10mm～30mm；连铸拉速1.0m/min～1.4m/min；
3）加热工艺；
铸坯下线缓冷72小时以上，然后入加热炉加热；加热炉内采用还原性气氛，加热段的加热温度为1200℃～1350℃，铸坯在加热段的时间为30～50分钟，在炉总时间为2～4小时；
4）热轧工艺；
包括粗轧、精轧和第三次轧制三个工序：
a)粗轧首道次压下率≥50%；
b)精轧采用多道次连轧方式，总压下率≥80%，其中首道次压下率≥30%，轧制速度≥20m/s, 开轧温度≥1100℃，结束温度900℃～950℃；
c)精轧后钢板进入层流冷却，冷速≥20℃/s急冷，冷却到650℃～750℃进行第三次轧制；第三次轧制采用两立辊四水平辊轧机连续两道次轧制，竖直方向压下率2%～8%，侧向压下率5%～20%；
5）冷却工艺；
采用卷头、卷中、卷尾分段冷却方式：钢板第三次轧制后进入层流冷却，冷速≥20℃/s急冷，距离头部0～35米的卷头钢板急冷到500℃～550℃卷取，距离尾部0～35米的卷尾钢板急冷到650℃～700℃卷取，其余的卷中钢板急冷到600℃～650℃卷取。
2.根据权利要求1所述一种800MPa电镀性能优异的高表面硬度工具钢的生产方法，其特征在于，所述工具钢中各类非金属夹杂物不超过1.0级，钢板表面晶界氧化层为0mm，脱碳层为0mm，表面粗糙度≤0.9Ra/μm。
3.根据权利要求1所述一种800MPa电镀性能优异的高表面硬度工具钢的生产方法，其特征在于，所述冶炼工艺包括转炉冶炼及电炉精炼过程，连铸坯厚度为170mm～250mm。
4.根据权利要求1所述一种800MPa电镀性能优异的高表面硬度工具钢的生产方法，其特征在于，所述铸坯采用步进式加热炉加热，加热炉预热段温度500℃以上。
5.根据权利要求1所述一种800MPa电镀性能优异的高表面硬度工具钢的生产方法，其特征在于，所述热轧工艺中，粗轧、精轧和第三次轧制前均采用高压水除鳞，高压水压力不小于30MPa。
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