CN113737093B - 一种冰刀刀背用带材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种冰刀刀背用带材的制备方法，属于金属材料领域。本发明按质量分数C:0.2‑0.3％；Si:0.2‑0.4％；Mn:0.5‑1.2％；Cr:5.5‑7.5％；Mo:1.0‑2.5％；W:1.0‑2.5％；N：0‑0.03％，余量为Fe进行配料，然后采用真空或非真空感应熔炼炉进行熔炼得到铸锭，将铸锭进行电渣重熔后得到电渣锭，再通过锻造、热轧、酸洗、退火、冷轧、切割分条工序得到用于制作刀背的带材成品。该材料经过1080～1160℃固溶后淬火，再于500～600℃回火，具有优异的抗疲劳性能、刚度和强韧性，将其作为冰刀刀片的背材可大幅度提高冰刀刀片的可靠性和使用性能，同时该材料还可用作双金属锯条的背材。

Description

一种冰刀刀背用带材及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，涉及一种冰刀刀背用带材及其制备方法。
背景技术
速滑冰刀(包括短道和大道)作为冰上运动最重要的装备，其精度、性能、寿命和可靠性对运动员的成绩有重要的影响。冰刀用钢材的性能和质量直接决定了冰刀的使用性能和寿命。冰刀刀片的厚度约为1.1～1.3mm，其背材和刀刃两部分采用激光焊接而成，其中刀背材料要求具有优异的抗疲劳性能、刚度和强韧性，以保证运动员在蹬冰时刀片不弯曲，保持蹬冰力的传递，同时在反复蹬冰时保证背材一直保持高的强度。
采用激光焊接将刀刃和刀背焊接一体后需要进行整体性能热处理，热处理通常采用刀刃材料的热处理工艺，目前的刀刃材料普遍采用高速钢或模具钢材料，其淬火和回火温度高，一般淬火为1050℃到1180℃，回火温度为550到600℃，而现有的刀背材料在此温度热处理时普遍存在强度低、疲劳性能差等问题，需要开发新的刀背材料，以保证其在刀刃热处理的温度范围内具有优异的力学性能。
发明内容
本发明根据现有刀刃材料的热处理工艺，以及冰刀刀背的性能要求，设计了一种新的刀背材料。
一种冰刀刀背用带材，其成分为(质量百分数)C:0.2-0.3％；Si:0.2-0.4％；Mn:0.5-1.2％；Cr:5.5-7.5％；Mo:1.0-2.5％；W:1.0-2.5％；N：0-0.03％，余量为Fe，最终形态为带材，带材的宽度和厚度按实际需要决定。
如上所述一种冰刀刀背用带材的具体制备步骤如下：采用真空或非真空感应熔炼炉按质量分数C:0.2-0.3％；Si:0.2-0.4％；Mn:0.5-1.2％；Cr:5.5-7.5％；Mo:1.0-2.5％；W:1.0-2.5％；N：0-0.03％，余量为Fe进行合金熔炼得到铸锭；
(2)将铸锭进行电渣重熔，得到电渣锭，再进行锻造开坯和热轧成一定厚度的带材，热轧带材的厚度和宽度根据设备能力进行设计，考虑到成材率，热轧带材宽度为最终成品带材宽度的4～8倍，厚度为2.5～3.5mm；
(3)将热轧后的带材进行酸洗去氧化皮，然后进行退火，退火后再进行冷轧，冷轧的厚度为最终需要的厚度，冷轧后的带材进行切边和切割分条处理，分条时保证每条的宽度为最终需要的宽度，分条后即可得到用于与刀刃材料焊接的刀背材料。
进一步地，步骤(2)所述锻造和热轧的起始温度为1100-1150℃，终止为800～900℃。
进一步地，步骤(3)所述退火制度为：850～950℃保温2～4小时，然后随炉冷却到500～550℃，出炉空冷。
进一步地，所述刀背材料的热处理工艺范围为：在1050～1180℃进行固溶淬火，固溶的保温时间为带材的厚度值×(1～1.2)(单位为min)，可以选择油淬或气淬，淬火后在500～650℃范围内进行回火，回火的保温时间为0.5～2.5小时，根据需要可以进行多次回火。采用上述成分和制备工艺制备的带材具有优异的抗疲劳性能和强韧性，除了用于冰刀刀背材料外，还可以用作双金属锯条的背材。
本发明设计合金成分的主要机理是，在Fe基体中通过加入一定含量的C、Mn、W、Mo和Cr元素，经过1050℃～1180℃的固溶保温和油淬后，再进行500～650℃回火，可以在回火索氏体基体中析出三种不同尺度的强化相，即纳米尺度的CuMn合金相，其含量为0.2wt％；亚微米尺度的(Cr,Mo,Fe,Mn)23C6相，其含量为5wt％；纳米尺度的Fe54W20Mo15 Cr10Si1相，其含量为3wt％，三种相呈弥散分布状态，保证刀背材料具有高的回火温度性，同时CuMn合金相和Fe54W20Mo15Cr10Si1具有高的断裂韧性和强度，(Cr,Mo,Fe,Mn)23C6相具有高的硬度和强度，三种相互相作用，可以保证刀背在上述热处理工艺下，具有优异的综合力学性能，其抗疲劳强度是现有普通材料的2倍以上，冲击韧性和强度是现有普通材料的1.5倍以上，将其用作速滑冰刀的刀背材料可以保证刀片具有高的可靠性和使用性能。该材料除了可以用于制作冰刀刀片的刀背外，还可以用作双金属锯条的背材。
具体实施方式
实施例1
制备1.5mm厚、40mm宽的冰刀刀背用带材
第一步，按质量比C:0.2％；Si:0.2％；Mn:0.5％；Cr:5.5％；Mo:1.0％；W:1.0％；N：0.02％，余量为Fe进行配料
第二步，采用非真空感应熔炼炉进行熔炼得到铸锭，将铸锭进行电渣重熔后得到电渣锭，然后进行锻造成方坯，锻造温度为1130℃，然后将锻造坯体进行热轧成窄带，热轧的温度为1120℃，热轧后窄带的厚度为2.5mm，宽度为220mm；
第三步，将热轧窄带进行酸洗，去掉氧化皮，然后进行退火，退火温度为950℃，保温2小时，然后随炉冷却到550℃，出炉空冷；
第四部，将退火窄带进行冷轧，由2.5mm冷轧到1.5mm厚；
第五步，将冷轧后带材进行切边和分条处理，保证220mm宽窄带最终分出5条宽度为40mm、厚度为1.5mm的成品带材。
将获得的成品带材与同厚度的刀刃带材进行激光焊接，然后进行性能热处理，热处理制定为：淬火温度为1050℃，保温1.5分钟，然后油淬，之后再进行回火处理，回火温度为500℃，保温1小时后空冷。经性能测试，采用上述工艺制备的刀背材料具有合适的硬度、优异的抗疲劳性能和高的强韧性，较常规的刀背材料性能有显著的提升。
实施例2
制备1.8mm厚、35mm宽的冰刀刀背带材
第一步，按质量比C:0.3％；Si:0.4％；Mn:1.2％；Cr:7.5％；Mo:2.5％；W:2.5％；N:0.03％，余量为Fe进行配料
第二步，采用真空感应熔炼炉进行熔炼得到铸锭，将铸锭进行电渣重熔后得到电渣锭，然后再锻造成方坯，锻造温度为1150℃，再将锻造坯体进行热轧成带材，热轧的温度为1110℃，热轧后窄带的厚度为3.0mm，宽度为185mm；
第三步，将热轧窄带进行酸洗，去掉氧化皮，然后进行退火，退火温度为850℃，保温2小时，然后随炉冷却到500℃，出炉空冷；
第四部，将退火窄带进行冷轧，由3.0mm冷轧到1.8mm厚；
第五步，将冷轧后带材进行切边和分条处理，保证185mm宽带材最终分出5条宽度为35mm、厚度为1.8mm的成品带材。
将制备的成品带材与同厚度的刀刃带材进行激光焊接，然后进行性能热处理，热处理制定为：淬火温度为1180℃，保温1.8分钟，然后油淬，之后再进行回火处理，回火温度为650℃，保温2小时后空冷，回火三次。经性能测试，采用上述工艺制备的刀背材料性能较常规的刀背材料有显著的提升。

Claims (2)

1.一种冰刀刀背用带材，其特征在于：材料成分质量分数为C:0.2-0.3%; Si:0.2-0.4%; Mn:0.5-1.2%; Cr:5.5-7.5%; Mo:1.0-2.5%; W:1.0-2.5%；N：0-0.03%，余量为Fe，最终形态为带材，带材的宽度和厚度按实际需要决定；
具体的制造工艺及要求如下：
（1）采用真空或非真空感应熔炼炉按质量分数C:0.2-0.3%; Si:0.2-0.4%; Mn:0.5-1.2%; Cr:5.5-7.5%; Mo:1.0-2.5%; W:1.0-2.5%；N：0-0.03%，余量为Fe进行合金熔炼得到铸锭；
（2）将铸锭进行电渣重熔，得到电渣锭，再进行锻造开坯和热轧成一定厚度的带材，热轧带材的厚度和宽度根据设备能力进行设计，考虑到成材率，热轧带材宽度为最终成品带材宽度的4~8倍，厚度为2.5~3.5mm；所述锻造和热轧的起始温度为1100-1150℃，终止为800~900℃；
（3）将热轧后的带材进行酸洗去氧化皮，然后进行退火，退火后再进行冷轧，冷轧的厚度为最终需要的厚度，冷轧后的带材进行切边和切割分条处理，分条时保证每条的宽度为最终需要的宽度，分条后即可得到用于与刀刃材料焊接的刀背材料；所述退火制度为： 850~950℃保温2~4小时，然后随炉冷却到500~550℃，出炉空冷；
所述刀背材料的热处理工艺范围为：在1050~1180℃进行固溶淬火，固溶的保温时间为带材的厚度值×（1~1.2）、单位为min，选择油淬或气淬，淬火后在500~650℃范围内进行回火，回火的保温时间为0.5~2.5小时；
所述热处理后的刀背材料在回火索氏体基体中析出三种不同尺度的强化相，即纳米尺度的CuMn合金相，其含量为0.2wt%；亚微米尺度的（Cr,Mo,Fe,Mn）23C6相，其含量为5wt%；纳米尺度的Fe54W20Mo15 Cr10Si1相，其含量为3wt%，三种相呈弥散分布状态，保证刀背材料具有高的回火温度性，同时CuMn合金相和Fe54W20Mo15 Cr10Si1具有高的断裂韧性和强度，（Cr,Mo,Fe,Mn）23C6相具有高的硬度和强度，三种相互相作用，保证刀背在上述热处理工艺下，具有优异的综合力学性能。
2.如权利要求1所述一种冰刀刀背用带材的制备方法，其特征在于：具体的制造工艺及要求如下：
（1）采用真空或非真空感应熔炼炉按质量分数C:0.2-0.3%; Si:0.2-0.4%; Mn:0.5-1.2%; Cr:5.5-7.5%; Mo:1.0-2.5%; W:1.0-2.5%；N：0-0.03%，余量为Fe进行合金熔炼得到铸锭；
（2）将铸锭进行电渣重熔，得到电渣锭，再进行锻造开坯和热轧成一定厚度的带材，热轧带材的厚度和宽度根据设备能力进行设计，考虑到成材率，热轧带材宽度为最终成品带材宽度的4~8倍，厚度为2.5~3.5mm；
（3）将热轧后的带材进行酸洗去氧化皮，然后进行退火，退火后再进行冷轧，冷轧的厚度为最终需要的厚度，冷轧后的带材进行切边和切割分条处理，分条时保证每条的宽度为最终需要的宽度，分条后即可得到用于与刀刃材料焊接的刀背材料。
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