CN114134399A - 一种节能的高贝氏体含量的高合金工具用钢盘条及其制造方法 - Google Patents

一种节能的高贝氏体含量的高合金工具用钢盘条及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种节能的高贝氏体含量的高合金工具用钢盘条，化学成分质量百分比C：0.60～0.75％，Si：1.00～1.50％，Mn：0.40～0.70％，P：≤0.020％，S：≤0.020％，Cr：0.10～0.50％，Mo：0.30～0.70％，V：0.15～0.30％，Ni：0.05～0.40％其余为Fe及不可避免的杂质。制备上述高贝氏体含量的高合金工具用钢盘条采用KR铁水预处理‑转炉冶炼‑LF精炼‑RH精炼‑连铸方坯‑加热‑控制轧制‑水浴冷却‑热收集隧道保温的生产工艺。通过高线控轧，水浴EDC控冷，配合热收集隧道保温的工艺，获得通条均匀的高贝氏体含量组织、低脱碳层和高表面质量，可以提升成品工具表面硬度、耐磨性、最大工作扭矩和使用寿命，具有良好的经济与社会效益。

Description

一种节能的高贝氏体含量的高合金工具用钢盘条及其制造 方法
技术领域
本发明涉及一种节能的高贝氏体含量的高合金工具用钢盘条及其制造方法。属于钢铁冶金技术领域。
背景技术
高合金工具钢盘条主要用于制造电动螺丝批头，六角扳手，超硬十字起等各类高端工具产品，具有高使用寿命，高硬度，高韧性，高扭矩，耐磨等特殊性能。高端工具是通过盘条酸洗，退火，拉拔，热处理，研磨镀层等组合工艺加工而成，在工作的过程中要承受负荷，震动，弯曲扭转，冲击等复杂的应力，需保证其工作时的棱角不破碎，不变形，高的使用寿命，所以对高合金工具钢盘条的表面质量，脱碳，组织，组织均匀性等要求的控制相当严格。
高合金工具钢盘条的传统控制冷却生产工艺，通过斯太尔摩冷却线控制风机，辊道速度，保温罩等使工具钢盘条获得比例较高的贝氏体组织，但传统控制冷却工艺无法避免斯太尔摩风冷线上盘条中间点与搭接点温差大，通条组织不均匀，局部易产生马氏体组织，在运输或存储中容易发生盘条脆断，该类缺陷会在客户使用中才被发现，严重影响客户的加工使用，影响客户生产节奏。大规格工具钢也有通过大盘卷生产的方式，使工具钢通过控制卷曲温度，出入保温隧道温度，行驶时间使盘卷组织转变为索氏体组织，塑性良好减少脆断，此方式虽能解决脆断问题但其忽略了脱碳要求，势必带来高脱碳，高脱碳会导致工具钢表面硬度低，工作时棱角破碎，变形使其使用寿命大大减少。
专利申请号CN105149878A与专利申请号CN103436687A公开了一种高合金工具钢盘条的生产工艺与控制冷却工艺，都是使工具钢盘条获得比例较高的马氏体组织，上述发明生产的盘条最终组织为塑性较差的马氏体钢，在运输或存储中容易发生盘条脆断，该类缺陷会在客户使用中才被发现，严重影响客户的加工使用，影响客户生产节奏。
专利申请号CN109517968A公开了一种高塑性工具钢盘条的生产方法，为大规格工具钢大盘卷生产方式，使工具钢通过控制卷曲温度，出入保温隧道温度，行驶时间使盘卷组织转变为索氏体组织，塑性良好减少脆断，此方式虽能解决脆断问题但其忽略了脱碳要求，势必带来高脱碳，高脱碳会导致工具钢表面硬度低，工作时棱角破碎，变形使其使用寿命大大减少。
专利申请号CN111690801A公开了一种获得全贝氏体组织的合金工具钢盘条生产工艺，成分设计有所不同，其公布的一种获得全贝氏体组织的合金工具钢盘条含有Nb：0.010～0.025％，含Nb钢势必会带来裂纹风险，影响其表面质量从而无法在工作的过程中承受震动、弯曲扭转、冲击等复杂的应力，影响疲劳寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种节能的高贝氏体含量的高合金工具用钢盘条及其制造方法，通过高线控轧，水浴EDC控冷，配合热收集隧道保温的新型工艺方法，采用该方法生产的高合金工具用钢盘条贝氏体含量高，通条组织均匀，不易脆断，利于客户后道球化退火加工，高表面质量与低脱碳层保证其制得的工具具有高硬度，耐磨性好，使用寿命长，不易在工作时棱角破碎，变形，打滑。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种节能的高贝氏体含量的高合金工具用钢盘条，所述盘条的化学成分质量百分比C：0.60～0.75％，Si：1.00～1.50％，Mn：0.40～0.70％，P：≤0.020％，S：≤0.020％，Cr：0.10～0.50％，Mo：0.30～0.70％，V：0.15～0.30％，Ni：0.05～0.40％其余为Fe及不可避免的杂质。
本发明为了制备上述高贝氏体含量的高合金工具用钢盘条采用KR铁水预处理-转炉冶炼-LF精炼-RH精炼-连铸方坯-加热-控制轧制-水浴冷却-热收集隧道保温的生产工艺。以连铸方坯为原料，在高线进行控轧、水浴控冷、热收集隧道保温是本工艺方案的核心，包含坯料处理、加热温度控制、开轧温度控制、终轧温度控制、吐丝温度控制、吐丝后水浴冷却控制、热收集后隧道保温控制。
上述高合金工具用钢盘条的制造方法包括以下步骤：
步骤一、选取合适规格的连铸方坯
采用规格为150mm2-240mm2的连铸方坯经表面修磨处理，严格控制坯料表面质量符合要求。
步骤二、连铸方坯加热处理
对于选取的连铸方坯在轧制前严格控制加热温度，尽量减少脱碳，即加热炉一段炉温800℃～900℃，加热炉二段炉温900℃-1100℃，均热段炉温1000℃-1100℃。
步骤三、连铸坯轧制
加热后的连铸方坯进行控轧控冷，开轧温度控制在900℃-1050℃，高压水除鳞压力≥18MPa，820℃-860℃入精轧，精轧后的高合金工具钢进行穿水冷却，穿水冷却后温度控制在750℃-850℃；进入减定径机轧制后再次进行穿水冷却，控制吐丝温度在700℃-800℃。通过控制在再结晶区与两相区高速率大变形轧制，奥氏体组织在此条件下进行形变，晶粒不断发生滑移和转动，产生变形储存能，增加相变驱动力缩短相变孕育期；同时配合穿水冷却防止奥氏体晶粒再长大，细化晶粒；控制低温吐丝缩短相变范围，为控冷相变作准备，可以快速过渡进入贝氏体区域进行相变。
步骤四、轧后控冷
吐丝后采用水浴EDC冷却线的1#-4#辊道进行控制冷却。辊道速度为0.30～0.6m/s，水温控制在95℃-100℃，使其出水温度控制至550℃-650℃之间，使相变区从奥氏体区快速过渡到贝氏体区域。出水温度控制至550℃-650℃之间后，直接热收集，盘条集卷完进入保温隧道，隧道门全部关闭，使其在贝氏体区域保温相变，盘条冷却至400℃左右出隧道空冷，从而提高贝氏体含量和表面超低脱碳，水浴EDC冷却配合热收集保证盘条通条温度均匀，组织均匀，从而保证成品工具工作时的棱角不破碎，不变形，不打滑，疲劳寿命高。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
与传统轧制+斯太尔摩风冷工艺相比，本发明中新型工艺低温轧制抑制奥氏体晶粒长大，细化晶粒，降低脱碳提升成品表面质量，低温吐丝缩短相变范围，水浴EDC控冷通过盘条吐丝后进入循环沸水中控制辊速进行冷却，循环沸水可以100％无死角接触盘条，可以保持没有波动的恒定冷却条件下高效均匀冷却，使得盘条搭接点与中间点无温度差，均匀冷却，获得更好、更均匀的内部显微组织，与传统风扇冷却工艺相比，可使产品获得更均匀的组织性能，获得细小致密的晶粒组织，还可以减少盘条表面氧化铁皮生成量，客户易于去除氧化铁皮球化退火，长时间长距离的隧道保温，充分保证高合金工具钢在贝氏体区域相变温度区在隧道内保温相变，获得均匀的高贝氏体组织。
附图说明
图1，图2，图3，图4为本发明实施例1-3生产的热轧盘条搭接点与中间点金相组织(500X)示图；
图5为本发明实施例1-3生产的热轧盘条金相脱碳(500X)示图；
图6，图7为本发明对比例1生产的热轧盘条搭接点与中间点金相组织(500X)示图。
具体实施方式
以下结合附图实施例及对比例对本发明作进一步详细描述。
轧制盘条的规格为Φ8mm，化学成分质量百分啮C：0.71％，Si：1.05％，Mn：0.45％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Cr：0.25％，Mo：0.40％，V：0.20％，Ni：0.15％其余为Fe及不可避免的杂质。
选用连铸方坯直接表面修磨处理。
控制加热温度，防止脱碳，即加热炉一段炉温在850℃，加热炉二段炉温在1000℃，均热段炉温在1050℃。
控制轧制工艺参数，即开轧温度在1000℃，高压水除鳞压力≥18MPa，850℃入精轧，精轧后的高合金工具钢进行穿水冷却，穿水冷却后温度在810℃；进入减定径机轧制后再次进行穿水冷却，吐丝温度在770℃。
控制冷却工艺参数，采用水浴EDC冷却线的辊道，水循环进行控制冷却。1#-4#辊道速度为0.5m/s，水温循环在99℃，盘条各处出水温度在560℃-580℃之间。盘条出水后，直接快速热收集，盘条集卷完进入保温隧道内，在保温隧道内缓慢行驶持续保温，待盘条冷却至400℃出隧道空冷。
实施例2
轧制盘条的规格为Φ8mm，化学成分质量百分比为C：0.71％，Si：1.05％，Mn：0.45％，P：≤0.015％，s：≤0.010％，Cr：0.25％，Mo：0.40％，V：0.20％，Ni：0.15％其余为Fe及不可避免的杂质。
选用连铸方坯直接表面修磨处理。
控制加热温度，防止脱碳，即加热炉一段炉温在880℃，加热炉二段炉温在1020℃，均热段炉温在1070℃。
控制轧制工艺参数，即开轧温度在980℃，高压水除鳞压力≥18MPa，850℃入精轧，精轧后的高合金工具钢进行穿水冷却，穿水冷却后温度在820℃；进入减定径机轧制后再次进行穿水冷却，吐丝温度在780℃。
控制冷却工艺参数，采用水浴EDC冷却线的辊道，水循环进行控制冷却。1#-3#辊道速度为0.5m/s，水温循环在98℃，盘条各处出水温度在565℃-580℃之间。盘条出水后，直接快速热收集，盘条集卷完进入保温隧道内，在保温隧道内缓慢行驶持续保温，待盘条冷却至400℃出隧道空冷。
实施例3
轧制盘条的规格为Φ8mm，化学成分质量百分比为C：0.71％，Si：1.05％，Mn：0.45％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Cr：0.25％，Mo：0.40％，V：0.20％，Ni：0.15％其余为Fe及不可避免的杂质。
选用连铸方坯直接表面修磨处理。
控制加热温度，防止脱碳，即加热炉一段炉温在880℃，加热炉二段炉温在1010℃，均热段炉温在1080℃。
控制轧制工艺参数，即开轧温度在1020℃，高压水除鳞压力≥18MPa，840℃入精轧，精轧后的高合金工具钢进行穿水冷却，穿水冷却后温度在815℃；进入减定径机轧制后再次进行穿水冷却，吐丝温度在770℃。
控制冷却工艺参数，采用水浴EDC冷却线的辊道，沸水循环进行控制冷却。1#-4#辊道速度为0.5m/s，水温循环控制在99℃，盘条各处出水温度在550℃-575℃之间。盘条出水后，直接快速热收集，盘条集卷完进入保温隧道内，在保温隧道内缓慢行驶持续保温，待盘条冷却至400℃出隧道空冷。
图1，图2，图3，图4为本发明实施例1-3生产的热轧盘条1圈内搭接点与中间点的金相显微组织，全部为贝氏体组织，盘条组织均匀局部未产生马氏体。图5为本发明实施例1-3生产的热轧盘条金相脱碳，脱碳低，表面质量好。
对比例1
轧制盘条的规格为Φ8mm，化学成分质量百分比为C：0.71％，Si：1.05％，Mn：0.45％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Cr：0.25％，Mo：0.40％，V：0.20％，Ni：0.15％其余为Fe及不可避免的杂质。
选用连铸方坯直接表面修磨处理。
控制加热温度，防止脱碳，即加热炉一段炉温在850℃，加热炉二段炉温在1000℃，均热段炉温在1050℃。
控制轧制工艺参数，即开轧温度在1000℃，高压水除鳞压力≥18MPa，850℃入精轧，精轧后的高合金工具钢进行穿水冷却，穿水冷却后温度在830℃；进入减定径机轧制后再次进行穿水冷却，吐丝温度在780℃。
控制冷却工艺参数，采用斯太尔摩冷却线的辊道，风机和保温罩进行控制冷却。初始1#、2#辊道速度为0.10m/s，后续辊道逐次递增0.01～0.02m/s；1～5#风机控制风量10％～25％，保温罩开启5个，其余保温罩全关，进入保温段。入罩盘条中间点温度为550℃，盘条搭接点温度为650℃。进入保温罩保温，出罩时，盘条中间点温度为450℃，但盘条搭接点温度仍有580℃-600℃。
图6，图7为本发明对比例1生产的热轧盘条搭接点与中间点金相显微组织。
本发明实施例1-3与对比例1对金相显微组织进行检验并对比如表1。
表1
Figure BDA0003026604820000061
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种节能的高贝氏体含量的高合金工具用钢盘条，其特征在于：所述盘条的化学成分按质量百分比包括C：0.60～0.75％，Si：1.00～1.50％，Mn：0.40～0.70％，P：≤0.020％，S：≤0.020％，Cr：0.10～0.50％，Mo：0.30～0.70％，V：0.15～0.30％，Ni：0.05～0.40％其余为Fe及不可避免的杂质。
2.一种如权利要求1所述的节能的高贝氏体含量的高合金工具用钢盘条的制造方法，其特征在于：所述方法采用KR铁水预处理-转炉冶炼-LF精炼-RH精炼-连铸方坯-加热-控制轧制-水浴EDC冷却-热收集隧道保温的生产工艺。
3.根据权利要求1所述的一种节能的高贝氏体含量的高合金工具用钢盘条的制造方法，其特征在于：所述方法具体包括以下步骤：
步骤一、选取合适规格的连铸方坯
采用规格为150mm2-240mm2的连铸方坯经表面修磨处理；
步骤二、连铸方坯加热处理
对于选取的连铸方坯在轧制前严格控制加热温度，尽量减少脱碳；
步骤三、连铸坯轧制
加热后的连铸方坯进行控轧，开轧温度控制在900℃-1050℃，高压水除鳞压力≥18MPa，820℃-860℃入精轧，控制吐丝温度在700℃-800℃；
步骤四、轧后控冷
吐丝后采用水浴EDC冷却线进行控制冷却，辊道速度为0.30～0.6m/s，水温控制在95℃-100℃，使其出水温度控制至550℃-650℃之间，使相变区从奥氏体区快速过渡到贝氏体区域。
4.根据权利要求3所述的一种节能的高贝氏体含量的高合金工具用钢盘条的制造方法，其特征在于所述加热处理时加热炉一段炉温800℃～900℃，加热炉二段炉温900℃-1100℃，均热段炉温1000℃-1100℃。
5.根据权利要求3所述的一种节能的高贝氏体含量的高合金工具用钢盘条的制造方法，其特征在于：所述连铸坯精轧后进行穿水冷却，穿水冷却后温度控制在750℃-850℃；进入减定径机轧制后再次进行穿水冷却。
6.根据权利要求3所述的一种节能的高贝氏体含量的高合金工具用钢盘条的制造方法，其特征在于：出水温度控制至550℃-650℃之间后，直接热收集，盘条集卷完进入保温隧道，隧道门全部关闭，使其在贝氏体区域保温相变，盘条冷却至400℃左右出隧道空冷，从而提高贝氏体含量和表面超低脱碳。
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