CN115637380A - 一种低裂纹敏感性金属冷切锯用热轧带钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及钢材制备技术领域，尤其涉及一种低裂纹敏感性金属冷切锯用热轧带钢及其制备方法；所述热轧带钢的化学成分包括：C，Si，Mn，P，S，Al，Cr，V，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，所述热轧带钢的化学成分满足：C:0.5％～0.8％，Si:0.1％～0.5％，Mn:0.7％～1.5％，P≤0.02％，S≤0.005％，Al:0.01％～0.05％，Cr:0.2％～0.8％，V:0.1％～0.3％，其余为Fe和不可避免的杂质；所述方法包括：得到铁水；将铁水进行预处理，后依次进行转炉冶炼、LF精炼和RH精炼，再进行连铸，得到含钢材化学成分的铸坯；将铸坯依次进行加热、轧制、冷却和卷取，后进行缓冷，得到低裂纹敏感性的热轧带钢；通过上述热轧带钢的化学成分和制备方法，能制备得到低裂纹敏感性和综合力学性能优良的钢材产品。

Description

一种低裂纹敏感性金属冷切锯用热轧带钢及其制备方法

技术领域

本申请涉及钢材制备技术领域，尤其涉及一种低裂纹敏感性金属冷切锯用热轧带钢及其制备方法。

背景技术

金属冷切锯，是在常温下配置冷却水对金属材料进行锯切的工具，其应用对象包括高频焊管、冷弯型钢、小型钢等各类材质工件，因此金属冷切锯被广泛的应用于高频焊管或冷弯型钢企业和热轧型钢或圆钢的生产企业中；金属冷切锯一般为圆锯片，锯片的基体材料常选用优质弹簧钢，而优质弹簧钢的一般制备过程是将热轧钢经淬火、回火热处理后，使最终钢材产品达到高强度、高硬度和较好韧性的性能，从而符合优质弹簧钢的制备。

由于金属冷切锯在锯切过程中需要高速旋转，连续锯切一段时间后，需要进行修磨，同时评估锯片裂纹状态，若裂纹较多且深度较大，则无法继续服役，即锯片裂纹敏感性直接关系到锯片的使用寿命，因此如何提供低裂纹敏感性的锯片，是目前亟需解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种低裂纹敏感性金属冷切锯用热轧带钢及其制备方法，以解决现有技术中金属冷切锯的裂纹敏感性较高的技术问题。

第一方面，本申请提供了一种低裂纹敏感性金属冷切锯用热轧带钢，以质量分数计，所述热轧带钢的化学成分包括：

C:0.5％～0.8％，Si:0.1％～0.5％，Mn:0.7％～1.5％，P≤0.02％，S≤0.005％，Al:0.01％～0.05％，Cr:0.2％～0.8％，V:0.1％～0.3％，其余为Fe和不可避免的杂质。

可选的，以体积分数计，所述热轧带钢的金相组织包括：：铁素体：5％～10％和珠光体：90％～95％。

可选的，所述珠光体的粒径为：200nm～400nm。

可选的，所述热轧带钢的单侧脱碳层深度h≤1.5％所述热轧带钢的板厚H。

第二方面，本申请提供了一种制备第一方面所述的热轧带钢的方法，所述方法包括：

得到铁水；

将所述铁水进行预处理，后依次进行转炉冶炼、LF精炼和RH精炼，再进行连铸，得到含第一方面所述的钢材化学成分的铸坯；

将所述铸坯依次进行加热、轧制、冷却和卷取，后进行缓冷，得到低裂纹敏感性的热轧带钢。

可选的，所述加热的出炉温度为1180℃～1270℃，所述加热的在炉时间≥180min。

可选的，所述轧制包括粗轧和精轧，所述粗轧的终轧温度为1020℃～1100℃。

可选的，所述精轧的终轧温度为850℃～910℃。

可选的，所述冷却包括层流冷却，所述层流冷却的终点温度为600℃～750℃。

可选的，所述缓冷的时间为24h～96h。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请提供的一种低裂纹敏感性金属冷切锯用热轧带钢，通过适量的C元素，在保证钢材淬硬性的基础上采用相对低的C含量，以提升锯片韧性；通过Si元素强化钢材基体；通过足量的Mn元素保证钢材的淬透性；通过添加Cr元素提升钢材淬透性，保证厚规格锯片的淬透性，以提升锯片强度和硬度；通过添加V元素有效增加钢材热处理回火抗力，可适当提高回火温度以增加钢材韧性，从而得到适用性更广的低裂纹敏感性的金属冷切锯基体用钢。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请一个实施例中，提供一种低裂纹敏感性金属冷切锯用热轧带钢，以质量分数计，所述热轧带钢的化学成分包括：

C:0.5％～0.8％，Si:0.1％～0.5％，Mn:0.7％～1.5％，P≤0.02％，S≤0.005％，Al:0.01％～0.05％，Cr:0.2％～0.8％，V:0.1％～0.3％，其余为Fe和不可避免的杂质。

本申请实施例中，C的质量分数为0.5％～0.8％的积极效果是在该质量分数范围内，由于C是奥氏体元素，而对于经马氏体相变强化钢种，C含量的高低很大程度地决定了热轧带钢经过热处理后的抗拉强度级别、硬度以及耐磨性能；当质量分数取值大于该范围的端点最大值，将导致的不利影响是钢材脆性增大，容易诱发裂纹萌生，当质量分数的取值小于该范围的端点最小值，将导致的不利影响是钢材淬硬性不够，经热处理后硬度不足。

Si的质量分数为0.1％～0.5％的积极效果是Si是铁素体形成的元素，是一种较强的固溶强化元素，可显著提高铁素体的强度；当质量分数取值大于该范围的端点最大值，将导致的不利影响是Si会促使钢材表面形成红磷缺陷而导致表面质量降低，当质量分数的取值小于该范围的端点最小值，将导致的不利影响是固溶强化效果不足。

Mn的质量分数为0.7％～1.5％的积极效果是在该质量分数的范围内，由于Mn能推迟珠光体转变，并作为主要合金元素保证钢的淬透性，增加钢材耐磨性，以增加钢的锯切寿命；当质量分数取值大于该范围的端点最大值，将导致的不利影响是钢材的回火脆性敏感性增强，当质量分数的取值小于该范围的端点最小值，将导致的不利影响是淬透性不足导致钢材热处理后强度和硬度不足。

P≤0.02％的积极效果是在该质量分数的范围内，由于P一般固溶在铁素体中，具有很强的固溶强化作用，可以用来提高钢的强度，从而降低钢的韧性；当质量分数取值大于该范围的端点最大值，将导致的不利影响是过多的P将对焊接性能不利，是有害元素，因此应尽量减少P含量。

S≤0.005％的积极效果是在该质量分数范围内，能保证钢材的成型性能优异；当质量分数取值大于该范围的端点最大值，将导致的不利影响是过多的S将导致大量的硫化物形成，同时导致形成的硫化物的尺寸偏大，对钢材的抗疲劳性能不利。

Al的质量分数为0.01％～0.05％的积极效果在该范围内，Al作为脱氧剂保证钢水脱氧效果，并起到一定程度的细化晶粒的作用；当质量分数取值大于该范围的端点最大值，将导致的不利影响是增加钢材的石墨化倾向，并且恶化钢材的高温韧性当质量分数的取值小于该范围的端点最小值，将导致的不利影响是不能保证钢液充分脱氧，容易形成氧化物类夹杂物。

Cr的质量分数为0.2％～0.8％的积极效果是在该质量分数的范围内，由于Cr具有固溶强化的效果，是提高钢材淬透性的有效元素，同时能提高钢材的耐蚀性能；当质量分数取值大于该范围的端点最大值，将导致的不利影响是增加钢材的回火脆性，当质量分数的取值小于该范围的端点最小值，将导致的不利影响是钢材淬透性不足，导致厚规格锯片钢材经热处理后强度硬度不足。

V的质量分数为0.1％～0.3％的积极效果是在该质量分数的范围内，由于V是碳化物形成元素中较强的元素，其碳化物的熔点高、硬度大和弥散度高，因此可显著提高钢材的耐磨性能，同时V还能细化晶粒，提高钢材的回火抗力，并且保证钢材的热硬性，进而降低钢材的裂纹敏感性；当质量分数取值大于该范围的端点最大值，将导致的不利影响是钢材轧制过程变形抗力增大，当质量分数的取值小于该范围的端点最小值，将导致的不利影响是回火后钢材韧性降低。

在一些可选的实施方式中，以体积分数计，所述热轧带钢的金相组织包括：铁素体：5％～10％和珠光体：90％～95％。

本申请实施例中，铁素体的体积分数为5％～10％的积极效果是铁素体塑性良好，在外力条件下优先变形，降低钢材脆性，提升钢材塑性和韧性；当体积分数取值大于该范围的端点值，将导致的不利影响是钢材强度和硬度不足；当体积分数取值小于该范围的端点值，将导致的不利影响是钢材脆性过大，锯片容易断裂，

珠光体的体积分数为90％～95％的积极效果是提供足够的碳含量保证钢材淬火后马氏体的硬度，以及回火后足够量细小碳化物的析出保证锯片的强度和硬度；当体积分数取值大于该范围的端点值，将导致的不利影响是钢材脆性过大，锯片容易断裂；当体积分数取值小于该范围的端点值，将导致的不利影响是钢材淬透性不足，强度和硬度不足

在一些可选的实施方式中，所述珠光体的粒径为：200nm～400nm。

本申请实施例中，珠光体的粒径为200nm～400nm的积极效果是保证热轧钢材合理的力学性能，以及热处理加热过程适宜的原始组织；当粒径的取值大于该范围的端点值，将导致的不利影响是热处理加热过程奥氏体组织均匀化困难；当粒径的取值小于该范围的端点值，将导致的不利影响是热轧钢材强度硬度高导致轧制卷取困难，板形不良。

在一些可选的实施方式中，所述热轧带钢的单侧脱碳层深度h≤1.5％所述热轧带钢的板厚H。

本申请实施例中，热轧带钢的单侧脱碳层深度h≤1.5％热轧带钢的板厚H的积极效果是保证钢材表面足够的淬透性和淬硬性；当深度占比的取值大于该范围的端点值，将导致的不利影响是钢材表面淬硬性不足，表面产生非马氏体组织或淬火软点，锯片硬度耐磨性降低，疲劳强度降低，容易诱发裂纹萌生深度，

本申请一个实施例中，如图1所示，提供一种低裂纹敏感性金属冷切锯用热轧带钢的制备方法，所述方法包括：

S1.得到铁水；

S2.将所述铁水进行预处理，后依次进行转炉冶炼、LF精炼和RH精炼，再进行连铸，得到含所述钢材化学成分的铸坯；

S3.将所述铸坯依次进行加热、轧制、冷却和卷取，后进行缓冷，得到低裂纹敏感性的热轧带钢。

在一些可选的实施方式中，所述加热炉出炉温度为1180℃～1270℃，所述加热炉在炉时间≥180min。

本申请实施例中，加热炉的出炉温度为1180℃～1260℃的积极效果是保证钢坯整体温度的均匀性并为热轧做奥氏体组织准备；当温度的取值大于该范围的端点值，将导致的不利影响是奥氏体晶粒粗大、脱碳严重、严重时出现过热和过烧缺陷；当温度的取值小于该范围的端点值，将导致的不利影响是钢坯温度过低，导致后续热轧抗力增大、钢坯温度不均匀导致钢材的组织性能不均匀。

在一些可选的实施方式中，所述轧制包括粗轧和精轧，所述粗轧的终轧温度为1020℃～1100℃。

本申请实施例中，粗轧的终轧温度为1020℃～1100℃的积极效果是保证粗轧压下量以及后续精轧的组织和温度准备；当温度的取值大于该范围的端点值，将导致的不利影响是限制粗轧压下量；当温度的取值小于该范围的端点值，将导致的不利影响是后续精轧温度过低，导致轧制困难、无法保证适宜的组织和性能。

在一些可选的实施方式中，所述精轧的终轧温度为850℃～910℃。

本申请实施例中，精轧的终轧温度为850℃～910℃的积极效果是使得轧制过程匹配钢材的变形以及温度变化过程；当温度的取值大于该范围的端点值，将导致的不利影响是轧制速度过高，影响轧制稳定性，并且影响后续冷却过程，进而影响钢材性能；当温度的取值小于该范围的端点值，将导致的不利影响是轧制后期变形抗力增大，影响轧制稳定性，扰乱钢材冷却过程相变。

在一些可选的实施方式中，所述冷却包括层流冷却，所述层流冷却的终点温度为600℃～750℃。

本申请实施例中，层流冷却的终点温度为600℃～750℃的积极效果是控制相变，制备适合的组织；当温度的取值大于该范围的端点值，将导致的不利影响是相变温度过高，导致组织粗大，无法获得目标性能；当温度的取值小于该范围的端点值，将导致的不利影响是钢材强度硬度过高，导致板形不良。

在一些可选的实施方式中，所述缓冷的时间为24h～96h。

本申请实施例中，缓冷的时间为24h～96h的积极效果是释放钢材内应力，使钢材组织更加均匀；当时间的取值大于该范围的端点值，将导致的不利影响是钢材组织演变且影响生产节奏；当时间的取值小于该范围的端点值，将导致的不利影响是钢材组织不均匀，内应力过大。

实施例1

一种低裂纹敏感性金属冷切锯用热轧带钢，以质量分数计，热轧带钢的化学成分包括：

C:0.65％，Si:0.28％，Mn:1.1％，P:0.013％，S:0.005％，Cr:0.47％，Al：0.02％，V:0.1％，其余为Fe和不可避免的杂质。

如图1所示，一种低裂纹敏感性金属冷切锯用热轧带钢的制备方法，包括：

S1.得到铁水；

S2.将所述铁水进行预处理，后依次进行转炉冶炼、LF精炼和RH精炼，再进行连铸，得到含所述钢材化学成分的铸坯；

S3.将所述铸坯依次进行加热、轧制、冷却和卷取，后进行缓冷，得到低裂纹敏感性的热轧带钢。

加热的出炉温度1250℃，加热的在炉时间为220min。

轧制包括粗轧和精轧，粗轧的终轧温度为1080℃，精轧的终轧温度为890℃。

冷却包括层流冷却，层流冷却的终点温度为700℃。

缓冷的时间为72h。

实施例2

将实施例2和实施例1进行对比，实施例2和实施例1的区别在于：

以质量分数计，热轧带钢的化学成分包括：

C:0.68％，Si:0.29％，Mn:1.12％，P:0.013％，S:0.004％，Cr:0.5％，Al：0.03％，V:0.11％，其余为Fe和不可避免的杂质。

加热的出炉温度为1180℃，加热的在炉时间为180min。

粗轧的终轧温度为1020℃，精轧的终轧温度为850℃。

冷却包括层流冷却，层流冷却的终点温度为600℃。

缓冷的时间为24h。

实施例3

将实施例3和实施例1进行对比，实施例3和实施例1的区别在于：

以质量分数计，热轧带钢的化学成分包括：

C:0.65％，Si:0.31％，Mn:1.10％，P:0.011％，S:0.002％，Cr:0.48％，Al：0.02％，V:0.10％，其余为Fe和不可避免的杂质。

转炉冶炼的出炉温度为1270℃。

粗轧的终轧温度为1100℃，精轧的终轧温度为910℃。

冷却包括层流冷却，层流冷却的终点温度为750℃。

缓冷的时间为96h。

对比例1

将对比例1和实施例1进行对比，对比例1和实施例1的区别在于：

不加入Cr、V元素。

对比例2

将对比例2和实施例1进行对比，对比例2和实施例1的区别在于：

化学成分方面，C元素质量分数提升至0.85％。

相关实验：

分别收集实施例1-3和对比例1-2所得的钢材产品，检测其性能如表1所示。

相关实验的测试方法：

抗拉强度：根据GB/T 228.1-2021《金属材料拉伸试验》对热轧带钢进行室温拉伸性能测定。

断后伸长率：根据GB/T 228.1-2021《金属材料拉伸试验》对热轧带钢进行室温拉伸性能测定。

硬度：根据GB/T 4340.1《金属材料维氏硬度试验》对热轧带钢进行维氏硬度测定。

锯切寿命：通过实际锯片锯切测试，根据锯切相同时长，下线锯片的裂纹数量、长度进行评估，其中，定义长度≤40mm的裂纹属于小裂纹，长度＞40mm的裂纹属于大裂纹。裂纹数量少、长度短，则裂纹敏感性低。

表1

表1的具体分析：

抗拉强度是指制备得到的钢板在拉断前所能承受的最大应力值，抗拉强度越大，说明钢板在拉断前所能承受的最大应力值越大。

断后伸长率是指钢板在拉断后标距的伸长于原始标距的百分比，断后伸长率越高，说明钢板的韧性越好。

从实施例1-3的数据可知：

在合理的成分和工艺范围内，可以保证钢材具有良好的组织和性能，但在范围内应尽量保证成分和工艺的稳定，以避免性能波动。

从对比例1-2的数据可知：

化学元素超出合理范围或重要合金元素未添加，将不能保证钢材良好的性能，并且导致钢材裂纹敏感性增强，锯切寿命降低。

本申请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)本申请实施例提供的热轧带钢，通过适量的C元素，在保证钢材淬硬性的基础上采用相对低的C含量，以提升锯片韧性；通过Si元素强化钢材基体；通过足量的Mn元素保证钢材的淬透性；通过添加Cr元素提升钢材淬透性，保证厚规格锯片的淬透性，以提升锯片强度和硬度；通过添加V元素有效增加钢材热处理回火抗力，可适当提高回火温度以增加钢材韧性，从而得到厚度适用性更广的低裂纹敏感性的金属冷切锯基体用钢。

(2)本申请实施例提供的热轧带钢，不仅具有低裂纹敏感性，还具有综合性较高的力学性能，在7.6mm的热轧带钢产品上，其抗拉强度为1013MPa、断后伸长率为10.5％和维氏硬度为315HV。

(3)本申请实施例提供的方法，其制备出的热轧带钢中金相组织为少量先共析铁素体和细小片层珠光体组成，并且无全脱碳层，开平后钢板具有良好的平整度，有利于经过激光切割等方式制造的锯片的平整度。

(4)本申请实施例提供的方法，所生产的热轧带钢具有高的纯净度和均匀度，并且制造的金属冷切锯产品具有低裂纹敏感性、高锯切寿命的特点。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种低裂纹敏感性金属冷切锯用热轧带钢，其特征在于，以质量分数计，所述热轧带钢的化学成分包括：

C:0.5％～0.8％，Si:0.1％～0.5％，Mn:0.7％～1.5％，P≤0.02％，S≤0.005％，Al:0.01％～0.05％，Cr:0.2％～0.8％，V:0.1％～0.3％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的热轧带钢，其特征在于，以体积分数计，所述热轧带钢的金相组织包括：铁素体：5％～10％和珠光体：90％～95％。

3.根据权利要求2所述的热轧带钢，其特征在于，所述珠光体的粒径为：200nm～400nm。

4.根据权利要求1所述的热轧带钢，其特征在于，所述热轧带钢的单侧脱碳层深度h≤1.5％所述热轧带钢的板厚H。

5.一种制备如权利要求1-4任一项所述的热轧带钢的方法，其特征在于，所述方法包括：

得到铁水；

将所述铁水进行预处理，后依次进行转炉冶炼、LF精炼和RH精炼，再进行连铸，得到含如权利要求1所述的钢材化学成分的铸坯；

将所述铸坯依次进行加热、轧制、冷却和卷取，后进行缓冷，得到低裂纹敏感性的热轧带钢。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述加热的出炉温度为1180℃～1270℃，所述加热的在炉时间≥180min。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述轧制包括粗轧和精轧，所述粗轧的终轧温度为1020℃～1100℃。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述精轧的终轧温度为850℃～910℃。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述冷却包括层流冷却，所述层流冷却的终点温度为600℃～750℃。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述缓冷的时间为24h～96h。

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