CN115637382A - 一种高耐蚀性能的石材排锯锯片基体用钢材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及钢材制备技术领域，尤其涉及一种高耐蚀性能的石材排锯锯片基体用钢材及其制备方法；所述钢材的化学成分包括：C，Si，Mn，P，S，Al，N，Cr，Ni，Mo，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，得到高耐蚀性能的钢材产品；通过上述钢材的化学成分和制备方法，充分结合产品实际服役条件进行化学成分设计和生产工艺保证，能制备得到优良耐蚀性能和综合力学性能优良的钢材产品。

Description

一种高耐蚀性能的石材排锯锯片基体用钢材及其制备方法

技术领域

本申请涉及钢材制备技术领域，尤其涉及一种高耐蚀性能的石材排锯锯片基体用钢材及其制备方法。

背景技术

排锯，又名框架锯，是加工大理石等石材的机械，每片锯片由钢质锯片基体上焊接硬质合金刀头或金刚石刀头而成，排锯工作时上百片锯片等间距并排排列，锯片往复运动，一次可切割整块石料至等厚石板，切割效率高，因此排锯逐渐成为石料荒料到石板的主要锯切方式。

排锯锯切时如果锯片发生断裂，会导致整个排锯停机维修，并且断裂的锯片可能造成周围石材的损坏，造成巨大经济损失，所以排锯用钢要保证长期服役过程不断裂。此外，锯片长期与石材、冷却水接触，极易发生锈蚀。锈蚀一方面容易诱发裂纹萌生导致锯片断裂，另一方面锈迹极易污染浅色系石材，造成石材品质下降。如何提供一种低成本高耐蚀性能的石材排锯锯片基体用钢材，是目前亟需解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种高耐蚀性能的石材排锯锯片基体用钢材及其制备方法，以解决现有技术中排锯锯片耐蚀性低的技术问题。

第一方面，本申请提供了一种高耐蚀性能的石材排锯锯片基体用钢材，以质量分数计，所述钢材的化学成分包括：

C:0.6％～0.9％，Si:0.1％～0.5％，Mn:0.2％～0.8％，P≤0.02％，S≤0.005％，Al≤0.05％，N≤0.015％，0＜Cr≤0.4％，0＜Ni≤1.0％，0＜Mo≤0.5％，其余为Fe和不可避免的杂质。

可选的，以体积分数计，所述钢材的金相组织包括：铁素体：0％～5％和珠光体：95％～100％。

可选的，所述珠光体的片层间距为：100nm～300nm。

可选的，其特征在于，所述钢材的单侧脱碳层深度h≤1.5％所述钢材的板厚H。

第二方面，本申请提供了一种制备第一方面所述的钢材的方法，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，得到高耐蚀性能的钢材产品。

可选的，所述加热的出炉温度为1180℃～1260℃，所述加热的在炉时间≥180min。

可选的，所述轧制包括粗轧和精轧。

可选的，所述粗轧的终轧温度为1020℃～1100℃，所述精轧的终轧温度为840℃～900℃。

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580℃～700℃。

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：

本申请实施例提供的一种高耐蚀性能的石材排锯锯片基体用钢材，通过足量的C元素保证钢材的淬硬性，保证热处理后钢材的强度和硬度；通过Ni元素来提高钢材基体的电极电位，以此增加钢材耐蚀性；通过Mo元素细化钢材组织，并提高钢材热强性，同时Ni、Mo保证钢材淬透性，通过适量降低Cr元素，避免焊接过程粗大马氏体组织的形成，提高钢材的焊接性，通过Mn元素细化钢材组织，增加钢材淬透性，以此保证得到具有高耐蚀性能、良好焊接性能、良好综合力学性能的排锯锯片基体用钢。

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，提供一种高耐蚀性能的石材排锯锯片基体用钢材，以质量分数计，所述钢材的化学成分包括：

C:0.6％～0.9％，Si:0.1％～0.5％，Mn:0.2％～0.8％，P≤0.02％，S≤0.005％，Al≤0.05％，N≤0.015％，0＜Cr≤0.4％，0＜Ni≤1.0％，0＜Mo≤0.5％，其余为Fe和不可避免的杂质。

本申请实施例中，本申请实施例中，C的质量分数为0.6％～0.9％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C含量的高低很大程度地决定了钢板的抗拉强度级别、硬度以及耐磨性能，是影响碳当量的重要指标；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易形成网状碳化物，并且淬火后脆性增大，韧性降低，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钢材的淬硬性不足，不能达到锯片锯切的强度和硬度。

Si的质量分数为0.1％～0.5％的积极效果是达到固溶强化效果，并提高钢材的淬透性、弹性极限和回火抗力；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对钢材表面质量产生不利影响，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形成足够的固溶强化效果和增强淬透性效果。

Mn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Mn能推迟珠光体转变，提高钢的淬透性，使钢的组织亚结构细化，从而增强钢材的强度；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增加钢材的脱碳敏感性，导致钢材脱碳严重而影响锯片硬度和耐磨性，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形成足够的固溶强化效果和增强淬透性效果。

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在晶界偏聚，弱化晶界，且对焊接性能不利，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≤0.05％的积极效果是适当Al作为脱氧剂降低钢种O含量，抑制氧化物夹杂的形成；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石墨化倾向和脱碳敏感性。

N≤0.015％的积极效果是保证钢材的塑性和韧性，控制TiN夹杂物的形成；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降低钢材的塑性和韧性，增加TiN夹杂物的含量。

0＜Cr≤0.4％的积极效果是在该质量分数的范围内，由于Cr是碳化物形成元素，能抑制钢材在高温条件下石墨化进程；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使得钢材在焊接过程中易形成粗大马氏体组织，导致焊接热影响区脆性过大，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钢材的石墨化倾向增大。

0＜Ni≤1.0％的积极效果是保证钢材的淬透性，并通过提高钢材基体电极电位来提高钢材耐蚀性；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造成钢材成本大幅增加，并且使得锯切过程中锯片变形倾向增大，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不能保证足够的钢材淬透性和耐蚀性。

0＜Mo≤0.5％的积极效果是在该质量分数的范围内，由于Mo能提高金属高温强度，钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和回火强度；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造成钢材成本增加，并且使得锯片变形倾向增大，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钢材回火抗力不足。

在一些可选的实施方式中，以体积分数计，所述钢材的金相组织包括：铁素体：0％～5％和珠光体：95％～100％。

本申请实施例中，铁素体的体积分数为0％～5％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95％～100％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：100nm～300nm。

本申请实施例中，珠光体的粒径为100nm～300nm的积极效果是保证良好的后续球化退火工艺性能；当粒径的取值大于该范围的端点值，将导致的不利影响是造成后续球化退火工序和热处理工序组织粗大，导致钢材脆性增大；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过高，造成加工困难。

在一些可选的实施方式中，所述钢材的单侧脱碳层深度h≤1.5％所述钢材的板厚H。

本申请实施例中，钢材的单侧脱碳层深度h≤1.5％钢材的板厚H的积极效果是保证钢材表面足够的淬透性和淬硬性；当厚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，钢材疲劳强度降低，易产生开裂，

本申请一个实施例中，如图1所示，提供一种制备所述钢材的方法，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，得到高耐蚀性能的钢材产品。

在一些可选的实施方式中，所述加热的出炉温度为1180℃～1260℃，所述加热的在炉时间≥180min。

本申请实施例中，加热的出炉温度为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℃，所述精轧的终轧温度为840℃～900℃。

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，导致粗轧的轧制效果不能满足标准；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。

精轧的终轧温度为840℃～900℃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迫使轧制速度过高，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580℃～700℃。

本申请实施例中，层流冷却的终点温度为580℃～700℃的积极效果是在该冷却终点温度范围内，能控制钢材相变，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相变温度过低，形成上贝氏体组织，无法获得目标性能。

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，使得内应力过大。

实施例1

一种高耐蚀性能的石材排锯锯片基体用钢材，以质量分数计，钢材的化学成分包括：

C:0.72％，Si:0.26％，Mn:0.48％，P:0.011％，S:0.004％，Al：0.02％，N:0.006％，Cr:0.13％，Ni:0.72％，Mo:0.19％，，其余为Fe和不可避免的杂质。

如图1所示，一种制备钢材的方法，包括：

S1.得到含钢材化学成分的铁水；

S2.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；

S3.将铸坯依次进行加热、轧制、冷却和卷取，后进行缓冷，得到高耐蚀性能的钢材产品；

加热的出炉温度1240℃，加热炉的在炉时间为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880℃。

冷却包括层流冷却，层流冷却的终点温度为630℃。

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，钢材的化学成分包括：

C:0.69％，Si:0.35％，Mn:0.41％，P:0.011％，S:0.002％，Al：0.02％，N:0.006％，Cr:0.15％，Ni:0.70％，Mo:0.18％，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840℃。

冷却包括层流冷却，层流冷却的终点温度为580℃。

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，钢材的化学成分包括：

C:0.80％，Si:0.32％，Mn:0.45％，P:0.012％，S:0.001％，Al：0.03％，N:0.006％，Cr:0.2％，Ni:0.80％，Mo:0.25％，其余为Fe和不可避免的杂质。

加热的出炉温度为1260℃。

粗轧的终轧温度为1100℃，精轧的终轧温度为900℃。

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Ni和Mo元素。

对比例2

将对比例3和实施例1进行对比，对比例3和实施例1的区别在于：

加热的出炉温度为1150℃，加热的在炉时间为150min。

轧制包括粗轧和精轧，粗轧的终轧温度为1000℃，精轧的终轧温度为800℃。

冷却包括层流冷却，层流冷却的终点温度为520℃。

对比例3

将对比例4和实施例1进行对比，对比例4和实施例1的区别在于：

加热的出炉温度为1300℃。

轧制包括粗轧和精轧，粗轧的终轧温度为1150℃，精轧的终轧温度为950℃。

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100h。

相关实验：

分别收集实施例1-3和对比例1-4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：

脱碳层深度：根据GB/T 224-2019《钢的脱碳层深度测定法》中规定的金相法对热轧带钢进行脱碳层深度测定。

耐蚀性能：利用全浸实验对钢材样品进行加速腐蚀实验，通过测定144小时样品增重计算腐蚀速率，判断钢材耐蚀性能，腐蚀速率越低，表明钢材耐蚀性能越好。

表1

表1的具体分析：

脱碳层深度是指钢材表层受氧化性介质侵蚀后，碳被氧化后导致的碳含量低于基体组织的层带深度。

耐蚀性能是指钢材的耐蚀程度，腐蚀速率越低，表明钢材耐蚀性能越高，钢材对腐蚀的抵抗能力越强。

从实施例1-3的数据可知：

1、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1-3的数据可知：

1、通过Cr、Ni、Mo元素复合，尤其是Ni、Mo元素的添加，可有效保证钢材的强度和硬度，并且显著提升钢材的耐蚀性能和焊接性能，更加适用于排锯锯片基体的制造。

2、合理严格的轧制工艺是保证钢材组织和性能的必要条件，超出合理的工艺范围将带来组织和性能的缺陷。

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钢材，通过足量的C元素保证钢材的淬硬性，通过Ni元素来提高钢材基体的电极电位，以此增加钢材耐蚀性；通过Mo元素细化钢材组织，并提高钢材热强性，同时Ni、Mo保证钢材淬透性，通过适量降低Cr元素，避免焊接过程粗大马氏体组织的形成，提高钢材的焊接性，通过Mn元素细化钢材组织，增加钢材淬透性，以此保证得到具有高耐蚀性能、良好焊接性能、良好综合力学性能的排锯锯片基体用钢。

(2)本申请实施例提供的钢材，不仅具有优良的耐蚀性能，还具有综合性较高的力学性能。

(3)本申请实施例提供的方法，其制备出的钢材中金相组织为细小片层珠光体，并且无全脱碳层，脱碳层深度在32μm～38μm范围内，钢材整体具有优良的综合性能。

(4)本申请实施例提供的方法，制备的钢材进一步加工成排锯后，整体服役期间的断带率低，并且还具有优良的耐蚀性能。

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 (9)

1.一种高耐蚀性能的石材排锯锯片基体用钢材，其特征在于，以质量分数计，所述钢材的化学成分包括：

C:0.6％～0.9％，Si:0.1％～0.5％，Mn:0.2％～0.8％，P≤0.02％，S≤0.005％，Al≤0.05％，N≤0.015％，0＜Cr≤0.4％，0＜Ni≤1.0％，0＜Mo≤0.5％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的钢材，其特征在于，以体积分数计，所述钢材的金相组织包括：铁素体：0％～5％和珠光体：95％～100％。

3.根据权利要求2所述的钢材，其特征在于，所述珠光体的片层间距为：100nm～300nm。

4.根据权利要求1所述的钢材，其特征在于，所述钢材的单侧脱碳层深度h≤1.5％所述钢材的板厚H。

5.一种制备如权利要求1-4任一项所述的钢材的方法，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，得到高耐蚀性能的钢材产品。

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℃～1260℃，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℃，所述精轧的终轧温度为840℃～900℃。

8.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580℃～700℃。

9.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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