CN116145029B

CN116145029B - 一种耐腐蚀刃具钢及其制备方法及应用

Info

Publication number: CN116145029B
Application number: CN202211658810.7A
Authority: CN
Inventors: 吴刚; 刘志璞; 文小明; 韩宇; 宫震; 张迎征; 王全洲; 许学历; 左远宏
Original assignee: Bengang Steel Plates Co Ltd
Current assignee: Bengang Steel Plates Co Ltd
Priority date: 2022-12-22
Filing date: 2022-12-22
Publication date: 2024-05-14
Anticipated expiration: 2042-12-22
Also published as: CN116145029A

Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀刃具钢及其制备方法及应用，属于轧钢技术领域。本发明由以下化学成分及重量百分比组成：C：0.75‑0.85％；Si：0.60‑1.0％；Mn：2.0‑2.30％；P≤0.015％；S≤0.005％；Mo：0.80～1.20％；Cr：0.70～1.0％；Cu：0.50～0.80％；余量为铁和不可避免的杂质。本发明一方面在钢中加入钼、铬、钛，增加淬透性能，使钢板的强度提高、性能更优，另一方面加入铜，使钢板具有良好的耐腐蚀性能，在冶炼过程中，加入钼、铬、铜，锰等微合金元素，使之达到出钢成分要求，在精炼过程中，加入钛铁合金，微调钼、铬、铜等成分获得一种抗拉强度≥1600MPa的耐腐蚀刃具用钢板。

Description

一种耐腐蚀刃具钢及其制备方法及应用

技术领域

本发明属于轧钢技术领域，具体涉及一种耐腐蚀刃具钢及其制备方法及应用。

背景技术

随着建筑、陶瓷、石材、采矿等行业的发展，刃具钢的需求量以每年20％的速度增长，为提高切割效率和成材率，锯片向大直径、高转速、薄片的方向发展，由于工作环境的苛刻，锯片转速的提高，锯片工作时承受的冲击、摩擦和震动加剧，导致锯片所承受的应力增大，稳定性下降，出现断裂崩齿、性能不均、偏析严重、表面质量差、耐磨蚀性差等问题，严重影响了使用寿命。

苛刻的工作环境对锯片基体用钢的力学性能提出了更高的要求，特别是锯片的抗变形性、抗冲击性以及耐腐蚀性，为了解决上述问题，本发明提供一种具有良好耐腐蚀性能、高的疲劳寿命、抗拉强度≥1600MPa刃具钢，使基板的厚度减薄，达到了增加耐腐蚀性能及提高疲劳寿命的目的。

发明内容

针对上述不足本发明提供一种耐腐蚀刃具钢及其制备方法及应用，该刃具钢具有强度高、韧性好、耐腐蚀性能良好和疲劳性能高的特点，可以实现刃具减薄，锯片的抗变形性、抗冲击性以及耐腐蚀性优良的目的。

本发明第一方面保护一种耐腐蚀刃具钢，由以下化学成分及重量百分比组成：C：0.75-0.85％；Si：0.60-1.0％；Mn：2.0-2.30％；P≤0.015％；S≤0.005％；Mo：0.80～1.20％；Cr：0.70～1.0％；Cu：0.50～0.80％；余量为铁和不可避免的杂质。

进一步地，刃具钢的厚度为2.0～16.0mm，屈服强度为1000～1100MPa，抗拉强度为1620～1700MPa，A₅₀为10～15％，屈强比为0.58～0.65％。

本发明第二方面保护一种耐腐蚀刃具钢的制备方法，包括如下步骤：

铁水预处理：铁水中加入脱硫粉剂，使铁水中硫含量≤0.003％，兑入转炉；

转炉冶炼：转炉中加入铁水和废钢，所述铁水和所述废钢的重量比(75～90％)：(10～25％)，全程底吹氩气，并采用石灰和轻烧白云石造渣，其吹氧时间为10～14分钟，当终点成分C的重量比为0.60～0.70％，出钢温度为1680℃－1720℃，开始出钢，在出钢过程中，加入钼铁、铜和锰铁。

LF精炼：加入萤石造白渣，将钢水兑入LF精炼炉中，调整钢中的Mo、Cu和Mn含量，使钢中的如下成分重量百分比为C：0.75-0.85％；Si：0.60-1.0％；Mn：2.0-2.30％；P≤0.015％；S≤0.005％；Mo：0.80～1.20％；Cr：0.70～1.0％；Cu：0.50～0.80％；在精炼过程中，进行铬铁和钛的合金化，同时加入脱氧剂，软吹氩搅拌时间≥12min，镇静时间≥16min。

连铸：采用直弧型连铸机连铸，过热度控制在5～25℃之间，连铸坯定尺长度为9～11m。

加热：为避免钢板表面产生纵裂、横裂等缺陷，连铸坯采用热送热装工艺，所述热送热装工艺指连铸坯温度保证在450℃以上，或连铸坯在5h以内装炉，加热温度为1180～1220℃，使钢中的合金元素充分溶解；

粗轧：R1轧制0～3道次，R2轧制5～7道次；

精轧：采用多机架热连轧，终轧温度870～900℃；

卷取：卷取温度为670～700℃。

进一步地，所述脱硫剂是由镁粉和石灰粉组成，所述镁粉和所述石灰粉之间的重量比为1：2～5。

进一步地，所述转炉冶炼的步骤中下渣量为≤5kg/吨钢。

进一步地，所述脱氧剂由铝锰铁组成，所述脱氧剂中铝锰铁的重量比为Al：Mn：Fe＝20：20：60，加入量为每炉钢300-500公斤。

进一步地，所述LF精炼的步骤中炉内钢水顶渣高度为20mm－30mm。

进一步地，所述加热的步骤中的连铸坯的均热时间为50min～60min。

进一步地，所述精轧的步骤中投入或者不投入机架间冷却水。

本发明第三方面保护一种耐腐蚀刃具钢在锯片中的应用。

本发明第四方面保护一种锯片的制备方法，包括如下步骤：

成形：按照金属锯的尺寸，切割成不同直径的圆坯、成形，形成锯背；

焊接：锯背与一定形状的锯齿焊接，形成所需的刃具；

热处理：经过淬火(770～820℃)+回火(400～460℃)后，得到具有一定强韧性匹配、良好耐磨性能的金属锯；

成品：经过一系列检验、检查后，得到成品刃具。

本发明所生产厚度为2.0～16.0mm钢板，经热处理后检验刃具钢板的屈服强度在1000～1100MPa，抗拉强度在1620～1700MPa，A₅₀在10～15％，刃具用钢板的疲劳寿命增加50万次以上，耐腐蚀性能提高50％以上，屈强比低(在0.58～0.65％之间)，成形性好。上述数据说明该发明的刃具专用钢的性能远超过现有刃具用钢，并且钢板还有进一步减薄的空间，因此，该发明的刃具专用钢可以实现刃具减薄，疲劳寿命提高，耐腐蚀性能优良的目标。

工艺流程：

炼钢→加热→热连轧→层流冷却→卷取→外发→下料→成形→焊接→热处理→成品

原理：

由于刃具钢特殊的使用环境，在腐蚀介质条件下的腐蚀行为主要取决于基体表面的性质，大气中含有吸湿性介质，在钢基体表面形成电解质，一旦与电解质接触后，钢基体表面就可以发生电化学腐蚀，这种腐蚀过程与基体在电解质溶液中的腐蚀电化学过程相似。

钢基体表面作为阳极发生溶解，其阳极反应过程为：

Fe→Fe²⁺ _(aq)+2e……

阴极主要是氧的去极化过程，其反应过程为：

O₂+2H₂O+4e→4OH^-……

当基体表面在自然环境下形成的电解液较少或较薄时，阳极电化学反应不容易进行，即使基体发生溶解产生了铁离子也会堆积在液膜中使浓差极化现象增强，介质中氧通过液膜很容易使阳极发生钝化，由于水分较低，铁离子的水解过程更加缓慢，促使阳极发生极化作用，从而阻碍了基体的腐蚀，此过程受阳极电化学反应所控制。

随着刃具钢在自然大气环境条件下暴露时间的延长，因阳极电化学反应生成的Fe²⁺与水电离出的OH^-反应，形成Fe(OH)₂,并被大气中O₂进一步氧化，生成高价铁的化合物(Fe₃O₄或FeOOH)，进而在基体表面形成一层腐蚀产物层，基体表面锈层逐渐增厚，直接导致了锈层阻抗的增大，从而阻碍了外界环境中氧向内渗入的难度，一方面使锈层的阴极去极化作用减弱而降低了大气腐蚀速率，另一方面与耐候钢基体表面附着性强的内锈层可以减少基体与大气环境介质的接触面积，减缓了耐候钢的腐蚀速度。

刃具钢基体表面锈层组成和结构决定着锈层的致密程度和附着强度，直接影响到耐大气腐蚀能力；而合金元素对钢在大气腐蚀中的锈层结构和组成影响较大，特别是a-FeOOH和r-FeOOH相含量与钢中合金元素有很大关系，如Mo、Cr、Mn和Cu等元素有利于a-FeOOH的形成，而基体表面a-FeOOH相的增多，可以形成具有致密性、保护性和附着性强的内锈层，从而提高钢的耐候性。

有益效果：

本发明提出了“控制进精轧温度、避免在两相区轧制、避免混晶”的概念“，一方面在钢中加入钼、铬、钛，增加淬透性能，使钢板的强度提高、性能更优，另一方面加入铜，使钢板具有良好的耐腐蚀性能，在冶炼过程中，加入钼、铬、铜，锰等微合金元素，使之达到出钢成分要求，在精炼过程中，加入钛铁合金，微调钼、铬、铜等成分，达到内控标准范围，在随后的加热、粗轧、精轧和层冷过程中，控制该钢板的晶粒度和组织，从而获得一种抗拉强度≥1600MPa的耐腐蚀刃具用钢板。

附图说明

图1是本发明实施例1制作的耐腐蚀刃具钢的金相组织图。

图2是本发明实施例2制作的耐腐蚀刃具钢的金相组织图。

图3是本发明实施例3制作的耐腐蚀刃具钢的金相组织图。

图4是本发明实施例4制作的耐腐蚀刃具钢的金相组织图。

图5是本发明实施例4制作的耐腐蚀刃具钢夹杂物图。

图6是本发明对比例制作的钢的金相组织图。

图7是本发明对比例制作的钢夹杂物图。

图8是利用本发明一个实施例制作的耐腐蚀刃具钢制作成锯片的实物图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所提出的耐腐蚀刃具钢的制备方法，具体步骤如下：

铁水预处理：往铁水罐加入脱硫粉剂，镁粉与石灰粉的比例为1：(5.0～7.0)，使铁水中硫含量≤0.003％，兑入转炉；

转炉冶炼：采用顶底复吹转炉冶炼，转炉中铁水和废钢比(75～90％)：(10～25％)，全程底吹氩气，并采用石灰和轻烧白云石造渣，其吹氧时间为10～14分钟，当终点成分和温度达到出钢要求时，开始出钢，出钢口要规圆，在出钢过程中，加入钼铁、铜和锰铁等，出钢温度控制在1680℃－1720℃之间；

LF精炼：加入萤石造白渣，将钢水兑入LF精炼炉中，微调钢中的Mo、Cu和Mn含量，至内控成分范围，在精炼过程中，进行铬铁和钛的合金化，同时加入脱氧剂，软吹氩搅拌时间≥12min，镇静时间≥16min。

连铸：采用直弧型连铸机连铸，过热度控制在5～25℃之间，连铸坯定尺长度为10.7m。

加热：连铸坯采用热送热装工艺，加热温度1200±20℃，使钢中的合金元素充分溶解；

粗轧：采用3+5模式；即R1轧制3道次，R2轧制5道次；

精轧：采用多机架热连轧，机架间冷却水投入，终轧温度870～900℃；

卷取：卷取温度为670～700℃。

所述脱硫剂是由镁粉和石灰粉构成，且镁粉和石灰粉之间的重量比为1：5.0；

所述转炉冶炼出钢步骤中，其下渣量为≤5kg/吨钢；

所述炉外精炼步骤中所加入的脱氧剂采用铝锰铁构成的脱氧剂，其加入量为每炉钢300-500公斤。

所述炉外精炼步骤中，炉内钢水顶渣保持在20mm－30mm之间。

所述加热炉中，连铸坯均热时间50min～60min，加热温度1180～1220℃，在加热过程中，使合金元素充分溶解；

所述粗轧过程中，采用不同的控制模式；

所述精轧过程中，采用7机架热连轧，不投入机架间冷却水，终轧温度870～900℃；

所述卷取工序：卷取温度控制在670～700℃。

以下为具体实施例。

实施例1

首先进行预处理，即往铁水罐中加入石灰粉、镁粉的混合硫剂，石灰粉、镁粉的重量百分比为5.0：1，经常规检测，铁水中硫含量为0.003％，铁水温度为1340℃，铁水预处理完成；将90％铁水、10％废钢兑入转炉内，在180吨顶底复吹转炉中，加入石灰和轻烧白云石造渣，然后喷吹氧气10分钟，待吹氧完成后出钢，出钢温度1680℃，在出钢过程中，加入锰铁、铜和钼铁等，使钢水成分达到出钢要求，其下渣量5kg/吨钢；将钢水兑入LF精炼炉内，按内控成分要求，调整合金中Mo、Cu和Mn含量，同时加入脱氧剂铝锰铁，其加入量为300Kg，软吹氩时间12min，镇静时间16min，从底部喷吹氩气搅拌，待钢水的成分和温度达到要求后，进行直弧型连铸机，控制过热度为20～25℃，形成连铸坯，该刃具专用钢包括以下重量百分比的物料：C0.76％、Si0.62％、Mn2.03％、P0.015％、S0.005％、Cr0.75％、Mo0.81％、Cu0.52％，余量为铁和不可避免的杂质。

连铸坯采用热送热装工艺，加热温度1185℃，使合金元素充分溶解；

粗轧采用3+5模式；即R1轧制3道次，R2轧制5道次；

精轧：采用7机架热连轧，机架间冷却水不投入，终轧温度为870℃；

卷取：卷取温度为670℃，经热连轧机组轧制即为刃具专用钢。

下料、成形：根据金属锯用户的需求，下料成一定直径的圆坯，表面打磨、成形后形成锯背；

焊接：将一定形状的锯齿与锯背焊接，形成金属锯；

热处理：采用淬火温度820℃、保温时间40min，回火温度460℃，回火保温时间60miin，所得刃具钢的屈服强度1010MPa，抗拉强度1625MPa，A₅₀＝15％，屈强比0.62，σ₅₀＝545，20℃冲击功KV2分别为：85J、80J、90J。

参考图1，本实施例的金相组织图中显示为回火索氏体，晶粒度为12.5级。

实施例2

按照实施例1的方法采用铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸和热连轧的步骤生产刃具专用钢，所不同的是：铁水罐中喷吹的石灰粉：镁粉比例为5.5：1，在复吹转炉冶炼中，兑入的铁水与废钢比83％：17％，向转炉中喷吹11min的氧气，出钢温度1690℃；在LF炉中所加的脱氧剂铝锰铁为350kg，炉内钢渣保持在33mm。该刃具用钢包括以下重量百分比的物料：C0.79％、Si0.69％、Mn2.10％、P0.012％、S0.004％、Mo0.92％、Cr0.81％、Cu0.63％，余量为铁和不可避免的杂质。

连铸坯采用热送热装工艺，加热温度1190℃；

粗轧：采用0+5模式；即R1轧制0道次，R2轧制5道次；

精轧：采用7机架热连轧，机架间冷却水不投入，终轧温度为880℃；

卷取：卷取温度为680℃，经热连轧机组常规轧制即为刃具专用钢。

焊接：将一定形状的锯齿与锯背焊接，形成金属锯；

热处理：采用淬火温度810℃、保温时间38min，回火温度440℃，回火保温时间57miin，所得刃具钢的屈服强度1040MPa，抗拉强度1650MPa，A₅₀＝13％，屈强比0.63，σ₅₀＝550，20℃冲击功KV2分别为：80J、78J、80J。

参考图2，本实施例的金相组织图中显示为回火索氏体，晶粒度为12.5级。

实施例3

按照实施例1的方法采用铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸和热连轧的步骤生产刃具专用钢，所不同的是：铁水罐中喷吹的石灰粉：镁粉比例为6.2：1，在复吹转炉冶炼中，兑入的铁水与废钢比80％：20％，向转炉中喷吹13min的氧气，出钢温度1695℃；在LF炉中所加的脱氧剂铝锰铁为420kg，炉内钢渣保持在30mm。该刃具用钢包括以下重量百分比的物料：C0.0.83％、Si0.85％、Mn2.22％、P0.010％、S0.003％、Mo1.05％、Cr0.92％、Cu0.72％，余量为铁和不可避免的杂质。

连铸坯采用热送热装工艺，加热温度1195℃；

粗轧：采用0+7模式；即R1轧制0道次，R2轧制7道次；

精轧：采用7机架热连轧，机架间冷却水不投入，终轧温度为890℃；

卷取：卷取温度为685℃，经热连轧机组常规轧制即为刃具专用钢。

焊接：将一定形状的锯齿与锯背焊接，形成金属锯；

热处理：采用淬火温度790℃、保温时间35min，回火温度420℃，回火保温时间53miin，所得刃具钢的屈服强度1065MPa，抗拉强度1680MPa，A₅₀＝11％，屈强比0.63％，σ₅₀＝565，20℃冲击功KV2分别为：75J、70J、75J。

参考图3，本实施例的金相组织图中显示为回火索氏体，晶粒度为13级。

实施例4

按照实施例1的方法采用铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸和热连轧的步骤生产刃具专用钢，所不同的是：铁水罐中喷吹的石灰粉：镁粉比例为7.0：1，在复吹转炉冶炼中，兑入的铁水与废钢比85％：15％，在转炉冶炼中，喷吹14min的氧气，出钢温度1700℃；在LF炉中所加的脱氧剂铝锰铁为500kg。该传动轴管用钢包括以下重量百分比的物料：C0.85％、Si1.0％、Mn2.3％、P0.008％、S0.002％、Mo1.19％、Cr1.0％、Cu0.79％、余量为铁和不可避免的杂质。

连铸坯采用热送热装工艺，加热温度1220℃；

粗轧：采用0+7模式；即R1轧制0道次，R2轧制7道次；

精轧：采用7机架热连轧，终轧温度为900℃；

卷取：卷取温度为700℃，经热连轧机组常规轧制即为刃具专用钢。

下料、成形：根据用户的需求，下料成一定直径的圆坯，表面打磨、成形后形成锯背；

焊接：将一定形状的锯齿与锯背焊接，形成金属锯；

热处理：采用淬火温度770℃、保温时间30min，回火温度400℃，回火保温时间49miin，所得刃具钢的屈服强度1100MPa，抗拉强度1700MPa，A₅₀＝10％，屈强比0.64％，疲劳寿命σ₅₀＝580，20℃冲击功KV2分别为：60J、69J、60J。

参考图4，本实施例的金相组织图中显示为回火索氏体，晶粒度为13.5级。参考图5，本实施例中的夹杂物为D0.5级，其余为0级。

对比例

首先进行预处理，即往铁水罐中加入镁粉、石灰粉的混合粉剂(比例为1：3.5)，经常规检测，当铁水中硫含量0.003％时，铁水预处理完成，将铁水、废钢(比例为88％：12％)兑入180吨复吹转炉冶炼，加入石灰和轻烧白云石造渣，然后喷吹氧气14分钟，待喷氧完成后出钢，出钢温度1680℃，在出钢过程中，加入镍铁、铜和铬铁等，使钢水成分达到出钢要求，其下渣量要求≤5kg/吨钢；将钢水兑入LF精炼炉内，按内控成分要求，微调合金中Ni、Cu、Cr含量，同时加入铝脱氧，其加入量为400Kg，炉内钢渣保持在55mm，待钢水的成分和温度达到要求后，进行连铸，形成连铸坯，连铸坯经加热、粗轧、精轧和层流冷却后，经热连轧机组常规轧制即为原刃具用钢。原刃具用钢包括以下重量百分比的物料：C0.75％、Si0.25％、Mn0.70％、P0.015％、S0.010％、Cr0.42％、Cu0.07％、Ni0.30％，余量为铁和不可避免的杂质。

热处理后刃具钢板的屈服强度965MPa，抗拉强度1045MPa，A₅₀＝14％，屈强比0.92，疲劳寿命σ₅₀＝470，20℃冲击功KV2分别为：40J、42J、45J。

本对比例中的金相组织图显示为回火索氏体，晶粒度为10.5级。本对比例的非金属夹杂物为A0.5D2.0。

图8为一个具体实施例中的锯片实物图。

将实施例1～4和对比例中的的产品浸泡在10％H₂SO4+3.5％NaCL溶液中72小时，全浸腐蚀速率如表1所示。

表1

	相对腐蚀率/％
		实施例1	41.76
实施例2	39.43
		实施例3	36.82
实施例4	32.59
		对比例	1

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims

1.一种耐腐蚀刃具钢在锯片中的应用，其特征在于，由以下化学成分及重量百分比组成：C：0.75-0.85%；Si：0.60-1.0%；Mn：2.0-2.30%；P≤0.015%；S≤0.005%；Mo：0.80~1.20%；Cr：0.70~1.0%；Cu：0.50~0.80%；余量为铁和不可避免的杂质；

所述的耐腐蚀刃具钢的制备方法包括如下步骤：

铁水预处理：铁水中加入脱硫粉剂，使铁水中硫含量≤0.003%，兑入转炉；

转炉冶炼：转炉中加入铁水和废钢，所述铁水和所述废钢的重量比（75~90%）：（10~25%），全程底吹氩气，并采用石灰和轻烧白云石造渣，其吹氧时间为10~14分钟，当终点成分中C的重量百分比为0.60~0.70%、出钢温度为1680℃－1720℃，开始出钢，在出钢过程中，加入钼铁、铜和锰铁；

LF精炼：加入萤石造白渣，将钢水兑入LF精炼炉中，调整钢中的Mo、Cu和Mn含量，使钢中的如下成分重量百分比为C：0.75-0.85%；Si：0.60-1.0%；Mn：2.0-2.30%；P≤0.015%；S≤0.005%；Mo：0.80~1.20%；Cr：0.70~1.0%；Cu：0.50~0.80%；在精炼过程中，进行铬铁和钛的合金化，同时加入脱氧剂，软吹氩搅拌时间≥12min，镇静时间≥16min；

连铸：过热度控制在5~25℃之间，连铸坯定尺长度为9~11m；

加热：连铸坯采用热送热装工艺，加热温度为1180~1220℃，使钢中的合金元素充分溶解；

粗轧：R1轧制0~3道次，R2轧制5~7道次；

精轧：采用多机架热连轧，终轧温度870~900℃；

卷取：卷取温度为670~700℃。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，刃具钢的厚度为2.0~16.0mm，屈服强度为1000~1100MPa，抗拉强度为1620~1700MPa，A₅₀为10~15%，屈强比为0.58~0.65%。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述脱硫粉剂是由镁粉和石灰粉组成，所述镁粉和所述石灰粉之间的重量比为1：2~5。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述转炉冶炼的步骤中下渣量为≤5kg/吨钢。

5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述脱氧剂由铝锰铁组成，所述脱氧剂中铝锰铁的重量比为Al：Mn：Fe=20：20：60，加入量为每炉钢300-500公斤。

6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述LF精炼的步骤中炉内钢水顶渣高度为20mm－30mm。

7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述加热的步骤中的连铸坯的均热时间为50min~60min。

8.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述精轧的步骤中投入或者不投入机架间冷却水。