一种高碳刃具钢热连轧卷板及其制造方法与流程

1.本发明涉及刃具钢生产技术领域，尤其涉及一种高碳刃具钢热连轧卷板及其制造方法。


背景技术：

2.随着时代的发展，刃具钢用途越来越广，特别是近年来医疗、食品及电子等行业对刃具钢的需求量持续增加，同时刃具钢的使用条件比较恶劣，因此用户对刃具钢的结构和性能要求越来越高。就目前来讲，刃具钢中碳含量一般大于0.7％，且其热轧后的组织一般为珠光体或珠光体+块状渗碳体，其虽然强度、硬度高，但塑性、韧性较差，轧制生产难度大，对工艺要求较高，同时高碳钢的钢种特性是铸坯内部容易出现疏松、偏析和中心裂纹等缺陷，需要克服。
3.我国刃具钢主要以型线材及500mm以下宽度窄带钢为主，会存在热轧窄钢带原料成分波动大、钢的纯净度差、尺寸精度差、板型差、质量稳定性差、卷重小，生产效率低等问题，该工艺流程趋于淘汰。越来越多的用户开始转用冷轧宽带卷板，钢带板面越宽，市场青睐性越好，但是生产难度大。尤其是宽度在1000mm以上的大宽板面市场需求量大，附加值高，经济效益显著，因此国内各大钢厂纷纷开始研究开发中高碳热轧卷板。热轧宽钢带板面宽，不能满足小型单机架冷轧机组轧辊辊面宽度，需要对热轧宽钢带进行剪切，由于含碳量高，脆性大，剪切缺口效应明显，对钢带边部纵剪质量要求高。如果钢带边部剪切质量参差不齐，这对后续冷轧带来困难，在后续冷轧加工过程中极易诱发产生边裂、断带等技术问题，另外加工硬化明显，变形抗力大，冷轧加工困难。同时表面氧化脱碳严重，为节省成本，尽量提升刃具钢表面质量。因此急需开发一种板面宽度大、高韧性、高塑性、边部质量更优良、脱碳层小的热连轧刃具卷板，以减轻下游加工企业加工和环保压力。所以生产宽幅刃具钢有很大的市场前景，另外要克服轧板边部和中部冷速不一致,造成渗碳体的形态差异和分布不均，避免热轧钢开卷断裂，同时保证板形，控制凸度和平直度。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种高碳刃具钢热连轧卷板及其制造方法，生产出高塑性、高韧性、宽度宽至1430mm，边部组织与中心组织均匀的高碳刃具钢热连轧卷板。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
6.一种高碳刃具钢热连轧卷板，高碳刃具钢的化学成分按重量百分比计为：c 0.80％～0.90％、si≤0.35％、mn 0.50％～0.60％、p≤0.030％、s≤0.015％、cr≤0.25％、ni≤0.05％、cu≤0.01％、ca 0.0005％～0.05％、mg 0.0005％～0.05％、ti 0.001％～0.02％、v 0.05～0.1％,余量为fe和不可避免的杂质。
7.以下详细阐述本发明的结构用钢各合金成分作用机理，其中百分符号％代表重量百分比：
8.c：0.80％～0.90％；c是钢中主要的固溶强化元素，本发明钢种需足量的c提升强
硬性和耐磨性。c含量若低于0.8％，则很难保证钢板强硬性，c含量若高于0.9％，则热轧板强度过高，影响韧塑性。因此，c含量要控制在0.8％～0.9％。
9.si：≤0.35％；si是钢中常见元素之一，炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，固溶形态的si能提高屈服强度和韧脆转变温度，si与铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用。si含量过多，会使刃具钢表面氧化脱碳，因此，本发明控制si含量不高于0.35％。
10.mn：0.50～0.60％；mn是钢中常见元素之一，mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，消弱和消除s的不良影响；通过固溶强化，显著提高钢板强度，其次可以提高钢板淬透性和硬度，可以改善热加工性能，一方面为抑制缓冷时碳化物粒子的粗大化及连结的元素，抑制碳化物粒子中的晶体界面成为裂纹的起点。mn含量过少起不到上述效果，另一方面，mn在一定程度上阻止脱碳，所以将mn含量下限设为0.50％。mn含量高，偏析严重，在高的应变速度下的变形中，以针状的碳化物作为起点而产生裂纹，因此mn含量上限设为0.60％。
11.p：≤0.030％；p是使铁素体晶界脆化的杂质元素，为晶界偏聚元素，含量越少越好，但是钢高纯度化，精炼时间就需要变多，导致成本增大。另一方面p含量超过0.030％，在高的应变速度下的变形时从铁素体晶界显著产生裂纹，拉伸显著降低，所以将p含量的上限设为0.030％。
12.s：≤0.015％；s是形成mns等非金属夹杂物的杂质元素，而非金属夹杂物在高的应变速度下的变形中成为裂纹产生的起点，所以控制在0.015％以下，减少硫的枝晶偏析和硫化物的形成，提高塑性，降低热处理后的开裂风险。
13.cr：≤0.25％；cr为廉价的合金元素，在刃具钢中，可显著提高强度、硬度、淬透性，使得热处理后的硬度范围更窄，另外，添加cr对提高表面的耐蚀性能也具有一定益处，在一定程度上能阻止脱碳。因为cr含量高会降低塑性和韧性，所以含量控制在0.25％以下。
14.ni：≤0.05％；ni能提高钢的强度，而又保持良好的塑韧性。对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但是属于稀缺资源，成本高，需控制含量。
15.cu:≤0.01％；cu通过微细的析出物能提高钢的强度。但是在热加工时容易产生热脆，为防止热加工开裂，因此控制含量不大于0.01％。
16.ca：0.0005～0.05％；碳含量高，钢水流动性差，夹杂物不易上浮，ca改变非金属夹杂物成分、形态和数量，促使夹杂物上浮充分，改善钢表面质量，下限设为0.005％。但是含量过多会形成氧化物或硫化物，影响钢的性能，因此上限设为0.05％。
17.mg：0.0005～0.05％；ca与mg共同脱氧生成cao
·
mgo
·
al2o3及cao
·
mgo
·
mns复合夹杂，熔点低，易凝固上浮，因此下限设为0.0005％，但是mg含量过多，会以氧化物夹杂物形式残留，影响品质，因此上限设为0.05％。
18.ti：0.001～0.02％；因为ti是钢中强氧化剂，能使钢的组织更加致密，细化晶粒效果显著，同时还能降低钢的时效敏感性和冷脆性，钢液中加ti,进行固n处理，使氮固定在tin中消除氮的时效倾向。但是ti元素氧化形成非金属夹杂，因此上限设为0.02％。
19.v：0.05～0.1％；v能细化钢的组织和晶粒，降低钢的过热敏感性，并提高钢的强度和韧性，提高其耐磨性，延长工具使用寿命，因此下限设为0.05％，但是v的碳化物溶解较慢，以及考虑成本，因此上限设为0.1％。
20.一种高碳刃具钢热连轧卷板的制造方法，包括如下方法步骤：
21.1)冶炼浇铸：本发明的钢板由顶底复吹转炉常规冶炼，经过lf炉精炼。采用半球熔
点温度为850～970℃、粘度1300℃为0.80～0.82pa
·
s、碱度为0.8～0.9的专用保护渣，漏钢率≤0.2％，纵裂率≤0.1％。软吹时间10～20min，采用cao粉和钝化金属mg粉复合喷吹技术,脱氧时间大于5分钟，精炼氧含量0.0005～0.003％；中包吹氩时间5分钟～8分钟；确保夹杂物上浮充分，对钢水过热度进行严格控制，控制在10～20℃；防止钢水过热度高，造成连铸板坯内部出现裂纹。
22.2)连铸处理：连铸压下和结晶器电磁搅拌，电流强度1000a以上，搅拌时间1～3min，压下量为7～8mm，连铸拉速1.0m/min～1.4m/min；由于碳含量较高，易发生偏析，采用液芯压下技术进一步减少铸坯的中心偏析，保证产品组织的均匀性。为降低脱碳层，保证钢材的表面硬度和力学性能，铸坯在结晶器内快速冷却，进出水温差在6～8℃，宽面水量4000～4500l/min,窄面水量460～480l/min，形成激冷层，同时铸坯直接进入蓄热加热炉，入炉温度高达860℃以上，加热温度1280～1360℃，加热时间180min～260min，最大限度地减小脱碳层厚度，获得170～230mm厚
×
950～1480mm宽的铸坯；同时，生产前对连铸机辊缝精度进行确认，规定辊缝偏差控制在
±
0.5mm以内，避免导辊不对中产生的附件应力造成连铸板坯中间出现裂纹，在后续热轧轧制过程中发生破裂、延伸。
23.3)轧制：对加热后的铸坯进行轧制，控制精轧终轧温度为880～930℃，其中粗轧与精轧之间进行边部加热器30～70℃对边部加热，降低板坯中间与边部温差，消除部分应力，另一方面细化边部晶粒，保证边部质量。实例发现边部加热器的投入使边部晶粒组织细化，后续冷轧不出现边裂，保证了边部质量。粗轧第一道次侧压量控制在20mm以内，以防止边部产生微裂纹；
24.4)冷却：对热轧钢带进行层流冷却，冷却速度控制为30～55℃/s，冷却至卷取温度；
25.5)卷取：热轧钢带冷却后进行卷取，控制卷取温度600～720℃，获得规格2.0～6mm厚
×
950～1430mm宽的热轧宽钢带。
26.卷取后的热轧卷板放入带盖板的缓冷坑缓冷。带盖缓冷对提高强度和塑性效果明显。
27.采用上述化学成分和热轧工艺得到的高碳刃具钢热轧宽钢带，宽度可达1430mm，室温组织为细片状珠光体，珠光体片层间距≤1μm，屈服强度为650～690mpa，抗拉强度1075～1160mpa，屈强比不大于60％，延伸率10％～12％，兼具强度、韧性，硬度＞27hrc，脱碳层厚度＜100um，夹杂物细系＜2级，表面质量无孔洞和横裂纹，边部及中部组织均匀，后续易于冷轧加工，无边裂和断带现象。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
29.本发明一种高碳刃具钢热连轧卷板及其制造方法，获得规格2.0～6mm厚
×
950～1430mm宽的热轧宽钢带。入库缓冷后获得金相组织为细片状珠光体。采用该发明生产的高碳刃具钢热轧卷板，宽度可达1430mm，表面质量合格，边部无翘皮，显微组织为细片珠光体，珠光体片层间距≤1μm，脱碳层厚度＜100μm，夹杂物细系＜2级，屈服强度为650～690mpa，抗拉强度1075～1160mpa，屈强比不大于60％，延伸率10％～12％，兼具强度、韧性，硬度＞27hrc。表面质量无孔洞和横裂纹，边部及中部组织均匀，后续易于冷轧加工，无边裂和断带现象。
附图说明
30.图1是实施例1中细片珠光体组织显微图。
31.图2是实施例1的夹杂物评级显微图。
32.图3是实施例1的脱碳层厚度显微图。
33.图4是实施例1边部组织显微图。
34.图5是实施例1中部组织显微图。
具体实施方式
35.下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明：
36.实施例钢种化学成分见表1；实施例冶炼浇筑工艺见表2；实施例轧制生产工艺见表3；实施例产品性能见表4。
37.表1化学成分，％
38.编号csimnpscrnicuticamgv10.820.20.50.0050.0140.220.0450.0080.0080.010.0090.06 20.840.180.560.0100.0100.190.0460.0070.0120.00360.0050.05 30.830.210.540.0150.0060.210.0420.0080.0140.020.020.09 40.810.240.580.0280.0080.190.0440.0070.0130.040.0040.06 50.890.190.560.0200.0130.210.0450.0060.0160.020.010.08 60.830.150.560.0250.0020.200.0430.0060.0140.010.0050.10 70.840.100.540.0150.0040.240.0430.0080.0130.00850.0080.07 80.830.140.570.0100.0120.220.0450.0070.0140.0080.0080.05 90.850.320.590.0130.0060.230.0460.0060.0180.0270.020.07 100.820.260.540.0200.0030.210.0460.0090.0140.030.0040.09
39.表2冶炼浇筑生产工艺
[0040][0041][0042]
表3制造工艺参数
[0043][0044]
表4钢板性能
[0045][0046]
本发明通过化学成分的优化，增加钢的强度和塑性以及使用寿命；采用的保护渣，降低了粘度和熔点，能够改善高碳易产生的纵向开裂问题；在5-3中加入的边部加热器能够改善边部与心部的温度差，使得心部和边部组织均匀，以及规定辊缝偏差控制在
±
0.5mm以内，避免导辊不对中产生的附件应力造成连铸板坯中间出现裂纹，避免加工过程出现边裂、断带。

技术特征：
1.一种高碳刃具钢热连轧卷板，其特征在于，高碳刃具钢的化学成分按重量百分比计为：c 0.80％～0.90％、si≤0.35％、mn 0.50％～0.60％、p≤0.030％、s≤0.015％、cr≤0.25％、ni≤0.05％、cu≤0.01％、ca 0.0005％～0.05％、mg 0.0005％～0.05％、ti 0.001％～0.02％、v 0.05～0.1％，余量为fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种高碳刃具钢热连轧卷板，其特征在于，成品宽度为950～1430mm，厚度为2～6mm。3.根据权利要求1所述的一种高碳刃具钢热连轧卷板，其特征在于，卷板组织为片状珠光体，珠光体片层间距≤1μm。4.根据权利要求1所述的一种高碳刃具钢热连轧卷板，其特征在于，卷板屈服强度为650～690mpa，抗拉强度1075～1160mpa，屈强比不大于60％，延伸率10％～12％，硬度＞27hrc，脱碳层厚度＜100μm，夹杂物细系＜2级。5.一种如权利要求1-4其中任意一项所述的高碳刃具钢热连轧卷板的制造方法，其特征在于，包括如下方法步骤：1)冶炼浇铸：软吹时间10～20min，中包吹氩时间5分钟～8分钟，采用cao粉和钝化金属mg粉复合喷吹技术,脱氧时间大于5分钟，精炼氧含量0.0005～0.003％；钢水过热度控制在10～20℃；2)连铸处理：铸坯在结晶器内快速冷却，进出水温差在6～8℃，宽面水量4000～4500l/min,窄面水量460～480l/min，连铸压下量为7～8mm，连铸拉速1.0～1.4m/min，采用液芯压下；3)轧制：铸坯入炉温度860℃以上,加热温度1280～1360℃，加热时间180min～260min；控制精轧终轧温度为880～930℃，粗轧与精轧之间进行边部加热器30～70℃对边部加热，粗轧第一道次侧压量控制在20mm以内；4)冷却：冷却速度控制为30～55℃/s，冷却至卷取温度；5)卷取：控制卷取温度600～720℃。6.根据权利要求5所述的一种高碳刃具钢热连轧卷板的制造方法，其特征在于，上述步骤1)中的冶炼采用半球熔点温度为850～970℃、粘度1300℃为0.80～0.82pa
·
s、碱度为0.8～0.9的保护渣；冶炼漏钢率≤0.2％，纵裂率≤0.1％。7.根据权利要求5所述的一种高碳刃具钢热连轧卷板的制造方法，其特征在于，上述步骤1)中连铸结晶器采用电磁搅拌，电流强度1000a以上，搅拌时间1～3min。8.根据权利要求5所述的一种高碳刃具钢热连轧卷板的制造方法，其特征在于，铸坯厚度为170～230mm，铸坯宽度为950～1480mm。9.根据权利要求5所述的一种高碳刃具钢热连轧卷板的制造方法，其特征在于，连铸机辊缝偏差控制在
±
0.5mm以内。10.根据权利要求5所述的一种高碳刃具钢热连轧卷板的制造方法，其特征在于，卷取后的热轧卷板放入带盖板的缓冷坑缓冷。

技术总结
本发明涉及一种高碳刃具钢热连轧卷板及其制造方法，高碳刃具钢的化学成分按重量百分比计为：C 0.80％～0.90％、Si≤0.35％、Mn 0.50％～0.60％、P≤0.030％、S≤0.015％、Cr≤0.25％、Ni≤0.05％、Cu≤0.01％、Ca 0.0005％～0.05％、Mg 0.0005％～0.05％、Ti 0.001％～0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。采用该发明生产的高碳刃具钢热轧卷板，宽度可达1630mm，表面质量合格，边部无翘皮，显微组织为细片珠光体，珠光体片层间距≤1μm，脱碳层厚度＜100μm，夹杂物细系＜2级，屈服强度为650～690MPa，抗拉强度1075～1160MPa，延伸率10％～12％，硬度＞27HRC。表面质量无孔洞和横裂纹，边部及中部组织均匀，后续易于冷轧加工，无边裂和断带现象。边裂和断带现象。边裂和断带现象。


技术研发人员：佟欣儒 杨玉 许成
受保护的技术使用者：鞍钢股份有限公司
技术研发日：2023.07.25
技术公布日：2023/10/15