CN108690935B - 一种高品质合金工具钢板及生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高品质合金工具钢板及生产方法，钢的化学成分为：C 1.00％‑1.20％，Si1.00％‑1.20％，Mn0.60％‑1.00％，Cr0.90％‑1.40％，W 1.00％‑1.60％，P<0.02％，S<0.01％。钢坯进行加热，第一阶段加热至600‑650℃，第二阶段加热至1100‑1200℃；开轧温度1050‑1100℃，终轧温度大于900℃，以不小于3℃/s的速度冷却至400℃以下；淬火温度830‑890℃，第一阶段加热温度550‑650℃；第二阶段加热温度830‑890℃；钢板淬火完成后立即进行回火，回火温度140‑200℃。钢板屈服强度850MPa以上，断后延伸率12.0％以上，钢板冲击功95J以上，可生产钢板的最大厚度达50mm。
Description
技术领域
本发明属于金属材料生产技术领域，特别涉及到一种高品质合金工具钢板及生产方法。
背景技术
工具钢具有良好的强度、韧性、硬度、耐磨性和回火稳定性等性能，被广泛的用以制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具，且年需求量较大。但是随着国内高端装备和制造业的发展，现有的常规品种往往无法满足对钢种性能逐渐苛刻的要求，因此亟需开发高品质合金工具钢来满足使用要求，高品质合金工具钢碳含量一般大于0.5％，Si、Cr等合金元素的含量较高，且对其质量的要求也很高，因此具有很大的生产难度。
目前，在生产高品质合金工具钢板方面主要存在以下不足，1)生产工艺复杂，如名为“一种合金工具钢及其生产方法”的专利，申请号：201510687941.1，该专利公开了一种合金工具钢板及其生产方法，化学成分为：C 0.5％，Si 0.2％，Mn 0.5％，Cr 5.0％，Mo2.3％，V 0.5％，S≤0.003％，P≤0.02％。与现有工具钢相比，有较高的硬度，优良的韧性、延展性、耐磨性。但其生产工艺包括：真空感应炉熔炼-浇注电极棒-电渣重熔-锻压-热处理等工序，工艺过程复杂。2)钢板的性能差，如名为“高品质薄规格热轧合金工具钢及其CSP生产工艺”的专利，申请号：201610827777.4，该专利公开了一种高品质薄规格热轧合金工具钢及其CSP生产工艺，化学成分为：C 0.85～0.95％，Si 1.25～1.45％，Mn 0.4～0.55％，Cr1.05～1.15％，Als 0.015～0.035％，P 0～0.015％，S 0～0.005％，N 0～0.006％。其钢板的屈服强度780MPa以上，抗拉强度1200MPa以上，但是其延伸率最大仅约为8.0％，影响最终产品的使用。3)成品钢板厚度小，如2)中所述专利，按照其公开的工艺，生产钢板的最大厚度仅约为2mm，不能满足高品质合金工具钢的需求。名为“高碳工具钢热轧薄钢板的生产方法”的专利，申请号：201610583801.4，按照其公开的工艺，生产的钢板最大厚度也仅约为3mm，同样不能满足高品质合金工具钢板的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高品质合金工具钢板及生产方法，通过合理设计合金工具钢的化学成分，并设计与之相匹配的生产工艺，提高钢板的性能。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
本发明的一种高品质合金工具钢板的化学成分，按照重量百分比为：C:1.00％-1.20％，Si:1.00％-1.20％，Mn:0.60％-1.00％，Cr:0.90％-1.40％，W:1.00％-1.60％，P<0.02％，S<0.01％，余量为Fe及不可避免杂质。
进一步的，所述钢板厚度为10～50mm。
下面对本发明各化学成分的作用做详细介绍。
C：在工具钢中，碳是不可缺少的元素，并且含量较高。一方面碳在钢中是有效的固溶强化元素，另一方面可以形成各种碳化物，在工具钢中，要保证充足的碳化物含量用以保证其强度及耐磨性。但碳含量过高时会使钢的韧性降低，尤其在形成粗大共晶碳化物时，对韧性的影响更严重。本发明选择加入范围为1.00％-1.20％。
Si：炼钢过程的脱氧元素，在钢中具有较强的固溶强化效果，含量过高则会降低钢的韧性。本发明选择加入范围为1.00％-1.20％。
Mn：适量的Mn可以延缓钢种铁素体和珠光体转变，增加钢种淬透性，改善冲击韧性。本发明选择加入范围为0.60％-1.00％。
Cr：铬是工模具钢中常用的合金元素，几乎所有的合金模具钢中都含有元素铬。铬可以增加钢的淬透性，提高回火稳定性，并产生二次硬化现象；铬是中强碳化物形成元素，在钢中与碳可以形成碳化物，也可溶于固溶体与Fe3C中，增加钢的强度与耐磨性；但是当含量过高时，容易形成过多的莱氏体共晶以及大块碳化物。本发明选择加入范围为0.90％-1.40％。
W：钨能够细化晶粒，提高马氏体稳定性，从而大大提高钢板的淬透性；阻止回火脆性发展，能够在提高钢板强度的同时不降低塑性；钨是强碳化物形成元素，其碳化物及其稳定，高温也难溶进固溶体。但是含量过高时会使热加工温度范围降低。本发明选择加入范围为1.00％-1.60％。
P：磷在钢液凝固时形成微观偏析，随后在奥氏体化温度加热时在晶界处偏聚，使钢的韧性降低，脆性增大。本发明控制磷的含量小于0.02％，并且含量越低越好。
S：有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造或轧制时造成裂纹。本发明控制硫的含量小于0.01％，并且含量越低越好。
本发明具体工艺方法为：包括冶炼、浇铸、加热炉加热、轧制、热处理。具体步骤如下：
1)按照钢的上述成分进行冶炼，将冶炼完成的钢水浇铸成钢坯。
2)将1)所得钢坯在加热炉中进行加热，加热工艺分两阶段进行，第一阶段加热至600-650℃，升温速度7-9℃/min，保温时间1-2h，第二阶段加热至1100-1200℃，升温速度12-14℃/min，保温时间2-4h。
3)将加热完成的钢坯进行轧制，开轧温度1050-1100℃，控制第一道次压下率小于20％，总压下率大于80％，钢板终轧温度大于900℃，钢板轧制完成后以不小于3℃/s的速度冷却至400℃以下，然后空冷至室温。
4)将轧制完成的钢板进行热处理，热处理工艺如下，a)淬火，淬火温度830-890℃，淬火加热工艺分两阶段加热，第一阶段加热温度为550-650℃，升温速度5-6℃/min，保温时间1.5-3.0min/mm；第二阶段加热温度为830-890℃，升温速度10-15℃/min，保温时间3.0-5.0min/mm。加热完成后对钢板进行淬火，淬火方式采用水冷或油冷；b)回火，钢板淬火完成后立即进行回火，回火温度140-200℃，保温时间2-5min/mm。
本发明通过合理设计合金工具钢的化学成分，并设计与之相匹配的生产工艺，提高钢板的性能，最终得到一种具有高强度、高韧性的高品质合金工具钢板，屈服强度850MPa以上，断后延伸率12.0％以上，钢板冲击功95J以上，可生产钢板的最大厚度达50mm。
具体实施方式
以下实施例仅为本发明的一些最优实施方式，并不对前述发明范围和技术手段有任何限制。
根据本发明所设计的化学成分范围进行冶炼，具体化学成分如表1所示。
表1本发明实施例的化学成分(wt％)
将表1中所示化学成分的钢经冶炼、浇注为钢坯，将钢坯放入加热炉中进行加热，加热工艺如表2所示。
表2钢坯加热工艺
将加热完成的钢坯进行轧制，钢板的轧制工艺如表3所示。
表3钢板轧制工艺
将钢板进行热处理，淬火方式采用水冷，热处理工艺如表4所示。
表4钢板热处理工艺
热处理后对钢板性能进行检验，结果如表5所示。
表5钢板力学性能检验结果
Claims (2)
1.一种高品质合金工具钢板，其特征在于，钢的化学成分按照重量百分比为：C:1.00％-1.20％，Si:1.00％-1.20％，Mn:0.60％-1.00％，Cr:0.90％-1.40％，W:1.00％-1.60％，P<0.02％，S<0.01％，余量为Fe及不可避免杂质；钢板的生产方法，包括冶炼、浇铸、加热炉加热、轧制、热处理，具体步骤如下：
1)按照钢的上述成分进行冶炼，将冶炼完成的钢水浇铸成钢坯；
2)将步骤1)所得钢坯在加热炉中进行加热，加热工艺分两阶段进行，第一阶段加热至600-650℃，升温速度7-9℃/min，保温时间1-2h，第二阶段加热至1100-1200℃，升温速度12-14℃/min，保温时间2-4h；
3)将加热完成的钢坯进行轧制，开轧温度1050-1100℃，控制第一道次压下率小于20％，总压下率大于80％，钢板终轧温度大于900℃，钢板轧制完成后以不小于3℃/s的速度冷却至400℃以下，然后空冷至室温；
4)将轧制完成的钢板进行热处理，热处理工艺如下，a)淬火，淬火温度830-890℃，淬火加热工艺分两阶段加热，第一阶段加热温度为550-650℃，升温速度5-6℃/min，保温时间1.5-3.0min/mm；第二阶段加热温度为830-890℃，升温速度10-15℃/min，保温时间3.0-5.0min/mm；加热完成后对钢板进行淬火，淬火方式采用水冷或油冷；b)回火，钢板淬火完成后立即进行回火，回火温度140-200℃，保温时间2-5min/mm。
2.根据权利要求1所述的一种高品质合金工具钢板，其特征在于：钢板厚度为10～50mm。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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