CN1974827A - 一种用于剪切中厚板的冷热剪刃钢 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中厚板冷热剪刃用钢及生产工艺。其主要合金元素和碳的含量，按照下述公式相互匹配：其生产工艺过程是：按上述合金元素成份和匹配进行合金化设计→净化炉料冶炼及炉前分析与整调→1650℃～1670℃钢包精炼→铸锭→锻棒料→电渣重熔→锻成剪刃加工的原材料。该剪刃钢同时具有高硬度、高强度、高耐磨性、高冲击韧性与红硬性，是一种用于剪切中厚板的冷热剪兼用的剪刃钢。

Description

一种用于剪切中厚板的冷热剪刃钢

技术领域

本发明属于黑色冶金合金钢刃具材料，特别是一种同时适用于剪切中厚板的冷剪、热剪的剪刃钢的生产。

背景技术

在轧钢生产中，剪切机是用于将钢板(坯)剪切成规定尺寸的设备，在钢板生产中发挥着要重的作用。世界应用最多的是斜刀片式剪切机，其主要工作原理是将上下两个剪刃按装在上、下刀台上，通过上下刀台的相对运动带动上、下剪刃在压力作用下将钢板切断。剪刃在工作时承受高负荷的压应力，摩擦力和冲击力，同时还要承受一定的高温作用。通常，将在室温～400℃工作的剪刃称为冷剪刃，将在温度700～1100℃工作的剪刃称为热剪刃。根据剪刃的服役条件剪刃的主要失效形式是刃口磨损，堆刃、崩刃、断裂。因此对剪刃的性能要求是：高硬度、高强度、高韧性、高的耐事故性。剪刃在工作中承受压应力，热转弯曲，冲击热应力等复杂应力的作用，必须保证剪刃自身在工作时不发生塑性变形。强度硬度是剪刃的重要性能指标。通常冷剪刃的硬度在HRC60左右，热剪刃硬度在HRC42～50。高耐磨性，剪刃在工作时承受摩擦力，其磨损模式很复杂，通常以滑动摩擦为主。高的耐磨性可以保证刃口的几何尺寸不发生变化，可提高剪刃的使用寿命。足够的冲击韧性，剪刃在工作时要反复承受钢铁的冲击作用，往往会发生刃口剥落或整体断裂，尤其是在冷切厚板时更易损坏。高的的红硬性、导热性耐急冷急热和抗热疲劳性。热剪切时由于钢铁温度都在700℃以上，刃口在剪切时自身温度往往会高于500～600℃以上，因此在满足高强度、高硬度、高耐磨性和足够的冲击韧性的同时，还要求剪刃具有高的红硬度，良好的导热性和较高的抗热疲劳性，它是热剪刃的一组重要性能指标。

目前，常用的冷剪刃钢均为高碳合金钢，其金相组织为高碳回火马氏体基体上分怖着未溶碳化物。主要有高碳高合金剪刃钢和高碳低合金剪刃钢两类。高碳高合金冷剪用钢以Cr12MoV为代表，含1.4～2.3％C、11～13％Cr，还有少量的Mo和V。该钢淬透性好，热处理后组织为高碳回火马氏体基体上分怖着大量未溶碳化物，硬度高耐磨性好，但抗冲击能力差(韧性低)，强度不高，在剪切中厚板时容易崩刃而造成剪刃失效。高碳低合金冷剪用钢以7CrMnSiMoV为代表，含0.7～0.8％C，合金元素属多元少量，主要用于提高淬透性。热处理后金相组织以高碳回火马氏体为主，未溶碳化物数量很少，虽然硬度和强度较高，但耐磨性差，在使用过程中易秃刃，在剪切高强中厚板时需频繁更换剪刃，使用寿命低。

常用的热剪刃钢种类较多，由于要求高的红硬性，一般都会含有合金元素W和Mo，大体上可分为钨(W)系合金热剪刃钢和铬(Cr)系合金热剪刃钢。钨系合金剪刃钢以3Cr₂W₈V代表，含有8％W，具有高的红硬性和热强性，由于合金元素含量高且均为碳化物形成元素，所以碳化物数量多，同时钨的碳化物热稳定性高，在淬火加热时难以溶入奥氏体，热处理后组织中有多量的未溶碳化物，增加了钢的脆性降低了钢的导热性，使用中易发生堆刃、崩刃和脆断。铬系合金热剪刃钢以4CrW2Si和4Cr5MoVSi等为代表，钢中合金元系各种类含量也不低，但碳物数量较少，热稳定性也较低。热处理后未溶碳化物数量少，强度韧性较高，但基体组织中合金元素含量较低，因而红硬性和耐磨性较低，在剪切中厚板过程中刃口磨损快，使用寿命较低。

总之，现有冷剪刃和热剪刃钢，普遍存在耐磨性和韧性之间的矛盾，耐磨性高的剪刃材料，韧性差；韧性较好的材料其耐磨性又低，特别对于冷剪刃钢在剪切中厚板时矛盾显得尤为突出，耐磨性和韧性之间的矛盾，严重制约了剪刃使用寿命的提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种同时具有较好的耐磨性和韧性的中厚板冷热剪刃用钢及生产工艺。

本发明中厚板冷热兼用剪刃钢设计的合金元素成分为(Wt％)：C：0.35～0.60、Si：0.25～1.50、Mn：0.25～1.50、Cr：3.00～7.00、W：1.00～3.50、Mo：1.00～4.50、V：0.50～3.00、Nb：0.50～3.00、Re：0.05～0.15、Cu：≤0.050、P：≤0.025、S：≤0.025，余为Fe。

在上述成分范围内，主要合金元素和碳的含量，应按照下述公式相互匹配：

$\frac{C}{0.033W+0.063\mathrm{Mo}+0.19V+0.11\mathrm{Nb}+0.06\mathrm{Cr}}=0.7~1.1$

本发明中厚板冷热兼用剪刃钢生产过程：

1、中频炉冶炼

按上述合金元素成份和匹配进行合金化设计→净化炉料→冶炼及炉前分析与整调→1650℃～1670℃钢包精炼(吹氩-底吹4-5分钟)。

2、铸锭：

1580℃～1540℃铸锭、880℃～750℃脱模

3、锻棒料：

加热温度：1250℃～1200℃

始锻温度：1150℃～1100℃

终锻温度：900℃～820℃

4、电渣重熔：

为了进一步提高剪刃的机械性能，棒料要经电渣重熔处理，降低钢中杂质，提高钢的洁净度，并调整钢的织构。

5、锻坯料：锻成剪刃加工的原材料(坯)

加热温度：1180℃～1140℃

始锻温度：1050℃～1000℃

终锻温度：900℃～850℃

锻后红送退火。

为了充分发挥合金元素的潜力，除了正确选择合金元素的含量并相互匹配外，还要采用本发明研究的二次硬化工艺进行热处理，得到在低中碳回火马氏体基体上弥散分布的复合合金碳化物的金相组织，保证达到所需的机械性能。

本发明提供的新型高强度剪刃钢与目前使用的剪刃钢相比较，具有下述优点：

1、与目前使用的冷剪刃钢相比，新型剪刃钢在保证高硬度、高耐性的同时，具有高强度和很高的冲击韧性，在使用过程中不易崩刃、开裂、使用寿命长、修磨后可重复使用。

2、与目前使用的热剪刃钢相比，新型剪刃钢在保证高的冲击韧性的同时，具有更高的红硬性，热强性和耐磨性，良好的导热性，使用寿命长。

3、由于新型剪刃钢同时具有高硬度、高强度、高耐磨性、高冲击韧性与红硬性，因而同时适用于制作冷剪刃和热剪刃，是一种用于剪切中厚板的冷热剪兼用的剪刃钢。

具体实施方式

下面试举一种冷热剪兼用剪刃钢——HMB钢，根据合金元素成分(Wt％)：C：0.35～0.60、Si：0.25～1.50、Mn：0.25～1.50、Cr：3.00～7.00、W：1.00～3.50、Mo：1.00～4.50、V：0.50～3.00、Nb：0.50～3.00、Re：0.05～0.15、Cu：≤0.050、P：≤0.025、S：≤0.025，余为Fe。在上述成分范围内，主要合金元素和碳的含量，应按照下述公式相互匹配：

$\frac{C}{0.033W+0.063\mathrm{Mo}+0.19V+0.11\mathrm{Nb}+0.06\mathrm{Cr}}=0.7~1.1$

根据述合金元素成份和匹配关系，本发明HMB钢采用的合金总含量系数为0.682，其与碳合金当量比为0.733～0.88。

HMB钢剪刃的生产工艺流程如下：

1、中频炉冶炼

按上述合金元素成份和匹配进行合金化设计→净化炉料→冶炼及炉前分析与整调→1650℃～1670℃钢包精炼(吹氩—底吹4-5分钟)。

2、铸锭：

1580℃～1540℃铸锭、880℃～750℃脱模

3、锻棒料：

加热温度：1250℃～1200℃

始锻温度：1150℃～1100℃

终锻温度：900℃～820℃

4、电渣重熔：为了进一步提高剪刃的机械性能，棒料要经电渣重熔处理，降低钢中杂质，提高钢的洁净度，并调整钢的织构。

5、锻坯料：锻成剪刃加工的原材料(坯)

加热温度：1180℃～1140℃

始锻温度：1050℃～1000℃

终锻温度：900℃～850℃

锻后红送退火。

综合热处理工艺为：正火温度：1120～1150℃，高温回火：640～680℃；淬火温度：1050～1070℃，油冷；回火温度：530-570℃，空冷，回火2～3次。热处理后硬度为HRC60～63，αkv：11～15J/cm²。

Claims (1)

1、一种用于剪切中厚板的剪刃钢生产工艺，其特征是所述剪刃钢合金元素成分为(wt％)：C：0.30～0.60，Si：0.25～1.50，Mn：0.25～1.50，Cr：3.00～7.00，W：1.00～3.50，Mo：1.00～4.50，V：0.50～3.00，Nb：0.50～3.00，Cu：≤0.050，P：≤0.025，S：≤0.025，余为Fe；在上述成分范围内，主要合金元素和碳的含量，应按照下述公式相互匹配：

$\frac{C}{0.033W+0.063\mathrm{Mo}+0.19V+0.11\mathrm{Nb}+0.06\mathrm{Cr}}=0.7~1.1$

按照上述要求的剪刃钢的生产过程是：

(1)、中频炉冶炼

合金化设计→净化炉料→冶炼及炉前分析与整调→1650℃～1670℃钢包精炼(吹氩-底吹4-5分钟)；

(2)、铸锭：

1580℃～1540℃铸锭、880℃～750℃脱模；

(3)、锻棒料：

加热温度：1250℃～1200℃

始锻温度：1150℃～1100℃

终锻温度：900℃～820℃

(4)、电渣重熔：

为了进一步提高剪刃的机械性能，棒料要经电渣重熔处理，降低钢中杂质，提高钢的洁净度，并调整钢的织构；

(5)、锻坯料：锻成剪刃加工的原材料(坯)

加热温度：1180℃～1140℃

始锻温度：1050℃～1000℃

终锻温度：900℃～850℃

锻后红送退火。