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CN110777295B - 一种金刚石锯片基体用热轧钢带及其制造方法 - Google Patents

一种金刚石锯片基体用热轧钢带及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种金刚石锯片基体用热轧钢带及其制造方法，该钢带的成分按重量百分比计如下：C：0.48％～0.57％，Si：0.20％～0.36％，Mn：1.21％～1.50％，V：0.06％～0.14％，Cr：0.16％～0.29％，杂质元素P≤0.020％和S≤0.009％，余量为Fe和不可避免的杂质。制造方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、冷却；利用上述钢板加工的锯片基体毛坯，经热处理后硬度可达47HRC以上，抗拉强度达1350MPa以上，延伸率达12％以上，热稳定性优异，产品厚度范围3～16mm。

Description

一种金刚石锯片基体用热轧钢带及其制造方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种金刚石锯片基体用热轧钢带及其制造方法，特别是一种应用石材切割的金刚石锯片基体用热轧钢带及其制造方法。
背景技术
近年来，用于石材加工业的人造金刚石的数量直线上升，其耗用量约占全国人造金刚石总产量的90％左右，国内的金刚石锯片基体也主要应用于石材加工业。按材料分类，目前国内生产金刚石锯片基体的材料主要有65Mn、75Crl等材质，一些低端市场还有用45#钢的。45#钢是普通碳素钢，65Mn是普通弹簧钢，75Crl是高碳合金钢。金刚石锯片基体用钢热处理后不但要有高的硬度，而且还要有良好的塑韧性及一定的耐热性，随着国内锯片行业的快速发展，传统的65Mn等锯片基体用钢存在如下缺点，一是热处理后硬度不够，耐磨性差，二是脆性较高、塑韧性稍差，造成使用寿命短，成本居高不下。
发明《一种大直径薄锯片基体用钢》(CN106319378A)公开的技术方案中钢的成分为:C：0.72％～0.95％，Si：0.06％～0.40％，Mn：0.5％～0.95％，Cr：0.10％～0.39％，V：0.03％～0.080％，Ni≤0.5％，且H≤0.0002％，杂质元素P≤0.015％，S≤0.010％和Al≤0.010％。钢水采用Si脱氧，板坯采用热送热装工艺，精轧开轧温度为1050～1150℃，终轧温度为900～980℃，层流冷却采用后段冷却，冷却到680～800℃进行卷取，卷取后30分钟内进缓冷坑缓冷，热轧带钢冷冲成锯片基体后，加热至850～980℃，保温10～40min，进行淬火。此技术具有硬度高、较好的耐磨性等优点，但过高的C含量高塑、韧性差，脆性高，锯片在运行中发生断裂、疲劳寿命短的几率大，寿命降低。
发明《热轧超薄激光焊接锯片基体用钢及生产方法》(CN104087839A)公开的技术方案热轧超薄激光焊接锯片基体用钢中C：0.26％～0.34％，Si：0.25％～0.37％，Mn：0.40％～0.60％，P：≤0.015％，S：≤0.005％，N：≤0.006％，Cr：0.80～1.10％，Mo：0.15～0.25％，Ti：0.005～0.045。冶炼并连铸成坯；对铸坯加热；轧制；层流冷却；卷取；钢卷在库中或在保温罩中缓冷至室温；精整。本发明钢板抗拉强度为600～900MPa，延伸率A为15～28％，硬度在160～260HB，钢卷头部和中部抗拉强度波动小于150MPa，单面脱碳层厚度小于钢板厚度的≤1.1％，淬火后硬度波动小于2HRC，边部厚度减薄≤100μm，不平度≤12mm/m，产品厚度为1.0～3.0mm。此技术C含量过低，没有足够的硬度，并且厚度薄，适用范围窄。
发明《一种金刚石锯片基体用钢及其生产方法》(CN102296243A)公开的技术方案基体用钢中：C:0.67～0.75％，Si:0.17～0.37％，Mn:0.90～1.20％，P≤0.030％，S≤0.025％，Ni≤0.25％，Cr:0.4～0.7％，Cu≤0.20％。热轧后钢板进行调质处理，淬火加热温度890±10℃，保温时间2～3min/mm，油冷；回火加热温度530～620℃，保温时间4～6min/mm，空冷。本发明金刚石锯片基体用钢不仅具有较好的淬透性、可焊接性、热稳定性和较强的抗回火软化能力，而且具有较高的强度及塑、韧性，其抗拉强度均达到1013～1510MPa，断后延伸率为10～16％。此发明高C设计，主要强化成分为C、Si、Mn、Cr，对强度和硬度有助益，对塑韧性无改善。
发明《一种锯片基体用钢及其制造方法》(CN102134681A)公开的技术内容中锯片基体用钢中C：0.68～0.80％，Cr：0.30～0.70％，Mn：0.50～1.00％，Si：0.10～0.50％，V：0.03～0.15，Ca：0～0.0050％，N：0.0050～0.010％，Alt：0.005～0.04％，P：≤0.02％和S：≤0.01％。冶炼后的钢水进行连铸或模铸，模铸后经初轧成钢坯；连铸坯或模铸后初轧钢坯采用缓冷；连铸坯或初轧钢坯经1100℃～1250℃的温度范围内加热，粗轧机出口温度≥1050℃，终轧温度870～950℃，轧后钢板采用自然冷却；或者热轧制成带钢，终轧温度870～950℃，卷取温度720～820℃；卷取后控制在0.1～5℃/s冷却。该钢再制成锯片并经过淬火和回火后，整个锯片片体截面硬度能够达到HRC 43以上。此发明有较高硬度，较好的塑韧性。
发明《一种石材切割锯片钢及其制造方法》(CN1904119A)公开了石材切割锯片钢中C:0.45～0.60％、Si:0.10～0.60％、Mn:1.30～1.80％、P≤0.02％、S≤0.01％、V:0.05～0.20％、Cr:0.15～0.30％、N:0.005～0.020％、Ca:0～0.0050％、Al:0.005～0.040％。冶炼、浇铸，连铸坯采用热送热装工艺，保证进入板坯加热前的铸坯温度在300℃以上；板坯加热温度1150℃以上，热轧时控制终轧温度在900℃以上；轧后空冷、卷取，卷取温度控制在700℃以上。本发明钢的淬透性高于常用中碳、低合金钢，特别适用于制造直径1000mm以上的大型锯片，用于切割石材。此发明虽有较好的塑韧性，但硬度偏低，会影响耐磨性。
发明《金刚石锯片基体钢及其制造方法》(CN1241645A)公开了金刚石锯片基体钢中C:0.2～0.3％，Cr:1.0～1.5％，Mo:0.2～0.5％，Mn:0.65～1.3％，Si:0.15～0.30％。此发明钢碳含量低，只有0.20～0.30％，淬透性不够，该发明钢只能用于刀片和直径较小的圆锯片上。
发明《一种金刚石锯片基体钢》(CN1827821A)：C 0.47～0.58％，Si 0.17～0.37％，Mn 1.51～2.00％，Nb 0.005～0.07％，B 0.0005～0.001％，Al≤0.05％，S≤0.01％，P≤0.02％。硼易产生偏析、造成显微组织异常，从而易产生开裂。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种具有高的硬度，而且还有良好的塑韧性的金刚石锯片基体用钢及其制造方法。
本发明目的是这样实现的：
一种金刚石锯片基体用热轧钢带，该钢带的成分按重量百分比计如下：C：0.48％～0.57％，Si：0.20％～0.36％，Mn：1.21％～1.50％，V：0.06％～0.14％，Cr：0.16％～0.29％，杂质元素P≤0.020％和S≤0.009％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明成分设计理由如下：
C：0.48％～0.57％。
C是钢中主要的固溶强化元素，碳的含量的增加，将使钢的强度增加。但C含量对焊接及塑性不利，为了保证钢的具有良好的热处理后硬度、较好的塑韧性，应采取适中的碳含量。
Si：0.20％～0.36％。
Si是钢中常见元素之一，在炼钢过程中用作还原剂和脱氧剂，固溶形态的Si能提高屈服强度和韧脆转变温度，但若超过含量上限将降低韧性。因此0.1％～0.40％的Si保留在钢中是必要的。
Mn：1.21％～1.50％
Mn是保证钢的强度和韧性的必要元素。锰和铁形成固溶体，能提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度。
V：0.06％～0.14％。
V能与钢中的C生成稳定的化合物，可以细化组织和晶粒，提高晶粒粗化温度，显著改善钢的性能，可提高钢的强度、韧性、耐磨能力等。
Cr：0.16％～0.29％。
Cr能够强化α固溶体，改变碳化物析出形态和类型，作为有效的提高固溶强化元素，可以提高晶界的强度，从而提高钢的强度。Cr具有能显著的增加钢的淬透性，使钢淬火回火后具有较好的综合力学性能，即在一定强度水平情况下，有较好的塑性和韧性。
P：≤0.020％、S：≤0.009％。
P和S都是钢中不可避免的有害杂质，它们的存在会严重恶化钢的韧性，因此要采取措施使钢中的P和S含量尽可能降低。根据本发明，最高P含量限制在0.020％，最高S含量限制在0.006％。
此钢采取中碳、中锰设计，在添加微量V元素的基础上，添加适量Cr元素，可以避免热轧态钢板强度过高，影响产品的加工性，且可以改善添加单一的V元素导致的钢板特别是厚规格钢板淬透层深度不足的情况，既保证钢板调质后硬度，又对调质后钢板的塑、韧性有所助益，大幅度降低钢板脆性，使钢板具有较高的强韧性匹配，有效的提高锯片的寿命。
本发明技术方案之二是提供一种金刚石锯片基体用热轧钢带的制造方法，包括冶炼、连铸、加热、轧制、冷却、缓冷。
(1)冶炼、连铸：
将转炉冶炼的合格钢水经LF+钙处理后由连铸机连铸的钢坯，浇筑过程投入电磁搅拌和轻压下。铸坯厚度135mm～300mm，铸坯装炉温度要求在500℃以上。
(2)加热：
为保证板坯烧均烧透，同时又避免温度过高，加热时间过程造成氧化脱碳严重，影响热处理后钢板表面硬度，故加热温度板坯加热温度在1165～1205℃，保温1.5～4小时，中性或弱还原性气氛烧钢，空燃比控制在(1.7-2.0):1范围内；
(3)轧制：粗轧、精轧均采用高压水除鳞，保证成品钢板表面质量；精轧开轧温度1070℃～1120℃，终轧温度控制在905℃～950℃；
(4)冷却：层流冷却隔组间断稀疏冷却方式冷却到700℃～750℃进行卷取。钢板卷取后立进具有保温功能的缓冷罩缓冷，缓冷速度不大于10℃/h，其目的使钢卷内外圈不会出现较大温度差，整体均匀温降，并实现去应力的目的，以减少钢板应力，保证钢板开平后板形平直，保证使用过程顺利。
缓冷后，钢卷经高强横切机组横切矫直后切成需要尺寸的钢板。
采用如上制造方法获得的钢板，钢板开平后不平度≤5mm/m，有利于锯片基体的制造。钢板双面总脱碳小于等于钢板厚度2.6％。热轧带钢抗拉强度在900MPa以下，硬度≤18HRC，延伸率≥16％，组织为片层状珠光体、粒状珠光体和极少量铁素体，强硬性和塑性匹配优异，利于加工锯片基体。
采用上述制造方法获得的钢板，制成锯片基体后，采取以下热处理工艺可以获得良好的性能。
热处理：淬火+回火；钢板加热到785℃～880℃，保温5～20min，进行淬火，淬火介质为温度≤80℃的冷却油，然后150℃～350℃回火，可以获得HRC≥47的硬度。
本发明的有益效果在于：应用上述化学成分冶炼、连铸、轧制的热轧带钢抗拉强度在900MPa以下，硬度≤18HRC，延伸率≥18％，脱碳层深度小于钢板厚度的3％，组织为片层状珠光体、粒状珠光体和极少量铁素体，强硬性和塑性匹配优异，利于加工锯片基体。钢带经高强开平机组开平后不平度≤5mm/m，利用上述钢板加工的锯片基体毛坯，经热处理后硬度可达47HRC以上，抗拉强度达1350MPa以上，延伸率达12％以上，热稳定性优异，产品厚度范围3～16mm，宽度范围最大2000mm，可以满足矿山开采不同用途需要。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行冶炼、连铸、加热、轧制、冷却、热处理。本发明实施例钢的成分见表1。本发明实施例钢的主要工艺参数见表2。本发明实施例钢的性能见表3。本发明实施例钢热处理工艺及性能结果见表4。
表1本发明实施例钢的成分(wt％)
编号 C Si Mn P S Cr V
实例1 0.48 0.23 1.49 0.018 0.003 0.26 0.11
实例2 0.54 0.3 1.38 0.015 0.007 0.22 0.13
实例3 0.5 0.21 1.21 0.013 0.008 0.28 0.1
实例4 0.57 0.32 1.32 0.014 0.004 0.26 0.06
实例5 0.51 0.35 1.5 0.015 0.002 0.17 0.14
实例6 0.53 0.27 1.26 0.017 0.005 0.29 0.12
实例7 0.55 0.33 1.43 0.013 0.003 0.19 0.08
实例8 0.53 0.2 1.25 0.012 0.007 0.25 0.13
表2本发明实施例钢的主要工艺参数
Figure BDA0002223302380000071
表3本发明实施例钢的性能
编号 厚度mm 钢带抗拉强度MPA 延伸率A％ 钢带硬度HRC 脱碳层深度％ 钢板不平度mm/m
实例1 3 780 18 15 0.8 3
实例2 5 803 19 17 1 4
实例3 6 825 21 16 0.9 5
实例4 8 856 20 15 1.2 4
实例5 10 804 23 15 1.5 2
实例6 12 879 19 16 1.3 2
实例7 14 847 20 15 1.7 3
实例8 16 821 20 16 1.9 3
表4本发明实施例钢热处理工艺及性能结果
编号 加热温度℃ 保温时间min 淬火介质温度℃ 回火温度℃ 保温时间min 硬度HRC 延伸率A％
实例1 785 6 45 151 5 48 13
实例2 792 7 40 170 5 49 12
实例3 825 7 43 218 6 50 14
实例4 840 8 54 245 6 50 13
实例5 857 10 47 270 10 49 12
实例6 860 12 68 292 11 52 13
实例7 873 13 62 330 12 51 14
实例8 880 15 60 349 16 51 12
为了表述本发明，在上述中通过实施例对本发明恰当且充分地进行了说明，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (1)

1.一种金刚石锯片基体用热轧钢带，其特征在于，该钢带的成分按重量百分比计如下：C：0.48％～0.51％，Si：0.27％～0.36％，Mn：1.21％～1.49％，V：0.06％～0.13％，Cr：0.22％～0.29％，杂质元素P≤0.020％和S≤0.009％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述钢带产品厚度范围12～16mm；所述的一种金刚石锯片基体用热轧钢带的制造方法，包括冶炼、连铸、加热、轧制、冷却及热处理；
(1)冶炼、连铸：
将转炉冶炼的合格钢水经LF+钙处理后由连铸机连铸的钢坯，连铸过程投入电磁搅拌和轻压下；连铸坯厚度135mm～300mm，铸坯装炉温度要求在500℃以上；
(2)加热：
连铸坯加热温度在1165～1205℃，保温1.5～4小时，中性或弱还原性气氛烧钢，空燃比控制在(1.7-2.0):1范围内；
(3)轧制：精轧开轧温度1070℃～1120℃，终轧温度控制在905℃～950℃；
(4)冷却：采用层流冷却：隔组间断稀疏冷却方式冷却到700℃～750℃进行卷取；钢板卷取后进缓冷罩缓冷，缓冷速度不大于10℃/h；
(5)热处理：淬火+回火；钢板加热到857℃～880℃，保温5～20min，进行淬火，淬火介质为温度≤80℃的冷却油，然后150℃～350℃回火，保温。
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