CN113564469A

CN113564469A - 高表面硬度折弯性能优异的高碳球化索氏体刃具钢及其生产方法

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Publication number: CN113564469A
Application number: CN202110804484.5A
Authority: CN
Inventors: 杨玉; 王英海; 张吉富; 任俊威; 丛志宇; 王杰; 马锋; 刘志伟; 张瑞琦; 郭晓宏
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2021-07-16
Filing date: 2021-07-16
Publication date: 2021-10-29
Anticipated expiration: 2041-07-16
Also published as: CN113564469B

Abstract

本发明涉及一种高表面硬度折弯性能优异的高碳球化索氏体刃具钢及其生产方法，钢板的化学成分为：C 0.60％～1.0％，Si≤0.1％，Mn 0.4％～1.5％，Ca 0.0005％～0.05％，Re0.01％～0.5％，Al≤0.06％，Mg≤0.05％，Ca/S≥0.3，Ca/Mg≥1，Ca/Re≥0.02，Sn 0.1％～1.0％，P≤0.020％，S≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明所生产的刃具钢含Si量低，表面光洁，无晶界氧化层和脱碳层，抗拉强度700MPa～800MPa，屈强比50％以下，180°折弯不开裂，折弯性能优异，无需热处理表面硬度48HRC以上,耐磨性优异。

Description

高表面硬度折弯性能优异的高碳球化索氏体刃具钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及刃具钢生产技术领域，尤其涉及一种高表面硬度折弯性能优异的高碳球化索氏体刃具钢及其生产方法。

背景技术

常规刃具钢由于碳含量高，热轧组织以珠光体为主，脆性大，在折弯很小的角度后即开裂，因此不适合折弯加工成形状复杂的零件。随着时代的发展，刃具钢用途越来越广，对其性能要求也越来越高，不仅要求热处理后使用硬度42HRC以上，加工的形状也越来越复杂。为满足一些复杂零件的折弯加工需求，通常采用冷轧退火刃具钢作原料，经多道次退火、冷轧才能满足折弯使用需求，生产成本高。热轧板的成分和组织是影响其折弯性能和使用硬度的主要因素，而表面氧化脱碳也是影响其硬度和折弯性能的主要因素之一，而且由于脱碳层深，打磨量大，因此生产效率低。目前，高碳刃具钢表面脱碳层深通常控制在板厚的2.0％左右，全厚度规格的最好水平也不超过板厚的1.0％，而且板厚越大越不易控制。

另一方面，热处理淬火产生油烟严重环境污染，且加热能源消耗大。

为适应时代发展，满足刃具钢加工形状复杂零件的需求，减少表面打磨量，提高生产效率，降低成本，急需开发一种折弯性能优异、成本低、脱碳层深度低或表面无氧化脱碳的高表面硬度刃具钢，替代热处理钢。

公告号为CN104745786B的中国发明专利公开了“一种免球化退火的用CSP线生产薄规格工具钢的方法”，涉及一种厚度为1-2.5mm薄工具钢钢板的生产方法，不能满足厚规格工具用钢板的使用需求；其采用低温轧制、快冷到马氏体转变温度附近低温卷取，再回火得到回火索氏体降低强硬性的生产工艺，一方面对卷取机能力要求极高，另一方面卷取过程中发生马氏体相变，马氏体脆性极大，极易断带，且卷后要进行550～700℃高温回火处理，成本较高。该技术方案中控制脱碳深度不超过板厚的1％。

公告号为CN103173598B的中国发明专利公开了“一种免退火型中高碳钢板制造工艺”，公开号为CN102417959A的中国专利申请公开了“一种免退火处理热轧S45C板带的生产方法”，采用两相区或铁素体区低温大压下轧制，高温卷取堆垛，得到60％铁素体和部分球化珠光体，软化降低钢板硬度到80-85HRB。上述工艺得到的钢板铁素体量多，块大，必须淬火回火才能使用，而且热处理后硬度低，不能满足高端刃具钢的使用要求。

公告号为CN100482406C的中国发明专利公开了一种“三层复合刀刃的刃具钢板的制造方法”，公告号为CN100462192C的中国发明专利公开了一种“双复合刀刃的刃具钢板的制造方法”，其刃具钢复合后也要进行热处理，工艺复杂，成本高。

公告号为CN103757546B的中国发明专利公开了一种“木工机械旋切机刀片用高合金刃具钢及其热加工工艺”，其刃具钢中Cr、V、W、Mo等合金含量高，还要经两次淬火处理，工艺复杂，成本高。

公开号为CN110499479A的中国专利申请公开了“一种电镀性能优异的高强栓紧带用钢及其制造方法”、公开号为CN110499447A的中国专利申请公开了“一种电镀栓紧带卡扣用钢及其制造方法”、公开号为CN111206179A的中国专利申请公开了“一种高疲劳寿命电镀板钩用钢及其制造方法”，主要通过控轧控冷控制钢板表面质量，使表面脱碳深度不超过板厚的1.5％，从而提高电镀性能。热轧板硬度均在100HRB以下，需要淬火、回火等多道热处理工序才能达到使用要求的37HRC以上硬度，成本高，且效率低。

公开号为CN105177430A的中国专利申请公开了“一种合金工具钢及其生产方法”，涉及一种中碳工具钢，钢中含有：C 0.5％，Si 0.2％，Mn 0.5％，Cr 5.0％，Mo 2.3％，V0.5％，S≤0.003％，P≤0.02％，该合金工具钢中加入Cr、Mo、V等合金较多，冶炼需采用电渣重熔浇注铸锭，成材率低，需要软化退火、球化退火、淬火、回火等多道热处理工序，成本高，不适于加工制造形状复杂的各类工具。

公告号为CN103506380B的中国发明专利公开了“一种降低高碳弹簧带钢脱碳层厚度的生产方法”，采用控制加热温度和炉内气氛、单道次轧制压下率、冷速的方法控制2.5-3.55mm弹簧钢脱碳层深度不超过0.02mm。这种方法不适用于更厚规格钢板，而且加热炉内气氛、温度分段控制精度要求高，操作困难。

上述技术方案中提及的钢种及生产方法均未提及折弯性能，且都存在一定的缺陷，不能满足折弯且高表面硬度刃具钢的使用需求。

发明内容

本发明提供了一种高表面硬度折弯性能优异的高碳球化索氏体刃具钢及其生产方法，克服了现有刃具钢表面脱碳氧化严重、不适合折弯的问题，所生产的刃具钢含Si量低，表面光洁，无晶界氧化层和脱碳层，抗拉强度700MPa～800MPa，屈强比50％以下，180°折弯不开裂，折弯性能优异，无需热处理表面硬度48HRC以上,耐磨性优异，生产效率高，成本低。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种高表面硬度折弯性能优异的高碳球化索氏体刃具钢，钢板的化学成分按重量百分比计为：C 0.60％～1.0％，Si≤0.1％，Mn 0.4％～1.5％，Ca 0.0005％～0.05％，Re0.01％～0.5％，Al≤0.06％，Mg≤0.05％，Ca/S≥0.3，Ca/Mg≥1，Ca/Re≥0.02，Sn 0.1％～1.0％，P≤0.020％，S≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。

所述钢板的组织为球化率100％的索氏体组织，抗拉强度700MPa～800MPa，屈强比≤50％，180°弯曲不开裂。

所述钢板的表面下弥散分布有直径不超过20nm的ReSnC硬化粒子层,该硬化粒子层的深度不小于钢板厚度的10％，晶界氧化层和脱碳层深度均为0mm，退火后表面硬度48HRC以上，磨损率不超过30mg/km。

一种高表面硬度折弯性能优异的高碳球化索氏体刃具钢的生产方法，所述刃具钢的生产过程包括冶炼-连铸-铸坯处理-轧制-冷却工艺，其中：

1)冶炼工艺；

采用Al脱氧剂脱氧，精炼时钢中氧含量≤0.0020％后加Ca处理,Ca处理至少5分钟后再沿中包壁加其他合金，先加Re-Mg合金，最后加Sn合金；

2)连铸工艺；

中包吹氩5～8分钟，控制浇注过热度≤25℃；连铸采用压下工艺和结晶器电磁搅拌，搅拌线圈采用纯碳材料，电磁搅拌1～3分钟，电流强度1000A以上；压下量10mm～30mm；连铸拉速1.0～1.4m/min；

3)铸坯处理工艺；

铸坯下线缓冷72小时以上，铸坯轧制前送步进式加热炉加热，步进式加热炉内采用还原性气氛，铸坯在预热段温度在500℃以上，加热段的加热温度为1200℃～1350℃，在炉总时间2～4小时；

4)轧制工艺；

所述轧制工艺包括粗轧、精轧和第三次轧制三个工序：

a)粗轧首道次压下率≥50％；

b)精轧采用不少于6道次的连轧方式，总压下率≥80％，首道次压下率≥30％，轧制速度≥25m/s,开轧温度为1100℃～1150℃，结束温度900℃～950℃；

c)精轧后钢板进入层流冷却，急冷，冷速≥25℃/s，冷到500℃～680℃入两立辊四水平辊轧机连续两道次轧制，上下压下率10％～20％，侧压压下率5％～20％；

5)冷却工艺；

第三次轧制后，钢板直接进感应退火机组退火,冷却速度20℃/h～50℃/h，冷却到200℃以下空冷。

所述冶炼工艺包括转炉冶炼和电炉精炼过程，连铸坯厚度为170～250mm。

所述铸坯处理工艺中，铸坯入步进式加热炉的加热段前，预热段温度在500℃以上。

粗轧、精轧、第三次轧制前均采用高压水除鳞，高压水压力不小于30MPa。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)采用加Re、Sn，利用电磁搅拌、连铸压下及三次控轧技术，钢板表面下形成弥散分布直径不超过20nm的ReSnC硬化粒子层,该硬化粒子层深度不小于钢板厚度的10％，表面晶界氧化层和脱碳层深度均为0mm，退火后表面硬度48HRC以上，磨损率不超过30mg/km，耐磨性优异，代替热处理钢，成本低，节能降耗；

2)利用Re、Mg控制热轧板渗碳体片间距，通过三次热轧制及控冷，钢板无需酸洗冷轧，只一次在线连续退火，得到100％球化率的球化索氏体组织，抗拉强度700MPa～800MPa，屈强比在50％以下，180°弯曲不裂，折弯性能和冲压成型性能优异；

3)钢板内部韧塑性和成型性好，表面高硬度耐磨性好，钢板强韧性匹配好；

4)表面光洁，无晶界氧化层和脱碳层，省略抛砂工艺后电镀合格率100％；

5)通过添加Ca、Re、Mg对钢中夹杂物进行变性处理，使钢中各类非金属夹杂物不超过1.0级；

6)用Ca、Sn增加钢水流动性，Re收得率高达60％以上，Mg收得率高达40％以上；

7)钢板退火前不用加热，零件不用热处理，电镀前不用抛砂，节能减耗，成本低。

附图说明

图1是本发明实施例3钢板球化索氏体组织形貌图(1000倍)。

图2是本发明实施例3钢板表面下硬化粒子层组织形貌图(1000倍)。

图3是对比例1组织形貌图(500倍)。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步说明：

本发明所述一种高表面硬度折弯性能优异的高碳球化索氏体刃具钢，钢板的化学成分按重量百分比计为：C 0.60％～1.0％，Si≤0.1％，Mn 0.4％～1.5％，Ca 0.0005％～0.05％，Re 0.01％～0.5％，Al≤0.06％，Mg≤0.05％，Ca/S≥0.3，Ca/Mg≥1，Ca/Re≥0.02，Sn 0.1％～1.0％，P≤0.020％，S≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。

1)冶炼工艺；

2)连铸工艺；

3)铸坯处理工艺；

4)轧制工艺；

所述轧制工艺包括粗轧、精轧和第三次轧制三个工序：

a)粗轧首道次压下率≥50％；

5)冷却工艺；

本发明所述刃具钢中各合金成分的作用机理如下，其中百分符号％代表重量百分比；

C是钢中主要的固溶强化元素，本发明所述钢中需足量的C提升强硬性，C含量若低于0.60％，则很难保证钢板强硬性，另一方面C含量若高于1.0％，则热轧板强度过高，恶化钢的韧塑性，影响屈强比，成型性不好。因此，本发明将C含量控制在0.60％～1.0％。

Mn价格相对便宜，是良好的脱氧剂和脱硫剂，是保证钢的强度和韧性的必要元素。锰和铁能无限固溶形成固溶体，提高钢的硬度和强度，对塑性的影响相对较小。Mn与S结合形成MnS，避免晶界处形成FeS而导致的热裂纹影响刃具钢的热成形性。同时Mn也是良好的脱氧剂并可增加淬透性。钢中Mn含量低，不能满足高强硬性的要求，Mn含量过高偏析严重，影响焊接性能和成型性，且增加生产成本，因此，综合考虑成本及性能要求等因素，本发明将Mn含量控制在0.4％～1.5％。

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能提高钢的屈服强度和韧脆转变温度；一般刃具钢中Si含量为0.17％-0.37％,而本发明中Si尽量少，冶炼也不用Si脱氧。本发明Si会促使刃具钢表面脱碳氧化，形成疏松的氧化层，氧化层中存在晶界氧化等微裂纹缺陷，会严重影响表面硬度及疲劳性能。本发明中控制Si≤0.1％，不仅成本低，并且能够避免钢表面氧化脱碳，从而改善表面质量，减少打磨量。

Al用作炼钢时的脱氧定氮剂，细化晶粒，抑制钢的时效，改善钢在低温时的韧性，特别能降低钢的脆性转变温度；Al还能提高钢的抗氧化性能，提高对硫化氢的抗腐蚀性。Al含量超过0.06％，易与钢中氧形成大颗粒氧化物夹杂，影响疲劳性能。

Ca作为微合金化元素，改善钢的耐蚀性、耐磨性、耐高温和低温性能，提高钢的冲击韧性、疲劳强度、塑性和焊接性能；增加钢的冷镦性、防震性、硬度和接触持久强度。刃具钢的碳含量较高，钢水流动性差，夹杂物不易上浮。本发明在钢中添加钙，能够改变非金属夹杂物的成分、数量和形态，加快钢水流动，促使夹杂物上浮充分，提高钢质纯净度，保证成品钢中各类非金属夹杂不超过1.0级，而且改善钢表面光洁度,消除组织的各向异性，改善抗氢致裂纹性能和抗层状撕裂性能，延长工具的使用寿命。Ca的夹杂物变性作用与硫含量有很大关系，本发明中控制Ca含量为0.0005％～0.05％，Ca/S≥0.3，以保证Ca夹杂物变性处理充分。Ca的夹杂物变性作用与硫含量有很大关系，本发明控制Ca/S≥0.3，以保证Ca夹杂物变性处理充分。另外，本发明中添加钙能将Re的收得率提高60％以上,Mg的收得率40％以上，能够有效提高稀土和镁的利用率。

镁是十分活泼的金属元素，它与氧、氮、硫都有很强的亲和力。因此，镁在钢铁冶炼中是一种良好的脱氧剂和脱硫剂。但由于镁太过活泼，冶炼时不易控制，极易与氧、氮等形成夹杂物，影响钢质纯净度。本发明采用独特的“精炼加Re-Mg冶炼”技术，严格精准地控制钢中Mg含量，利用Ca与Mg共同作用生成CaO·MgO·Al₂O₃及CaO·MgO·MnS复合夹杂，此类夹杂熔点低，在钢液中易凝固上浮排除，避免了连铸过程中的水口结瘤问题，并可减少钢液中夹杂含量，控制钢中夹杂物水平不超过1.0级。本发明限定Ca/Mg≥1，以保证有足够的Ca与Mg形成CaO·MgO·Al₂O₃及CaO·MgO·MnS复合夹杂，Mg的收得率40％以上。Mg的另一主要作用是与Re共同作用生成Re-MgC₂、Re-Mg₂C₃，控制热轧板组织中渗碳体片层间距到0.15～0.3μm，退火球化率高，实现180°折弯不裂。

稀土元素可以提高钢的抗氧化性和抗腐蚀性，提高高温强度。本发明利用Re、Mg和C生成Re-MgC₂、Re-Mg₂C₃，控制热轧板组织中渗碳体片层间距到0.15～0.3μm，退火球化率高，实现180°折弯不裂。另外，RE能改善钢的流动性，提升钢板表面光洁度。Re也能使Al₂O₃、MnS等氧化物和硫化物夹杂变成细小分散的球状夹杂物，从而消除夹杂的危害性，提升疲劳性能。Ca/Re≥0.02才能够保证有足够的Ca提升稀土的收得率，并起到粗化控制索氏体片层间距退火易得到球化组织的作用。本发明铸坯表面较高含量Re还与Sn共同作用，生成ReSnC粒状相钉扎在晶粒内和晶界处，提升表面硬度，抑制表面氧化和脱碳。

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，同时要考虑其经济性。本发明将最高P含量限制在0.020％，最高S含量限制在0.015％。硫在钢中以FeS、MnS形式存在，该发明中Mn高，MnS的形成倾向就高，虽然其熔点较高能避免热脆的产生，但MnS在加工变形时能沿着加工方向延伸成带状，使钢的塑性、韧性及疲劳强度显著降低，因此本发明在钢中加入Ca、Mg和Re进行夹杂物变性处理。

通常认为锡是钢中有害杂质元素，易使钢产生热脆性和回火脆性，导致开裂，影响焊接性能等钢材质量，是钢铁“五害”之一。但锡能改善钢的耐磨性和钢水流动性。钢水流动性好，夹杂物上浮充分，钢的纯净度好，表面光洁，无氧化。本发明所述刃具钢的碳含量高，易偏析析出石墨，影响使用性能。因此本发明在钢中加入一定量的锡，可有效阻碍高碳钢石墨化析出，提升强度、耐磨性等综合性能。本发明钢中固溶的Sn除了强化钢基体外，Sn还能与C生成SnC硬相，第三次轧制时这些SnC硬相阻碍索氏体中渗碳体变形，渗碳体更易破碎。另一方面，本发明铸坯表面较高含量Sn和Re共同作用，生成ReSnC粒状相钉扎在晶粒内和晶界处，提升表面硬度，抑制表面氧化脱碳，使表面晶界氧化层和脱碳层深度为0mm,实现省略抛砂工艺后电镀合格率100％，表面硬度仍48HRC以上，无需热处理，成本低，能耗小。

本发明所述刃具钢生产的关键工艺过程如下：

1.冶炼工艺；

(1)本发明所述工具钢钢板由钢水经转炉冶炼、电炉精炼后，浇注成连铸坯再经轧制而成，连铸坯的厚度为170mm～250mm。

(2)采用Al脱氧剂脱氧，精炼时钢中氧含量≤0.0020％以后,加Ca处理,Ca处理至少5分钟后再沿中包壁加其他合金，先加Re-Mg合金，最后加Sn合金；

(3)中包吹氩时间5分钟～8分钟，确保夹杂物上浮充分，浇注过热度≤25℃。

(4)连铸压下和结晶器电磁搅拌,搅拌线圈采用纯碳材料，电磁搅拌1分钟～3分钟，电流强度1000A以上；压下量为10mm～30mm；

(5)连铸拉速1.0m/min～1.4m/min。

2.铸坯处理工艺；

(1)铸坯下线入缓冷坑缓冷72小时以上，铸坯轧制前采用步进式加热炉加热，要求加热炉预热段温度在500℃以上；

(2)步进式加热炉采用还原性气氛，铸坯在加热段的加热温度为1200℃～1350℃，在炉总时间2小时～4小时。

3.轧制工艺；

包括粗轧、精轧和第三次轧制三个过程，粗轧、精轧、第三次轧制前均采用高压水除鳞，高压水压力不小于30MPa，保证钢板表面质量；

(1)粗轧采用首道次≥50％大压下率轧制，充分破碎铸坯粗大晶粒；

(2)精轧采用不少于6道次的连轧方式，总压下率≥80％，首道次压下率≥30％，高温快轧，轧制速度≥25m/s,开轧温度为1100℃～1150℃，结束温度900℃～950℃；

(3)精轧后钢板进入层流冷却，急冷，冷速≥25℃/s，冷到500℃～680℃入两立辊四水平辊轧机连续两道次轧制，上下压下率10％～20％，侧压压下率5％～20％；

4.冷却工艺；

第三次轧制后，钢板直接进感应退火机组退火,冷却速度20℃/h～50℃/h，冷却到200℃以下空冷，钢板的室温组织为球化的索氏体，球化率100％。

刃具钢碳高，氧含量难控制，钢水流动性差，为提高钢水流动性，脱氧充分，先用Al脱氧剂脱氧，氧含量≤0.0020％以后,加Ca处理至少5分钟后再加Re-Mg合金和Sn。该发明成分中Ca、Mg、Re均为活跃元素，冶炼时很难控制，加入顺序至关重要。加Al脱氧后钢中会产生Al₂O₃夹杂，如果炉衬耐火材料不良，还会生成MgO·Al₂O₃夹杂，这些Al的氧化物夹杂熔点较高，在钢中不易凝固上浮，一方面会降低钢水流动性，堵塞浇注水口，另一方面也会使钢中夹杂物增多，影响钢的折弯、疲劳性能。加Al脱氧后再加Ca处理，Ca会打断原有长条状的Al2O3和MgO·Al₂O₃及MnS夹杂，包裹在这些断续夹杂物外部，生成弥散分布的球状CaO·MgO·Al₂O₃或CaO·Al₂O₃及CaO·MnS复合氧化物，细化球化了夹杂，而且这些小颗粒钙铝酸盐复合夹杂物熔点低，在钢液中易凝固上浮排除，避免了连铸过程中的水口结瘤问题，减少钢液中夹杂含量，保证钢中夹杂物水平不超过1.0级。Ca处理5分钟后，变性的夹杂物充分上浮，钢水纯净后，再加Re-Mg、Sn合金，此时钢水中存在的多余的游离Ca提高了Re和Mg的收得率，Ca使Re收得率提升到60％以上，Mg的收得率高达40％以上。钢中的Re、Mg与C反应，生产一系列的碳化物，如Re-MgC₂、Re-Mg₂C₃，进一步促进热轧形成片间距0.15μm～0.5μm的细小索氏体组织，为得到球化索氏体提升折弯性能做准备。

Ca、Re均能使氧化物和硫化物夹杂变性，同时还能与Sn共同增加钢水流动性，提升夹杂上浮速度，中包吹氩时间5分钟～8分钟，即可促使夹杂物变性处理后充分上浮，保证钢中各类非金属夹杂不超过1.0级的纯净度，而且较普通刃具钢节省近一半时间，节能减耗，且提高生产率。

本发明所述刃具钢的碳含量高，易偏析析出石墨，影响使用性能。因此本发明在钢中加入一定量的锡，同时控制过热度≤25℃的工艺，改善铸坯碳宏观偏析，有效阻碍高碳钢石墨化析出，提升强度、耐磨性等综合性能。本发明冶炼后期沿中包壁加入的Re、Mg和Sn能改善钢的流动性，在电磁搅拌离心力作用下Re和Sn均匀扩散，在中包内壁附近均匀分布。电磁搅拌线圈采用纯碳材料，电流强度1000A以上，电磁搅拌1～3分钟，Re、Sn扩散能力强，同时控制连铸拉速1.0m/min～1.4m/min，连铸拉坯后铸坯表面下存在一层Re、Sn高含量的区域，该高合金含量表面层深度不小于铸坯厚的15％，且该表面层内Re、Sn含量是铸坯心部含量5～8倍。在铸坯冷到900℃～1000℃时压下，压下量10mm～30mm，铸坯表面下高含量的Re、Sn和C在外力变形能作用下反应生成ReSnC钉扎在表面晶界处，有效抑制表面氧化和脱碳，提高电镀合格率，同时提升表面硬度。搅拌电流强度小于1000A，搅拌时间低于1分钟，Re、Sn扩散不充分，不能保证钢板表面ReSnC粒子层深度为钢板厚度10％，硬度不足。搅拌时间长于3分钟，合金元素扩散严重，铸坯表面易开裂。压下量小于10mm不能提供生成ReSnC的足够相变能，压下量大于30mm铸坯出裂纹。铸坯压下温度过低或过高，均不利于ReSnC生成。

铸坯下线后入缓冷坑缓冷72小时以上，避免合金含量相对较高的工具钢铸坯在应力作用下开裂，而且钢内部生成SnC粒子，为第三次轧制破碎渗碳体片做准备。同时促进ReSnC生成，均匀弥散分布在铸坯表面，有使轧后钢板表面硬化粒子层深度为钢板厚度10％以上。

铸坯轧制前采用步进式加热炉加热，加热炉加热段前预热段温度500℃以上，防止加热段铸坯内外温差太大，产生内应力和热应力开裂；加热炉采用还原性气氛，阻抗铸坯表面氧化脱碳。加热段加热温度1200℃～1350℃，在炉总时间2小时～4小时，保证铸坯加热均匀，均匀成分，减小偏析，提升折弯性能。

粗、精轧前连续采用30MPa以上压力多道高压水除鳞，轧制速度≥25m/S,有助于清除破碎钢板表面氧化铁皮，钢板表面无明显晶界氧化，无脱碳，提升钢板表面质量和折弯性能，减少打磨量；粗轧首道次压下率≥50％轧制，充分破碎铸坯表面一次氧化铁皮，同时破碎铸坯粗大柱状晶粒、促进形成细小奥氏体。精轧采用6道次高温快轧，总压下率≥80％，首道次压下率≥30％，开轧温度1100℃～1150℃，结束温度900℃～950℃，有助于形成细小奥氏体晶粒，避免表面二次氧化脱碳。通过粗轧、精轧的大压下量轧制，为钢内生成Re-MgC₂、Re-Mg₂C₃碳化物提供足够相变能，以得到片间距0.15～0.5μm的索氏体组织。

精轧后用30MPa以上高压水除鳞，清洁表面氧化铁皮。钢板以≥25℃/s冷速快冷到500℃～680℃，在Re-MgC₂、Re-Mg₂C₃等碳化物作用下得到片间距0.15μm～0.5μm的索氏体组织。为了退火易得到全球化索氏体组织，钢板快冷后立即进行第三次轧制。第三次轧制采用两立辊四水平辊轧机连续两道次轧制，上下压下率10％～20％，侧压压下率5％～20％，索氏体中渗碳体片完全碎裂，退火时碳扩散快，得到全球化组织。采用四水平辊轧机连续两道次轧制，且带侧压，两次全方位打碎渗碳体片，渗碳体片更小，碳更易扩散。此次轧制也为钢板表面下生成大量细小ReSnC粒子提供相变能，进一步促进生成大量细小ReSnC粒子，这些粒子提升钢板表面硬度到48HRC以上，退火也不分解，仍保持高表面硬度。第三次轧制后钢板表面下形成弥散分布直径不超过20nm的ReSnC硬化粒子层,该硬化粒子层深度不小于钢板厚度的10％，同时抑制表面氧化和脱碳，使钢板无需热处理表面硬度48HRC以上，磨损率不超过30mg/km。

冷速≥25℃/s，钢板表面下的ReSnC不长大，直径不超过20nm，仍细小弥散分布，提升表面硬度，抑制氧化和脱碳。冷速低于25℃/s，渗碳体片长大不易破碎，钢板表面下的ReSnC粒子硬化效果不好，而且韧塑性差。轧制温度高于680℃、压下率低于10％，破碎渗碳体片能量不足。轧制温度低于500℃、压下率过高，轧制力大，轧机负荷过大，钢中储存能大，ReSnC粒子也迅速长大，影响韧塑性。

第三次轧制后，钢板不卷取，直接入感应退火装备在线连续退火，退火速度20℃/h～50℃/h，退火前不用加热，成本低，生产效率高，仅一次退火就可使钢板的室温组织为球化率100％的回火索氏体，最终钢板抗拉强度700MPa～800MPa，屈强比在50％以下，180°弯曲不开裂，而且表面不会出现三次氧化脱碳。退火速度大于50℃/h，球化效果不好，球化率低；退火速度小于20℃/h，钢板表面会出现三次氧化脱碳，ReSnC粒子长大，影响表面硬度。

本发明所述刃具钢及用其加工配件的生产工艺包括：冶炼-铸坯电磁搅拌及压下-热轧-退火-得到高表面硬度钢(代替离线成品热处理)-冲压成型-滚光-电镀-组装；而现有其他工具钢及加工配件时的生产工艺包括：冶炼-热轧-冷轧-退火--冲压成型-热处理-抛砂-滚光-电镀-组装。可见，采用本发明所述钢板加工需要电镀的机械配件时，省略了冷轧、热处理、抛砂三道工艺，不仅大大降低了生产成本，实现节能减耗，并且电镀表面无霉斑等腐蚀缺陷，产品电镀合格率100％。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

【实施例】

本实施例中，刃具钢的化学成分如表1所示。

表1化学成分及冶炼工艺，％

实施例	C	Si	Mn	P	S	Als	Sn	Mg	Ca	Re	Ca/Mg	Ca/Re	Ca/S
														1	0.65	0.02	0.90	0.015	0.015	0.02	0.3	0.004	0.005	0.25	1.25	0.02	0.33
2	0.69	0.1	1.42	0.004	0.009	0.035	0.9	0.02	0.022	0.12	1.10	0.18	2.44
														3	0.78	0.07	0.91	0.008	0.011	0.012	0.1	0.005	0.01	0.09	2.00	0.11	0.91
4	0.60	0.05	0.65	0.010	0.008	0.032	0.5	0.005	0.005	0.22	1.00	0.02	0.63
														5	0.75	0.04	0.80	0.012	0.001	0.025	0.8	0.0005	0.0008	0.02	1.60	0.04	0.80
6	0.88	0.05	0.75	0.014	0.003	0.056	0.21	0.001	0.002	0.03	2.00	0.07	0.67
														7	0.82	0.06	0.88	0.013	0.013	0.06	0.16	0.02	0.027	0.17	1.35	0.16	2.08
8	0.77	0.07	1.32	0.014	0.004	0.028	0.28	0.006	0.009	0.069	1.50	0.13	2.25
														9	0.72	0.05	0.99	0.012	0.007	0.035	0.17	0.03	0.035	0.042	1.17	0.83	5.00
10	0.65	0.06	1.18	0.010	0.01	0.045	0.5	0.004	0.004	0.07	1.00	0.06	0.40
														11	0.90	0.09	0.50	0.008	0.012	0.035	0.22	0.03	0.045	0.5	1.50	0.09	3.75
12	0.78	0.06	1.32	0.013	0.006	0.036	0.48	0.002	0.008	0.016	4.00	0.50	1.33
														13	0.63	0.08	1.38	0.013	0.008	0.046	0.16	0.009	0.01	0.097	1.11	0.10	1.25
14	0.70	0.07	0.92	0.014	0.014	0.079	0.79	0.008	0.009	0.18	1.13	0.05	0.64
														15	0.82	0.03	0.59	0.012	0.007	0.036	0.12	0.006	0.0086	0.15	1.43	0.06	1.23
16	0.69	0.08	0.68	0.010	0.01	0.027	0.55	0.0034	0.005	0.24	1.47	0.02	0.50
														17	0.76	0.05	0.80	0.015	0.005	0.042	0.35	0.01	0.01	0.02	1.00	0.50	2.00
18	0.75	0.07	1.32	0.004	0.009	0.036	0.62	0.01	0.03	0.092	3.00	0.33	3.33
														对比例1	0.63	0.25	0.6	0.012	0.008	-	-	-	-	-	-	-	-
对比例2	0.73	0.20	0.62	0.010	0.005	-	-	-	-	-	-	-	-

本实施例中，所述刃具钢的生产工艺参数见表2和表3所示。

表2：热轧带钢冶炼生产工艺

表3：轧制和冷却生产工艺

本实施例中，所生产刃具钢的性能如表4所示。

表4钢板性能

实施例3钢板球化索氏体组织形貌图(1000倍)如图1所示，实施例3钢板表面下硬化粒子层组织形貌图(1000倍)如图2所示，图3是对比例1钢板的组织形貌图(500倍)。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高表面硬度折弯性能优异的高碳球化索氏体刃具钢，其特征在于，钢板的化学成分按重量百分比计为：C 0.60％～1.0％，Si≤0.1％，Mn 0.4％～1.5％，Ca 0.0005％～0.05％，Re 0.01％～0.5％，Al≤0.06％，Mg≤0.05％，Ca/S≥0.3，Ca/Mg≥1，Ca/Re≥0.02，Sn 0.1％～1.0％，P≤0.020％，S≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种高表面硬度折弯性能优异的高碳球化索氏体刃具钢，其特征在于，所述钢板的组织为球化率100％的索氏体组织，抗拉强度700MPa～800MPa，屈强比≤50％，180°弯曲不开裂。

3.根据权利要求1所述的一种高表面硬度折弯性能优异的高碳球化索氏体刃具钢，其特征在于，所述钢板的表面下弥散分布有直径不超过20nm的ReSnC硬化粒子层,该硬化粒子层的深度不小于钢板厚度的10％，晶界氧化层和脱碳层深度均为0mm，退火后表面硬度48HRC以上，磨损率不超过30mg/km。

4.如权利要求1～3任意一种所述高表面硬度折弯性能优异的高碳球化索氏体刃具钢的生产方法，其特征在于，所述刃具钢的生产过程包括冶炼-连铸-铸坯处理-轧制-冷却工艺，其中：

1)冶炼工艺；

2)连铸工艺；

3)铸坯处理工艺；

4)轧制工艺；

所述轧制工艺包括粗轧、精轧和第三次轧制三个工序：

a)粗轧首道次压下率≥50％；

5)冷却工艺；

5.根据权利要求4所述的一种高表面硬度折弯性能优异的高碳球化索氏体刃具钢的生产方法，其特征在于，所述冶炼工艺包括转炉冶炼和电炉精炼过程，连铸坯厚度为170～250mm。

6.根据权利要求4所述的一种高表面硬度折弯性能优异的高碳球化索氏体刃具钢的生产方法，其特征在于，所述铸坯处理工艺中，铸坯入步进式加热炉的加热段前，预热段温度在500℃以上。

7.根据权利要求4所述的一种高表面硬度折弯性能优异的高碳球化索氏体刃具钢的生产方法，其特征在于，粗轧、精轧、第三次轧制前均采用高压水除鳞，高压水压力不小于30MPa。