本發明涉及刃具鋼生產，尤其涉及一種免酸洗高表面質量刃具用鋼及其制造方法。

背景技術：

1、刃具鋼熱處理后的硬度一般在42hrc以上，隨著各領域的高速發展，刃具鋼的用途也越來越廣泛。鋸片等刃具鋼零部件在使用過程中的失效形式主要是斷裂，其原因主要與鋸片平整度不好及熱處理不均勻導致韌塑性差有關。由于刃具鋼的碳含量高，表面氧化脫碳及形成的氧化鐵皮是影響熱處理平整度和硬度均勻性的主要因素，不同厚度的表面氧化鐵皮在熱處理的加熱過程中，會使鋼件因表面受熱不均產生應力，導致板形不好平整度差；而且淬火時鋼件溫度不均還會導致淬火硬度不均勻，進而降低了耐磨性和韌塑性。另外，熱處理后表面氧化鐵皮仍然存在，還需要進行拋丸處理，導致生產效率低。

2、受生產工藝的限制，目前刃具鋼熱軋卷板的表面氧化鐵皮深度通常為幾十個微米，即便采用高壓水除鱗也不能完全清除，鋼板熱處理后的平整度在0.10mm左右，表面硬度差最小3hrc左右。

3、為了減少工具鋼零部件失效，提高生產效率，降低加工成本，很多鋸片制造企業采用酸洗板替代熱軋板，但酸洗一方面增加成本，另一方面會導致環境污染(按照環保要求很多地區已經關停了酸洗產線)。因此急需開發一種無需酸洗，表面無氧化鐵皮的高表面質量刃具鋼板，同時提高鋼板平整度及熱處理后硬度均勻性。

4、授權公告號為cn104745786b的中國發明專利公開了“一種免球化退火的用csp線生產薄規格工具鋼的方法”，涉及厚度為1-2.5mm的薄工具鋼鋼板，控制脫碳深度不超過板厚的1％，具有薄規格、脫碳層淺的特點，但無法滿足厚規格工具用鋼板的應用需求。其采用低溫軋制、快冷到馬氏體轉變溫度附近低溫卷取，再回火得到回火索氏體降低強硬性的生產工藝，一方面對卷取機的能力要求極高，另一方面卷取過程中會發生馬氏體相變，而馬氏體脆性極大，極易斷帶，另外其卷取后要進行550～700℃高溫回火處理，生產成本較高。

5、授權公告號為cn100482406c的中國發明專利公開的“三層復合刀刃的刃具鋼板的制造方法”，授權公告號為cn100462192c的中國發明專利公開的“雙復合刀刃的刃具鋼板的制造方法”，均涉及復合刃具鋼的制造方法，并且復合后還要進行熱處理，工藝復雜，生產成本高。

6、授權公告號為cn103757546b的中國發明專利公開的“木工機械旋切機刀片用高合金刃具鋼及其熱加工工藝”，鋼中cr、v、w、mo等合金含量高，還要進行兩次淬火處理，工藝復雜，生產成本高。

7、公布號為cn105177430a的中國專利申請公開了“一種合金工具鋼及其生產方法”，涉及一種中碳工具鋼，鋼中含有：c?0.5％，si?0.2％，mn?0.5％，cr?5.0％，mo?2.3％，v0.5％，s≤0.003％，p≤0.02％，該合金工具鋼中加入cr、mo、v等合金較多，冶煉需采用電渣重熔澆注鑄錠，成材率低，并且需要軟化退火、球化退火、淬火、回火等多道熱處理工序，生產成本高，且不適于加工制造形狀復雜的各類工具。

8、授權公告號為cn103506380b的中國發明專利公開了“一種降低高碳彈簧帶鋼脫碳層厚度的生產方法”，通過控制加熱溫度和爐內氣氛、單道次軋制壓下率及冷速，控制2.5～3.55mm厚彈簧鋼的脫碳層深度不超過0.02mm。但其方法不適用于更厚規格的鋼板，而且加熱爐內氣氛、溫度分段控制精度要求高，操作困難。

9、上述鋼板的生產方法均未提及表面氧化鐵皮的控制，且生產工藝都存在一定不足，不能滿足高表面質量刃具鋼的生產需求。

技術實現思路

1、本發明針對現有工具鋼表面硬度均勻性差、熱處理后硬度不均、耐磨性差、易斷裂的問題。提供了一種免酸洗高表面質量刃具用鋼及其制造方法，鋼板無需酸洗，表面無氧化鐵皮且表面質量較高(達到fb級)，粗糙度為3.0～5.0μm，熱軋卷板熱處理后表面硬度在45hrc以上，且表面硬度差在±0.5hrc以內，不平度≤0.05mm/m。

2、為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案實現：

3、一種免酸洗高表面質量刃具用鋼，刃具鋼的化學成分按重量百分比計為c：0.60％～1.10％，si：0.10％～0.40％，mn：0.7％～1.5％,cr：0.02％～1.5％，al：0.01％～0.2％，n：0.0010％～0.010％，ca：0.0005～0.02％，b≤0.0008％，p≤0.025％，s≤0.025％；并且滿足2≤al/n≤20，0.5≤s/n≤4；余量為fe和不可避免的雜質。

4、所述刃具鋼的組織為均勻細小球化珠光體+片狀珠光體的混合組織，球化珠光體的直徑在0.2μm以下，球化率在10％以上。

5、成品鋼板無表面氧化脫碳層和氧化鐵皮,屈服強度為500～600mpa，表面粗糙度為3.0～5.0μm，表面質量不低于fb級；熱處理后表面硬度在45hrc以上，表面硬度差在±0.5hrc以內，不平度≤0.05mm/m。

6、一種免酸洗高表面質量刃具用鋼的制造方法，包括如下工藝過程：

7、1)冶煉及連鑄：

8、冶煉采用轉爐冶煉+lf電爐精煉工藝，轉爐出鋼前控制鋼水中0.5％≤c≤0.9％；lf電爐精煉時控制鋼中硫含量≤0.025％，然后添加合金調節鋼水成分，同時通入氮氣，調整鋼中n含量為0.0010％～0.010％；

9、連鑄采用輕壓下和結晶器電磁攪拌，電磁攪拌電流強度為300～700a,頻率為2.2～2.9hz，結晶器動態水量為80～160l/min；使用結晶器保護渣澆注,結晶器液位控制在750～850mm，過熱度控制在20～30℃；控制連鑄拉速為0.8～1.4m/min，二冷水量為0.15～0.35l/kg；鑄坯表面溫度偏差不大于10℃；

10、2)鑄坯熱處理：

11、鑄坯熱送熱裝入步進式加熱爐加熱；加熱爐采用弱氧化性氣氛，預熱段溫度為500～600℃，預熱段保溫時間在60min以上；一加熱段溫度為900～1100℃，一加熱段保溫時間為60min以上；二加熱段溫度為1200～1350℃；在爐總時間為3～4h；

12、3)軋制：

13、粗軋及精軋前均采用高壓水除鱗，高壓水壓力不小于20mpa；

14、粗軋首道次壓下率在30％以上，粗軋溫度為1100～1250℃，粗軋時鋼帶全長軋制溫度差≤20℃；

15、精軋前兩個道次每道次壓下率均為25％～40％，精軋溫度為800～900℃，鋼板兩側設置邊部加熱裝置，補償加熱溫度為35～45℃，加熱寬度不小于50mm，精軋時鋼帶全長軋制溫度差≤10℃；

16、4)冷卻：

17、鋼板出精軋機后進入層冷冷卻，冷速為10～50℃/s，同一位置帶寬方向冷速差≤1℃/s；冷卻到500～700℃時卷取，再以15～25℃/h的冷速冷卻到300℃以下，最后空冷至室溫；得到均勻細小球化珠光體與片狀珠光體的混合組織；

18、5)表面處理：

19、鋼卷采用矯直力大于600mpa的矯直機進行矯直平整，然后再進行噴砂處理；

20、6)熱處理：

21、鋼板加工成工件毛坯后，感應加熱到780～850℃，水淬或油淬處理，冷卻到室溫；然后在250～450℃下進行回火處理，得到細小的馬氏體組織或索氏體回火組織。

22、所述冶煉及連鑄工藝過程中，連鑄采用立彎弧形連鑄機澆注，立彎弧形連鑄機的弧形半徑不小于5m，鑄坯的厚度為170～250mm。

23、所述表面處理工藝過程中，采用9輥矯直機進行矯直平整；噴砂處理時，上噴嘴與鋼板上表面、下噴嘴與鋼板下表面的距離為50～200mm,噴砂壓力為100～200mpa,穿帶速度為5～20m/min，水溫為10～50℃，砂粒度為0.5～2.0mm。

24、與現有技術相比，本發明的有益效果是：

25、1)通過化學成分及生產工藝配合生產一種高表面質量的刃具用鋼，采用cr-al-mn-ca合金化，同時控制鑄坯加熱、粗精軋除鱗壓力、軋制溫度、壓下率、卷取溫度、冷速、表面噴砂壓力和速度等工藝參數，無需酸洗和退火就能夠得到均勻細小球化珠光體、片狀珠光體的混合組織，球化珠光體直徑在0.2μm以下，球化率在10％以上，熱軋鋼板無表面氧化脫碳層和氧化鐵皮,表面粗糙度為3.0～5.0μm，表面質量達到fb級(鋼板表面質量分為4個等級，由高到低分別是fa、fb、fc、fd)；

26、2)通過控軋控冷工藝，鋼板屈服強度500～600mpa，控制帶鋼厚度波動在±0.20mm以內，凸度≤40μm，同卷抗拉強度差≤20mpa，同卷硬度差≤3hrb；熱處理后鋼板表面硬度45hrc以上，表面硬度差在±0.5hrc以內，不平度≤0.05mm/m；

27、3)采用本發明所述鋼板制備的刃具在相同使用條件下壽命延長0.5倍以上，使用壽命明顯提升。