本發(fā)明涉及刃具鋼，具體而言，尤其涉及一種1200mpa級熱軋抗沖擊合金刃具鋼及其制造方法。

背景技術(shù)：

1、切金屬、理石等用的傳統(tǒng)金屬圓盤鋸片一般采用3～8mm厚的高碳鋼經(jīng)熱處理加工而成。常用的65mn鋼含c量0.62-0.7％，mn0.9-1.2％，熱軋板珠光體組織，屈服強(qiáng)度500mpa以上，熱處理組織為回火屈氏體，硬度約45hrc，屈服強(qiáng)度約1000mpa，抗拉強(qiáng)度約1500mpa，延伸率約10％，20℃沖擊功10j以下。碳含量高，強(qiáng)硬性高韌塑性低，疲勞性能不好，易脆斷，焊接性能差。熱處理生產(chǎn)效率低，油淬不環(huán)保。

2、有待研發(fā)一種屈服強(qiáng)度1000mpa以上，硬度45hrc以上、抗沖擊性能15j以上的熱軋鋼板，采用激光切割等手段直接加工成鋸片，無需熱處理，替代65mn等熱處理刃具鋼，節(jié)能減耗。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有刃具鋼碳含量高，強(qiáng)硬性高韌塑性低，疲勞性能不好，易脆斷，焊接性能差，熱處理生產(chǎn)效率低，油淬不環(huán)保等問題，本發(fā)明提供一種1200mpa級熱軋抗沖擊合金刃具鋼及其制造方法。采用該發(fā)明生產(chǎn)的刃具鋼具有高強(qiáng)硬性和良好的塑韌性，屈服強(qiáng)度1200mpa以上，抗拉強(qiáng)度1800mpa以上，20℃沖擊功akv為15j以上，無需熱處理，硬度45hrc以上，替代傳統(tǒng)熱處理刃具鋼。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明一方面提供一種1200mpa級熱軋抗沖擊合金刃具鋼，所述鋼的化學(xué)成分按重量百分比計為：所述鋼的化學(xué)成分按重量百分比計為：c：0.25％～0.40％，si：0.01％～0.3％，mn：0.5％～1.2％，cr：2.0％～4.0％，mo：0.5％～1.6％，ni：0.5～1.0％，al：0.01％～0.09％，v：0.1％～0.5％，re：0.001％～0.02％，n：0.004％～0.010％，且al/n＝3～18，p：0.005％～0.025％，s≤0.010％，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)。

4、以下詳細(xì)闡述本發(fā)明的合金刃具鋼各合金成分作用機(jī)理：

5、c：c是鋼中主要的固溶強(qiáng)化元素，且本發(fā)明中需足量的c與re生成稀土類碳化物，抑制表面氧化脫碳，使表面粗糙度1.0～1.8μm，提升疲勞性能。c含量若低于0.25％，則很難保證鋼板熱處理后的強(qiáng)硬性，另一方面c含量若高于0.40％，則強(qiáng)度過高，惡化鋼熱處理后的韌塑。因此，c含量要控制在0.25％～0.40％。

6、mn：mn價格相對便宜，是良好的脫氧劑和脫硫劑，是保證鋼的強(qiáng)度和韌性的必要元素。錳和鐵能無限固溶形成固溶體，提高硬度和強(qiáng)度，對塑性的影響相對較小。mn與s結(jié)合形成mns，避免晶界處形成fes而導(dǎo)致的熱裂紋影響鋼的熱成形性。同時mn也是良好的脫氧劑并增加淬透性。鋼中mn含量低，不能滿足高強(qiáng)硬性的要求，mn含量過高偏析嚴(yán)重，影響焊接性能和成型性，且增加生產(chǎn)成本，因此，綜合考慮成本及性能要求等因素，mn含量應(yīng)該控制在0.50％～1.2％。

7、si：si是鋼中常見元素之一，在煉鋼過程中用作還原劑和脫氧劑，si是鐵素體形成元素，非碳化物形成元素，si固溶在鐵素體中提高淬透性和耐回火性能，提高強(qiáng)度和硬度，改善耐磨性能，顯著提高彈性極限、屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比，并提高疲勞強(qiáng)度，延長鋼的使用壽命。si含量超過0.3％鋼表面脫碳氧化，嚴(yán)重影響疲勞性能。

8、mo：mo細(xì)化鋼的晶粒，提高淬透性和熱強(qiáng)性能，在高溫時保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力，在鋸條鋼中可提高紅硬性，抑制回火脆性?？墒筧3和a1溫度升高，gs線向左上方移動。mo為中強(qiáng)碳化物形成元素。

9、cr：cr為中強(qiáng)碳化物形成元素，本發(fā)明加cr后與re形成復(fù)合碳化物，抑制微觀偏析，減輕帶狀。cr還能使a3和a1溫度升高，gs線向左上方移動，減緩a分解，提淬透性，提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，提回火穩(wěn)定性，高硬度，提高耐磨性。

10、v：v高溫固溶提淬透性；形成vc，高熔點、高硬度、高彌散度碳化物、強(qiáng)烈提耐磨性；與re形成復(fù)合碳化物，降低脫碳敏感性，抑制晶間氧化，提升表面質(zhì)量，表面氧化深度不超過10μm，表面粗糙度1.0～1.8μm。

11、ni：ni固溶強(qiáng)化及提高淬透性，能提高鋼的強(qiáng)度，而又保持良好的塑性和韌性；ni對酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。本發(fā)明ni的主要作用是抑制珠光體形成，得到馬氏體組織，同時抑制微觀偏析，均勻組織，減輕帶狀。

12、n：一般認(rèn)為n是有害元素，鋼中n越低越好。這是因為，當(dāng)鋼中溶有過飽和的氮，放置較長一段時間或隨后在200～300℃加熱或退火時，鋼中氮與合金元素會以氮化物形式的析出，通常認(rèn)為，生成的氮化物是非金屬夾雜物，影響鋼的韌塑性，且降低了合金元素的作用。本發(fā)明采用含n的成分設(shè)計，在精煉時，通入0.004％以上含量的n，且控制3≤al/n≤18，以形成≤30um細(xì)小彌散分布的n與al、v的碳化物，細(xì)化馬氏體板條結(jié)構(gòu)，抑制微觀偏析，均勻組織，減輕帶狀。

13、p、s：p和s都是鋼中不可避免的有害雜質(zhì)，它們的存在會嚴(yán)重惡化鋼的韌性，因此要采取措施使鋼中的p和s含量盡可能降低。本發(fā)明p含量限制在p為0.005％～0.025％，p與ni綜合作用提升刃具使用冷卻液作業(yè)時的耐腐蝕性能，最高s含量限制在0.010％，減少mns的形成，減輕偏析。

14、al：al用作煉鋼時的脫氧定氮劑，細(xì)化晶粒，抑制鋼的時效，改善鋼在低溫時的韌性，特別能降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度；al是非碳化物形成元素，能提高鋼的抗氧化性能，抑制表面氧化脫碳，提高表面質(zhì)量。本發(fā)明加al的同時要加0.004％～0.010％的n，3≤al/n≤18，形成≤30μm細(xì)小彌散分布的aln，細(xì)化熱軋馬氏體組織，抑制微觀偏析，均勻組織，減輕帶狀。

15、re：re作為微合金化元素，細(xì)化晶粒，改善鋼水流動性，改善鋼表面光潔度，消除組織的各向異性，表面粗糙度1.0～1.8μm，延長使用壽命。re與cr形成復(fù)合碳化物，抑制微觀偏析，減輕帶狀。

16、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，所述鋼的屈服強(qiáng)度為1200mpa以上，抗拉強(qiáng)度為1800mpa以上，延伸率大于10％，20℃沖擊功akv為15j以上，硬度45hrc以上，表面粗糙度為1.0～1.8μm。

17、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，所述鋼組織為馬氏體和鐵素體混合組織。

18、本發(fā)明另一方面提供一種上述的1200mpa級熱軋抗沖擊合金刃具鋼的制造方法，所述方法包括以下步驟：

19、(1)冶煉：轉(zhuǎn)爐出鋼前鋼水c含量為0.2％～0.3％，鋼水進(jìn)入lf電爐精煉，s含量≤0.010％以后進(jìn)行合金化，同時通入n調(diào)整鋼水n含量為0.004％～0.010％；

20、(2)連鑄：連鑄采用輕壓下和結(jié)晶器電磁攪拌，電磁攪拌電流300～700a，頻率2.2～2.9hz，結(jié)晶器動態(tài)水量80～160l/min，保護(hù)澆注，結(jié)晶器液位750～850mm，過熱度20～30℃，連鑄拉速0.8～1.4m/min，二冷水量0.15～0.35l/kg，得到連鑄坯；

21、(3)鑄坯處理：

22、鑄坯下線緩冷，600～700℃保溫90h以上，熱送熱裝入步進(jìn)式加熱爐加熱，加熱爐采用弱氧化性氣氛，預(yù)熱段溫度500～600℃，保溫時間60min以上，一加熱段溫度900～1100℃，保溫時間60min以上，二加熱段溫度1200～1350℃，在爐總時間3～4h；

23、(4)軋制：粗軋每道次壓下率10％～15％，開軋溫度1150～1250℃，終軋溫度1000～1150℃，鋼帶全長每道次軋制溫度差≤20℃，精軋采用5～7道次連軋，前兩道次每道壓下率25％～40％，開軋溫度900～1000℃，終軋溫度800～900℃，鋼板兩側(cè)采用邊部加熱裝置，補(bǔ)償溫度45～55℃，寬度40～50mm，鋼帶全長每道次軋制溫度差≤10℃；

24、(5)冷卻：鋼板出精軋機(jī)后進(jìn)入層冷冷卻，冷卻到500～700℃卷取，隨后緩慢冷卻到200℃以下。

25、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，步驟(2)中，鋼水采用立彎弧形連鑄機(jī)澆注，立彎連鑄機(jī)的弧形半徑不小于5m；連鑄坯厚度為170～250mm。

26、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，步驟(4)中，除磷采用高壓水，高壓水壓力不小于30mpa。

27、上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地，步驟(5)中，層冷冷卻的冷速為10～50℃/s，且同一位置帶寬方向冷速差≤1℃/s；

28、緩慢冷卻的冷速為20～30℃/h。

29、本發(fā)明采用轉(zhuǎn)爐冶煉、lf電爐精煉，無需rh真空處理；轉(zhuǎn)爐出鋼前鋼水c為0.2％～0.3％，保證精鋼連鑄后鑄坯中碳含量均勻，無宏觀偏析；采用lf電爐精煉，精煉硫含量≤0.010％以后添加re等其他合金，同時通氮?dú)?，調(diào)整鋼水n含量，改變非金屬夾雜物的成分、數(shù)量和形態(tài)，加快鋼水流動，促使夾雜物上浮充分，提高鋼質(zhì)純凈度，成品鋼中各類非金屬夾雜不超過1.5級，而且改善鋼表面光潔度，消除組織的各向異性。

30、連鑄采用輕壓下和結(jié)晶器電磁攪拌，電磁攪拌電流300～700a，頻率2.2～2.9hz。結(jié)晶器動態(tài)水量80～160l/min，保護(hù)澆注，結(jié)晶器液位750～850mm，過熱度20～30℃，控夾雜和偏析，同時連鑄拉速0.8～1.4m/min，二冷水量0.15～0.35l/kg，保證鑄坯表面溫度偏差不大于10℃，鑄坯冷速均勻，組織均勻，軋制后同卷帶鋼強(qiáng)度差≤40mpa，同卷硬度差≤4hrc，等軸晶率50％以上，控制柱狀晶末端合金液態(tài)微偏析。

31、鑄坯下線緩冷，600～700℃保溫90h以上，減小鑄坯表面溫差，減輕微觀偏析。加熱爐采用弱氧化性氣氛(空氣過剩系數(shù)1.02-1.1，空燃比2.0-2.2)，預(yù)熱段溫度500～600℃，保溫時間60min以上，一加熱段溫度900～1100℃，保溫時間60min以上，二加熱段溫度1200～1350℃，在爐總時間3～4h，保證鑄坯表面質(zhì)量，避免氧化脫碳。

32、粗精軋前均采用高壓水除鱗，高壓水壓力不小于30mpa，保證鋼板表面質(zhì)量。粗軋每道次壓下率10％～15％，開軋溫度1150～1250℃，終軋溫度1000～1150℃，保證鋼帶全長每道次軋制溫度差≤20℃，組織性能均勻；精軋前兩道次每道壓下率25％～40％，開軋溫度900～1000℃，終軋溫度800～900℃，鋼板兩側(cè)采用邊部加熱裝置，補(bǔ)償溫度45～55℃，寬度40～50mm，鋼帶全長每道次軋制溫度差≤10℃，組織性能均勻，帶鋼厚度波動±0.2mm以內(nèi)，凸度≤40μm，同卷抗拉強(qiáng)度差距≤40mpa，同卷硬度差≤4hrc。

33、鋼板出精軋機(jī)后進(jìn)入層冷冷卻，冷速10～50℃/s，同一位置帶寬方向冷速差≤1℃/s，保證同板組織性能均勻，冷卻到500～700℃卷取，以20～30℃/h平均冷速緩慢冷到200℃以下，得到均勻細(xì)小馬氏體和鐵素體混合組織，板條束最長30um，帶狀不超過3級。

34、本發(fā)明的有益效果為：

35、本發(fā)明合金刃具鋼鋼以cr、mo、ni、v、re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、冷速、卷取溫度等工藝參數(shù)，得到細(xì)小馬氏體+鐵素體混合組織，板條束最長30μm，具有高強(qiáng)高硬性，兼顧良好的塑韌性，屈服強(qiáng)度1200mpa以上，抗拉強(qiáng)度1800mpa以上，硬度45hrc以上，20℃沖擊功akv為15j以上，伸長率大于10％，表面氧化深度不超過10um，表面粗糙度1.0～1.8μm，帶狀不超過3級，厚度波動±0.2mm以內(nèi)，凸度≤40μm，同卷抗拉強(qiáng)度差距≤40mpa，同卷硬度差≤4hrc。本發(fā)明無需熱處理，熱軋板直接加工圓盤鋸，替代65mn等熱處理刃具鋼，生產(chǎn)工藝簡單，節(jié)能減耗。