一種高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼及其製備方法與流程
2023-06-28 10:40:11 1
本發明屬於合金鋼領域，具體涉及一種切割金屬用的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼及其製備方法。
背景技術：
雙金屬帶鋸條因其具有高效、低耗、節能等特點，而被機械製造、冶金、化工、軍工等行業廣泛應用，是當今世界最先進的鋸切割材料之一。雙金屬帶鋸條是將兩種不同特徵的鋼材通過電子束焊接、機加工及熱處理等一系列工藝加工而成的一種高新技術產品，是和帶鋸床配套使用的工業消耗品，主要用來切割鋼材以及銅、鋁等有色金屬。雙金屬帶鋸條具有柔韌性好、抗疲勞性強、能承受巨大張力、齒部硬度高等諸多機械性能優點，使其無論在切割效率、節能環保亦或是加工精度等方面較傳統的圓盤鋸和弓形鋸來說均存在明顯優勢。因此，越來越多的製備加工企業為了追求高效率的工作而選擇使用雙金屬帶鋸條。雙金屬帶鋸條背材採用特種合金鋼帶，要求具有極佳的柔韌性，適合切割不同尺寸、不同形狀的零件，目前最成功的是美國研製開發的RM80背材用鋼,其典型成分為：0.35%C，0.68%Mn，0.46%Si，3.05%Cr，1.98%Mo,0.54%Ni，0.36%V，0.0015%S，0.010P%。國內目前開發出用於雙金屬鋸條的背材用鋼還很少，幾乎90%以上仍依賴進口，致使國內雙金屬鋸條製備成本一直居高不下。因此，研究開發高強度、高韌性的雙金屬鋸條背材用鋼，對加快我國雙金屬鋸條行業的發展意義重大。通過查新，檢索到和本發明最相近的涉及到用於製造高強韌性雙金屬鋸條背材用鋼的專 利共3個。中國專利公開號CN101358321A公開了一種高強韌性雙金屬帶鋸條用背材鋼，鋼中C含量在0.29-0.33%，其強度偏低，韌性較好，鋼中沒有添加能改善基體韌性的Ni、Nb等元素。中國專利公開號CN102337474A公開了一種鋸條背材鋼及其在雙金屬帶鋸條中的應用，該發明鋼中將C含量提高至0.51-0.58%，強度有所提高，且添加了0.70-0.80%Ni元素用於改善基體韌性，但由於C含量較高，塑韌性仍保持在較低水平，同時焊接性能也變差。專利公開號EP78254公開了一種用於雙金屬帶鋸條的可熱處理低合金鋼帶，該發明鋼通過添加B和Ti元素提高鋼的淬透性和起到細化晶粒的作用，但鋼中Cr含量較低，耐磨性較差。
技術實現要素：
為了解決上述問題，本發明的目的在於提供一種高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼及其製備方法，該雙金屬鋸條背材用鋼具有高強度，兼有良好塑韌性，在保證強度的前提下，降低成本，提高塑韌性，其屈服強度1500MPa以上，延伸率9.5%以上。本發明的技術解決方案如下：本發明提供一種高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼，其特徵在於，其成分組成的重量百分比為：C：0.34～0.45%；Si：0.20～0.40%；Mn：0.70～0.90%；Cr：3.30～3.60%；Ni：0.50～0.70%；Mo：0.90～1.20%；V：0.30～0.40%；Nb：0.08～0.20%；Al：0.015～0.05%；其餘為Fe和不可避免的雜質。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼，優選的是，所述成分中的C：0.38～0.43%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼，進一步優選的是，所述成分中的C：0.39～0.42%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼，優選的是，所述成分中的Si：0.27～0.39%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼，進一步優選的是，所述成分中的Si：0.31～0.35%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼，優選的是，所述成分中的Mn：0.73～0.88%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼，進一步優選的是，所述成分中的Mn：0.80～0.85%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼，優選的是，所述成分中的Ni：0.54～0.65%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼，進一步優選的是，所述成分中的Ni：0.58～0.60%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼，優選的是，所述成分中的V：0.32～0.38%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼，進一步優選的是，所述成分中的V：0.35～0.36%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼，優選的是，所述成分中的Nb：0.09～0.18%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼，進一步優選的是，所述成分中的Nb：0.12～0.14%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼，優選的是，所述成分中的Al：0.020～0.043%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼，進一步優選的是，所述成分中的Al：0.031～0.035%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼，優選的是，所述成分中的Cr：3.41～3.55%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼，進一步優選的是，所述成分中的Cr：3.45～3.46%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼，優選的是，所述成分中的Mo：0.93～1.15%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼，進一步優選的是，所述成分中的Mo：0.99～1.07%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼，優選的是，所述的雙金屬帶鋸條背材用鋼的屈服強度1500MPa以上。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼，優選的是，所述的雙金屬帶鋸條背材用鋼的延伸率9.5%以上。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼，優選的是，其成分組成雜質元素的重量百分比低於0.05wt%。本發明還提供一種所述的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，包括以下步驟：採用轉爐或電爐煉鋼→爐外精煉→模鑄或連鑄→熱軋→球化退火→冷軋；所述熱軋步驟：將鋼水經轉爐或電爐煉鋼→爐外精煉→模鑄或連鑄製成的鋼錠或板坯，加熱至溫度1150～1220℃，開軋溫度為1020-1100℃，終軋溫度800～950℃，終軋後得鋼板冷至200℃以下；所述球化退火步驟：所述熱軋所得鋼板進入退火爐，以≤100℃/h的速度升溫至780±5℃，保溫1-4小時，再以≤20℃/h的速度降溫至550℃以下後出爐空冷，冷軋得到所述背材用鋼帶。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，優選的是，所述熱軋步驟：將鋼水經轉爐或電爐煉鋼→爐外精煉→模鑄或連鑄製成的鋼錠或板坯，加熱至溫度1180～1200℃，開軋溫度為1000-1060℃，終軋溫度850～920℃。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，優選的是，所述球化退火步驟：所述熱軋所得鋼板進入退火爐，以≤80℃/h的速度升溫至750±5℃，保溫1-4小時，再以≤20℃/h的速度降溫至550℃以下後出爐空冷，冷軋得到所述背材用鋼帶。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，所述冷軋後還包括熱處理步驟，所述熱處理步驟：將鋼帶快速加熱至1180-1220℃，保溫2-5min後，在氮氣保護下進行淬火；在低於-80℃以下冷處理≥4小時；最後在540-560℃回火2小時，回火2次。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，優選的是，所述淬火和回火在有保護氣氛的熱處理爐或真空爐中進行。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，所述雙金屬帶鋸條背材用鋼的成分組成的重量百分比為：C：0.34～0.45%；Si：0.20～0.40%；Mn：0.70～0.90%；Cr：3.30～3.60%；Ni：0.50～0.70%；Mo：0.90～1.20%；V：0.30～0.40%；Nb：0.08～0.20%；Al：0.015～0.05%；其餘為Fe和不可避免的雜質。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，優選的是，所述成分中的C：0.38～0.43%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，進一步優選的是，所述成分中的C：0.39～0.42%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，優選的是，所述成分中的Si：0.27～0.39%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，進一步優選的是，所述成分中的Si：0.31～0.35%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，優選的是，所述成分中的Mn：0.73～0.88%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，進一步優選的是，所述成分中的Mn：0.80～0.85%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，優選的是，所述成分中的Ni：0.54～0.65%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，進一步優選的是，所述 成分中的Ni：0.58～0.60%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，優選的是，所述成分中的V：0.32～0.38%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，進一步優選的是，所述成分中的V：0.35～0.36%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，優選的是，所述成分中的Nb：0.09～0.18%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，進一步優選的是，所述成分中的Nb：0.12～0.14%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，優選的是，所述成分中的Al：0.020～0.043%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，進一步優選的是，所述成分中的Al：0.031～0.035%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，優選的是，所述成分中的Cr：3.41～3.55%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，進一步優選的是，所述成分中的Cr：3.45～3.46%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，優選的是，所述成分中的Mo：0.93～1.15%，以重量百分比計。根據本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，進一步優選的是，所述成分中的Mo：0.99～1.07%，以重量百分比計。本發明通過配比合理C含量提高鋼的強度，添加Ni、Nb等元素來改善鋼的強韌性；韌性較好，同時提高Cr、Mo含量，提高耐磨性和回火穩定性，使鋼具有優良的綜合性能；本發明鋼中不添加B、Ti元素，而通過提高Nb含量達到細化晶粒的作用，來改善鋼的強韌性， 並通過提高Cr含量，使鋼具有高強度和高耐磨性。本發明中各個合金元素的作用：C：鋼中加入0.34～0.45%C，是保證熱處理後具有足夠的強度、良好的塑性和韌性。含碳量太低，強度硬度不足；太高，塑性、韌性降低；為達到兩者兼顧，取中碳範圍。Si：鋼中加入0.20～0.40%Si主要是起到脫氧作用。Mn：是主要的強韌化元素，Mn可以提高淬透性並確保強度，且能提高V在奧氏體中的固溶度，增強其沉澱強化效果；Mn的加入將細化鋼的組織，提高韌性。若達到上述效果，Mn含量必須在0.70%以上，另一方面，若Mn含量過高，則鋼的韌性降低。為此，優選的Mn含量為0.70～0.90%。Cr：Cr能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。優選在3.30～3.60%。Ni：Ni是非碳化物形成元素，在鋼中主要以固溶態存在。固溶於鋼中的Ni能顯著提高鐵素體基體的韌性。Ni含量低於0.50%作用不明顯，高於0.70%不經濟。優選在0.50～0.70%。Mo：主要是通過碳化物及固溶強化形式來提高鋼的強度及回火穩定性，含量低於0.90%效果不明顯，超過1.2％會降低鋼的韌性。優選Mo含量為0.90～1.20%。Al：Al在鋼中起到了脫氧作用和細化晶粒的作用。當加入量低於0.015%時，效果不明顯，加入量超過0.05%時會使鋁系夾雜物顆粒增大，使力學性能變差。優選在0.015～0.05%。V：V在鋼中主要起沉澱強化作用，適量的V可提高鋼的強度和塑性，V太高不會使強度明顯增加，但會顯著降低鋼的塑韌性。如果V含量超過0.40%，則韌性就降低很多。為了保證鋼具有高強度，本發明選擇在0.30～0.40%範圍。Nb：Nb在鋼中可以與C結合，生成少量NbC並溶入其他合金碳化物中增加材料的穩定性，並細小均勻分布，抑制動態再結晶，細化晶粒，從而對鋼的強韌化產生影響。本發明選擇在0.08～0.20%範圍。本發明製備方法鋼水經轉爐或電爐冶煉，再經爐外精煉後，澆鑄製成鋼錠或板坯。鋼錠或板坯經1150～1220℃加熱後軋成3.2mm厚鋼板，終軋溫度在800～950℃之間，空冷至室 溫後，進行球化退火，然後將退火後的3.2mm鋼板冷軋成0.9mm厚薄鋼板，最後分條成背材用鋼帶，鋼帶經最終熱處理後即可達到高強高韌性要求。本發明鋼採用轉爐或電爐→爐外精煉→模鑄或連鑄→熱軋→球化退火→冷軋工藝製備。鋼水經轉爐或電爐冶煉，再經爐外精煉後，澆鑄製成鋼錠或板坯。為了提高鋼的塑韌性，應對鋼液進行充分的精煉，保證鋼中有害元素、非金屬夾雜物和氣體含量降至最低。鋼錠或板坯經1150～1220℃加熱且保溫足夠長的時間後，軋成3.2mm厚鋼板，開軋溫度為1020-1100℃，終軋溫度在800～950℃之間，終軋後空冷至室溫，然後進退火爐進行球化退火，以≤100℃/h的速度升溫至780±5℃，保溫1-4小時，再以≤20℃/h的速度降溫至550℃以下後出爐空冷，然後將3.2mm厚鋼板冷軋成0.9mm厚鋼板，最後分條成背材用鋼帶。鋼帶經最終熱處理即可達到高強高韌性要求，其熱處理工藝為：將鋼帶快速加熱至1180-1220℃保溫2-5min後，在氮氣保護下進行淬火；接著在低於-80℃以下冷處理≥4小時；最後在540-560℃回火2小時，回火2次。上述淬火和回火加熱均在有保護氣氛的熱處理爐或真空爐中進行。目前，國內製備雙金屬帶鋸條所需要的背材主要依靠進口，本發明產品具有高強度，兼有良好塑韌性，在保證強度的前提下，降低成本，提高塑韌性。該鋼的研製成功，可以完全替代雙金屬鋸條進口背材用鋼，極大解決國內市場對高強韌性雙金屬鋸條背材用鋼的需求，對加快我國雙金屬鋸條行業的發展具有重大意義。本發明有益的技術效果：本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼及其製備方法，該雙金屬鋸條背材用鋼具有高強度，兼有良好塑韌性，在保證強度的前提下，降低成本，提高塑韌性；本發明產品與RM80鋼相比，將鋼中的Mo從1.98%降至0.90～1.20%，Cr從3.05%提高至3.30～3.60%，並添加微量細晶強韌化元素Nb，使鋼的抗拉強度與RM80鋼相當，而屈服強度和延伸率均優於RM80鋼；本發明提供的雙金屬帶鋸條背材用鋼的屈服強度1500MPa以上，延伸率9.5%以上。具體實施方式為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但發明的內容不僅僅局限於下面的實施例。根據本發明所設計的化學成分和生產方法生產了9爐合金，合金的具體成分如表1所示。對9爐合金進行取樣，分別進行室溫拉伸試驗，其結果如表2所示。為了便於比較，RM80鋼的性能指標也列於表2中。1、本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼實施例中的各組分，如表2所示：表2本發明鋼的化學成分，wt%爐次CSiMnCrNiMoVNbAl10.350.220.753.320.600.950.360.100.03020.400.310.823.540.550.990.320.150.02530.380.350.803.600.580.930.400.140.02040.450.340.883.460.651.150.380.080.04350.430.270.733.400.521.010.330.180.04660.390.390.803.550.541.070.350.140.03570.420.390.823.410.661.180.320.140.03080.420.350.853.450.601.060.350.090.03190.410.360.793.520.591.050.370.120.0282、本發明提供高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼的製備方法，具體工藝如下：（1）採用電弧爐+LF+VD工藝冶煉表2中所示成分的鋼水。電弧爐冶煉時，選用優質原材料，嚴格控制鋼中的砷、鉛等有害元素；LF精煉時間≥40分鐘，VD在真空度≤100Pa時，保持時間≥15分鐘，進行充分的精煉，保證鋼中有害元素、非金屬夾雜物和氣體含量降至最低。（2）採用連鑄鑄成板坯。板坯空冷至300℃後紅送退火，退火溫度650～740℃，保溫8～15h爐冷至500℃以下空冷。（3）板坯經修磨清理後進行熱軋，板坯加熱溫度1150～1220℃，開始軋制溫度1020～1100℃，終軋溫度800～950℃，軋制規格為3.2mm厚，然後空冷至室溫，及時退火。（4）熱軋板退火：鋼板冷裝退火爐，密封后通氣體保護。以≤100℃/h的速度升溫至780±5℃，保溫1-4小時，再以≤20℃/h的速度降溫至550℃後出爐空冷。獲得完全的球狀碳化物+鐵素體組織。（5）冷軋：將酸洗後的3.2mm厚鋼板冷軋成0.9mm厚鋼板，最後分條成背材用鋼帶。（6）熱處理：將鋼帶快速加熱至1180-1220℃保溫2-5min後，在氮氣保護下進行淬火；接著在低於-80℃以下冷處理≥4小時；最後在540-560℃回火2小時，回火2次。上述淬火和回火加熱均在有氮氣保護的熱處理爐中進行。本發明合金鋼經冶煉、軋制和熱處理後便可得到優良的性能指標，其力學性能完全達到甚至超過RM80鋼的力學性能，對比結果如表2所示。力學性能測試是進行室溫拉伸試驗，其試驗方法和參數按GB/T228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗方法》進行。表2本發明鋼和對照鋼的力學性能3、原有專利和本發明的成分對比見表3所示。表3原有專利鋼和本發明鋼的化學成分對比本發明提供的高強韌性雙金屬帶鋸條背材用鋼及其製備方法，該雙金屬鋸條背材用鋼具有高強度，兼有良好塑韌性，在保證強度的前提下，降低成本，提高塑韌性；本發明產品與RM80鋼相比，將鋼中的Mo從1.98%降至0.90～1.20%，Cr從3.05%提高至3.30～3.60%，並添加微量細晶強韌化元素Nb，使鋼的抗拉強度與RM80鋼相當，而屈服強度和延伸率均優於RM80鋼，且綜合成本降低。本發明的合金鋼由於其強度高、韌性好、價格便宜，可完全替代雙金屬鋸條進口背材用鋼，極大解決國內市場對高強韌性雙金屬鋸條背材用鋼的需求，它的成功開發使用將帶來巨大的經濟效益，其市場前景廣闊。