一种42Mn刀模具用宽钢带及其制造方法

摘要

本发明公开了一种42Mn刀模具用宽钢带及其制造方法。其化学成分按质量百分数为：C0.39%~0.46%，Mn0.80%~0.95%，Si0.18%~0.35%，Cr0.10%~0.30%，Ti0.010%~0.050%，P≤0.020%，S≤0.010%，Alt0.010%~0.050%，其余是铁Fe和不可避免的杂质元素。本发明炼钢工艺：采用顶底复吹氧气转炉进行冶炼，钢水再经LF炉精炼处理后，将钢水送到连铸车间进行连铸成板坯；加热工艺：将板坯加热到1190~1250℃，加热总时间按0.7~1.0分钟/mm控制；轧制工艺：使用热连轧机控制轧制被加热的板坯，卷取成钢带，热连轧终轧温度范围为850℃～920℃，卷取温度范围为640℃～720℃。本发明生产的42Mn牌号宽钢带替代30CrMo牌号窄钢带供刀模具厂制造刀模具，满足了刀模具制造业对钢带的采购成本、宽幅、精度、性能和表面质量要求。

说明书

技术领域

本发明涉及热轧钢带制造技术领域，特别是一种42Mn刀模具用宽钢带及其制造方法。 

背景技术

GB/T 709-2006《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》将宽度不小于600mm的钢带定义为宽钢带。在刀模具行业，用于皮革、丝绸、纺织品、纸张、纤维板、橡胶、乳胶等制品切割下料的刀模具，通常使用30CrMo牌号窄钢带制作，工艺过程是将热轧钢带分条后冷轧出带刃口的毛坯，再经热处理而成。由于该钢带含有高Cr（0.85%～1.10%）、Mo（0.15%～0.25%）等贵重金属元素，刀模具行业生产成本较高；此外，窄钢带的表面氧化层厚，尺寸偏差大，并且窄钢带的宽度有限制，不便于下料，原料库存量高，材料利用率低。随着社会的发展，刀模具制造业对钢带的采购成本、宽幅、精度、性能和表面质量提出了更高要求。 

发明内容

鉴于现有状况，本发明的目的在于提供板面宽、精度高、性能好、表面质量优、生产成本低的一种42Mn刀模具用宽钢带及其制造方法。 

本发明的总体思路是围绕用户需求而展开：为了降低钢带售价必须首先降低热轧钢带的生产成本，设计全新成分，减少或替代贵重金属用量；为了确保产品使用性能，要求产品具有足够的强度和硬度；为了方便刀模具的制造加工，要求钢板具有板面宽、精度高、表面质量优、良好的加工性。本发明命名的42Mn刀模具用宽钢带，采用了Mn-低Cr-Ti系的成分设计，不使用高含量Cr和Mo金属元素，采用高精度的热连轧机轧制，宽度在700mm~2000mm，便于下料分条剪切。轧制过程通过合理的控制轧制来保证钢带的组织为铁素体加珠光体，使钢带有良好的淬透性，淬火回火后具有良好的强韧性。 

本发明所述一种42Mn刀模具用宽钢带，其化学成分按质量百分数为：C 0.39%~0.46%，Mn 0.80%~0.95%，Si 0.18%~0.35%，Cr 0.10%~0.30%，Ti 0.010%~0.050%， P ≤0.020%，S ≤0.010%，Alt 0.010%~0.050%，其余是铁Fe和不可避免的杂质元素。 

本发明所述一种42Mn刀模具用宽钢带，采用Mn-低Cr-Ti系的成分设计，理由是： 

（1）C: 本发明碳含量选择在0.39%~0.46%，主要考虑到碳是钢铁材料中最廉价、最有效的强化元素，溶入基体中，能起到固溶强化作用，同时能在钢中形成渗碳体和多种碳化物，起到析出强化作用，进一步提高钢的强度；

（2）Si：本发明的硅含量在0.18%~0.35%，Si主要以固溶强化形式来提高钢材的强度，同时也是钢中的脱氧元素，但含量过高，也会降低钢材的塑韧性和焊接性，同时使钢坯加热后表面氧化铁皮粘稠性增加，容易使钢板表面出现麻点等表面问题；

（3）Mn：本发明的锰含量为0.80%~0.95%，Mn是弱碳化物形成元素，它在冶炼中的作用是脱氧和消除硫的不利影响，还可以降低奥氏体转变温度，细化铁素体晶粒，有利于提高钢的强度和韧性。锰还能固溶于铁素体，起到固溶强化作用，随着Mn含量提高，钢材的强度增大，但过高的Mn也将会降低钢材的韧性和焊接性；

（4）Cr ：本发明的铬含量为0.10%~0.30%，铬是钢中提高淬透性的元素，主要是与碳形成碳化物Cr₇C₃或 Cr₂₃C₆，还能与碳形成复合碳化物，提高钢的硬度和耐磨性；

（5）Ti：本发明的钛含量为0.010%~0.050%，Ti是强碳化物和氮化物形成元素，起到细化晶粒提高强韧性的作用。钛还是良好的脱氧剂，可以改善焊接性能；

（6）Alt：本发明的铝含量为0.010%~0.050%，Al是主要的脱氧元素，能细化钢的晶粒。这是由于铝在钢中和氮元素形成细小弥散分布的AlN化合物，起阻碍晶粒长大、细化晶粒作用。另外，铝含量过高，会使钢的焊接性变坏；

（7）钢中的杂质元素的上限控制为P≤0.020%，S≤0.010%，以提高钢的纯净度，改善钢的塑韧性。

一种专用于生产42Mn刀模具用宽钢带的制造方法，其生产工艺如下： 

（1）炼钢工艺：采用顶底复吹氧气转炉进行冶炼，钢水再经LF炉精炼处理，加入合金，使化学成分符合C 0.39%~0.46%，Mn 0.80%~0.95%，Si 0.18%~0.35%，Cr 0.10%~0.30%，Ti 0.010%~0.050%， P ≤0.020%，S ≤0.010%，Alt 0.010%~0.050%，钢水成分达到上述目标要求后，喂钙线400m～800m，软吹氩时间5～10分钟，精炼结束，将钢水送到连铸车间进行连铸成板坯，中间包温度1500℃～1525℃；

（2）加热工艺：将板坯加热到1190~1250℃，加热总时间按0.7~1.0分钟/mm控制；

（3）轧制工艺：使用热连轧机控制轧制被加热的板坯，卷取成钢带，热连轧终轧温度范围为850℃～920℃，卷取温度范围为640℃～720℃；

（4）轧后冷却工艺：热轧后的钢带采用集中堆放空冷。

本发明的优点在于采用了Mn-低Cr-Ti系的成分设计，以锰、铬、钛、铝作为合金元素，充分利用了细晶强化、固溶强化和析出强化机理,通过合理的控制轧制工艺,保证了钢带的晶粒均匀细化，组织为铁素体加珠光体，制备的钢带经过淬火和回火热处理后具有高的强韧性；本发明的刀模具用宽钢带采用少量的Cr，不用贵重元素Mo的制造方法，节约了Cr、Mo贵金属资源，降低了合金成本，实现了低成本生产；本发明的刀模具用宽钢带使用热连轧机生产，钢带厚度精度高，同板差小，表面质量好，宽度为700 mm ~2000mm，刀模具厂可以通过切割分条成各种刀模具所需的宽度规格，生产便利，减少了的原料库存量，满足了刀模具行业对新材料的要求。 

具体实施方式

下列实施例中的钢带均为本发明所设计的化学成分、炼钢工艺和热轧工艺所制备。

实施例1： 

本实施例的42Mn刀模具用宽钢带，制造工艺如下：

（1）炼钢工艺：采用顶底复吹氧气转炉进行冶炼，钢水再经LF炉精炼处理，加入合金，钢水成分达到本发明设计要求后，喂钙线680m，软吹氩时间5分钟，精炼结束，将钢水送到连铸车间进行连铸成板坯，中间包温度1500℃～1525℃。取样化验，板坯成分按质量百分数为：C 0.39%，Mn 0.95%，Si 0.35%，Cr 0.30%，Ti 0.045%，P 0.016%，S 0.006%，Alt 0.035%，其余是铁Fe和不可避免的杂质元素；

（2）、加热工艺：将板坯加热到1250℃，加热总时间按0.7分钟/mm控制；

（3）、轧制工艺：钢带的目标厚度为2.3mm、宽度为700mm，使用热连轧机控制轧制被加热的板坯，尺寸精度控制：厚度允许偏差+0.10～-0.10mm，宽度允许偏差0～+20mm，卷取成钢带。热连轧终轧温度范围为920℃，卷取温度范围为720℃；

（4）、轧后冷却工艺：热轧后的钢带采用集中堆放空冷。

实施例2： 

本实施例的42Mn刀模具用宽钢带，制造工艺如下：

（1）炼钢工艺：采用顶底复吹氧气转炉进行冶炼，钢水再经LF炉精炼处理，加入合金，钢水成分达到本发明设计要求后，喂钙线720m，软吹氩时间6分钟，精炼结束，将钢水送到连铸车间进行连铸成板坯，中间包温度1500℃～1525℃。取样化验，板坯成分按质量百分数为：C 0.41%，Mn 0.85%，Si 0.32%，Cr 0.22%，Ti 0.050%，P 0.020%，S 0.004%，Alt 0.010%，其余是铁Fe和不可避免的杂质元素；

（2）、加热工艺：将板坯加热到1230℃，加热总时间按0.8分钟/mm控制；

（3）、轧制工艺：钢带的目标厚度为3.0mm，宽度为1050mm，使用热连轧机控制轧制被加热的板坯，尺寸精度控制：厚度允许偏差+0.10～-0.10mm，宽度允许偏差0～+20mm，卷取成钢带。热连轧终轧温度范围为910℃，卷取温度范围为700℃；

（4）、轧后冷却工艺：热轧后的钢带采用集中堆放空冷。

实施例3： 

本实施例的制造工艺如下：

（1）炼钢工艺：采用顶底复吹氧气转炉进行冶炼，钢水再经LF炉精炼处理，加入合金，钢水成分达到本发明设计要求后，喂钙线650m，软吹氩时间8分钟，精炼结束，将钢水送到连铸车间进行连铸成板坯，中间包温度1500℃～1525℃。取样化验，板坯成分按质量百分数为：C 0.46%，Mn 0.80%，Si 0.18%，Cr 0.10%，Ti 0.010%，P 0.020%，S 0.010%，Alt 0.010%，其余是铁Fe和不可避免的杂质元素；

（2）、加热工艺：将板坯加热到1220℃，加热总时间按0.9分钟/mm控制；

（3）、轧制工艺：钢带的目标厚度为3.5mm，宽度为1220mm，使用热连轧机控制轧制被加热的板坯，尺寸精度控制：厚度允许偏差+0.10～-0.10mm，宽度允许偏差0～+20mm，卷取成钢带。热连轧终轧温度范围为880℃，卷取温度范围为680℃；

（4）、轧后冷却工艺：热轧后的钢带采用集中堆放空冷。

实施例4： 

本实施例的制造工艺如下：

（1）炼钢工艺：采用顶底复吹氧气转炉进行冶炼，钢水再经LF炉精炼处理，加入合金，钢水成分达到本发明设计要求后，喂钙线800m，软吹氩时间9分钟，精炼结束，将钢水送到连铸车间进行连铸成板坯，中间包温度1500℃～1525℃。取样化验，板坯成分按质量百分数为：C 0.45%，Mn 0.85%，Si 0.20%，Cr 0.20%，Ti 0.012%，P 0.015%，S 0.008%，Alt 0.050%，其余是铁Fe和不可避免的杂质元素；

（2）、加热工艺：将板坯加热到1200℃，加热总时间按1.0分钟/mm控制；

（3）、轧制工艺：钢带的目标厚度为4.0mm，宽度为1500mm，使用热连轧机控制轧制被加热的板坯，尺寸精度控制：厚度允许偏差+0.12～-0.12mm，宽度允许偏差0～+20mm，卷取成钢带。热连轧终轧温度范围为890℃，卷取温度范围为680℃；

（4）、轧后冷却工艺：热轧后的钢带采用集中堆放空冷。

实施例5： 

本实施例的制造工艺如下：

（1）炼钢工艺：采用顶底复吹氧气转炉进行冶炼，钢水再经LF炉精炼处理，加入合金，钢水成分达到本发明设计要求后，喂钙线500m，软吹氩时间10分钟，精炼结束，将钢水送到连铸车间进行连铸成板坯，中间包温度1500℃～1525℃。取样化验，板坯成分按质量百分数为：C 0.43%，Mn 0.80%，Si 0.30%，Cr 0.23%，Ti 0.019%，P 0.010%，S 0.006%，Alt 0.030%，其余是铁Fe和不可避免的杂质元素；

（2）、加热工艺：将板坯加热到1190℃，加热总时间按1.0分钟/mm控制；

（3）、轧制工艺：钢带的目标厚度为4.5mm，宽度为2000mm，使用热连轧机控制轧制被加热的板坯，尺寸精度控制：厚度允许偏差+0.12～-0.12mm，宽度允许偏差0～+20mm，卷取成钢带。热连轧终轧温度范围为850℃，卷取温度范围为640℃；

（4）、轧后冷却工艺：热轧后的钢带采用集中堆放空冷。

分别对实施例1～5的42Mn宽钢带取样，对其组织、力学性能进行测试，测试结果见表1： 

表1    42Mn宽钢带力学性能和组织

 

刀模具厂通过冷轧、淬火、回火制成刀模具后的性能测试结果见表2：

表2   本发明实施例制作的刀模具检验结果

折弯试验方法说明：折弯试验方法是将刀模具钢带一端夹在固定的夹具中，将另一端折弯，钢带折弯到规定的折弯角度时折弯处不出现裂纹就算合格，否则就不合格。