本发明专利技术公开了一种五金工具专用钢及其制备方法。该钢的化学成分按重量百分数计为：C：0.50～0.60％，Si：0.17～0.37％，Mn：0.20～0.50％，P：0.008～0.020％，S：0.001～0.005％，Cr：0.25～0.60％，Ni：0.20～0.35％，Cu：0.07～0.25％，Ti：0.010～0.030％，其余为铁和不可避免的夹杂。其制备方法，按通常纯净钢工艺进行，包括钢的冶炼、LF炉精炼、连铸、铸坯加热、轧制、冷却、卷取的步骤。本发明专利技术通过设计钢中各合金元素成分，适当提高碳含量、降低贵重金属Ni、Cr等含量，控制冶炼和轧制工艺，得到具有高淬硬的表面和低硬度坚韧的心部材料基体的五金工具专用钢，该钢能满足五金工具所需性能及最佳经济效益的目标。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于五金工具专用钢
，特别是指一种。
技术介绍
五金工具是重要的基础件，在大多数机械产品加工、工程结构建造、所有产品的维修以及日常生活中应用十分广泛。五金工具用钢是专业性较强的钢种，它应具有高淬硬的表面和低硬度坚韧的心部，同时还具有高速切削、加工性能，具有一定的加工红硬性，特别是剪切不能蹦口、掉块、剥落等。由于钢种应具有这些特殊的性能，常规的五金工具用钢主要是在中碳钢中添加大量合金元素铬Cr、镍N1、钥Mo、钒V等，甚至还增加钨W、钛Ti和钴Co等贵重稀有重金属，通过控制冶炼合金化、轧制(锻制)控温冷却、加工热处理，形成弥散的固熔组织、析出碳化合物强化相，即可获得以上五金工具所要求的力学性能、加工性能等。众所周知，合金元素铬Cr、镍N1、钥Mo、钒V等，或钨W、钛Ti和钴Co等价格昂贵，采用这些合 金元素生产的钢种成本极高，制造的五金工具必然售价高、市场销售量少。同时，采用这些昂贵钢材制造的工具，使用寿命极大富裕，资源有所浪费。另外，随着冶金技术的发展，钢铁材料纯净度提高，加工热处理等工艺水平专业化，五金工具钢中添加的合金逐步减少。由于五金工具的特殊要求，即其工作部位(剪切口、咬合口、啮合口等)表面要很高的硬度及芯部一定的韧性，而以前通常采用的工具钢T7、T8、9SiCr等，虽然经热处理后其工作部位硬度要求能满足，但芯部韧性差，工具使用的疲劳寿命低，特别是高碳系列钢种，如9SiCr钢制工具易出现蹦口。而45、40Cr、38CrSi等钢制成工具并热处理后，工作部位的硬度及疲劳寿命均不理想。45~50CrNi等钢性能可满足五金工具要求，但其合金元素Cr、Ni都高，特别是Ni含量高达1.0~1.4%，仅Ni元素的价格就2000元以上。故五金工具用钢市场极为混乱，没有统一的标准。
技术实现思路
本专利技术的目的在于通过设计钢中各合金元素成分，适当提高碳含量、降低贵重金属N1、Cr等含量，控制冶炼和轧制工艺，得到具有高淬硬的表面和低硬度坚韧的心部材料基体的，该钢能满足五金工具所需性能及最佳经济效益的目标。为实现上述目的，本专利技术的五金工具专用钢，其特殊之处在于，它的化学成分按重量百分数计为:c:0.50 ~0.60%, S1:0.17 ~0.37%, Mn:0.20 ~0.50%, P:0.008 ~0.020%,S:0.001 ~0.005%,Cr:0.25 ~0.60%,N1:0.20 ~0.35%,Cu:0.07 ~0.25%，T1:0.010~0.030%，其余为铁和不可避免的夹杂。优选地，所述五金工具专用钢的化学成分按重量百分数计为:C:0.53~0.58%，S1:0.17 ~0.37 %，Mn:0.20 ~0.40 %，P:0.008 ~0.020 %，S:0.001 ~0.005 %, Cr:0.30 ~0.45%,N1:0.23 ~0.30%,Cu:0.08 ~0.20%,T1:0.010 ~0.020%，其余为铁和不可避免的夹杂。本专利技术的五金工具专用钢的制备方法，按通常纯净钢工艺进行，包括钢的冶炼、LF炉精炼、连铸、铸坯加热、轧制、冷却、卷取的步骤，其特殊之处在于:采用转炉或电炉冶炼时，出钢温度1630~1680°C，出钢目标C重量百比分含量≥0.15%、出钢P重量百比分含量≤0.015%，出钢1/3时加入活性石灰、脱氧铝及Mn-S1、高C-Cr、Ni合金；对钢水进行LF炉精炼，送电化好渣后，再加入电石、SiC脱氧剂加强脱氧，造白渣且保持时间> 15min，成份全部调整好后软吹氩> 1min ；连铸时控制连铸过热度15~35°C (本钢种液相线温度1490°C )，拉速为0.8~2.2m/min ；铸坯加热采用高温加热工艺，连铸方坯的加热温度为1140~1220°C ;这样有利于提高碳化物溶解于奥氏体中速度，使其呈弥散分布；轧制时，开轧温度保持在1040~1120°C，终轧温度保持在870~960°C，压下量^ 12倍，可以使沉淀析出优先于再结晶，这样沉淀速度便会大大加快，起到明显地抑制奥氏体晶粒长大的作用，而形变会明显地提高沉淀速度，有利于细化晶粒。 热轧棒材经过精轧后在冷床进行控制冷却，冷却速度为5~20°C /min，打捆后入坑缓冷。进一步地,钢的冶炼时,所脱氧招加入量为每吨钢0.8~1.2kg。更进一步地，所述连铸时拉速为:当200 X 200mm <连铸坯断面尺寸< 250 X 250mm时控制拉速0.8~1.2m/min ;当150 X 150mm <连铸坯断面尺寸≤200 X 200mm时控制拉速1.3~1.7m/min ；当连铸还断面尺寸^ 150 X 150mm时控制拉速1.8~2.2m/min。再进一步地，所述轧制时，开轧温度保持在1065~1110°C，终轧温度保持在890~950。。。本专利技术五金工具专用钢中各元素含量控制的机理及作用和制备过程中工艺参数设置原理如下:本专利技术钢的成分设计方案如下所示:C:基体钢的硬度取决于含碳量，特别是中碳钢，主要是碳的存在形式及碳化物的形状、大小、以及分布状态(不同的金相组织形式)。随着碳含量的增加，使钢中的铁素体和珠光体变细、减少，珠光体、碳化物数量增加，使钢的强度提高、硬度增加。碳过高时，钢中易形成大块碳化物，导致钢的韧性急剧下降。因此，根据五金工具所需性能，碳含量设计为0.50~0.60%，最好在0.53~0.58%，可以保证基体钢强硬韧相最佳匹配。Si =Si在钢中不形成碳化物，能固溶于铁素体中影响钢的强度性能。为了五金工具钢的性能，设计的钢中Si含量为0.17~0.37%。Mn:锰和铬一样是碳化物形成元素，能代替部分铁原子形成(Fe.Μη)3(:型碳化物。但是这种碳化物与铬的碳化物(Fe，Cr)3C不同，加热时易溶于奥氏体，回火时也易析出和聚集。锰能显著提高钢的淬进性，部分锰溶于铁素体中，提高铁素体的硬度和强度。因此，Mn含量为0.10~0.60%时对钢性能有良好的作用，本钢种设计Mn含量为0.20~0.50%，优选为 0.20 ~0.40%。P:P能强化铁素体相，因此在材料加工过程中表现出很好的抑制变形的能力，但P在钢中的饱和度有限，过高的P对钢的表面成型性能表现不利，因此设计钢中P含量0.008 ~0.020%。S:控制S元素，使钢中形成MnS夹杂物，特别是使钢中不易变形的氧化物夹杂被硫化物包裹而使钢的切削加工性能增加，同时，铁素体除在原奥氏体晶界析出外，也以MnS为核心析出，从而细化了铁素体-珠光体组织，但S含量高时钢易热脆，影响工具的韧性及使用寿命，因此设计的S含量为0.001~0.005%。Cr:铬是碳化物形成元素，主要作用是提高钢的淬透性和耐腐蚀性能，并可提高强度、硬度、耐磨性、弹性极限和屈服极限。在钢中铬能显著改变钢中碳化物的分布及其颗粒大小，使含铬的渗碳体型碳化物(Cr.Fe)3C退火聚集的倾向性变小。因此，铬使钢中碳化物变得细小、分布均匀，并扩大了退火的温度范围，一部分铬溶于奥氏体中，提高马氏体回火稳定性，提高钢红硬性能。铬还能减小钢的过热倾向和表面脱碳速度。但Cr含量过高的铬含量容易形成大块碳化物，如Cr7C3，这种最难熔碳化物使钢的韧性降低，因本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种五金工具专用钢，其特征之处在于，它的化学成分按重量百分数计为：C：0.50～0.60％，Si：0.17～0.37％，Mn：0.20～0.50％，P：0.008～0.020％，S：0.001～0.005％，Cr：0.25～0.60％，Ni：0.20～0.35％，Cu：0.07～0.25％，Ti：0.010～0.030％，其余为铁和不可避免的夹杂。
【技术特征摘要】
1.一种五金工具专用钢，其特征之处在于，它的化学成分按重量百分数计为:c:0.50 ~0.60%, S1:0.17 ~0.37%, Mn:0.20 ~0.50%, P:0.008 ~0.020%, S:0.001 ~0.005%,Cr:0.25 ~0.60%,N1:0.20 ~0.35%,Cu:0.07 ~0.25%,T1:0.010 ~0.030%,其余为铁和不可避免的夹杂。2.根据权利要求1所述五金工具专用钢，其特征在于，它的化学成分按重量百分数计为:C:0.53 ~0.58 %，S1:0.17 ~0.37 %，Mn:0.20 ~0.40 %，P:0.008 ~0.020 %，S:0.001 ~0.005%,Cr:0.30 ~0.45%,N1:0.23 ~0.30%,Cu:0.08 ~0.20%,T1:0.010 ~0.020%，其余为铁和不可避免的杂质。3.—种五金工具专用钢的制备方法，按通常纯净钢工艺进行，包括钢的冶炼、LF炉精炼、连铸、铸坯加热、轧制、冷却、卷取的步骤，其特殊之处在于: 钢的冶炼时，出钢温度1630~1680°C，出钢目标C重量百比分含量≥0.15%、出钢P重量百比分含量≤0.015%，出钢1/3时加入活性石灰、脱氧铝及Mn-S1、高C-Cr、Ni合金；LF炉精炼时，送电化好渣后，再加入脱氧剂加强脱氧，造白渣且保持时间≥ 1...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆丰，张贤忠，陈华强，余爱华，汪菊华，许竹桃，杜方，李献忠，孙晶，邵兰，李伟，万升，
申请(专利权)人：武汉钢铁集团公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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