專利名稱：一種高耐磨性織針用鋼及其制造方法
技術領域：
本發明涉及針織機械用鋼領域，具體的說是織針用鋼，一種高耐磨性織針用鋼及其制造方法。
背景技術：
織針是各種針織機械上的重要工作機件，其質量水平和高低反映在使用性能和壽命兩方面。眾所周知，國產織針與國外先進水平相比一直有較大的差距，除了制造精度低以外，織針所用的原材料、熱處理和表面處理的設備以及各項技術也是重要的影響因素，相對來說還是比較薄弱的。隨著針織工業的迅速發展，國內許多針織廠家陸續進口了一些緯編大圓機、經偏機、電腦橫機、自動襪機等針織機。在這些高精度、高速度、高性能的針織設備上，需要配備性能優良的織針。由于國內紡織器材行業還比較落后，傳統產品的織針檔次偏低，無法適應現代高速、多路針織機和腐蝕性很強的化纖針織的要求，所以長期依賴進口。 進口織針，不但價格昂貴，增加了針織工廠的開支，而且進口周期較長，有時甚至“遠水解不了近渴”。目前國內生產的T9A(成分質量百分數為C 0. 85-0. 94%, Si ^ 0. 35%, Mn ^O. 40%， P^O. 03%, S ^ 0. 02%)，這種鋼的組織中夾雜較少，其組織為針狀馬氏體加上少量殘余奧氏體和碳化物顆粒。T9A的組織中碳化物比較細小但是分布不夠均勻，并且組織中的大部分碳化物都融入到了奧氏體中，這樣使熱處理之后組織中的殘余奧氏體的含量增多，影響了材料的硬度和耐磨性能；對織針材料除要求具有一定的硬度和優良的耐磨性以外，由于織針在使用過程中承受反復的和周期性的疲勞應力，還必須具備一定的抗疲勞強度。但T9A所包含的成分綜合制作出的織針抗疲勞強度不強，無法很好的適應針織的高強度運作。上述T9A鋼采用電弧爐熔煉，澆鑄成鋼錠鍛造開坯，具體步驟依次為煉鋼、鍛造、 熱處理，最后形成產品。其鍛造的加熱溫度為1100°c -1150°C，終鍛溫度為彡7500C，冷卻方式采用空冷。由于這種相對較大的鋼錠是多角錠型設計，因此熱應力敏感性較高，若鋼錠的入爐溫度高容易在加熱的過程中產生應力裂紋，并且在淬火加熱時溫度較高，淬火組織會較粗大，為針狀馬氏體。
發明內容
為解決上述技術問題，本發明涉及一種高耐磨性織針用鋼及其制造方法，目的是提供一種具有高的強韌性配合，以及高硬度，高耐磨性等特點的冷作模具鋼。本發明是通過以下技術方案予以實現的一種高耐磨性織針用鋼，其成分(重量％)包括 C 0.8 1.2%，Si 0.1 0.4%，Mn 0.4 0.6%，Nb 0.1 0.15%，V 0.1 0.15%， Ni 0. 1 0. 3%, Cr 0. 1 0. 3%，余量為!^e與不可避免的雜質。作為優選，其成分(重量％)還包括P ^ 0. 02%, S彡0. 02%,余量為！^與不可避免的雜質。
以下是本發明主要元素的作用及其限定說明 C 0. 8 1. 2%
碳元素是高強韌性冷作模具鋼的主要化學元素之一，是形成釩碳化物、鉬碳化物和鉻碳化物等各種碳化物的不可缺少的基本元素，也是影響鋼的成分偏析和鋼的組織均勻性的重要元素，溶解在馬氏體中能夠保證馬氏體擁有良好的強度和淬透性。鋼中含碳量增加，屈服點和抗拉強度升高，但塑性和沖擊性降低。本發明鋼中的C含量保持在0.8 1. ，既能保證基體中形成充分的碳化物，又能使組織中馬氏體的含碳量充分，使材料有良好的強韌性配合。Si 0.1 0.4%
Si溶于基體中能夠提高基體強度，回火時能夠阻礙馬氏體的分解提高了鋼的回火穩定，在煉鋼過程中能夠起到還原劑和脫氧劑的作用。但含量高時會明顯降低鋼的塑性、韌性、焊接性能及表面質量，易導致冷脆，還降低鋼的被切削性，對中、高碳鋼回火時易產生石墨化。因此將Si的含量控制在0. 1 0. 4%。Mn 0.4 0.6%
一定量的Mn能固溶于狗，形成含Mn的鐵素體，對鋼有一定強化作用。所以Mn對碳鋼的性能有良好的作用，但含量過高會大幅度改變鋼的性能，如增加晶粒粗化，有回火脆性傾向等；將Mn控制在0. 4 0. 6%范圍內目的是增加基體的強度，并使材料的性能穩定。Cr 0.1 0.3%
加熱時溶入奧氏體的Cr，強烈提高淬透性。鋼中的Cr，一部分置換鐵形成合金滲碳體， 提高其穩定性；一部分溶入鐵素體中，產生固溶強化，提高鐵素體的強度和硬度。將Cr控制在0. 1 0. 3% 一方面保證材料有良好的淬透性能，另一方面控制Cr消耗的C，使材料的基體有足夠的強度，保證材料的硬度和耐磨性。Nb 0. 1 0. 15%, V 0. 1 0. 15%
Nb、V及碳、氮化物在奧氏體中的溶解度較大溫度較低時，奧氏體為過飽和固溶體，此時變形會誘導過飽和奧氏體發生沉淀，這些細小的沉淀物較多的分布于變形的奧氏體晶界或亞晶附近，抑制了晶界遷移而對再結晶具有顯著的延遲效果。在鋼中添加微量的Nb、V，一方面，可在減少碳含量的同時提高強度，從而提高鋼的焊接性能；另一方面，將不純物質如氧、 氮、硫等固定起來，從而改善鋼的可焊性；其次，由于其微觀質點的作用，例如V容易和C結合形成MC型碳化物，這類碳化物的硬度很高，能夠很好的提高材料的耐磨性能。本發明鋼與國產的T9A相比加入了 Nb和V，能夠很好的提高材料的強韌性能和耐磨性。Ni 0.1 0.3%
Ni能提高鋼的強度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。但由于鎳是較稀缺的資源，故應盡量采用其他合金元素代用鎳鉻鋼。本設計中的鎳元素是控制在少量的范圍，鎳元素本身不是碳化物形成元素，在鋼的基體中不會起到強化的作用，但是過多的鎳元素會造成金屬間化合物的結合作用，從而降低鋼的性能，所以控制鎳元素在鋼種的含量對防止鋼的性能的下降起到一定的作用。本發明鋼在國產的T9A的基礎上加入了 0. 1 0. 3%的Ni能夠很好的提高材料的強韌性。P ≤0. 02%，S ≤0. 02%
對織針材料除要求具有一定的硬度和優良的耐磨性以外，由于織針在使用過程中承受反復的和周期性的疲勞應力，因此，要求制作織針的材料具有高的抗疲勞強度，對鋼中的非金屬夾雜物應有較嚴格要求。磷是鋼中的有害元素，增加鋼的脆性，降低鋼的沖擊韌性。硫元素在一定的程度上容易造成鋼的加工性能的惡化，容易使得鋼在熱加工的過程中產生過熱和過燒現象。本發明鋼嚴格的控制P和S的含量，并控制組織中的夾雜物的級別，保證材料擁有良好的周期疲勞性能。為了實現上述目的，本發明還提供了一種用于高耐磨性織針用鋼的制造方法，該方法包括如下步驟
按照本發明的化學成分的配比，采用感應爐中進行熔煉之后澆鑄成的鋼錠作為自耗電極放置于電渣重熔裝置中，進行電渣重熔，液體金屬經過渣池的渣層下落至下面的水冷結晶器中，再重新凝固成鋼錠；
將上述鋼錠加熱至1000°C 1030°C溫度范圍內保溫3 5小時； 經過鍛造、拐彎、壓扁，以及銑銷之后的鋼料放入加熱爐中退火，退火溫度為680°C 700°C，退火時間為3 5小時，爐冷至350 450°C后出爐空冷。將所得的鋼料再經過淬火，回火。作為優選，所述的鋼錠在入爐加熱時，入爐溫度控制在500°C 600°C。作為優選，鋼錠加熱中升溫速度控制在60°C /h 120°C /h。作為優選，開坯開鍛溫度為900°C 950°C，終軋或終鍛溫度為彡650°C。作為優選，經過鍛造、拐彎、壓扁，以及銑銷之后的鋼料直徑為0. 38mm。作為優選，退火溫度為700°C，退火時間為3. 5小時，爐冷至400°C后出爐空冷。本發明采取了上述幾種措施進行改進，有益效果顯著鋼錠的入爐溫度控制在 500°C 600°C，升溫速度控制在60°C /h 120°C /h可以防止鋼錠在加熱的過程中產生熱應力裂紋，在加熱至1000°C 1030°C后保溫3 5小時，使得鋼錠的整個表面至心部的溫度都可以保持均勻，這樣可以改善鋼錠的可鍛形，防止鋼在鍛造過程中的開裂傾向，并可以改善鋼的顯微組織指標，提高鋼的強度和韌性。由于這種鋼在900°C 950°C溫度范圍是鋼的奧氏體單相組織區域，有著最佳的高溫熱塑性，有利于高溫變形加工處理，不容易產生高溫熱加工開裂。由于鋼錠終軋溫度對鋼錠軋制質量有著重要的影響，徑鍛機停鍛溫度低于所規定的控制范圍，非常容易引起鋼錠在徑鍛機鍛造開坯過程中產生鋼錠開裂，但是，停鍛溫度過高于控制范圍容易引起鋼在徑鍛機鍛造開坯后產生鋼組織粗晶現象，并形成嚴重的網狀碳化物，降低鋼的性能。經過淬火回火之后，本發明鋼與國產的T9A相比較，其組織中含有更多的彌散細小的碳化物。本發明鋼的強韌性和耐磨性得到了提高。
圖1為本發明實施例1在推薦工藝為900°C淬火250°C回火后，與T9A兩者的硬度比較；
圖2是本發明鋼在不同倍率下的金相照片，(a) 100X，(b) 500X。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步的描述。實施例1
本實例中，采用冷作模具鋼的組成成分及其重量百分比如下
C 1%，Si 0. 2%, Mn 0. 55%, Cr 0. 2%, V 0. 1%，Ni 0. 1%，Nd 0. 1%，P 0. 02%, S 0. 02%，余量為！^與不可避免的雜質。本實施例中，冷作模具鋼的工藝過程和步驟如下
按照本發明的化學成分的配比，采用感應爐中進行熔煉之后澆鑄成的鋼錠作為自耗電極放置于電渣重熔裝置中，進行電渣重熔，液體金屬經過渣池的渣層下落至下面的水冷結晶器中，再重新凝固成鋼錠；將上述鋼錠在入爐加熱時，入爐溫度控制在500°C，以60°C /h 的升溫速度加熱，加熱至1030°C溫度，在此范圍內保溫3小時后進行鍛造加工；始鍛溫度 950°C，終鍛溫度650°C。經過錘擊和拐彎、壓扁，以及銑銷之后直徑為0. 38mm ；將鍛造后的鋼料放入加熱爐中退火，退火溫度為700°C，退火時間為3. 5h，爐冷至400°C后出爐空冷。 最后將所得的鋼料再經過900°C的淬火，250°C的回火。本實施例所描述的高強韌性冷作模具鋼的硬度比T9A鋼有明顯的提高，硬度從 59HRC 提高到了 60. 5HRC。實施例2 6的具體化學成分(重量％)見表1所示，工藝步驟與實施例1相同，參數控制見表2所示，性能指標見表3所示。
權利要求
1.一種高耐磨性織針用鋼，其特征在于，其成分(重量％)包括C 0.8 1.2%，Si 0. 1 0. 4%, Mn 0. 4 0. 6%, Nb 0. 1 0. 15%, V 0. 1 0. 15%, Ni 0. 1 0. 3%, Cr 0. 1 0. 3%，余量為！^與不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的高耐磨性織針用鋼，其特征在于，其成分(重量％)還包括 P^O. 02%, S^O. 02%，余量為!^e與不可避免的雜質。
3.一種用于權利要求1或2所述的高耐磨性織針用鋼的制造方法，它包括如下步驟 按照本發明的化學成分的配比，采用感應爐中進行熔煉之后澆鑄成的鋼錠作為自耗電極放置于電渣重熔裝置中，進行電渣重熔，液體金屬經過渣池的渣層下落至下面的水冷結晶器中，再重新凝固成鋼錠；將上述鋼錠加熱至1000°C 1030°C溫度范圍內保溫3 5小時； 經過鍛造、拐彎、壓扁，以及銑銷之后的鋼料放入加熱爐中退火，退火溫度為680°C 700°C，退火時間為3 5小時，爐冷至350 450°C后出爐空冷； 將所得的鋼料再經過淬火，回火。
4.根據權利要求3所述的高耐磨性織針用鋼的制造方法，其特征在于，所述的鋼錠在入爐加熱時，入爐溫度控制在500°C 600°C。
5.根據權利要求3或4所述的高耐磨性織針用鋼的制造方法，其特征在于，鋼錠加熱中升溫速度控制在60°C /h 120°C /h。
6.根據權利要求3所述的高耐磨性織針用鋼的制造方法，其特征在于，所述的鍛造，開坯開鍛溫度為900°C 950°C，終軋或終鍛溫度為彡650°C。
7.根據權利要求3所述的高耐磨性織針用鋼的制造方法，其特征在于，經過鍛造、拐彎、壓扁，以及銑銷之后的鋼料直徑為0. 38mm。
8.根據權利要求3或4或6或7所述的高耐磨性織針用鋼的制造方法，其特征在于，退火溫度為700°C，退火時間為3. 5小時，爐冷至400°C后出爐空冷。
9.根據權利要求5所述的高耐磨性織針用鋼的制造方法，其特征在于，退火溫度為 700°C，退火時間為3. 5小時，爐冷至400°C后出爐空冷。
全文摘要
本發明涉及針織機械用鋼領域，具體是一種高耐磨性織針用鋼及其制造方法。其成分(重量%)包括C0.8～1.2%，Si0.1～0.4%，Mn0.4～0.6%，Nb0.1～0.15%，V0.1～0.15%，Ni0.1～0.3%，Cr0.1～0.3%，余量為Fe與不可避免的雜質，采用感應爐中進行熔煉之后澆鑄成的鋼錠作為自耗電極放置于電渣重熔裝置中，進行電渣重熔，液體金屬經過渣池的渣層下落至下面的水冷結晶器中，再重新凝固成鋼錠，將其加熱至1000℃～1030℃溫度范圍內保溫3～5小時，經過鍛造、拐彎、壓扁以及銑銷之后再進行熱處理，得到具有高的強韌性配合，高硬度，高耐磨性等特點的冷作模具鋼。
文檔編號B22D23/10GK102560266SQ20101058181
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月10日 優先權日2010年12月10日
發明者劉愛蓮, 汪宏斌, 翁榮弟, 鄧黎輝, 韋習成, 鮑進躍 申請人:浪莎針織有限公司