本發(fā)明屬于金屬材料制作領域，具體涉及一種銼刀用碳素工具鋼盤條及其制備方法。
背景技術：
工具鋼是用以制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具的鋼。碳素工具鋼是常見的一類工具鋼，由于其生產成本較低，原材料來源方便，易于冷、熱加工，在熱處理后可獲得相當高的硬度，因而得到廣泛應用。
銼刀是一種多刃口、主要用于銼削硬度較高材料的切削工具。由于其特殊的工作環(huán)境，要求銼刀具有高硬度、較高的強度、良好的耐磨性等特性，而目前由現有的工具鋼盤條經加工后制得的銼刀常出現斷齒崩刃、開裂、斷裂、磨損嚴重等非正常失效形式，使用壽命較低，造成這種現象的主要原因是：現有銼刀用工具鋼盤條韌性較差，脫碳層深，組織不均勻，碳化物在鋼中的分布不均勻，甚至沿晶界出現碳化物定向的缺陷，導致鋼材性能變差；且由于盤條含碳量非常高，若工藝控制不當易造成石墨化析出，盤條發(fā)生脆斷現象。
技術實現要素：
本發(fā)明針對以上技術難題，通過設計合理的化學成分、選擇合理的工藝，提供一種銼刀用碳素工具鋼盤條及其制備方法，確保工具鋼盤條成本低廉、純凈度高、組織均勻、通條性好，脫碳層深度≤直徑的0.6％，無液析和脆斷現象發(fā)生，完全滿足高標準銼刀用盤條的技術要求，用此盤條制得的銼刀硬度高且均勻，達70～72hrc，使用壽命長，顯著降低了斷齒崩刃、斷裂、磨損嚴重等非正常失效形式出現的概率，
本發(fā)明所提供的銼刀用碳素工具鋼盤條的化學成份按重量百分數計為：[c]1.26～1.32％、[si]0.08～0.18％、[mn]0.20～0.35％、[cr]0.55～0.70％、[v]0.10～0.25％、[p]≤0.025％、[s]≤0.025％、[al]≤0.008％，其余為fe和不可避免的雜質，
優(yōu)選地，其化學成份按重量百分數計為：[c]1.27～1.31％、[si]0.11～0.15％、[mn]0.26～0.30％、[cr]0.62～0.70％、[v]0.15～0.20％、[p]≤0.020％、[s]≤0.020％、[al]≤0.005％，其余為fe和不可避免的雜質，
本發(fā)明成分設計理由：
c可以提高鋼的淬硬性、熱硬性和耐磨性能，保證熱處理后鋼中碳化物數量，但含量過高會使鋼的韌性降低；
si可以增加鋼的淬透性，提高鋼的回火穩(wěn)定性，但含量過高會使鋼在高溫加熱時易脫碳和促進石墨化，
其中，脫碳是鋼加熱時表層碳含量降低的現象，脫碳的過程即鋼中碳在高溫下與氫或氧發(fā)生作用生成甲烷或一氧化碳離開鋼材料(除碳外，其他元素如硅、錳、鉻等未離開鋼材料)，導致硬度下降；而鋼的石墨化是指，高溫下鋼中碳化物會分解成游離的石墨，使鋼的強度和塑性顯著降低而引起鋼的脆斷，析出就是指的鋼中碳化物形成石墨的過程，但仍存在于鋼的內部，而非從鋼中脫除，這一點與脫碳不同；
mn可以起到固溶強化的作用，但錳含量過高會增加鋼的過熱傾向；
cr可以增加碳化物的耐磨性，提高鋼的強度、硬度及回火抗力，抑制鋼的石墨化傾向，但含量過高會影響鋼的韌性；
v可以細化組織晶粒，提高強度和韌性，但含量過高會增加成本；
本發(fā)明首先意識到al是促進高碳鋼的石墨化傾向的元素，因此對其進行了嚴格的控制；
p、s為鋼中的有害元素，同樣需要嚴格控制。
本發(fā)明所提供的銼刀用碳素工具鋼盤條的制備方法包括轉爐冶煉、lf精煉、小方坯連鑄和軋制步驟，具體操作如下：
(1)轉爐加入煉鋼原料進行高拉碳冶煉，采用全程底吹氬攪拌，控制出鋼[c]0.10～0.60％，出鋼[p]≤0.015％，出鋼1/4時隨鋼流依次加入碳化硅、低氮增碳劑、合金和渣料，出鋼過程采用滑板擋渣操作，出鋼時間為4～5min，
作為優(yōu)選，步驟(1)中采用的煉鋼原料為廢鋼、生鐵和鐵水，廢鋼占煉鋼原料總重的5％～7％，生鐵占煉鋼原料總重的6％～8％，煉鋼原料的總裝入量132～138t/爐，轉爐冶煉13～15min，出鋼溫度為1630～1680℃，出鋼采用擋渣操作，下渣量不超過50mm，
作為優(yōu)選，步驟(1)中的合金為硅錳、硅鐵、高碳鉻鐵和釩鐵，其相對于煉鋼原料的加入量為，硅錳4.0～4.5kg/t、硅鐵0.8～1.2kg/t、高碳鉻鐵11.6～12.4kg/t、釩鐵3.8～4.2kg/t；步驟(1)中渣料及加入量為石灰600kg/爐、合成渣300kg/爐，
碳化硅相對于煉鋼原料的加入量為1.0kg/t；
(2)lf采用電石進行渣面脫氧，根據渣況適時調整以保證爐渣的流動性，嚴禁加入鋁脫氧，確保精煉時間≥35分鐘，待成分、溫度調整合適后，轉入軟吹氬操作，軟吹氬時間15～25分鐘，軟吹后確保合適的吊包溫度；
進一步地，步驟(2)中軟吹后的吊包溫度為，開澆爐次1507～1527℃、連澆爐次1487～1507℃，
嚴禁加入鋁脫氧，避免鋼中出現石墨碳析出使鋼的強度和塑性顯著降低而引起脆斷，向鋼中加入cr等合金元素，能阻止石墨化過程，提高產品質量；
(3)連鑄工序采用全程保護澆鑄，采用低過熱度、低拉速控制，過熱度控制在15～30℃，拉速控制在1.65±0.05m/min；
結晶器采用電磁攪拌、非正弦振動模式，并使用低熔點、低堿度、低粘度的結晶器保護渣，一冷水流量為1850±100l/min，水溫差6.5～8.5℃，二冷采用弱冷配水模式，并配有末端電磁攪拌；
作為優(yōu)選，步驟(3)中，連鑄全程保護澆鑄，大包長水口氬封保護，
中包采用整體式塞棒中包，水口直徑≥30mm，中包使用覆蓋劑和碳化稻殼雙層覆蓋，中包使用時間≤15小時，水口使用時間6.0～7.0h，
結晶器電磁攪拌參數為300a/5hz，非正弦振動參數為振幅±3.0mm、頻率100+40opm、偏斜率15％，結晶器保護渣使用西保高碳鋼保護渣，堿度為r＝0.60～0.63，熔點1020～1040℃，粘度為0.29～0.33pa.s/1300℃，
每隔2小時測量一次液渣層厚度，確保液渣層厚度為5～8mm，
進一步地，步驟(3)中的弱冷配水模式中，比水量0.60l/kg，末端電磁攪拌參數為400a/8hz；
采用低過熱度、末端電磁大電流攪拌可以有效減輕連鑄坯偏析，使盤條組織更致密，同時配備合理的加熱工藝，避免軋制出的盤條出現液析現象；采用弱冷配水、低拉速可以減小連鑄拉坯應力，避免出現角部裂紋等缺陷；使用低熔點、低堿度、低粘度的結晶器保護渣可以增加鋼的潤滑能力；
(4)軋制工序采用高溫加熱、采用高壓水除磷，低吐絲、風冷工藝，
作為優(yōu)選，步驟(4)中加熱爐一段爐頂溫度910±30℃，加熱爐二段爐頂溫度1160±20℃，均熱段爐溫1160～1200℃，空氣過剩系數為1.15～1.20，出鋼節(jié)奏≤44支/小時，開軋溫度1040±30℃，精軋機前溫度為900±20℃，吐絲溫度為820±15℃；風冷工藝為開啟前5臺風機，風機風量為80％，佳靈裝置10％；高壓水除磷壓力為≥16mpa，
本發(fā)明高溫加熱的目的在于：促進碳及合金元素擴散，減輕碳及合金元素偏析，使組織均勻致密，減輕網碳，同時配備適當的軋制及冷卻工藝可以有效減少心部的馬氏體組織，降低石墨碳析出的傾向等，
同時，本發(fā)明通過控制加熱爐內的空氣過剩系數，采用氧化氣氛加熱，在氧含量較高的加熱氣氛下，鋼坯表面氧化鐵皮的生成速度大于脫碳速度，阻止和減少了鋼坯脫碳，且軋制前經過高壓水除磷，便可以將氧化鐵皮脫除干凈，
本發(fā)明通過調節(jié)軋制前后的冷卻水流量控制軋制溫度，實現低溫軋制，不僅可以促進快速冷卻，減少表面脫碳的形成，而且還能夠破碎、破損網碳、抑制網碳的形成，抑制了石墨化析出，
過共析鋼軋后開始冷卻的溫度落在二次碳化物析出區(qū)間(acm-a1)內，如果冷卻較慢，會導致析出網狀碳化物，控冷工藝在吐絲后加強盤條冷卻，會抑制二次碳化物的析出，同時可以減少盤條表面脫碳，且發(fā)現強冷、快冷操作在本專利的高碳鋼軋制中并沒有導致盤條內產生大的應力和裂紋(因為從傳統(tǒng)觀念來看，鋼中碳含量高會導致盤條塑性降低、內應力增大)，這也確保了盤條的表面質量良好，無脆斷；使用佳靈裝置可以調節(jié)風量，可以使盤條冷卻更均勻。
本發(fā)明的有益效果在于：
本發(fā)明通過添加一定量的cr、v元素，嚴控鋁含量，配備選擇合理的工藝，提供一種銼刀用碳素工具鋼盤條及其制備方法，確保工具鋼盤條，成本低廉，純凈度高，組織均勻，通條性好，脫碳層深度≤直徑的0.6％，克服了盤條存在的液析和脆斷的問題，完全滿足高標準銼刀用盤條的技術要求。
本發(fā)明工藝與現有工藝技術相比，具有操作簡單，生產效率高，用此盤條制得的銼刀硬度高且均勻，達70～72hrc，使用壽命長，顯著降低了斷齒崩刃、斷裂、磨損嚴重等非正常失效形式出現的概率等特點，提高了產品的市場競爭力，具有顯著的經濟效益和社會效益。
具體實施方式
生產工藝簡述如下：轉爐冶煉→lf精煉→小方坯連鑄(160*160mm2)→軋機軋制。
實施例1
(1)轉爐冶煉
轉爐加入煉鋼原料(煉鋼原料為廢鋼、生鐵和鐵水，廢鋼占煉鋼原料總重的6％，生鐵占煉鋼原料總重的7％，煉鋼原料的總裝入量136t/爐)進行高拉碳冶煉，采用全程底吹氬攪拌，控制出鋼[c]0.20％，出鋼[p]0.009％，出鋼溫度1665℃，出鋼1/4時隨鋼流依次加入碳化硅1.0kg/t、低氮增碳劑12.0kg/t、硅錳4.2kg/t、硅鐵1.0kg/t、高碳鉻鐵12.0kg/t、釩鐵4.0kg/t、石灰600kg/爐，合成渣300kg/爐，出鋼過程采用滑板擋渣操作，下渣量小于50mm，出鋼時間為4.2min；
(2)lf精煉
lf采用電石120kg/爐進行渣面脫氧，根據渣況適時調整以保證爐渣的流動性，嚴禁加入鋁脫氧，精煉時間37分鐘，待成分、溫度調整合適后，轉入軟吹氬操作，軟吹氬時間20分鐘，軟吹后吊包溫度為：開澆爐次1515℃；
(3)連鑄
連鑄工序采用全程保護澆鑄，大包長水口氬封保護，中包使用覆蓋劑和碳化稻殼雙層覆蓋，連鑄中包采用整體式塞棒中包，中包使用時間12小時，水口直徑35mm，水口使用時間6.5h，過熱度23℃，拉速1.65m/min；結晶器采用電磁攪拌，參數為300a/5hz，非正弦振動模式，振幅±3.0mm，頻率100+40opm，偏斜率15％；并使用西保高碳鋼保護渣，堿度為r＝0.61，熔點1030℃，粘度為0.31pa.s/1300℃，每隔2小時測量一次液渣層厚度，確保液渣層深度為5～8mm；一冷水流量為1850±100l/min，水溫差7.0～8.5℃，二冷采用弱冷配水模式，比水量0.60l/kg，并配有末端電磁攪拌，參數為400a/8hz；
(4)軋制
軋制工序采用高溫加熱、控制加熱爐爐內氣氛，采用高壓水除磷，低吐絲、風冷工藝：
加熱爐一段爐頂溫度920℃，加熱爐二段爐頂溫度1168℃，均熱段爐溫1190℃，空氣過剩系數為1.15～1.20，高壓水除磷壓力為18mpa；出鋼節(jié)奏42支/小時，開軋溫度1043℃，精軋機前溫度為901℃，吐絲溫度為823℃；風冷工藝為開啟前5臺風機，風機風量為80％，佳靈裝置10％。
實施例2
步驟(1)中控制出鋼[c]0.21％，出鋼[p]0.011％；步驟(2)中控制軟吹后吊包溫度為，連澆爐次1494℃；步驟(3)中控制過熱度20℃；其余操作與實施例1相同。
實施例3
步驟(4)中控制開軋溫度1042℃，精軋機前溫度為905℃，吐絲溫度為820℃；其余操作與實施例2相同。
對比實施例1
將實施例1步驟(2)中“采用電石進行渣面脫氧，嚴禁加入鋁脫氧”修改為“采用鋁脫氧”，其他條件同實施例1。
對最終制得的鋼材進行檢測，經檢測盤條有石墨碳析出，且盤條發(fā)生脆斷現象，遠差于本發(fā)明實施例中制備的盤條質量。
對比實施例2
將實施例1步驟(4)中“吐絲溫度為823℃，開啟前5臺風機，風量為80％，佳靈裝置10％”修改為“吐絲溫度為823℃，風機關閉”，其他條件同實施例1。
對最終制得的鋼材進行檢測，經檢測盤條表面脫碳嚴重，達0.10mm，且發(fā)生脆斷現象，但是盤條表面質量良好，可見這應該主要是盤條內網碳嚴重導致的脆斷。
對比實施例3
將實施例1步驟(4)中“控制加熱爐爐內氣氛，空氣過剩系數為1.15～1.20”修改為“控制加熱爐爐內氣氛，空氣過剩系數為1.00～1.05”，其他條件同實施例1。
對最終制得的鋼材進行檢測，經檢測盤條表面脫碳較為嚴重，達0.12mm，且發(fā)生脆斷現象，并且盤條表面質量較差，可見這應該是步驟(4)中吐絲后的強冷、快冷操作導致了盤條內產生大的應力和裂紋，從而導致的脆斷。
實施例1～3所制得的鋼化學成分及各實施例、對比例中所得盤條的性能、金相組織如表1、表2所示：
表1：實例1～3所制備的鋼成品的化學成分(wt/％)
表2脫碳層深度、脆斷現象及用戶加工后硬度