本發(fā)明屬于鋼鐵材料制作領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種電動(dòng)批頭用鋼及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、批頭是一種典型的合金工具用材，是一種薄楔形頭，插入螺絲釘頭的槽縫或凹口內(nèi)，和電動(dòng)、氣動(dòng)、手動(dòng)等工具組合成一個(gè)完整的工具來(lái)緊固或者松開(kāi)螺絲用，分電動(dòng)批頭、氣動(dòng)批頭和手工具，其中，和電動(dòng)工具組合的就叫電動(dòng)批頭。合金工具鋼相較于碳素工具鋼具備更好的淬透性、韌性、耐磨性和耐熱性，所以在服役環(huán)境更苛刻的條件下，具有更高的使用壽命。電動(dòng)批頭作為一種易耗品就成為整個(gè)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)之一，所以行業(yè)都采用目前使用壽命最高的s2m材料，其化學(xué)成分為：[c]0.66～0.72％、[si]0.85～1.10％、[mn]0.40～0.55％、[cr]0.15～0.30％、[ni]0.10～0.20％、[mo]0.38～0.45％、[v]0.15～0.25％、[p]≤0.025％、

2、[s]≤0.020％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)。

3、一種高合金工具鋼盤(pán)條cn11690801a，所述工具鋼線材化學(xué)成分組成及其質(zhì)量百分含量為：c：0.60-0.70％，si：1.00-1.20％，mn：0.50-0.60％，p≤0.020％，s≤0.020％，mo：0.40-0.60％。其成分是s2m成分的一部分，不完整，但總體而言，還是s2m成分范疇。一種高品質(zhì)亞共析合金工具鋼線材及其生產(chǎn)方法cn110791717a公開(kāi)了線材的化學(xué)成分組成及其質(zhì)量百分含量為：c：0.63-0.68％，si：1.10-1.20％，mn：0.60-0.70％，p≤0.025％，s≤0.025％，cr：0.30-0.40％，mo：0.50-0.60％，v：0.20-0.30％，ni：0.10-0.20％，cu≤0.25％，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。其化學(xué)成分和s2m高度相似。

4、一種不含馬氏體組織的合金手工具鋼盤(pán)條生產(chǎn)方法cn114752858a公開(kāi)了盤(pán)條化學(xué)成分組成及其質(zhì)量百分含量：c：0.57％～0.67％、si：1.11％～1.20％、mn：0.25％～0.33％、cr：0.31％～0.37％、mo：0.23％～0.29％、v：0.10％～0.14％、ni：0.04％～0.06％，以及痕量的p、s、o和n，其余為fe和其它不可避免的雜質(zhì)。其化學(xué)成分和s2m高度相似。

5、一種工具鋼線材的生產(chǎn)方法cn117051308a公開(kāi)了鋼的化學(xué)組成重量百分比為：c：0.65～0.75，si：1.00～1.40，mn：0.50～0.80，p≤0.025，s≤0.025，cr：0.30～0.60，mo：0.40～0.50，v：0.10～0.25,ni：0.10～0.30，nb：0.010～0.030，其余為fe和少量的雜質(zhì)。其化學(xué)成分和s2m高度相似。一種節(jié)能的高貝氏體含量的高合金工具用鋼盤(pán)條的制造方法cn114134399b公開(kāi)了所述盤(pán)條的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比包括c：0.60～0.75％，si：1.00～1.50％，mn：0.40～0.70％，p：≤0.020％，s：≤0.020％，cr：0.10～0.50％，mo：0.30～0.70％，v：0.15～0.30％，ni：0.05～0.40％其余為fe及不可避免的雜質(zhì)。其化學(xué)成分和s2m高度相似。

6、一種獲得全貝氏體組織的合金工具鋼盤(pán)條生產(chǎn)工藝cn11690801a公開(kāi)了所述盤(pán)條化學(xué)成分按照質(zhì)量百分比計(jì)，成分配比為c：0.63～0.70，si：1.00～1.20，mn：0.40～0.60，p≤0.025，s≤0.025，cr：0.20～0.40，ni：0.12～0.30，cu≤0.25，al：0.010～0.030，mo：0.40～0.50，v：0.15～0.25，nb：0.010～0.025，其余為fe及不可避免的雜質(zhì)。其化學(xué)成分和s2m高度相似。

7、一種高強(qiáng)度高耐磨性合金工具鋼及其冶煉方法cn202310995781.1公布了其化學(xué)成分：c：0.70％～0.76％，si：1.40％～1.60％，mn：0.50％～0.80％，cr：1.00％～1.20％，ni：0.20％～0.26％，v0.14％～0.20％，al：0.020％～0.040％，p≤0.025％、s≤0.020％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)。該鋼種成分是60si2crv的基礎(chǔ)上提高了碳含量，添加了一部分的ni，本質(zhì)上是一個(gè)彈簧鋼的設(shè)計(jì)思路，而且未見(jiàn)關(guān)于成品用途和性能的描述。

8、綜上所述，目前電動(dòng)批頭用鋼主要是s2m和針對(duì)s2m的少許調(diào)整，而有大調(diào)整的一種高強(qiáng)度高耐磨性合金工具鋼及其冶煉方法cn202310995781.1卻未見(jiàn)關(guān)于成品用途和性能的描述。所以到目前為止，尚無(wú)成品用途、性能和s2m一樣的其他成分的鋼種面世，更不要說(shuō)是和s2m用途、性能一樣但成本相對(duì)較低的產(chǎn)品。mo是貴重合金，每0.01％含量的成本就達(dá)32.6元/噸，如果mo下降0.20％，可降本652元/噸。所以如果開(kāi)發(fā)和s2m用途、性能一樣但成本相對(duì)低的替代產(chǎn)品會(huì)大幅提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。電動(dòng)批頭的性能主要有2個(gè)，一是硬度，要求58-60hrc，是一個(gè)基本要求，代表高耐磨性；另一個(gè)是疲勞壽命，關(guān)乎在實(shí)際使用時(shí)的使用壽命---減少更換批頭的次數(shù)，提高工作效率。

9、產(chǎn)品在進(jìn)行疲勞測(cè)試過(guò)程中，除了鋼成分外，鋼的偏析水平直接影響著下游的加工工藝和最終產(chǎn)品即批頭的各項(xiàng)性能，如中心偏析易形成硬而脆的馬氏體組織，導(dǎo)致運(yùn)輸脆斷或下游球化成本增加等問(wèn)題；同時(shí)，偏析也降低了批頭的疲勞壽命，所以提高產(chǎn)品的碳偏析水平非常必要。故針對(duì)于該產(chǎn)品的用途要根據(jù)電動(dòng)批頭性能進(jìn)行成分和工藝的合理設(shè)計(jì)，以滿足使用過(guò)程中高耐磨性能(高硬度)、高疲勞壽命的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種電動(dòng)批頭用鋼及其制備方法，以現(xiàn)有的s2m合金工具鋼成分為基礎(chǔ)，通過(guò)降低mo含量，優(yōu)化c、si、mn、cr、ni等成分、添加nb等強(qiáng)碳化物元素，采用合適的工藝流程和關(guān)鍵參數(shù)的控制，提供了一種低成本、高耐磨性、高疲勞壽命的合金工具鋼及其制備方法，能夠確保生產(chǎn)的鋼材成分穩(wěn)定、碳偏析控制水平高，和s2m制作的批頭相比，硬度相近，疲勞壽命高10-20％。

2、在本發(fā)明的成分設(shè)計(jì)中，mo含量降低幅度大，所以si、cr、ni等合金的含量有所提升；同降低mo含量帶來(lái)的成本下降幅度相比，提高si、cr、ni等合金含量帶來(lái)的成本提升幅度小，故本專(zhuān)利鋼的總成本會(huì)有較大幅度的下降。

3、為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的一種電動(dòng)批頭用鋼的成分按按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為：

4、[c]0.62％～0.69％、[si]1.60％～1.90％、[mn]0.40％～0.70％、[cr]0.40％～0.58％、[mo]0.18％～0.25％、[ni]0.20％～0.30％、[v]0.10％～0.16％、[nb]0.020％～0.030％、[al]0.025％～0.050％、[p]≤0.025％、[s]≤0.020％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)。

5、優(yōu)選的其化學(xué)成分按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為：[c]0.63％～0.67％、[si]1.70％～1.85％、

6、[mn]0.50％～0.60％、[cr]0.42％～0.55％、[mo]0.19％～0.23％、[ni]0.21％～0.24％、[v]0.11％～0.14％、[nb]0.020％～0.025％、[al]0.025％～0.035％、[p]≤0.015％、[s]≤0.010％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)。

7、本發(fā)明所制得的材料用于制作批頭，該產(chǎn)品對(duì)最終產(chǎn)品的硬度、疲勞壽命等具有極其嚴(yán)格的要求。在熱處理性能穩(wěn)定的條件下，影響產(chǎn)品最終性能的關(guān)鍵因素為化學(xué)成分的設(shè)計(jì)，某一性能除主要受某一元素影響外，又同時(shí)受多個(gè)元素的影響，所以，根據(jù)產(chǎn)品的用途需考慮多個(gè)元素的合理化設(shè)計(jì)。本發(fā)明成分設(shè)計(jì)的理由：

8、[c]是鋼中提高強(qiáng)度和硬度的最有效元素，固溶強(qiáng)化作用顯著，但含量過(guò)高會(huì)形成大塊碳化物，使鋼的韌性急劇下降；碳含量低，鋼的硬度低、耐磨性能不佳，本發(fā)明優(yōu)選為0.65％～0.67％。[si]提高鐵素體和奧氏體的硬度和強(qiáng)度其作用較mn、ni、cr、w、mo、v等更強(qiáng)；顯著提高鋼的彈性極限、屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比，并提高疲勞強(qiáng)度和疲勞比；在調(diào)質(zhì)鋼中加入一定量的硅，硅與鉻、鉬等結(jié)合，可改善抗氧化、耐腐蝕、耐熱等性能；另外，硅還作為常用的脫氧劑，部分替代鋁進(jìn)行脫氧，本發(fā)明優(yōu)選為1.75％～1.85％。

9、[mn]可以起到固溶強(qiáng)化的作用，提高鋼的強(qiáng)度，并能顯著提高鋼的淬透性，改善鋼的熱加工性能，能削弱和消除硫的不良影響，但錳含量過(guò)高易增加鋼的回火脆性能，本發(fā)明優(yōu)選為0.50～0.60％。

10、[cr]可以提高鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和耐蝕性能，又能提高鋼的抗氧化和耐腐蝕性能，但含量過(guò)高會(huì)降低鋼的韌性，本發(fā)明優(yōu)選為0.42％～0.55％。

11、[ni]強(qiáng)化鐵素體并細(xì)化和增多珠光體，提高鋼的強(qiáng)度，不顯著影響鋼的塑性；含鎳鋼的碳含量可適當(dāng)降低，因而可使韌性和塑性有所改善；提高鋼的疲勞抗力，減小鋼對(duì)缺口的敏感性，在高溫下有防銹和耐熱能力，本發(fā)明優(yōu)選為0.21％～0.24％。

12、[mo]對(duì)鐵素體有固溶強(qiáng)化作用,是強(qiáng)碳化物形成元素，其可以提高鋼的淬透性,與c元素結(jié)合形成特殊的碳化物,提高碳化物的穩(wěn)定性，從而提高鋼的強(qiáng)度；鉬對(duì)改善鋼的延展性和韌性以及耐磨性起到有利作用；由于鉬使形變強(qiáng)化后軟化和回復(fù)溫度，以及再結(jié)晶溫度提高，并強(qiáng)烈提高鐵素體的蠕變抗力，有效抑制滲碳體在450～600℃下的聚集，促進(jìn)特殊碳化物的析出，因而成為提高鋼的熱強(qiáng)性的最有效的合金元素。在本發(fā)明優(yōu)選為0.19％～0.23％。

13、[v]可以細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性，但含量過(guò)高易造成表面裂紋等缺陷，鉻、鎳、釩元素的同時(shí)加入，可以細(xì)化晶粒，提高工具鋼的強(qiáng)度、耐磨性、硬度、紅硬性、耐蝕性、韌性，改善鋼的疲勞抗力，降低鋼的低溫脆化轉(zhuǎn)變溫度等，本發(fā)明優(yōu)選為0.11％～0.14％。

14、[nb]強(qiáng)碳化物元素，能和鋼中的碳氮生成穩(wěn)定的碳化物和碳氮化物，主要起細(xì)化晶粒和提高強(qiáng)度的作用；鈮還可以通過(guò)誘導(dǎo)析出和控制冷卻速度，實(shí)現(xiàn)析出物彌散分布，在較寬的范圍內(nèi)調(diào)整鋼的韌性水平，本發(fā)明優(yōu)選為0.020％～0.025％。

15、[al]作為脫氧的關(guān)鍵元素，同時(shí)細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性，鋁還具有抗氧化、抗腐蝕能力，與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和高溫腐蝕能力，但含量過(guò)高會(huì)影響鋼的熱加工性能和焊接性能，本發(fā)明優(yōu)選為0.025％～0.035％。

16、[p]、[s]一般情況下為鋼中的有害元素，本發(fā)明優(yōu)選為[p]≤0.015％、[s]≤0.010％。

17、針對(duì)于一種電動(dòng)批頭用鋼及其制備方法，本發(fā)明還提供了一種其制備方法，包括轉(zhuǎn)爐冶煉、lf精煉、rh真空處理、大方坯連鑄，開(kāi)坯生產(chǎn)、軋坯精整、軋坯加熱、盤(pán)條軋制、盤(pán)條控冷等。步驟如下

18、(1)轉(zhuǎn)爐冶煉：轉(zhuǎn)爐按80％鐵水和20％廢鋼的重量比裝入，冶煉終點(diǎn)采用高拉碳操作，出鋼[c]大于0.05％，出鋼[p]小于0.015％，出鋼溫度大于1600℃，出鋼30s開(kāi)始分別加入脫氧劑、合金、增碳劑和渣料，出鋼結(jié)束采用雙擋操作，出鋼結(jié)束后鋼水吊至lf進(jìn)行精煉。

19、(2)lf精煉：lf前期視爐渣流動(dòng)性分批加入適量石灰和螢石(冰晶石)；精煉前中期使用電石、碳化硅或鋁粒脫氧、脫硫。精煉前期視鋼水a(chǎn)l含量可補(bǔ)喂適量鋁線，只允許補(bǔ)喂一次，確保成品目標(biāo)鋁含量。

20、(3)rh真空處理：鋼水至rh工位后頂升鋼包至真空槽，開(kāi)始循環(huán)抽真空，提升氣體采用氬氣，控制在105～125nm3/h，真空度小于67pa后，保壓15min后破空，取鋼水樣，根據(jù)樣品分析結(jié)果，采用喂鋁線調(diào)整al含量，再喂入50～100米鈣線進(jìn)行變性處理，軟吹15～20min后鋼水吊至連鑄進(jìn)行澆鑄。

21、(4)大方坯連鑄：連鑄開(kāi)澆前中包烘烤溫度大于1100℃，中包停止烘烤后內(nèi)部沖氬氣3～5min，開(kāi)澆后對(duì)中包鋼液面表面全程進(jìn)行保護(hù)澆注，中包采用整體水口澆鑄，澆鑄過(guò)熱度控制在20～30℃，每爐澆鑄結(jié)束鋼包內(nèi)留鋼渣。連鑄拉速按0.90m/min控制，一冷水回水溫差控制在4～6℃，二冷比水量為0.20l/kg，開(kāi)啟結(jié)晶器及末端電磁攪拌，凝固末端采用輕壓下，大方坯采用入坑緩冷，入坑溫度大于500℃，保溫時(shí)間大于42小時(shí)后方可出坑。

22、(5)開(kāi)坯生產(chǎn)：280mm×329mm鑄坯在總長(zhǎng)51m的加熱爐中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間高溫?cái)U(kuò)散，開(kāi)坯成160mm×160mm的軋坯，如何堆垛避風(fēng)冷卻。

23、(6)軋坯精整：160mm×160mm軋坯進(jìn)行精整扒皮，單邊扒皮深度2mm,然后進(jìn)行表面探傷。[(7)軋坯加熱：160mm×160mm軋坯在高線加熱爐中低溫加熱，加熱溫度1050～1100℃，加熱時(shí)間90～120分鐘，開(kāi)軋溫度950～1000℃。

24、(8)盤(pán)條軋制:軋坯經(jīng)粗軋、中軋、預(yù)精軋、精軋軋制成盤(pán)條進(jìn)入吐絲機(jī)，精軋軋制溫度880℃～920℃

25、(9)盤(pán)條吐絲溫度750～780℃，吐絲后進(jìn)行控制冷卻，集卷。

26、進(jìn)一步地，所述步驟(4)大方坯斷面名義尺寸為300mm×325mm，一冷水與電磁攪拌水溫差4-6℃；結(jié)晶器電磁攪拌290-310a，頻率1.8-2.2hz；末端電攪f-ems電流300-310a，頻率6-6.5/hz；凝固末端采用1#～5#輥進(jìn)行壓下，壓下量分別為2mm、4mm、7mm、5mm、3mm，總壓下量21mm。

27、進(jìn)一步，所述步驟(5)開(kāi)坯加熱爐分為5個(gè)溫度控制段，即預(yù)熱段、加熱i段、加熱ii段、均熱i段、均熱ii段；加熱溫度分別為≤800℃、1150℃-1220℃、1180℃-1250℃、1210℃-1250℃、1210℃-1250℃；開(kāi)軋溫1080-1180℃，總加熱時(shí)間823分鐘-975分鐘。