专利名称：一种印刷用模切刀带钢的淬火工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于印刷行业，具体涉及一种印刷用模切刀带钢的淬火工艺。
背景技术：
在印刷包装行业的印后处理阶段，有一个印后模切成型工序，它所需的产品为印刷用模切刀(国内称为钢线刀)，模切刀是用不同硬度的热处理带钢经特殊工艺加工出不 同角度和形状的锋利刀口，经制版工人排成不同形状模切版去冲切或压切印刷纸张而得到 所需形状的产品，是一种印刷行业的专用成型模切刀具。加工模切刀的带钢热处理工艺和传统的热处理工艺有一定的区别，印刷行业要求 模切刀产品有很高弯曲性能，以便满足不同形状的印刷产品的成型模切。这对热处理工艺 提出了一个要求，要求热处理的带钢芯部达到HRC35-45范围内的某一硬度，同时在弯曲成 型时表面不能有裂痕。传统的热处理带钢工艺是光亮淬火工艺，其热处理气氛一般为高纯 氮或氨分解气氛，不能对带钢表面起到软化脱碳作用，因而无法满足本行业的要求。这种传 统热处理工艺在我国运用已经有二十多年，以至于我国模切刀产品在应用上一直处于低端 产品范畴内，国内在高端模切市场，一直以来被国外发达国家占据。其原因是在模切具有 60度锐角以下的图案时，用低端弯曲不好的模切刀只能用两片刀拼接成锐角，以至于在模 切时此处会起毛，切不干净，模切次数低等等毛病，也就是不能切出高精度的产品。目前尚未有专门用于解决印刷用工具钢存在的上述问题的工艺，如专利号为 ZL01800035. 5的中国发明专利，公开一种高碳钢板及其制备方法，但其关注于提供高碳钢 的淬透性和韧性，以满足齿轮等零件的需要；公告号CN2738967Y中国实用新型专利提供一 种加强边木质模切刀模板，其是用以提高模切刀使用寿命问题的；公开号CN101537641Y的 中国发明申请提供一种用于模切的刀皮，其是将模切辊筒的刀刃制成片状的刀皮，活动连 接在模切辊筒的实体上，以期降低模切辊筒因整体报废而造成的浪费，提高生产效率。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的缺陷，发明人经过多年来的摸索和试验，总结了一 套成熟的带钢表面可控厚度表面脱碳热处理工艺，用在带钢热处理生产线上，成功的解决 了以往国内模切刀产品弯曲成型差的缺点。为实现本发明解决印刷用模切刀产品所存在的所用热处理带钢弯曲性能差的缺 点的目的，发明人提供如下技术方案一种印刷用模切刀带钢的淬火工艺，包括在铅浴带钢淬火炉中，以水作为主脱碳 介质，以氨分解气体作为加热介质，在淬火加热温度下将带钢保温一定时间，其中，所述的 氨分解气体总流量为马弗管内容积3-5倍(m3/h)，其经主流量计分两路通入铅浴带钢淬火 炉的马弗管中，一路经分流量计直接经混合管进入马弗管，另一路进入加湿器混合水蒸汽 后经混合管进入马弗管；保温时间为t的3-4倍，其中，t = aXkXD = lX1.8XD(a-加热 系数分/毫米，k-带钢装炉系数，D-带钢有效厚度毫米)。
本发明的脱碳机理是奥氏体温度以下(即727°C以下)钢的脱碳过程是炉气内的H20、CO2, 02、H2和钢中的Fe3C反应的结果，这些反应式 如下Fe3C+H20 = 3Fe+C0+H2Fe3C+C02 = 3Fe+2C02Fe3C+02 = 6Fe+2C0Fe3C+2H2 = 3Fe+CH4这些成分中H2O的脱碳能力最强，其余依次是C02、02、H2在一定条件下也能促使钢 脱碳。奥氏体温度以上(即727°C以上)脱碳化学分子式 氧化化学分子式2〔C〕+O2 ；= 2C0 2Fe+02 — 2Fe0〔C〕+CO2- 2C0Fe 十FeO 十 CO[；G〕十HsO^^CO+H2Fe +H2O^ FeO + H2
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碳钢在高温下，在被氧化的同时，也会发生碳元素被氧化成气体有钢中逸出现象， 从而使带钢表面含碳量减低，称为脱碳。奥氏体温度下是脱掉碳化三铁中的碳，奥氏体温度 上是脱掉奥氏体组织中溶解的〔C〕，所以用方括号特别标示。实际生产中，氧化和脱碳是同 时出现的，两者的作用强弱主要取决于加热介质的氧化作用强弱程度决定，在强烈氧化气 氛中，主要形成氧化皮；在较弱氧化气氛中，则主要形成脱碳层。影响氧化脱碳的几个主要 因素有①温度和时间；②加热介质成分；③钢的化学成分。基于以上理论依据，结合带钢热处理加热时间段的特点，本发明技术方案选用了 脱碳能力最显著的水作为主脱碳介质，以氨分解气体作为阻止带钢氧化的加热介质。对于 本发明来说，脱碳气流调配的关键是把马弗管内气氛调配为较弱氧化性的气氛，为实现较 弱氧化性气氛，本发明采用氨分解气体经主流量计，分两路通入铅浴带钢淬火炉马弗管中， 一路经分流量计直接经混合管进入马弗管(是用于防止带钢高温氧化的保护气氛)，另一 路进入加湿器混合水蒸汽后经混合管通入马弗管(如附图1所示)。本发明工艺的特点是 用总分流量计的方式可避免液氨压力变化导致气氛氧化性改变的缺点。同时，在带钢无高 温氧化情况下，根据需求的带钢表面脱碳层深度，用温度高低调节通入马弗管内的水蒸汽 含量，从而调配出本发明所需的较弱氧化气氛，实现带钢所需的脱碳效果。脱碳深浅的控制 是主要通过控制加湿温度和调节增湿气氛量大小来实现的。作为优选，根据本发明所述的印刷用模切刀带钢的淬火工艺，其中，所述的带钢的 化学成分以质量计满足:C为0. 47-0. 55%、Si为0. 17-0. 37%、Mn为0. 50-0. 80%、Cr不 大于0. 25%,Ni不大于0. 30%,Cu不大于0. 25%、S不大于0. 035%及P不大于0. 035%。 发明人经过多次试验发现，带钢的化学成分满足上述要求，按照本发明的方法，所得产品可 以获得更好的脱碳效果，并满足印刷用模切刀对带钢弯曲成型的要求。作为优选，根据本发明所述的印刷用模切刀带钢的淬火工艺，其中，所述的加湿器中水温为80-85°C。本发明的特点是在带钢无高温氧化的情况下，根据需求的带钢表面脱碳 层深度，用温度高低调节通入马弗管内的水蒸汽含量，从而调节马弗管内气氛为较弱氧化 性的气氛，获得好的脱碳效果。水蒸汽量的大小用温度控制，和加湿器容积或体积无直接关 系。实际生产中，一般来说，把加湿器中水位高低控制在3cm以内即可。目测铅炉出口带钢 氧化皮，如果是银白色或者金黄色，并且光亮度高，则气氛为弱氧化脱碳气氛，若出炉带钢 发黑或发蓝，则说明气氛为较强氧化性的氧化气氛。当为较强氧化性气氛时，说明气氛中水 分过多，可通过减低水温或者减低加湿气氛的手段从而减低马弗管内气氛中的水含量。作为优选，根据本发明所述的印刷用模切刀带钢的淬火工艺，其中，所述的铅浴带 钢淬火炉采用分区控温，前两区温度设置为高于带钢临界点50-70°C，后两区温度设置为比 前两区温度高50-70°C。带钢前进速度的设置加热时间根据经验公式t = akD (a-加热系 数，单位分/毫米；K-工件装炉系数；D工件有校厚度，单位毫米)，根据带钢的特性和炉温 设置，取a = 1 ；k = 1.8，根据上述公式算出加热时间，然取其三至四倍就是带钢在马弗管 内总停留时间，大于上述时间带钢容易过热，小于该时间脱碳深度不够。作为优选，根据本发明所述的印刷用模切刀带钢的淬火工艺，其中，所述的氨分解 气体在炉温高于760°C时通入。其余时间炉体在升温过程中通入氮气保护。氨分解气流通 入后，应及时点火以防止爆炸。
作为优选，根据本发明所述的印刷用模切刀带钢的淬火工艺，其中，所述的进入加 湿器混合水蒸汽后经混合管进入马弗管的氨分解气体流量为马弗管内容积1倍(m3/h)。发 明人经大量试验研究表明，通入马弗管的总氨分解气体流量为35倍马弗管内容积(m3/h) 时，既能满足本发明的需求，又可很好的控制生产成本。其中关键是，通入加湿器混合水蒸 汽的那一路氨分解气体流量为与马弗管等内容积的量(m3/h)。此外，需要说明的是，直接经 分流量计经混合管进入马弗管的那一路氨分解气体，其主要是防止带钢高温氧化的保护气 氛，其流量为2倍马弗管内容积(m3/h)即可满足需要，其流量只有下限，没有上限，考虑生 产成本，其流量控制在2-4倍马弗管内容积(m3/h)。作为优选，根据本发明所述的印刷用模切刀带钢的淬火工艺，其中，所述的铅浴带 钢淬火炉有废气排放口，排放口的通径是通入马弗管道通径的二分之一。这样的设置，是让 马弗管内保持正压力，以便外界空气不能进入马弗管内。淬火处理后的带钢可通过下述方法检测脱碳效果，包括普通检测方法和精确检测 方法。普通检测方法是取带钢小段，用显微硬度计检测带钢表层和中芯硬度，根据其差值 判断脱碳深度。对本行业而言，表层和芯层差值在HRC7-10度可满足所有弯曲要。精确检 测方法是金相法，通过对带钢切面做金相试验，通过金相图判断脱碳情况，金相图见附图 2。此外，对带钢做弯曲试验，用成型机对试样进行弯曲，弯曲检测结果应该满足在弯曲半 径R = 0. 3-0. 5_条件下，弯至夹角小于30度时，弯曲A面处不能出现肉眼可见的裂痕(见 附图3)。经检测，本发明提供的带钢表层和芯层差值在HRC7-10度，可满足印刷用模切刀 产品所用热处理带钢所有弯曲需求。在弯曲半径R = 0.3-0. 5mm、夹角小于30度时，弯曲A 面处没有肉眼可见的裂痕。与现有技术相比，本发明申请具有以下优点解决了印刷用模切刀产品所用热处理带钢弯曲性能差的缺点，所得的带钢表层和芯层差值在HRC7-10度，可满足印刷用模切刀产品所用带钢所有弯曲需求。本发明的工艺运行稳定，工艺参数易于控制，生产成本低廉。
图1是本发明实施例1带钢淬火工艺示意图，图中，1是铅炉，2是废气点火口，3是 防暴器，4是马弗管，5是带钢，6是进气管，7是分流量计，8是总流量计，9是加湿器(加湿 器9包括测温电阻9-1，水位指示器9-2，加热管9-3，气流入口 9-4，气流出口 9_5)，9-6是 水位线。图2是实施例1带钢和淬火后带钢金相图(200X)，图中，1是全脱碳层，2是半脱
碳层，3是基层。图3是带钢弯曲检测示意图，图中，A是弯曲处，A所指地方不能出现肉眼可见的裂痕。
具体实施例方式下面结合实施例，更具体地说明本发明的内容。应当理解，本发明的实施并不局 限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。在本发明中，若非特指，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。实施例1本实施例中采用的是50#带钢。如附图1所示，本公司铅浴带钢淬火炉有四区温控，炉管总长8. 68米，炉管宽0. 45 米，炉管高0.24米，为方形炉管。经计算马弗管内容积为0.95立方米。根据本发明的要求 计算出总保护气氛量取上限3立方米，即通入马弗管内的总氨分解气体流量为3m3/h。炉温 设置，第一区925°C，第二区925°C，第三区940°C，第四区945°C。本发明图1所示的铅浴带 钢淬火炉，可同时加工规格为厚度0. 71毫米、宽24毫米的带钢六根(装炉量)，加湿器水温 设置为80°C，水位见附图1。气氛调制分流量计中氨分解气体流量为2立方米/小时，力口 湿器中氨分解气体流量为1立方米/小时。带钢加热完全奥氏体化时间t= 1.0x1.8x0.71 =1. 278分钟，由此计算出带钢总加热时间为四分钟，据此设置带钢前进速度为2. 2米每分 钟。铅平均温度设置为355摄氏度。所得带钢的淬火组织为下贝氏体和马氏体的混合(见 附图2)。按照上述工艺要求进行下述具体生产步骤(1)铅炉升温融化；(2)带钢穿入马弗管内，穿出铅炉，穿进牵引机；(3)升淬火段炉体温度(炉温高于760摄氏度，通入0. 5立方米/小时氨分解气 体，防止带钢高温氧化)；(4)炉温升到设定温度，通入2立方米/小时氨分解气体作为保护气和1立方米 /小时来自加湿器的混合水蒸汽的氨分解气体；(5)等待半小时，平衡马弗管内气氛比例；(6)开牵引机，设定带钢前进速度2. 2米/分钟
(7)取样，按照前面所述方法检测脱碳效果。本实施例所得产品其中芯硬度和表 层硬度差HRC5-7度，用成型机对试样进行弯曲试验，其弯曲处A目测无裂痕(在弯曲半径 R = O. 3-0. 5mm条件下，弯至夹角小于30度时，弯曲A面处目测没出现裂痕)，弯曲试验完 全能满足本行业成型要求。需要说明的是，本实施例中炉温设置偏高的原因是炉体电热丝和带钢位置较远， 测温点和带钢位置出温度有偏差的缘故。注R = 0. 3-0. 5mm是指弯曲成型机静模的尖角 圆弧半径。本实施例中的带钢生产线可日产优质热处理带钢3吨左右。本发明工艺成功的应用在本公司的五条带钢生产线上，使带钢的弯曲度达到了国 际先进水平，公司的产品也由原来的低端产品升级为中高端产品。产品远销一百多国家和 地区。用本发明工艺处理的不同脱碳深度的热处理带钢，目前在本公司月产量200吨，有百 分之五十销往国外。同时在国内，本公司生产的模切刀产品已成为高端模切的首选产品。尽管发明人已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对 于本领域一个熟练的技术人员来说，对上述实施例作出修改和/或变通或者采用等同的替 代方案是显然的，都不能脱离本发明精神的实质，本发 明中出现的术语用于对本发明技术 方案的阐述和理解，并不能构成对本发明的限制。
权利要求
一种印刷用模切刀带钢的淬火工艺，其特征在于，所述的淬火工艺包括在铅浴带钢淬火炉中，以水作为主脱碳介质，以氨分解气体作为加热介质，在淬火加热温度下将带钢保温一定时间，其中，所述的氨分解气体总流量为马弗管内容积3-5倍(m3/h)，其经主流量计分两路通入铅浴带钢淬火炉的马弗管中，一路经分流量计直接经混合管进入马弗管，另一路进入加湿器混合水蒸汽后经混合管进入马弗管；保温时间为t的3-4倍，其中，t＝a×k×D＝1×1.8×D(a-加热系数分/毫米，k-带钢装炉系数，D-带钢有效厚度毫米)。
2.如权利要求1所述的印刷用模切刀带钢的淬火工艺，其特征在于，所述的带钢的化 学成分以质量计满足:C为0. 47-0. 55%,Si为0. 17-0. 37%,Mn为0. 50-0. 80%、Cr不大于 0. 25%, Ni不大于0. 30%, Cu不大于0. 25%、 S不大于0. 035%及P不大于0. 035%。
3.如权利要求1所述的印刷用模切刀带钢的淬火工艺，其特征在于，所述的加湿器中 水温为80-85°C。
4.如权利要求1所述的印刷用模切刀带钢的淬火工艺，其特征在于，所述的铅浴带钢 淬火炉采用分区控温，前两区温度设置为高于带钢临界点50-70°C，后两区温度设置为比前 两区温度高50-70°C。
5.如权利要求1所述的印刷用模切刀带钢的淬火工艺，其特征在于，所述的氨分解气 体在炉温高于760°C时通入。
6.如权利要求1所述的印刷用模切刀带钢的淬火工艺，其特征在于，所述的进入加湿 器混合水蒸汽后经混合管进入马弗管的氨分解气体流量为马弗管内容积1倍(m3/h)。
7.如权利要求1所述的印刷用模切刀带钢的淬火工艺，其特征在于，所述的铅浴带钢 淬火炉有废气排放口，排放口的通径是通入马弗管道通径的二分之一。
全文摘要
本发明属于印刷行业，具体涉及一种印刷用模切刀带钢的淬火工艺。所述的淬火工艺包括在铅浴带钢淬火炉中，以水作为主脱碳介质，以氨分解气体作为加热介质，在淬火加热温度下将带钢保温一定时间，其中，所述的氨分解气体总流量为马弗管内容积3-5倍(m3/h)，其经主流量计分两路通入铅浴带钢淬火炉的马弗管中，一路经分流量计直接经混合管进入马弗管，另一路进入加湿器混合水蒸汽后经混合管进入马弗管；保温时间为t的3-4倍，其中，t＝a×k×D＝1×1.8×D(a-加热系数分/毫米，k-带钢装炉系数，D-带钢有效厚度 毫米)。本发明解决了印刷用模切刀产品所用热处理带钢弯曲性能差的缺点，可满足印刷用模切刀产品对弯曲需求。
文档编号C21D1/48GK101818233SQ20091031188
公开日2010年9月1日 申请日期2009年12月21日 优先权日2009年12月21日
发明者尹从平, 沈元杰 申请人:余姚市宝马印刷器材有限公司