本发明属于钢铁材料制作领域，具体来说涉及一种五金工具用钢盘条及其生产方法。
背景技术：
工具钢是指用以制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具等用途的一类钢种，具有较高的硬度和在高温下能保持高硬度和红硬性，以及高的耐磨性和适当的韧性，一般分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢。五金工具用钢是在碳素工具钢基础上加入铬、钼、钒、铌等合金元素以提高其淬透性、韧性、耐磨性和耐热性，主要用于制造高硬度内六角扳手，螺丝刀，批咀等手工工具。
因五金工具特殊的工作环境，要求其具有良好的耐磨性，即抵抗磨损的能力，在承受相当大的压力和摩擦力的条件下，仍能保持其形状和尺寸不变，并且具有一定的硬度、强度和韧性，使五金工具在工作中能够承受负荷、冲击、震动和弯曲等复杂的应力，以保证五金工具的正常使用，因此，对原材料的质量要求相当苛刻。目前，由现有的盘条制得的五金工具工作时棱角容易破碎、变形，难以承受较高的负荷，且使用寿命较短，磨损严重，难以满足高端五金工作的质量要求。
技术实现要素：
本发明针对现有盘条制得的五金工具工作时棱角容易破碎、变形，难以承受较高的负荷，且使用寿命较短、磨损严重，难以满足高端五金工作的问题，通过设计化学成分、工艺路线和关键工艺参数的选择，提供一种五金工具用钢盘条及其生产方法，确保钢盘条纯净度高、化学成份稳定、组织致密均匀、无明显脱碳层、贝氏体组织比例大、通条性好，完全满足高端五金工具用钢盘条技的各项术要求，最终制得的工具具有良好的耐磨性、高硬度、高韧性、能承受高扭矩、使用寿命长，避免在使用过程中棱角出现破碎，变形等情况。
本发明的五金工具用钢盘条，其化学成份按重量百分数计为：
[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％、[nb]0.020～0.050％、[p]≤0.020％、[s]≤0.015％，其余为al、fe和不可避免的杂质，
c是钢中提高强度和硬度的最有效元素，固溶强化作用显著，但含量过高会形成大块碳化物，使钢的韧性急剧下降，本发明中优选为0.67～0.71％；
si能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，和钼、铬等结合可以提高抗腐蚀性和抗氧化性能，但含量过高会使钢的焊接性能降低，本发明优选为0.90～1.05％；
mn可以起到固溶强化的作用，但锰含量过高易增加钢的回火脆性，本发明中优选为0.43～0.48％；
cr可以提高钢的强度、硬度、耐磨性和耐蚀性能，但含量过高会降低钢的韧性，本发明中优选为0.20～0.25％；
ni可以提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性，但镍是较稀缺的资源，本发明中优选为0.14～0.17％；
v可以细化组织晶粒，提高强度和韧性，但含量过高易造成表面裂纹等缺陷，本发明中优选为0.15～0.20％；
铬、镍、钒元素的同时加入，可以细化晶粒，提高工具钢的强度、耐磨性、硬度、红硬性、耐蚀性、韧性，改善钢的疲劳抗力，降低钢的低温脆化转变温度等；
mo能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，如强度、硬度、韧性、耐磨性，尤其是显著提高了其高温强度，但含量过高易出现铁素体δ相或其它脆性相而使韧性降低，本发明中优选为0.39～0.42％；
nb可以细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，具体为，在淬火前加热时防止晶粒长大，细化了晶粒，可以有助于减少晶粒边界上的碳化物量，从而改善韧性，以避免由局部高应力引起的脆性开裂，但含量过高使塑性和韧性有所下降，且易造成裂纹缺陷，本发明中优选为0.030～0.040％；
al可以细化晶粒，提高冲击韧性，但含量过高会影响钢的热加工性能和焊接性能等，并给冶炼、浇注等方面带来若干困难，本发明中优选为0.015～0.030％；
p、s为钢中的有害元素，本发明中优选为p≤0.015％、s≤0.010％，
为了满足最终用户的使用性要求，需要严格设计合金元素的种类及含量，并且有些合金元素量加多了可能会存在比较严重的质量隐患，如本发明中钼和铌的加入，本领域认为钼加入量较大时容易造成盘条马氏体比例大，盘条会出现脆断等不良现象；铌容易造成铸坯裂纹，进而转移到盘条表面，因此，还需要采用合适的工艺来避免这一类负面效果的产生。
对此，本发明还提供了一种上述五金工具用钢盘条的生产方法，包括转炉冶炼工序、lf精炼工序、rh真空脱气工序、方坯连铸工序(断面220mm*260mm)、轧制开坯(断面
160mm*160mm)、轧坯扒皮和盘条轧制工序，具体操作如下：
(1)转炉冶炼
转炉加入优质炼钢原料进行高枪位冶炼，全程底吹氩搅拌，采用低磷出钢技术，控制出钢[c]0.06～0.50％(重量百分比，下同)，出钢[p]≤0.010％，出钢1/4时随钢流依次顺序加入铝饼、合金和渣料，出钢过程采用挡渣球和滑板双重挡渣操作，出钢时间为3.5～5.5min，出钢完毕及时调整钢包氩气，避免钢液大面积裸露导致吸气，
作为优选，步骤(1)中采用的优质炼钢原料为废钢、生铁和优质铁水，其中，优质铁水磷含量小于0.09％，废钢占炼钢原料总重的7％～10％，生铁占炼钢原料总重的3％～5％，炼钢原料的总装入量135～142t/炉，转炉冶炼13～15min，出钢温度为1630～1680℃，出钢采用挡渣操作，下渣量不超过30mm，
作为优选，步骤(1)中的合金为硅锰、硅铁、高碳铬铁、镍板、钒铁、钼铁，
其中，相对于炼钢原料的加入量，铝饼0.50～0.70kg/t、硅锰7.0～7.5kg/t、硅铁14.5～14.9kg/t、高碳铬铁3.5～3.9kg/t、镍板1.50～1.55kg/t、钒铁4.0～4.5kg/t、钼铁6.3～6.8kg/t，
作为优选，步骤(1)中的渣料为石灰600kg/炉、合成渣400kg/炉；
(2)lf精炼
确保lf精炼炉密封良好、炉内为还原性气氛，精炼前喂铝线调铝至0.035～0.045％，精炼前中期使用碳化硅、铝粒强化脱氧和脱硫，后期采用碳化硅保持白渣操作，白渣时间≥30分钟，精炼时间≥40分钟，若取第一样al≤0.035％，喂铝丝线调整al至0.040％(可酌情调整)，lf铝含量调整次数只允许一次，
精炼炉白渣后加入铌铁0.35～0.45kg/t，钢包滑板只允许使用一次，精炼前中期和调成分阶段采用大氩气搅拌，精炼后期、末期适当降低氩气流量，lf吊包温度为，开浇：1605～1620℃，连浇：1570～1585℃，
进一步地，步骤(2)中精炼前喂铝线量为10～30m/炉，精炼前中期使用碳化硅80～100kg/炉、铝粒20～30kg/炉强化脱氧和脱硫操作，
进一步地，步骤(2)中精炼前中期和调成分阶段采用的大氩气的搅拌压力为0.9～1.1mpa，流量250～350nl/min，精炼后期、末期氩气压力调整为0.7～0.9mpa，流量180～250nl/min；
(3)rh真空脱气
rh真空脱气时确保真空度小于67pa，且保压时间≥15分钟，真空结束后喂入纯钙线，软吹前加碳化稻壳，随后进行软吹氩操作，软吹时间≥30min，软吹后吊包温度为，第一炉1545～1555℃，连浇炉1520～1535℃，
进一步地，步骤(3)中，纯钙线的喂入量为70～100m/炉，软吹氩搅拌压力为0.4～0.5mpa，流量80～100nl/min，
rh处理结束后的软吹氩弱搅拌对于夹杂物控制很重要，要控制好氩气流量，确保渣面微动，使钢液不裸露、不卷渣，保证好软吹氩的时间与效果，避免出现夹杂物上浮困难或钢液二次氧化、卷渣现象，确保钢水的纯净度；
(4)方坯连铸
连铸工序采用全程保护浇铸，采用塞棒中包和镁质挡墙，水口直径≥35mm，低过热度高拉速工艺，过热度控制在20～30℃，拉速控制在0.85±0.05m/min，连铸坯断面为220mm*260mm，
结晶器使用结晶器保护渣，一冷水流量为110±10m3/h，水温差6.5～8.5℃，二冷采用弱冷配水模式；铸坯采用步进式冷床出坯，坑冷“一”字型加盖36小时，不热送，确保连铸坯不弯曲，且表面质量良好，
作为优选，步骤(4)中，连铸全程保护浇铸，大包长水口氩封保护，中包使用覆盖剂和碳化稻壳，塞棒中包使用时间≤8小时，水口单渣线使用时间为5.0～6.0h，结晶器保护渣使用西宝高碳钢保护渣，碱度为r＝0.63～0.65，熔点1050～1070℃，粘度为0.40～0.45pa.s/1300℃；每隔3小时测量一次液渣层厚度，确保液渣层厚度为6～10mm；
进一步地，步骤(4)中的弱冷配水模式中，比水量0.20l/kg，二冷、足辊段均为气雾冷却，确保矫直段温度大于890℃；
(5)轧制开坯
通过控制好加热炉温度、加热时间、出钢节奏，对220mm*260mm的连铸坯直接进行较长时间的高温扩散工艺，可以有效促进碳扩散，减轻碳偏析，减少心部的马氏体组织，提高轧坯的质量，然后从加热炉出坯轧制成断面为160mm*160mm的轧坯，而假如直接用小方坯轧制，则偏析较为严重，产品质量不理想，
轧制开坯工序不仅需要控制好加热炉温度、加热时间、出钢节奏、轧制温度等参数，且轧坯入坑缓冷，避免发生弯曲及影响扒皮效果，轧坯断面为160mm*160mm，
作为优选，步骤(5)中，加热炉一段炉温1100±50℃，加热炉二段炉温1280±30℃，均热段炉温1260～1300℃，加热时间6～8小时，出钢节奏≥240秒/支，开轧温度1200±30℃，终轧温度1000±15℃，锯切温度≥500℃；
(6)轧坯扒皮
轧坯扒皮工序需控制好扒皮深度，确保脱碳层清除干净，扒皮完成后进行连铸坯探伤检验，确保表面质量良好，
作为优选，步骤(6)中扒皮深度为单边2～3mm，且扒下量均匀，扒皮过程中设置多次扒皮操作，减少砂轮压下量，避免砂轮与钢表面接触应力过大，产生新的裂纹，影响钢的表面质量，
轧坯扒皮工序可以完全清除高温扩散工艺开坯过程形成的表面脱碳，且在扒皮过程中不产生裂纹，可以确保轧坯的表面质量和表面脱碳控制，有效改善轧坯的质量；
(7)盘条轧制
严格控制扒皮后的轧坯在加热炉内的加热温度，盘条轧制前采用高压水除磷，确保开轧前氧化铁皮清除干净，轧制工序严格控制控轧控冷工艺参数，
作为优选，步骤(7)中，加热炉一段炉温750±50℃，加热炉二段炉温960～1020℃，均热段炉温980～1030℃，控轧控冷工艺参数为开轧温度920±30℃，精轧温度830±20℃，吐丝温度790±15℃，风机全部关闭，保温罩前两个打开，其余关闭，高压水除磷压力为16～22mpa，
步骤(6)中的扒皮操作虽将脱碳层清除干净了，但再次加热炉加热及冷却过程会形成新的脱碳，因此需要尽可能减少新形成的表面脱碳层深度，
而本发明在盘条轧制过程中采用较低温加热和控轧控冷工艺，可以明显减轻盘条表面的脱碳层深度，同时细化晶粒，提高贝氏体的比例，减少马氏体的比例，确保盘条通条性良好；采用高压力水除磷，可以在粗轧前将坯上的氧化铁皮清除干净，避免影响盘条的表面质量。
本发明的有益效果在于：本发明通过合理设计钢中各合金元素的含量，选择合理的工艺路线及关键参数，从而有效改善了五金工具用钢盘条的纯净度、表面脱碳、表面质量及金相组织等技术指标，生产出的五金工具用钢盘条纯净度高、化学成份稳定、内部组织致密均匀、无明显脱碳层、贝氏体组织比例大、通条性好，完全满足五金工具用钢盘条的各项技术要求，制得的工具具有良好的耐磨性、高硬度、高韧性、能承受高扭矩、使用寿命长等特性，提高了产品的市场竞争力，具有显著的经济效益和社会效益。
具体实施方式
生产工艺简述如下：
转炉冶炼→lf精炼→rh真空脱气→大方坯连铸(220mm*260mm)→轧制开坯(160mm*160mm)→轧坯扒皮→盘条轧制。
实施例1
(1)转炉冶炼
转炉进行高枪位冶炼，低磷出钢技术，全程底吹氩搅拌，采用的炼钢原料为废钢、生铁和铁水，其中，铁水磷含量小于0.09％，废钢占炼钢原料总重的9％，生铁占炼钢原料总重的4％，总装入量138t/炉，转炉冶炼14min，出钢[c]0.25％，出钢[p]0.008％，出钢温度1653℃，出钢1/4时随钢流依次加入铝饼0.60kg/t(相对于炼钢原料的加入量，下同)、硅锰7.2kg/t、硅铁14.7kg/t、高碳铬铁3.6kg/t、镍板1.52kg/t、钒铁4.2kg/t、钼铁6.5kg/t、石灰600kg/炉、合成渣400kg/炉，出钢过程采用挡渣球和滑板双重挡渣操作，出钢时间为4.0min，出钢完毕及时调整钢包氩气，避免钢液大面积裸露导致吸气；
(2)lf精炼
确保lf精炼炉密封良好，确保炉内还原性气氛，精炼前喂铝线22m/炉调铝至0.040％，精炼前中期使用碳化硅90kg/炉、铝粒25kg/炉强化脱氧和脱硫操作，后期采用碳化硅保持白渣操作，白渣时间35分钟，精炼时间45分钟，精炼炉白渣后加入铌铁0.39kg/t(相对于步骤(1)中炼钢原料的加入量)，钢包滑板使用一次，精炼前中期和调成分阶段采用大氩气搅拌，搅拌压力为1.0mpa，流量300nl/min，精炼后期、末期降低氩气流量，压力调整为0.8mpa，流量210nl/min，本炉次为开浇炉次，lf吊包温度为1610℃；
(3)rh真空脱气
rh真空脱气工序确保真空度小于67pa，保压时间16分钟，真空结束后喂入纯钙线80m/炉，软吹前加碳化稻壳，随后进行软吹氩操作，压力为0.45mpa，流量90nl/min，软吹时间32min，软吹后吊包温度为1550℃；
(4)方坯连铸
连铸工序采用全程保护浇铸，大包长水口氩封保护，中包使用覆盖剂和碳化稻壳，采用塞棒中包和镁质挡墙，水口直径40mm，水口单渣线使用时间为5.5h，过热度30℃，拉速0.80m/min，连铸坯断面为220mm*260mm；
结晶器使用西宝高碳钢保护渣，碱度为r＝0.64，熔点1060℃，粘度为0.43pa.s/1300℃；每隔3小时测量一次液渣层厚度，确保液渣层厚度为7～9mm，一冷水流量为110±10m3/h，水温差7.0～8.2℃，二冷采用弱冷配水模式，比水量0.20l/kg，二冷、足辊段均为气雾冷却，矫直段温度950℃；铸坯采用步进式冷床出坯，坑冷“一”字型加盖36小时，
(5)轧制开坯
将步骤(4)中得到的220mm*260mm的连铸坯进加热炉进行高温扩散处理，控制加热炉一段炉温1100℃，二段炉温1300℃，均热段炉温1290℃，加热时间7小时，出钢节奏270秒/支，从加热炉出坯后轧制成断面为160mm*160mm的轧坯，开轧温度1221℃，终轧温度1010℃，锯切温度550℃，轧坯入坑缓冷；
(6)轧坯扒皮
将步骤(5)中得到的160mm*160mm断面的轧坯进行扒皮操作，
轧坯扒皮工序控制好扒皮深度为单边3mm，确保脱碳层清除干净，扒皮过程中设置多次扒皮操作，减少砂轮压下量，扒皮完成后进行连铸坯探伤检验，确保表面质量；
(7)盘条轧制
将步骤(6)中扒皮后的轧坯轧制成尺寸更小的盘条，
盘条轧制工序加热炉一段炉温750℃，二段炉温990℃，均热段炉温995℃，开轧温度912℃，精轧温度825℃，吐丝温度795℃，风机全部关闭，保温罩前两个打开，其余关闭，高压水除磷压力为20mpa。
实施例2
步骤(1)中，废钢占炼钢原料总重的8.5％，生铁占炼钢原料总重的4.5％，总装入量139t/炉；
步骤(2)中改为连浇炉次，lf吊包温度1575℃；
步骤(3)中，软吹后吊包温度为1525℃；
步骤(4)中，连铸过热度为23℃，拉速为0.85m/min；
其余操作与实施例1相同。
实施例3
步骤(7)中，盘条轧制工序加热炉二段炉温992℃，均热段炉温997℃，开轧温度917℃，精轧温度832℃，吐丝温度796℃，其余操作与实施例2相同。
实施例4
步骤(1)中，出钢[c]0.20％，出钢[p]0.009％，出钢温度1665℃，其余操作与实施例2相同。
对比实施例1
将实施例1中的“rh真空脱气→大方坯连铸(220mm*260mm)→轧制开坯(160mm*160mm)→扒皮→盘条轧制”修改为传统的小方坯直接加热轧制盘条工艺，即“rh真空脱气→小方坯连铸(160mm*160mm)→扒皮→盘条轧制(加热炉内高温扩散)”，其他条件
同实施实例1。
对最终制得的盘条进行质量检验，表面脱碳层深度较深，为1.5％d(d为盘条的直径)，且中心马氏体比例非常高，达到70％，远差于本发明实例中制得的盘条的质量。
对比实施例2
将实施例1步骤(5)中的“加热炉二段炉温1300℃，均热段炉温1290℃，加热时间7小时”修改为“加热炉二段炉温1210℃，均热段炉温1200℃，加热时间5.5小时”，其他条件同实施实例1。
对制得的160mm*160mm断面的轧坯进行偏析检验，轧坯的偏析指数偏高，扩散效果不理想；对最终制得的盘条进行质量经检，盘条的马氏体比例明显升高，达到62％，盘条发生脆断现象，远差于本发明实施例中制备的钢材的质量。
对比实施例3
将实施例1步骤(7)中的“加热炉二段炉温990℃，均热段炉温995℃，开轧温度912℃”修改为“加热炉二段炉温1160℃，均热段炉温1165℃，开轧温度980℃”，其他条件同实施实例1。
对最终制得的盘条进行质量经检，盘表面脱碳层深度较深，达1.3％d(d为盘条直径)，远差于本发明实施例中制备的钢材的质量。
实施例1～4所制得的五金工具用钢盘条的成品化学成分、金相组织、脱碳层深度、气体含量和非金属夹杂物级别分别见表1、表2和表3所示：
表1实施例1～4所制备的钢盘条的成品化学成分(wt/％)
表2对各实施例、对比实施例制备的钢盘条进行金相组织、脱碳层、气体含量检验的结果
表3对实施例1～4所制备的钢盘条进行非金属夹杂物检验的结果