一种含矾合金工具钢及其生产工艺的制作方法

1.本发明属于工具钢技术领域，具体涉及一种含矾合金工具钢及其生产工艺。


背景技术：

2.随着高端手工具的发展，对工具钢疲劳性能和相应切削、加工性能的要求提高，碳素工具钢淬火后虽能达到高硬度和耐磨性，但淬透性和红硬性较差，已无法满足实际工况需求，合金工具钢在在碳素工具钢中加入si、mn、ni、cr、w、mo、v等合金元素，用于提高淬硬性、淬透性、耐磨性和韧性等，如40crv钢、60crv钢等，但仍存在以下缺陷：
3.(1)晶界能、钢的热敏感性和回火脆性较大，mn成分偏析使淬火晶粒易粗大、导致残余奥氏体增加，通过微合金细化晶粒和固溶强化提高强度，但增大钢的冷脆性，导致冷裂纹敏感性增大；(2)钢水纯净度、夹杂物数量和夹杂物形态影响钢的组织形态，采用铝脱氧工艺，夹杂物包括簇族状氧化铝夹杂、硫化锰、硅酸盐类夹杂，存在水口结瘤和脆性夹杂物对基体的损害，使热加工时钢在夹杂物界面上产生微裂纹，同时夹杂物阻碍位错运动，使塑性变形性困难引起应力裂纹；(3)浇铸过程中受凝固梯度影响，钢锭各部位渗碳能力不同，初生坯壳不均匀、结晶器与铸坯间的，引起碳偏析、中心疏松、中心缩孔、铸坯横截面1/2位置和铸坯角部产生纵向凹陷等缺陷，易产生网状碳化物、马氏体影响退火组织均匀性；(4)采用低温控轧工艺时受变形率、变形温度、变形速度等因素影响，铸坯温度不一致导致部分组织发生动态再结晶，奥氏体晶粒未能充分破碎，影响晶粒组织均匀性，导致热处理后奥氏体晶粒粗大，力学性能波动较大。(5)吐丝控冷不当导致碳化物在高温下析出，晶粒粗大、冷铁素体+过渡层深度过大，冷速过低而增加脱碳层厚度，未能充分发挥微合金作用，出现马氏体、贝氏体等异常组织，钢的强度和韧性难以兼顾。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一，本发明提供一种含矾合金工具钢及其生产工艺，控制钢水纯净度、夹杂物数量和夹杂物形态，细化铁素体晶粒尺寸，改善凹陷、角部裂纹，碳偏析、抗拉强度、韧性、淬透性和冷裂纹敏感性，有效降低力学性能波动，提高综合性能。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.一种含矾合金工具钢，其组成成分按质量分数计为：c：0.28-0.32％，mn：0.75-0.88％，si：0.05-0.1％，p：≤0.015％，s：≤0.01％，cr：0.35-0.46％，ni：0.22-0.31％，cu：≤0.03％，mo：≤0.03％，al：≤0.015％，ti：≤0.002％，v：0.09-0.12％，nb：0.008-0.023％，b：0.0015-0.003％，sn：≤0.003％，se：≤0.002％，[o]：≤0.0015％，[n]：≤0.005％；余量为fe和不可避免的杂质。
[0007]
上述含矾合金工具钢，进一步地，组成中mn/c控制在2.65-3，可以提高钢的抗拉强度和钢材淬透性，有利于针状铁素体的形核，nb+v控制在0.1-0.125，nb占v的10％-17％，控制nb与v有利于轧制控制、扩大铁素体的相变区，并通过(nb，v，ti)c析出物在奥氏体晶界和
铁素体晶内析出，在γ相向α相相变过程中促进铁素体形核，细化铁素体晶粒尺寸。
[0008]
上述含矾合金工具钢，进一步地，所述工具钢的铁素体+过渡层深度≤线材公称直径的0.9％，过渡层为局部脱碳的铁素体+珠光体，晶粒度≥9级，抗拉强度为970-1050mpa，屈服强度为810-914mpa，伸长率≥14％，断面收缩率≥54％，冲击功akv≥75j。
[0009]
上述含矾合金工具钢的成分设计依据为：
[0010]
(1)c含量的确定：c是影响耐磨性的重要元素，通过固溶强化和析出强化可明显提高钢的强度，但c过高会对钢的中心偏析、塑韧性和裂纹敏感性能带来不利影响，同时会增加脱碳倾向；本发明c含量的范围确定为0.28-0.32％。
[0011]
(2)mn含量的确定：mn作为炼钢过程的脱氧元素，高mn/c比可以通过固溶强化提高钢的抗拉强度和钢材淬透性，有利于针状铁素体的形核，mn还能固定钢中的硫的形态并形成对钢的性能危害较小的mns和(fe，mn)s，减少或抑制fes的生成，但mn元素含量过高会造成钢材中心偏析严重，淬火时晶粒粗大导致残余奥氏体增加；本发明mn含量的范围确定为0.75-0.88％。
[0012]
(3)si含量的确定：si为强化铁素体，可提高碳的活度和材料的基体强度，对材料屈服强度和抗拉强度有显著贡献；本发明si含量的范围确定为0.05-0.1％。
[0013]
(4)cr含量的确定：cr是碳化物形成元素，加热时溶入奥氏体的cr可以提高淬透性和耐磨性，能减小钢的过热倾向和表面脱碳速度；但cr含量过高会与钢中的碳结合，容易形成大块碳化物，导致塑性降低；本发明cr含量的范围确定为0.35-0.46％。
[0014]
(5)ni含量的确定：ni与铁以互溶的形式存在于钢中的α相和γ相中，通过ni与mo配合可以改善低温韧性，但ni过高易在晶界上形成nis网状组织而发生热脆；本发明ni含量的范围确定为0.22-0.31％。
[0015]
(6)cu含量的确定：cu有利于提高钢的强度、耐磨性和屈强比，本发明cu含量的范围确定为≤0.03％。
[0016]
(7)mo含量的确定：mo可以提高淬透性、热强性和碳化物的稳定性，提高钢中铁素体对蠕变的抗力，抑制渗碳体的聚集，促进弥散，本发明mo含量的范围确定为≤0.03％。
[0017]
(8)al含量的确定：al是炼钢中的脱氧定氮剂，能细化钢的晶粒，提高低温韧性，本发明al含量的范围确定为≤0.015％。
[0018]
(9)ti含量的确定：微合金元素ti通过细化晶粒和固溶强化提高强度，可以降低固溶n含量，改善热影响区的韧性，但ti过高，表面形状不规则的tin夹杂物影响疲劳寿命，本发明ti含量的范围确定为≤0.002％。
[0019]
(10)v含量的确定：v是微合金化钢最有效的强化元素之一，形成v(c/n)影响钢的组织和性能，在奥氏体晶界的铁素体中沉淀析出，在轧制过程中能抑制奥氏体的再结晶并阻止晶粒长大，细化铁素体晶粒，起到强化弥散作用，提高钢的强度和韧性，但v过高会增大钢的冷脆性，导致冷裂纹敏感性增大；本发明v含量的范围确定为0.09-0.12％。
[0020]
(11)nb含量的确定：nb与v、ti协同具有弥散强化作用，可以形成碳化铌、氮化铌、碳氮化铌等第二相，固溶起溶质拖拽作用，析出扎钉在奥氏体晶界；发明nb含量的范围确定为0.008-0.023％。
[0021]
(12)b含量的确定：微量b以间隙原子形式熔入奥氏体并可以吸附在奥氏体晶界上降低晶界能，阻碍碳原子扩散通道而提高淬透性、降低脱碳敏感性，同时提高钢韧脆转变温
度倾向；本发明b含量的范围确定为0.0015-0.003％。
[0022]
(13)sn含量的确定：sn过高会降低cu的溶解度和熔融相的熔点，使熔融相向晶界渗透，破坏晶界连续性而增加热脆性和表面裂纹；本发明sn含量的范围确定为≤0.003％。
[0023]
(14)se含量的确定：se在钢中以mnse存在，在热加工或热处理时，mnse可防止铁素体脱碳层而降低总脱碳层的厚度，本发明se含量的范围确定为≤0.002％。
[0024]
(15)p、s含量的确定：p在钢中严重引起凝固时的偏析，p溶于铁素体使晶粒扭曲、粗大，且增加冷脆性，本发明p含量的范围确定为≤0.015％；s元素可以与mn元素结合，形成硬脆的mns，提高钢材的切削加工性能，但过多的s含量，会使钢产生热脆性，降低钢的塑韧性，增加钢材中心偏析；本发明s含量的范围确定为≤0.01％。
[0025]
一种如上所述含矾合金工具钢的生产工艺，包括以下步骤：
[0026]
s1、电炉冶炼：将炼钢原料经铁水预处理kr脱硫、以氧气顶吹和双渣法电炉冶炼得到钢水，控制s≤0.005％，控制出钢终点碳含量为0.13～0.2％，终点磷含量≤0.008％，避免磷在结晶过程中产生晶内偏析而导致韧脆转变温度升高、发生冷脆现象，出钢温度控制在1645℃～1682℃；
[0027]
挡渣出钢且出钢过程进行脱氧合金化，按90-110t/炉钢水顺序加入4-4.5kg/t的铝锭、5-7kg/t的锰铁合金(femn78c2.0)、2-4kg/t的硅铁合金(fesi65)、3.6-4.3kg/t的石灰、2.5-3.5kg/t的铝酸钙和1-1.5kg/tcaf2，形成精炼初渣、调整精炼初渣的流动性，同时mn-al-si复合脱氧可消除阻碍al溶解的致密al2o3膜，将al单独的脱氧产物feo-al2o3变形为容易形成液态的feo-mgo-al2o3复合夹杂物，提高合金利用率和脱氧效率，终点[o]≤800ppm；
[0028]
s2、lf精炼：将步骤s1的钢水进lf站采用沉淀脱氧结合扩散脱氧精炼，按每吨钢加入1-1.5kg石灰、0.15-0.2kg铝丝造白渣，白渣时间≥20min，冶炼时间≥40min，通过足够白渣时间充分脱去钢水中的氧含量，合适的冶炼周期保证合金成分精准控制，夹杂物充分上浮去除，加入sic和casi进行扩散脱氧，sic和casi的质量比为1:1，sic和casi的总加入量为1-1.5kg/t钢，避免碱度过高增加脆性夹杂物，确保钢水纯净度，终点[o]≤150ppm；
[0029]
精炼前期氩气流量为210-280nl/min，适当调大氩气搅拌促进脱氧及合金化；精炼中期使用低碳铬铁(fecr69c1.0)、钼铁(femo55-b)、低碳硼铁(feb16c0.1)、铌铁(fenb50)，氩气流量为140-170nl/min，保持氩气中等氩气强度进行成分微调；精炼后期氩气流量70-120nl/min，避免钢水翻滚氧化，以1.1-1.3m/s的速度喂入0.5-0.8m/t的钙镁线，钙将钢液中不规则的al2o3和mgo-al2o3固态夹杂改性为球形al2o
3-cao和al2o
3-cao-mgo液态夹杂，镁与钢中的氧、硫反应使硫化物数量减小，促进mns夹杂向纺锤形和球形转变，mg-al-o夹杂弥散分布在钢液中，有效控制簇族状氧化铝夹杂，减轻浇铸过程中水口结瘤和脆性夹杂物对基体的损害；
[0030]
s3、vd真空脱气：将步骤s2的钢水vd站进行vd真空脱气处理，极限真空度≤68pa，保压时间不小于20min，保证造渣及脱氧去除夹杂物，软吹氩时间≥35min，氩气流量为12-32nl/min，强化脱氮动力、降低tin夹杂并使非金属夹杂物充分上浮，降低冷裂纹敏感性，破空后以0.7-1m/s的速度喂入0.2-0.4m/t的钙线进行弱钙处理，使部分长条状mns夹杂物转变为mns-cas的短条状复合夹杂物，以提高磨损率、降低疲劳裂纹，控制a、b、c、d类、ds类夹杂在1.0级以内；
[0031]
s4、连铸：将步骤s3的钢水以连铸机全程保护浇铸，中间包用碱度＞2.5的覆盖剂防止钢水二次氧化，防止增氧，控制过热度为10-25℃，避免过高的中包过热度或过热度波动加大影响结晶器内保护渣的融化、引起坯壳不均匀，促进等轴晶网络、阻止凝固前期柱状晶的形成；
[0032]
控制结晶器水流量为1880-1950l/min，控制铸坯表面温度在拉坯方向均匀下降，降低冷却强度避免坯壳局部收缩过快、增加热应力而导致铸坯凹陷，结晶器电磁搅拌参数为电流300-400a、频率3-4hz，末端电磁搅拌参数为电流120-130a、频率9-10hz，保证结晶器液位稳定、避免皮下夹杂，使铸坯内部钢水强制流动，促使液芯温度均匀，折断柱状晶晶梢，利于钢水补缩，改善中心偏析和疏松；
[0033]
二冷比水流量为0.68-0.85l/kg，拉速为1.2-1.6m/min，避免拉速过高造成水口注流对铸坯初生坯壳的冲击过强而导致坯壳变薄，铸坯在结晶器出口处的温升与足辊段窄面冷却强度不匹配导致铸坯鼓肚缺陷，避免拉速过低造成结晶器中下部的铸坯凝固收缩过早形成气隙，增大热组和热传递效率，铸坯角部供热量不足，影响坯壳均匀性并在薄弱处产生凹陷和角部裂纹，经矫直机矫直、定尺切割后及时入坑缓冷，控制铸坯入坑温度≥640℃，缓冷时间≥50h，出坑温度≤210℃，提高缓冷、保温效果，减小冷速以改善碳偏析，得到铸坯；
[0034]
s5、加热：将铸坯进入三段步进式加热炉，控制预热段温度为650-800℃，加热段温度为1040-1120℃，均热段温度为1070～1180℃，总加热时间控制在6-10h，避免温度过高造成奥氏体晶粒粗大和不均匀分布，避免温度过低影响微合金元素v/nb/ti的固溶度和奥氏体均匀化，有效地控制细化晶粒，保证奥氏体成分与组织均匀化，得到钢坯；
[0035]
s6、高压水除鳞：在除鳞水压≥20mpa，除鳞辊道速度≤0.9m/s，喷嘴打击力≥0.85n/mm2下除去钢坯表面氧化铁皮、确保产品表面质量；
[0036]
s7、轧制：经步骤s6的钢坯进轧制线经10道次粗轧、4道次中轧、8道次精轧和2道次减定径轧制为线材，控制开轧温度为1000～1050℃，粗轧冷速为4-6℃/s，中轧冷速为9-11℃/s，在奥氏体晶粒内形成亚结晶，使相变过程中形成细小铁素体晶粒，由中轧向精轧方向的穿水箱冷量逐渐减弱，使晶粒更细小、截面组织更均匀，入精轧机温度900-940℃，入减定径温度870-920℃，增加晶界面积、有利于v(c，n)的弥散析出，细晶强化作用明显，避免在引起铁素体析出的两相区轧制；
[0037]
粗轧各道次的变形率为21％-30％，通过大压下量消除钢坯内部缺陷，提高内部致密性，中轧各道次的变形率为16％-28％，有利于改善心部渗透性，保证组织均匀、降低各向异性，精轧各道次的变形率为12％-18％，控制奥氏体再结晶区进行大量热变形，使微合金元素在奥氏体晶界析出，扎钉奥氏体晶界而获得更多细小的奥氏体晶粒，控制未再结晶区进行热轧变形，在奥氏体晶粒内和晶界形成高密度亚晶界、位错胞等晶体缺陷，可以使微合金元素v/nb/ti在应变诱导作用下在高密度缺陷上析出，在γ相向α相相变过程中形成细小铁素体晶粒；
[0038]
s8、吐丝：在线材尾部采用夹送辊夹持，设定吐丝前夹送辊力矩参数为20-30％，避免热应力导致表面缺陷，吐丝机超前量设置为5-9％，进吐丝机吐丝为线材，吐丝温度为830-860℃，避免吐丝温度过高而增加脱碳层厚度，控冷过程中索氏体组织的充分转变而不会出现马氏体、贝氏体等异常组织；
[0039]
s9、斯太尔摩线冷却：线材进斯太尔摩线，初段辊道速度设定为0.12～0.16m/s，后
续辊道速度以0.02～0.03m/s的速度递增，提高各位置的温变均匀性，线材以1-2.5℃/s的冷速进入保温罩，一方面避免冷速过低而增加脱碳层厚度，充分发挥v微合金强化沉淀作用，另一方面避免冷速过高抑制微合金元素析出物的析出；
[0040]
控制进罩温度在650-720℃，在罩内以≤0.8℃/s的冷速完成罩内470-520℃的相变，v扎钉奥氏体晶粒，作为多边形铁素体的异质形核核心，在相变过程中促进奥氏体向铁素体和珠光体的相变，(ti，nb)(c，n)颗粒沿晶界析出，以高界面取代奥氏体界面、抑制贝氏体的转变，阻碍铁素体晶粒长大，在奥氏体晶界分离的nb可以抑制碳扩散，控制冷却形成细化铁素体晶粒和较细小的珠光体球团，减小珠光体片成间距、阻止碳化物在高温下析出，协调变形性更好，提高钢的强度和韧性，得到工具钢线材。
[0041]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0042]
(1)高mn/c比通过固溶强化、微量b以间隙原子吸附晶界提高钢的抗拉强度和钢材淬透性；通过(nb，v，ti)c析出物在奥氏体晶界和铁素体晶内析出，在γ相向α相相变过程中促进铁素体形核，细化铁素体晶粒尺寸，晶粒度≥9级；控制脱磷和脱氮降低冷裂纹敏感性，ni与mo配合改善低温韧性。
[0043]
(2)电炉冶炼调整精炼初渣的流动性并采用mn-al-si复合脱氧，lf精炼采用沉淀脱氧结合sic和casi扩散脱氧，lf精炼后期喂入钙镁线促进mns夹杂向纺锤形和球形转变，mg-al-o夹杂弥散分布，vd破空后喂入钙线形成mns-cas的短条状复合夹杂物，控制钢水纯净度、夹杂物数量和夹杂物形态，提高磨损率、降低疲劳裂纹。
[0044]
(3)连铸通过控制过热度和拉速促进等轴晶网络、控制铸坯表面温度在拉坯方向均匀下降、匹配结晶器出口处的温升与足辊段窄面冷却强度、表面薄弱处产生凹陷和角部裂纹，保证结晶器液位稳定，改善中心偏析和疏松，减小冷速以改善碳偏析。
[0045]
(4)三段步进式加热保证微合金固溶度和奥氏体均匀化，高压水除鳞后控制开轧温度、粗轧冷速、中轧冷速、由中轧向精轧方向的穿水箱冷量逐渐减弱、入精轧机温度、入减定径温度，使晶粒更细小、截面组织更均匀；通过各道次的变形率控制保证组织均匀、降低各向异性，使微合金元素v/nb/ti在应变诱导作用下在高密度缺陷上析出，细晶强化作用明显，降低力学性能波动。
[0046]
(5)控制吐丝温度和斯太尔摩线冷却，控冷过程中索氏体组织的充分转变，辊道速度递增提高温变均匀性，线材以1-2.5℃/s的冷速进入保温罩，在罩内以≤0.8℃/s的冷速完成相变，在相变过程中形成细化铁素体晶粒和较细小的珠光体球团，减小珠光体片成间距、阻止碳化物在高温下析出，铁素体+过渡层深度≤线材公称直径的0.9％，提高协调变形性、钢的强度和韧性。
具体实施方式
[0047]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0048]
实施例1：
[0049]
本发明所述一种含矾合金工具钢的一种较佳实施方式，规格为φ15mm，其组成成分按质量分数计为：c：0.29％，mn：0.84％，si：0.07％，p：0.012％，s：0.008％，cr：0.41％，ni：0.26％，cu：0.02％，mo：0.02％，al：0.01％，ti：0.002％，v：0.106％，nb：0.012％，b：
0.002％，sn：0.001％，se：0.001％，[o]：0.0012％，[n]：0.004％；余量为fe和不可避免的杂质，组成中mn/c为2.9，nb+v为0.118，nb占v的11.32％。
[0050]
上述含矾合金工具钢的生产工艺，包括以下步骤：
[0051]
s1、电炉冶炼：将炼钢原料经铁水预处理kr脱硫、以氧气顶吹和双渣法电炉冶炼得到钢水，控制s≤0.005％，控制出钢终点碳含量为0.15％，终点磷含量≤0.008％，出钢温度控制在1667℃；
[0052]
挡渣出钢且出钢过程进行脱氧合金化，按97t/炉钢水顺序加入4.2kg/t的铝锭、5.5kg/t的锰铁合金(femn78c2.0)、2.8kg/t的硅铁合金(fesi65)、4.1kg/t的石灰、2.8kg/t的铝酸钙和1.7kg/tcaf2，形成精炼初渣，终点[o]≤800ppm；
[0053]
s2、lf精炼：将步骤s1的钢水进lf站采用沉淀脱氧结合扩散脱氧精炼，按每吨钢加入1.3kg石灰、0.16kg铝丝造白渣，白渣时间为25min，冶炼时间为45min，加入sic和casi进行扩散脱氧，sic和casi的质量比为1:1，sic和casi的总加入量为1.35kg/t钢，终点[o]≤150ppm；
[0054]
精炼前期氩气流量为260nl/min；精炼中期使用低碳铬铁(fecr69c1.0)、钼铁(femo55-b)、低碳硼铁(feb16c0.1)、铌铁(fenb50)，氩气流量为148nl/min，进行成分微调；精炼后期氩气流量80nl/min，以1.2m/s的速度喂入0.7m/t的钙镁线；
[0055]
s3、vd真空脱气：将步骤s2的钢水vd站进行vd真空脱气处理，极限真空度≤68pa，保压时间30min，软吹氩时间38min，氩气流量为27nl/min，破空后以0.8m/s的速度喂入0.35m/t的钙线进行弱钙处理；
[0056]
s4、连铸：将步骤s3的钢水以150mm*150mm的连铸机全程保护浇铸，中间包用碱度＞2.5的覆盖剂防止钢水二次氧化，防止增氧，控制过热度为10-25℃；
[0057]
控制结晶器水流量为1900l/min，结晶器电磁搅拌参数为电流300a、频率3hz，末端电磁搅拌参数为电流120a、频率9hz；二冷比水流量为0.75l/kg，拉速为1.4m/min，经矫直机矫直、定尺切割后及时入坑缓冷，控制铸坯入坑温度660℃，缓冷时间52h，出坑温度200℃，得到铸坯；
[0058]
s5、加热：将铸坯进入三段步进式加热炉，控制预热段温度为650-800℃，预热段时间为3h，加热段温度为1050-1070℃，加热段时间为2h，均热段温度为1080～1120℃，均热段时间为2h，总加热时间控制在7h，得到钢坯；
[0059]
s6、高压水除鳞：在除鳞水压为21mpa，除鳞辊道速度为0.85m/s，喷嘴打击力为0.92n/mm2下除去钢坯表面氧化铁皮；
[0060]
s7、轧制：经步骤s6的钢坯进轧制线经10道次粗轧、4道次中轧、8道次精轧和2道次减定径轧制为线材，控制开轧温度为1042℃，粗轧冷速为4.5℃/s，粗轧各道次的变形率为27％，中轧冷速为10.2℃/s，中轧各道次的变形率为22％，入精轧机温度925℃，精轧各道次的变形率为17％，入减定径温度889℃；
[0061]
s8、吐丝：在线材尾部采用夹送辊夹持，设定吐丝前夹送辊力矩参数为24％，吐丝机超前量设置为7％，进吐丝机吐丝为线材，吐丝温度845℃；
[0062]
s9、斯太尔摩线冷却：线材进斯太尔摩线，初段辊道速度设定0.13m/s，后续辊道速度以0.02m/s的速度递增，线材以1.8℃/s的冷速进入保温罩，进罩温度在692℃，在罩内以0.75℃/s的冷速完成罩内485℃的相变，得到工具钢线材。
[0063]
实施例2：
[0064]
本发明所述一种含矾合金工具钢的一种较佳实施方式，规格为φ15mm，其组成成分按质量分数计为：c：0.28％，mn：0.77％，si：0.07％，p：0.012％，s：0.009％，cr：0.44％，ni：0.25％，cu：0.02％，mo：0.01％，al：0.014％，ti：0.001％，v：0.097％，nb：0.016％，b：0.0016％，sn：0.001％，se：0.001％，[o]：0.0012％，[n]：0.004％；余量为fe和不可避免的杂质，组成中mn/c为2.75，nb+v为0.113，nb占v的16.49％。
[0065]
上述含矾合金工具钢的生产工艺，包括以下步骤：
[0066]
s1、电炉冶炼：将炼钢原料经铁水预处理kr脱硫、以氧气顶吹和双渣法电炉冶炼得到钢水，控制s≤0.005％，控制出钢终点碳含量为0.16％，终点磷含量≤0.008％，出钢温度控制在1670℃；
[0067]
挡渣出钢且出钢过程进行脱氧合金化，按99t/炉钢水顺序加入4.1kg/t的铝锭、5.5kg/t的锰铁合金(femn78c2.0)、3.2kg/t的硅铁合金(fesi65)、3.9kg/t的石灰、2.8kg/t的铝酸钙和1.4kg/tcaf2，形成精炼初渣，终点[o]≤800ppm；
[0068]
s2、lf精炼：将步骤s1的钢水进lf站采用沉淀脱氧结合扩散脱氧精炼，按每吨钢加入1.2kg石灰、0.12kg铝丝造白渣，白渣时间为25min，冶炼时间为45min，加入sic和casi进行扩散脱氧，sic和casi的质量比为1:1，sic和casi的总加入量为1.45kg/t钢，终点[o]≤150ppm；
[0069]
精炼前期氩气流量为220nl/min；精炼中期使用低碳铬铁(fecr69c1.0)、钼铁(femo55-b)、低碳硼铁(feb16c0.1)、铌铁(fenb50)，氩气流量为150nl/min，进行成分微调；精炼后期氩气流量80nl/min，以1.25m/s的速度喂入0.7m/t的钙镁线；
[0070]
s3、vd真空脱气：将步骤s2的钢水vd站进行vd真空脱气处理，极限真空度≤68pa，保压时间为30min，软吹氩时间为40min，氩气流量为24nl/min，破空后以0.8m/s的速度喂入0.28m/t的钙线进行弱钙处理；
[0071]
s4、连铸：将步骤s3的钢水以150mm*150mm的连铸机全程保护浇铸，中间包用碱度＞2.5的覆盖剂防止钢水二次氧化，防止增氧，控制过热度为10-25℃；
[0072]
控制结晶器水流量为1920l/min，结晶器电磁搅拌参数为电流400a、频率4hz，末端电磁搅拌参数为电流120a、频率9hz；二冷比水流量为0.72l/kg，拉速为1.5m/min，经矫直机矫直、定尺切割后及时入坑缓冷，控制铸坯入坑温度为650℃，缓冷时间为55h，出坑温度为205℃，得到铸坯；
[0073]
s5、加热：将铸坯进入三段步进式加热炉，控制预热段温度为750-800℃，预热段时间为3.5h，加热段温度为1090-1110℃，加热段时间为2.5h，均热段温度为1110～1130℃，均热段时间为2h，总加热时间控制在8h，得到钢坯；
[0074]
s6、高压水除鳞：在除鳞水压为22mpa，除鳞辊道速度为0.8m/s，喷嘴打击力为0.9n/mm2下除去钢坯表面氧化铁皮；
[0075]
s7、轧制：经步骤s6的钢坯进轧制线经10道次粗轧、4道次中轧、8道次精轧和2道次减定径轧制为线材，控制开轧温度为1030℃，粗轧冷速为5℃/s，粗轧各道次的变形率为22％，中轧冷速为9.5℃/s，中轧各道次的变形率为26％，入精轧机温度910℃，精轧各道次的变形率为14％，入减定径温度为885℃；
[0076]
s8、吐丝：在线材尾部采用夹送辊夹持，设定吐丝前夹送辊力矩参数为25％，吐丝
机超前量设置为7％，进吐丝机吐丝为线材，吐丝温度为850℃；
[0077]
s9、斯太尔摩线冷却：线材进斯太尔摩线，初段辊道速度设定为0.14m/s，后续辊道速度以0.025m/s的速度递增，线材以1.8℃/s的冷速进入保温罩，进罩温度在710℃，在罩内以0.7℃/s的冷速完成罩内493℃的相变，得到工具钢线材。
[0078]
实施例3：
[0079]
本发明所述一种含矾合金工具钢的一种较佳实施方式，规格为φ15mm，其组成成分按质量分数计为：c：0.31％，mn：0.85％，si：0.04％，p：0.012％，s：0.008％，cr：0.41％，ni：0.27％，cu：0.01％，mo：0.02％，al：0.012％，ti：0.001％，v：0.095％，nb：0.013％，b：0.0022％，sn：0.001％，se：0.001％，[o]：≤0.0015％，[n]：≤0.005％；余量为fe和不可避免的杂质，组成中mn/c为2.74，nb+v为0.108，nb占v的13.68％。
[0080]
上述含矾合金工具钢的生产工艺，包括以下步骤：
[0081]
s1、电炉冶炼：将炼钢原料经铁水预处理kr脱硫、以氧气顶吹和双渣法电炉冶炼得到钢水，控制s≤0.005％，控制出钢终点碳含量为0.14％，终点磷含量≤0.008％，出钢温度控制在1658℃；
[0082]
挡渣出钢且出钢过程进行脱氧合金化，按102t/炉钢水顺序加入4.2kg/t的铝锭、6.5kg/t的锰铁合金(femn78c2.0)、3.1kg/t的硅铁合金(fesi65)、4.1kg/t的石灰、2.9kg/t的铝酸钙和1.2kg/tcaf2，形成精炼初渣，终点[o]≤800ppm；
[0083]
s2、lf精炼：将步骤s1的钢水进lf站采用沉淀脱氧结合扩散脱氧精炼，按每吨钢加入1.2kg石灰、0.18kg铝丝造白渣，白渣时间为25min，冶炼时间为45min，加入sic和casi进行扩散脱氧，sic和casi的质量比为1:1，sic和casi的总加入量为1.25kg/t钢，终点[o]≤150ppm；
[0084]
精炼前期氩气流量为280nl/min；精炼中期使用低碳铬铁(fecr69c1.0)、钼铁(femo55-b)、低碳硼铁(feb16c0.1)、铌铁(fenb50)，氩气流量为165nl/min，进行成分微调；精炼后期氩气流量90nl/min，以1.12m/s的速度喂入0.74m/t的钙镁线；
[0085]
s3、vd真空脱气：将步骤s2的钢水vd站进行vd真空脱气处理，极限真空度≤68pa，保压时间为25min，软吹氩时间为40min，氩气流量为24nl/min，破空后以0.8m/s的速度喂入0.32m/t的钙线进行弱钙处理；
[0086]
s4、连铸：将步骤s3的钢水以150mm*150mm的连铸机全程保护浇铸，中间包用碱度＞2.5的覆盖剂防止钢水二次氧化，防止增氧，控制过热度为10-25℃；
[0087]
控制结晶器水流量为1900l/min，结晶器电磁搅拌参数为电流300a、频率3hz，末端电磁搅拌参数为电流120a、频率9hz；二冷比水流量为0.84l/kg，拉速为1.4m/min，经矫直机矫直、定尺切割后及时入坑缓冷，控制铸坯入坑温度为672℃，缓冷时间为53h，出坑温度为204℃，得到铸坯；
[0088]
s5、加热：将铸坯进入三段步进式加热炉，控制预热段温度为650-700℃，预热段时间为3h，加热段温度为1070-1100℃，加热段时间为2.5h，均热段温度为1080～1145℃，均热段时间为2.5h，总加热时间控制在8h，得到钢坯；
[0089]
s6、高压水除鳞：在除鳞水压为21mpa，除鳞辊道速度为0.76m/s，喷嘴打击力为0.88n/mm2下除去钢坯表面氧化铁皮；
[0090]
s7、轧制：经步骤s6的钢坯进轧制线经10道次粗轧、4道次中轧、8道次精轧和2道次
减定径轧制为线材，控制开轧温度为1045℃，粗轧冷速为5.3℃/s，粗轧各道次的变形率为22％，中轧冷速为10.7℃/s，中轧各道次的变形率为18％，入精轧机温度915℃，精轧各道次的变形率为15％，入减定径温度904℃；
[0091]
s8、吐丝：在线材尾部采用夹送辊夹持，设定吐丝前夹送辊力矩参数为23％，吐丝机超前量设置为8％，进吐丝机吐丝为线材，吐丝温度844℃；
[0092]
s9、斯太尔摩线冷却：线材进斯太尔摩线，初段辊道速度设定为0.13m/s，后续辊道速度以0.03m/s的速度递增，线材以1.7℃/s的冷速进入保温罩，进罩温度在688℃，在罩内以0.73℃/s的冷速完成罩内501℃的相变，得到工具钢线材。
[0093]
实施例4：
[0094]
本发明所述一种含矾合金工具钢的一种较佳实施方式，规格为φ15mm，其组成成分按质量分数计为：c：0.29％，mn：0.85％，si：0.06％，p：0.012％，s：0.008％，cr：0.39％，ni：0.27％，cu：0.02％，mo：0.02％，al：0.009％，ti：0.001％，v：0.112％，nb：0.012％，b：0.002％，sn：0.001％，se：0.001％，[o]：0.0012％，[n]：0.004％；余量为fe和不可避免的杂质，组成中mn/c为2.93，nb+v为0.124，nb占v的10.71％。
[0095]
上述含矾合金工具钢的生产工艺，包括以下步骤：
[0096]
s1、电炉冶炼：将炼钢原料经铁水预处理kr脱硫、以氧气顶吹和双渣法电炉冶炼得到钢水，控制s≤0.005％，控制出钢终点碳含量为0.15％，终点磷含量≤0.008％，出钢温度控制在1679℃；
[0097]
挡渣出钢且出钢过程进行脱氧合金化，按106t/炉钢水顺序加入4.3kg/t的铝锭、6.4kg/t的锰铁合金(femn78c2.0)、3.7kg/t的硅铁合金(fesi65)、3.8kg/t的石灰、3.1kg/t的铝酸钙和1.1kg/tcaf2，形成精炼初渣，终点[o]≤800ppm；
[0098]
s2、lf精炼：将步骤s1的钢水进lf站采用沉淀脱氧结合扩散脱氧精炼，按每吨钢加入1.23kg石灰、0.17kg铝丝造白渣，白渣时间为22min，冶炼时间为42min，加入sic和casi进行扩散脱氧，sic和casi的质量比为1:1，sic和casi的总加入量为1.4kg/t钢，终点[o]≤150ppm；
[0099]
精炼前期氩气流量为240nl/min；精炼中期使用低碳铬铁(fecr69c1.0)、钼铁(femo55-b)、低碳硼铁(feb16c0.1)、铌铁(fenb50)，氩气流量为150nl/min，进行成分微调；精炼后期氩气流量80nl/min，以1.2m/s的速度喂入0.7m/t的钙镁线；
[0100]
s3、vd真空脱气：将步骤s2的钢水vd站进行vd真空脱气处理，极限真空度≤68pa，保压时间为22min，软吹氩时间为37min，氩气流量为26nl/min，破空后以0.8m/s的速度喂入0.36m/t的钙线进行弱钙处理；
[0101]
s4、连铸：将步骤s3的钢水以150mm*150mm的连铸机全程保护浇铸，中间包用碱度＞2.5的覆盖剂防止钢水二次氧化，防止增氧，控制过热度为10-25℃；
[0102]
控制结晶器水流量为1920l/min，结晶器电磁搅拌参数为电流400a、频率4hz，末端电磁搅拌参数为电流120a、频率9hz；二冷比水流量为0.75l/kg，拉速为1.4m/min，经矫直机矫直、定尺切割后及时入坑缓冷，控制铸坯入坑温度为660℃，缓冷时间为53h，出坑温度为200℃，得到铸坯；
[0103]
s5、加热将铸坯进入三段步进式加热炉，控制预热段温度为700-750℃，预热段时间为2.5h，加热段温度为1070-1100℃，加热段时间为2h，均热段温度为1150～1180℃，均热
段时间为2h，总加热时间控制在6.5h，得到钢坯；
[0104]
s6、高压水除鳞：在除鳞水压为22mpa，除鳞辊道速度为0.85m/s，喷嘴打击力为0.9n/mm2下除去钢坯表面氧化铁皮；
[0105]
s7、轧制：经步骤s6的钢坯进轧制线经10道次粗轧、4道次中轧、8道次精轧和2道次减定径轧制为线材，控制开轧温度为1025℃，粗轧冷速为4.6℃/s，粗轧各道次的变形率为25％，中轧冷速为10.5℃/s，中轧各道次的变形率为24％，入精轧机温度为918℃，精轧各道次的变形率为18％，入减定径温度910℃；
[0106]
s8、吐丝：在线材尾部采用夹送辊夹持，设定吐丝前夹送辊力矩参数为28％，吐丝机超前量设置为8％，进吐丝机吐丝为线材，吐丝温度852℃；
[0107]
s9、斯太尔摩线冷却：线材进斯太尔摩线，初段辊道速度设定为0.14m/s，后续辊道速度以0.023m/s的速度递增，线材以1.6℃/s的冷速进入保温罩，进罩温度在694℃，在罩内以0.77℃/s的冷速完成罩内489℃的相变，得到工具钢线材。
[0108]
对比例1：
[0109]
一种含矾合金工具钢，规格为φ15mm，其组成成分按质量分数计为：c：0.42％，mn：0.57％，si：0.32％，p：0.02％，s：0.01％，cr：0.92％，ni：0.02％，cu：0.02％，al：0.015％，v：0.2％，[o]：0.0012％，[n]：0.004％；余量为fe和不可避免的杂质，组成中mn/c为1.36。
[0110]
上述一种含矾合金工具钢，包括以下步骤：与实施例1的区别在于：
[0111]
s1、电炉冶炼：控制s≤0.008％，控制出钢终点碳含量为0.18％，终点磷含量≤0.015％，出钢温度控制在1685℃；
[0112]
挡渣出钢且出钢过程进行脱氧合金化，按97t/炉钢水顺序加入5.5kg/t的铝锭、8.2kg/t的硅锰合金(femn64si23)、4.3kg/t的石灰，形成精炼初渣，终点[o]≤900ppm；
[0113]
s2、lf精炼：将步骤s1的钢水进lf站采用al线沉淀脱氧，铝线用量为1.5～4kg/吨钢，白渣时间为25min，冶炼时间为45min，终点[o]≤150ppm；
[0114]
精炼前期氩气流量为270nl/min；精炼中期氩气流量为155nl/min，进行成分微调；精炼后期氩气流量98nl/min，以1.5m/s的速度喂入0.8m/t的硅钙线；
[0115]
s3、vd真空脱气：不进行喂钙线操作；
[0116]
s4、连铸：控制过热度为25-35℃；二冷比水流量为0.4l/kg，拉速为1.1m/min。
[0117]
s9、斯太尔摩线冷却：线材进斯太尔摩线，初段辊道速度设定为0.13m/s，后续辊道速度为0.15m/s，线材以2.8℃/s的冷速进入保温罩，进罩温度在625℃，在罩内以1.2℃/s的冷速完成罩内530℃的相变，得到工具钢线材。
[0118]
对比例2：
[0119]
一种含矾合金工具钢，规格为φ15mm，其组成成分按质量分数计为：c：0.38％，mn：0.85％，si：0.18％，p：0.03％，s：0.02％，cr：0.85％，ni：0.02％，cu：0.02％，al：0.009％，ti：0.001％，v：0.18％，nb：0.012％，b：0.002％，sn：0.001％，se：0.001％，[o]：0.0012％，[n]：0.008％；余量为fe和不可避免的杂质，组成中mn/c为2.24，nb+v为0.192，nb占v的6.67％。
[0120]
上述一种含矾合金工具钢，包括以下步骤：与实施例4的区别在于：
[0121]
s7、轧制：控制开轧温度为1060℃，粗轧冷速为6.5℃/s，粗轧各道次的变形率为32％，中轧冷速为8.4℃/s，中轧各道次的变形率为15％，入精轧机温度958℃，精轧各道次
的变形率为12％，入减定径温度942℃；
[0122]
s8、吐丝：在线材尾部采用夹送辊夹持，设定吐丝前夹送辊力矩参数为18％，吐丝机超前量设置为4％，进吐丝机吐丝为线材，吐丝温度为870℃；
[0123]
s9、斯太尔摩线冷却：线材进斯太尔摩线，初段辊道速度设定为0.13m/s，后续辊道速度为0.15m/s，线材以2.7℃/s的冷速进入保温罩，进罩温度在735℃，在罩内以1.2℃/s的冷速完成罩内612℃的相变，得到工具钢线材。
[0124]
将实施例1-4，对比例1的铸坯按照试验标准gb/t10561进行非金属夹杂物检验，其结果如下表1：
[0125]
表1
[0126][0127]
由表1可知，电炉冶炼调整精炼初渣的流动性并采用mn-al-si复合脱氧，lf精炼采用沉淀脱氧结合sic和casi扩散脱氧，替代铝脱氧工艺，lf精炼后期喂入钙镁线促进mns夹杂向纺锤形和球形转变，mg-al-o夹杂弥散分布，vd破空后喂入钙线进行弱钙处理，形成mns-cas的短条状复合夹杂物，替代硅钙线处理，可以有效控制钢水纯净度、夹杂物数量和夹杂物形态，控制a、b、c、d类、ds类夹杂在1.0级以内，利于提高磨损率、降低疲劳裂纹。
[0128]
将实施例1-4，对比例1的铸坯，按照试验标准gb/t226进行低倍组织检验，其结果如表2；
[0129]
表2
[0130][0131]
由表2可知，连铸通过控制过热度为10-25℃和拉速1.2-1.6m/min，促进等轴晶网络、控制铸坯表面温度在拉坯方向均匀下降、匹配结晶器出口处的温升与足辊段窄面冷却强度、表面薄弱处产生凹陷和角部裂纹，保证结晶器液位稳定，改善中心偏析和疏松，减小冷速以改善碳偏析。
[0132]
按照试验标准gb/t228.1进行拉伸检验，按照试验标准gb/t224进行脱碳层检验，按照gb/t6394进行晶粒度检验，按照试验标准yb/t5293进行冷顶段检验，其结果如表3
[0133]
表3
[0134][0135]
由表3可知，高mn/c比通过固溶强化、微量b以间隙原子吸附晶界提高钢的抗拉强度和钢材淬透性；nb+v控制在0.1-0.125，nb占v的10％-17％，通过(nb，v，ti)c析出物在奥氏体晶界和铁素体晶内析出，在γ相向α相相变过程中促进铁素体形核，细化铁素体晶粒尺寸，晶粒度≥9级；控制脱磷和脱氮降低冷裂纹敏感性，ni与mo配合改善低温韧性，冷顶锻试验后无裂纹。
[0136]
本发明三段步进式加热保证微合金固溶度和奥氏体均匀化，高压水除鳞后控制开轧温度为1000～1050℃，粗轧冷速为4-6℃/s，中轧冷速为9-11℃/s，由中轧向精轧方向的穿水箱冷量逐渐减弱、入精轧机温度900-940℃，入减定径温度870-920℃，使晶粒更细小、截面组织更均匀；通过各道次的变形率控制保证组织均匀、降低各向异性，使微合金元素v/nb/ti在应变诱导作用下在高密度缺陷上析出，细晶强化作用明显，有效降低力学性能波动。
[0137]
控制吐丝温度为830-860℃和斯太尔摩线冷却，控冷过程中索氏体组织的充分转变，辊道速度递增提高温变均匀性，线材以1-2.5℃/s的冷速进入保温罩，在罩内以≤0.8℃/s的冷速完成相变，在相变过程中形成细化铁素体晶粒和较细小的珠光体球团，减小珠光体片成间距、阻止碳化物在高温下析出，铁素体+过渡层深度≤线材公称直径的0.9％，晶粒度≥9级，抗拉强度为970-1050mpa，屈服强度为810-914mpa，伸长率≥14％，断面收缩率≥54％，冲击功akv≥75j，有效提高协调变形性、钢的强度和韧性。
[0138]
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。