一種熱作模具鋼板及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種熱作模具鋼板，該鋼板的化學(xué)成分按質(zhì)量百分數(shù)%計為，C：0.45～0.55，Si：0.20～0.80，Mn：0.50～0.80，Cr：3.00～3.50，Mo：1.30～1.80，V：0.05～0.20，Nb：0.02～0.10，Als：0.01～0.04，P≤0.015，S≤0.005，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。工藝流程為煉鋼?澆鑄鋼錠?加熱?開坯?擴氫?加熱?軋鋼?熱處理，提供了一種全新的熱作模具鋼板的生產(chǎn)方法，鋼板本身具有良好的綜合機械性能，其制備方法生產(chǎn)穩(wěn)定性好，工藝流程簡潔，便于大批量化生產(chǎn)熱作模具鋼。
【專利說明】
一種熱作模具鋼板及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及熱作模具鋼及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，我國模具鋼行業(yè)飛速發(fā)展，我國熱作模具鋼研究方面也取得了較大的進展，現(xiàn)代制造業(yè)的快速發(fā)展對熱作模具鋼的性能提出了更高的要求。提高熱作模具鋼性能主要有兩個途徑:一是優(yōu)化鋼種成分以及開發(fā)新鋼種；二是在已固定成分的基礎(chǔ)上改進生產(chǎn)流程以及優(yōu)化工藝技術(shù)。我國早在“十二五”規(guī)劃中即對熱作模具鋼的研發(fā)提出了明確的要求。
[0003]國內(nèi)熱作模具鋼以鍛材為主，也出現(xiàn)一部分以乳制工藝成材的圓棒，但乳制工藝成材的熱作模具鋼板生產(chǎn)規(guī)模難以擴大，原因主要為兩方面:一是普遍認為乳制工藝成材的熱作模具鋼板心部質(zhì)量較差，不適宜制作較為高檔的模具。二是國內(nèi)采用連鑄連乳法生產(chǎn)熱作模具鋼，整個工藝流程復(fù)雜，難以控制，產(chǎn)品合格率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種熱作模具鋼及其制備方法，利用中厚板乳機，以模鑄鋼錠成材，通過合理的加熱、乳制以及熱處理工藝，生產(chǎn)出加工性能良好、抗熱疲勞性能高、淬透性較好的鋼板。且工藝過程簡單，操作易控制，顯著提高產(chǎn)品的合格率。
[0005]本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案為:一種熱作模具鋼板，該鋼板的化學(xué)成分按質(zhì)量百分數(shù)％計為，(::0.45?0.55，51:0.20?0.80，]\111:0.50?0.80，0:3.00?3.50，10:1.30?1.80，￥:0.05?0.20，他:0.02?0.10，厶18:0.01?0.04，卩彡0.015，5彡0.005，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0006]本發(fā)明鋼板化學(xué)成分的設(shè)計原理如下:
C:碳的固溶強化作用顯著，是提高鋼板硬度和強度最為有效的元素。鋼板球化退火后，碳會以球狀碳化物的形式析出，有利于熱作模具鋼的切削加工。但是碳含量不宜過高，過高的含碳量會降低鋼板韌性，對熱作模具鋼的后續(xù)加工及使用不利，本發(fā)明控制碳的區(qū)間在0.45?0.55%。
[0007]S1:硅是煉鋼脫氧的必要元素，也具有一定的固溶強化作用，合適的硅含量能夠顯著提高鋼的彈性極限，屈服點以及抗拉強度，本發(fā)明控制硅的范圍在0.20?0.80%。
[0008]Mn:考慮到此熱作模具鋼的高溫乳制工藝，設(shè)定錳含量不宜過高，避免鋼種晶粒過分粗大的傾向，本發(fā)明控制錳的范圍在0.50-0.80%。
[0009]V:釩與碳形成的碳化物，可提高高溫高壓下鋼種抗氫腐蝕能力；釩是鋼鐵材料中較易固溶的合金元素，其形成的碳氮化物在沉淀強化方面具有獨特的優(yōu)勢，本發(fā)明控制釩的范圍在0.05-0.20%。
[0010]Nb:鈮是一種強碳氮化物形成元素，可以有效阻止均熱時奧氏體晶粒的長大，顯著提高鋼的無再結(jié)晶溫度，使鋼板能夠在較高和較寬的溫度范圍內(nèi)進行未再結(jié)晶乳制，本發(fā)明控制鈮的范圍在0.02-0.10% O
[0011 ] Cr:鉻是提高鋼淬透性的元素，能夠抑制多邊形鐵素體和珠光體的形成，促進低溫組織貝氏體或馬氏體的轉(zhuǎn)變，提高鋼的強度、硬度以及耐磨性，另外，鉻能夠提高鋼錠耐腐蝕性能。本發(fā)明中鉻含量控制在3.00?3.50% ο
[0012]Mo:鉬能夠細化鋼種晶粒，提高鋼的淬透性、熱強性能以及紅硬性，在高溫時保持足夠的強度與抗蠕變能力，本發(fā)明的鉬含量控制在1.30?1.80%。
[0013]Al:鋁是煉鋼過程中一種重要的脫氧元素，鋼水中加入微量的鋁，可以有效減少鋼中的夾雜物含量，并起到細化晶粒的作用。但過多的鋁會促進B類夾雜物的形成，降低鑄坯表面質(zhì)量，本發(fā)明中鋁含量控制在0.01?0.04% ο
[0014]本發(fā)明的熱作模具鋼板是以鋼錠乳制成材，制作方法的步驟如下:
1)冶煉:選用優(yōu)質(zhì)廢鋼進行電爐冶煉，采用爐底鋪石灰操作，提前造渣操作、爐前造泡沫渣冶煉及留鋼留渣操作，來得到低P鋼水;鋼水經(jīng)LF脫氧操作，對脫氧鋼水進行VD真空脫氣處理，要求極限真空度在67Pa以下，保壓時間不小于15min，之后喂硅鈣線，進行夾雜物變性，喂線后軟吹氬5min以上；
2)澆鑄:控制鋼水過熱度20?30°C，全程采用氬氣保護澆鑄，澆鑄成八角扁鋼錠；
3)加熱:鋼錠帶模熱送至乳鋼工序，帶模熱送時間:多7小時；鋼錠脫模后及時清理入爐，裝鋼后燜鋼6小時以上，以80?100°C/h的升溫速率，升溫至950-1000°C，保溫8-10小時后再以50?70°C/h的升溫速率，升溫至1220-1280°C，均熱段溫度1240-1260°C ；
4)開坯乳制:開乳溫度950-1050°C，采用低速大壓下工藝乳制，單道次壓下量彡10%，總壓縮比為50?60%;
5)擴氫:鋼錠開坯后入加熱爐加熱作擴氫處理，要求鋼坯表面溫度多550°C，入爐時爐溫>500°C，退火溫度設(shè)置為640± 10°C，保溫48小時及以上，保溫后隨爐冷卻;根據(jù)生產(chǎn)要求尺寸對鋼板帶溫分段，及時檢查鋼坯表面質(zhì)量，對有缺陷處帶溫清理；
6)鋼坯加熱:鋼坯帶溫入爐加熱，升溫速率、保溫時間以及最高加熱溫度參照步驟3)的鋼錠加熱參數(shù)；
7)乳鋼:包括粗乳和精乳兩段，粗乳開乳溫度1000±20°C，單道次壓下量多10%，精乳精確控制待溫厚度和溫度，待溫厚度100-150mm，待溫溫度900-940°C;乳制過程需2?3次高壓水除鱗，保證鋼板表面質(zhì)量;乳制結(jié)束前增加2?3平整道次，確保鋼板平直度，乳后鋼板及時入罩堆緩冷；
8)熱處理:鋼板入臺車爐作球化退火處理，鋼板入爐需選用尺寸大于鋼板的輔助厚板下鋪上蓋，鋼板疊加裝爐，鋼板之間不加墊塊，確保鋼板板型;鋼板分兩段溫度退火。第一階段保溫溫度840± 10°C，保溫時間3-8小時，以不大于30°C/小時的冷速冷至700± 10°C，進行第二階段保溫，保溫時間3-8小時，以不大于30°C/小時的冷速冷至300°C出爐，最終得到球化退火態(tài)熱作模具鋼板。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
(I)本發(fā)明的熱作模具鋼屬于中碳高合金鋼，裂紋敏感性強。為避免模鑄鋼錠脫模后冷卻過快產(chǎn)生表面裂紋，鋼錠需要帶溫入均熱爐，均熱爐需要預(yù)熱，設(shè)定燜鋼工序，減緩鋼錠冷卻速度。
[0016](2)本發(fā)明采用均熱爐對鋼錠進行加熱，設(shè)計分段加熱制度，嚴格設(shè)定加熱速率，確保加熱的通透，均勻。
[0017](3)鋼錠設(shè)置有開坯工序，在初乳高溫段采用低速大壓下工藝乳制，確保乳制變形能夠滲透到鑄坯中心部分。
[0018](4)本發(fā)明采用鋼材料擴氫工藝，通過實驗室摸索出該熱作模具鋼合理的擴氫溫度以及時間并應(yīng)用于實際生產(chǎn)。對鋼錠開坯后的鋼板進行擴氫熱處理，有助于提高大厚度鋼板的心部質(zhì)量，為進一步的乳制工序作良好的鋪墊。
[0019](5)本發(fā)明生產(chǎn)的熱作模具鋼板完善了企業(yè)的供貨品種，以乳材代替鍛材，解決了國內(nèi)以“連鑄-連乳”生產(chǎn)模式生產(chǎn)困難，產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，成品合格率低的技術(shù)難題。
[0020]本申請?zhí)峁┝艘环N全新的熱作模具鋼板的生產(chǎn)方法，鋼板本身具有良好的綜合機械性能，其制備方法生產(chǎn)穩(wěn)定性好，工藝流程簡潔，便于大批量化生產(chǎn)熱作模具鋼。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為本發(fā)明實施例中熱作模具鋼板沿1/4板厚處的組織形態(tài)圖；
圖2熱作模具鋼板球化退火工藝曲線圖；
圖3熱作模具鋼板球化退火裝爐示意圖。
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0023]—種熱作模具鋼板的生產(chǎn)工藝，該生產(chǎn)工藝采用合適的成分設(shè)計，屬于中碳高合金鋼，鋼板的化學(xué)成分按質(zhì)量百分數(shù)％為(::0.45?0.55，S1:0.20?0.80，Mn:0.50?0.80，Cr:3.00?3.50，Mo:1.30?1.80，V:0.05?0.20，Nb:0.02?0.10，Als:0.01?0.04，P<
0.015，S<0.005，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0024]具體步驟如下:
1)冶煉:選用優(yōu)質(zhì)廢鋼進行電爐冶煉，采用爐底鋪石灰操作，提前造渣操作、爐前造泡沫渣冶煉及留鋼留渣操作，來得到低P鋼水;鋼水經(jīng)LF脫氧操作，嚴格控制精煉時間，并進行喂線操作;對脫氧鋼水進行VD真空脫氣處理，要求極限真空度在67Pa以下，保壓時間不小于15min，之后喂硅鈣線，進行夾雜物變性，喂線后軟吹氬5min以上；
2)澆鑄:控制鋼水過熱度20?30°C，全程采用氬氣保護澆鑄，澆鑄成八角扁鋼錠；
3)加熱:鋼錠帶模熱送至乳鋼工序，帶模熱送時間:多7小時；鋼錠脫模后及時清理入爐，裝鋼后燜鋼6小時以上，以80?100°C/h的升溫速率，升溫至1000 °C，保溫8-10小時后再以50?70°C/h的升溫速率，升溫至1280°C，均熱段溫度1260°C ；
4)開坯乳制:開乳溫度950-1050°C，采用低速大壓下工藝乳制，單道次壓下量彡10%，總壓縮比為50?60%;
5)擴氫:鋼錠開坯后入加熱爐加熱作擴氫處理，要求鋼坯表面溫度多550°C，入爐時爐溫>500°C，退火溫度設(shè)置為640± 10°C，保溫48小時及以上，保溫后隨爐冷卻;根據(jù)生產(chǎn)要求尺寸對鋼板帶溫分段，及時檢查鋼坯表面質(zhì)量，對有缺陷處帶溫清理；
6)鋼坯加熱:鋼坯帶溫入爐加熱，升溫速率、保溫時間以及最高加熱溫度參照步驟3)的鋼錠加熱參數(shù)； 7)乳鋼:包括粗乳和精乳兩段，粗乳開乳溫度1000±20°C，單道次壓下量多10%，精乳精確控制待溫厚度，待溫厚度100-150mm，以及待溫溫度，900-940°C;乳制過程需2?3次高壓水除鱗，保證鋼板表面質(zhì)量;乳制結(jié)束前增加2?3平整道次，確保鋼板平直度，乳后鋼板及時入罩堆緩冷；
8)熱處理:鋼板入臺車爐作球化退火處理，鋼板入爐需選用尺寸大于鋼板的輔助厚板下鋪上蓋，鋼板疊加裝爐，鋼板之間不加墊塊，確保鋼板板型;鋼板分兩段溫度退火。第一階段保溫溫度840± 10°C，保溫時間3-8小時，以不大于30°C/小時的冷速冷至700± 10°C，進行第二階段保溫，保溫時間3-8小時，以不大于30°C/小時的冷速冷至300°C出爐，最終得到球化退火態(tài)熱作模具鋼板。
[0025]上述工藝生產(chǎn)的熱作模具鋼板可以滿足ASTM E381-01標(biāo)準，無縮孔、砂眼、氣泡存在，可以滿足S2-R2-C3要求。按照ASTM E-112規(guī)定，鋼板平均奧氏體晶粒度達到7.0級以上。按照ASTM E45(A法)檢驗夾雜物，夾雜物總級別不大于2.5級。鋼板組織均勻，如圖1所示，為熱作模具鋼板厚度1/4處的金相組織，組織中黑色球化物為球化退火形成的球化碳化物，球化退火后的鋼板硬度S229HB，滿足用戶的加工需求。利用該工藝生產(chǎn)的熱作模具鋼板在經(jīng)過“正火(空冷)+低溫回火”的熱處理之后硬度值達到56HRC以上，鋼板綜合性能良好，特別是晶粒度和鋼板表面質(zhì)量較鍛材有所提高，該工藝生產(chǎn)成本較鍛造成材工藝大幅度降低。
【主權(quán)項】
1.一種熱作模具鋼板，其特征在于:該鋼板的化學(xué)成分按質(zhì)量百分數(shù)%計為，C: 0.45?0.55，S1:0.20?0.80，Mn:0.50?0.80，Cr:3.00?3.50，Mo:1.30?1.80，V:0.05?0.20，Nb:0.02?0.10，Als:0.0l?0.04，P彡0.015，S彡0.005，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。2.—種制造權(quán)利要求1所述的熱作模具鋼板的方法，其特征在于:以鋼錠乳制成材，步驟如下: 1)冶煉:選用優(yōu)質(zhì)廢鋼進行電爐冶煉，采用爐底鋪石灰操作，提前造渣操作、爐前造泡沫渣冶煉及留鋼留渣操作，來得到低P鋼水;鋼水經(jīng)LF脫氧操作，并進行喂線操作;對脫氧鋼水進行VD真空脫氣處理，要求極限真空度在67Pa以下，保壓時間不小于15min，之后喂硅鈣線，進行夾雜物變性，喂線后軟吹氬5min以上； 2)澆鑄:控制鋼水過熱度20?300C，全程采用氬氣保護澆鑄，澆鑄成八角扁鋼錠； 3)加熱:鋼錠帶模熱送至乳鋼工序，帶模熱送時間:多7小時；鋼錠脫模后及時清理入爐，裝鋼后燜鋼6小時以上，以80?100°C/h的升溫速率，升溫至950-1000°C，保溫8-10小時后再以50?70°C/h的升溫速率，升溫至1220-1280°C，均熱段溫度1240-1260°C ； 4)開坯乳制:開乳溫度950-1050°C，采用低速大壓下工藝乳制，單道次壓下量彡10%，總壓縮比為50?60%; 5)擴氫:鋼錠開坯后入加熱爐加熱作擴氫處理，要求鋼坯表面溫度多550°C，入爐時爐溫>500°C，退火溫度設(shè)置為640± 10°C，保溫48小時及以上，保溫后隨爐冷卻;根據(jù)生產(chǎn)要求尺寸對鋼板帶溫分段，及時檢查鋼坯表面質(zhì)量，對有缺陷處帶溫清理； 6)鋼坯加熱:鋼坯帶溫入爐加熱，升溫速率、保溫時間以及最高加熱溫度參照步驟3)的鋼錠加熱參數(shù)； 7)乳鋼:包括粗乳和精乳兩段，粗乳開乳溫度1000± 20°C，單道次壓下量多10%，精乳精確控制待溫厚度，待溫厚度100-150mm，以及待溫溫度900-940°C;乳制過程需2?3次高壓水除鱗，保證鋼板表面質(zhì)量;乳制結(jié)束前增加2?3平整道次，確保鋼板平直度，乳后鋼板及時入罩堆緩冷； 8)熱處理:鋼板入臺車爐作球化退火處理，鋼板入爐需選用尺寸大于鋼板的輔助厚板下鋪上蓋，鋼板疊加裝爐，鋼板之間不加墊塊，確保鋼板板型;鋼板分兩段溫度退火，第一階段保溫溫度840± 10°C，保溫時間3-8小時，以不大于30°C/小時的冷速冷至700± 10°C，進行第二階段保溫，保溫時間3-8小時，以不大于30°C/小時的冷速冷至300°C出爐，最終得到球化退火態(tài)熱作模具鋼板。
【文檔編號】C21D8/02GK106086673SQ201610459770
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】何廣霞, 黃軍, 李經(jīng)濤, 葛恒貴, 吳揚, 任振海, 韓雷, 王柯
【申請人】江陰興澄特種鋼鐵有限公司