CN103993144A - 一种连铸大方坯生产h13模具用钢的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连铸大方坯生产H13模具用钢的方法，其包括：电炉冶炼→炉外精炼→连铸→铸坯加热→轧制→退火。本发明所述的连铸大方坯生产H13模具用钢的方法采用了铸坯浇铸+以轧代锻相配合的工艺方式以获得合金元素含量配比合理的模具用钢，其具有较高的硬度、强度和耐磨性，优异的韧性和塑性及良好的冷热疲劳性能，其所具备的优点为：1）各项综合力学性能优良；2）前期冶炼精炼成本低；3）生产工艺实施简单；4）模具用钢成材率高；5）提高生产效能和效率。

Description

一种连铸大方坯生产H13模具用钢的方法

技术领域

本发明涉及一种合金钢的制造方法，尤其涉及一种模具用钢的制造方法。背景技术

模具钢材是模具加工制造业中的重要材料，其直接影响模具加工、模具质量以及产品质量。其中H13钢作为模具用钢的典型钢种，在模具加工制造业中得到了长足地发展和广泛地应用。H13钢是一种5％Cr系中的中碳合金热作模具钢，其被大量地应用于热锻模具加工领域。该H13钢具有优异的韧性和良好的冷热疲劳性能，其在600℃工作条件下与室温下的机械性能基本相同，适合用于制造工作温度为600℃，对韧性和塑性都具有较高要求的模具。

基于上述的钢种特性，国内外都正在努力探究和拓展制造方法，以获得具有较低冶炼成本、合金化最合理的、具有最佳组织结构及优良综合性能的H13钢。目前，H13钢的现有生产工艺主要有以下3种：

（1）电炉（转炉）→炉外精炼→模铸→锻打→热处理，是最为传统的一种方式。自80年代以来，国内大部分特殊钢厂都采用这种方法，它是较为传统的一种工艺模式。

（2）电炉→炉外精炼→模铸→初轧棒材→热处理，这种生产工艺采用以轧代锻工艺使得生产能耗降低较多，同时生产收得率也有所提高。

（3）电炉→炉外精炼→模铸→电渣重熔→锻打→热处理，这样的工艺通常是为了生产纯净度要求更高、致密度、综合性能均匀以及偏析程度较好的用途材料，其也是目前世界上公认生产高品质H13模具用钢最广泛的工艺流程。

但是，上述三种生产工艺都存在较多缺点：第一，通过模铸工艺生产钢锭，H13模具用钢的成材率受到一定限制；第二，通过锻造方式来生产H13模具用钢，虽然可以有效地改善钢坯内部组织，但是锻造方式的生产效率较低，并且成品模具用钢的尺寸精度不高；第三，电渣重熔钢锭生产的钢坯也只适用于需求量较少的高端用途产品，其由于生产成本较高而无法满足一般民用H13模具用钢的生产制造。随着汽车制造、设备制造等行业的迅猛增长，H13模具用钢应用于民用领域的市场需求量也随之增长，因此，能够获得一种高效率、高品质及低成本的H13模具用钢生产工艺成为了相关生产企业的为之努力的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连铸大方坯生产H13模具用钢的方法，该方法采用连铸坯浇铸+以轧代锻工艺，所制造生产的H13模具用钢在不采用模铸工艺的前提下，既保证了H13模具用钢的各项综合力学性能，又提高了H13模具用钢的成材率，从而降低了生产成本并提升生产效率。

为了达到上述发明目的，本发明提供了一种连铸大方坯生产H13模具用钢的方法，其包括下列步骤：电炉冶炼→炉外精炼→连铸→铸坯加热→轧制→退火。

采用连铸大方坯工艺生产H13模具用钢，摒弃了现有技术中所采用的模铸方法，而是采用连铸+初轧轧制生产工艺，在大大提高H13模具用钢的成材率并降低生产成本的同时，还保证了所获得的H13模具用钢在成分控制、低倍组织，金相组织，非金属夹杂物、显微硬度及综合力学性能等方面都与采用现有模铸工艺所制造的H13模具用钢相当，满足部分民用领域对于H13模具用钢的市场需求。

进一步地，在上述退火步骤后还包括精整步骤。

进一步地，在上述炉外精炼步骤结束后，真空脱气高真空保温时间控制在10分钟以上，控制破真空后的镇静时间大于等于10分钟。

进一步地，在上述连铸步骤中，控制浇铸温度为1515～1525℃，控制二冷水比为0.23～0.26L/kg。

进一步地，在上述连铸步骤中，连铸机以0.55~0.7m/min的拉速恒速浇铸。

进一步地，在上述连铸步骤中，控制轻压下量为9~12mm。

进一步地，上述连铸步骤生产出的铸坯采用热装热送方式。铸坯采用热装热送方式可以缩短传搁时间，降低能耗损失。

进一步地，本发明所述的连铸大方坯生产H13模具用钢的方法采用步进式加热炉对铸坯进行加热，出钢温度为1215～1225℃。进步式加热炉可较快地均匀加热铸坯并完全消除粘钢故障。

进一步地，上述轧制步骤包括初轧和连轧，其中初轧温度＞1040℃，连轧温度＞950℃。

更进一步地，本发明所述的连铸大方坯生产H13模具用钢的方法，在上述轧制步骤结束后在12小时内进行退火热处理，控制退火温度为830~850℃，保温5小时左右，然后冷却至320~350℃出炉。

由于本发明所述的连铸大方坯生产H13模具用钢的方法采用了铸坯浇铸+以轧代锻相配合的工艺步骤以获得合金元素含量配比合理的模具用钢，其具有与模铸方式生产H13模具用钢相似的力学性能，即较高的硬度、强度和耐磨性，优异的韧性和塑性及良好的冷热疲劳性能。

与现有技术中采用模铸方式生产H13模具用钢相比较，本发明所述的连铸大方坯生产H13模具用钢的方法所具备的优点如下：

1)  各项综合力学性能优良；

2)  前期冶炼精炼成本低；

3)  生产工艺实施简单；

4)  模具用钢成材率高；

5)  提高生产效能和效率。

附图说明

图1显示了通过实施例1制造生产的H13模具用钢的微观组织。

图2显示了通过现有技术中的模铸工艺生产的H13模具用钢的微观组织。

具体实施方式

下面将结合具体实施例和说明书附图对于本发明所述的连铸大方坯生产H13模具用钢的方法做出进一步的详细说明，但是该说明并不构成对于本发明技术方案的不当限定。

实施例1-8

采用本发明的技术方案制造H13模具用钢的步骤如下，具体工艺参数详见表1：

1）  电炉冶炼：以30%的铁水比例进行混料冶炼并造渣；

2）  炉外精炼：全程吹氩，并采用FeAl及渣面脱氧剂脱氧；

3）  真空脱气：在炉外精炼结束后，真空脱气高真空保温时间控制在15分钟以上，控制破真空后的镇静时间为≥10分钟；

4）  连铸：浇铸温度为1515～1525℃，四流连铸机以0.6m/min的拉速恒速浇铸，控制轻压下量为10mm，控制二冷水比为0.23～0.26L/kg；

5）  加热：铸坯采用热装热送方式以减短传搁时间，降低能耗损失，采用步进式加热炉对铸坯进行加热，出钢温度为1215～1225℃；

6）  轧制：轧制包括初轧和连轧，其中初轧温度＞1040℃，连轧温度＞950℃，轧制成品规格为Ф130mm和Ф120mm，其中，用热锯进行锯切分段并在锯切时关闭高压冷却以避免轧制钢坯开裂；

7）  退火：轧制结束后在12小时内进行退火热处理，控制退火温度为850℃，退火保温5小时左右，然后冷却至350℃出炉；

8）  精整：将精整后的H13模具用钢检验入库。

表1实施例1-8中的H13模具用钢的具体工艺参数

同时，通过5个实验对于实施例1的H13模具用钢与采用对比例的模铸方法制造的H13模具用钢就化学成分，低倍组织，微观组织，非金属夹杂物和显微硬度等5个方面的指标进行对比，以考察通过两种不同方法所制造的H13模具用钢的性能。

实验1

分别沿实施例1和对比例的H13模具用钢的横截面截取厚度约为2mm试样，用光谱分析选取两个试样的三个不同位置的进行化学成分分析，其中a、b、c分别表示横截面截的心部，1/2R及1/4R处，三处不同位置的各化学成分配比含量如表2所示。

表2实施例1和对比例的H13模具用钢在三处不同位置的各化学成分配比

（wt.%，余量为Fe和其他不可避免的杂质）

由表2比较可知，实施例1与对比例的H13模具用钢除了Ni和Cu含量稍有差别外，它们均为电炉利用的废钢中的残留元素，其它的化学成分元素含量几乎没有差别。

实验2

对实施例1和对比例的H13模具用钢的两个试样分别进行腐蚀测试，并其查看低倍组织情况。低倍组织就是在低倍状态下观察到的宏观组织形貌。通过腐蚀测试后观察实际情况为实施例1和对比例的H13模具用钢的低倍组织并无明显的差别，即没有肉眼可见的缩孔、夹杂、分层、裂纹、气泡和白点等宏观缺陷。

实验3

分别对实施例1和对比例的H13模具用钢进行退火处理，并对退火后的两个试样进行金相观察。实施例1的H13模具用钢的退火态带状组织如图1所示，而对比例的H13模具用钢的退火态带状组织如图2所示。

图1和图2均显示了点状的细小颗粒为偏聚分布在基体的碳化物的微观组织。由图1和图2的比较可知，虽然在实施例1和对比例的H13模具用钢中均存在带状组织，但是实施例1的H13模具用钢的碳化物分布相较于对比例的H13模具用钢更加均匀。

实验4

分别对实施例1和对比例的H13模具用钢的两个试样进行非金属夹杂物评级，具体结果如表3所示。

表3实施例1和对比例的H13模具用钢中所含非金属夹杂物等级比对

序号	A	B	C	D
					实施例1	0.5	0.5	0.5	1.0
对比例	0.5	0.5	0.5	1.0

注：表3中的A,B,C,D为GB/T 10561-2005中非金属夹杂物评级。

由表3可知，实施例1和对比例的H13模具用钢中所含有的非金属夹杂物没有太大差别。

实验5

对于实施例1和对比例的H13模具用钢的两个试样在不同位置进行退火硬度的测定，测定结果如表4所示。

表4实施例1和对比例的H13模具用钢在5个不同位置的退火硬度测定

由表4可知，实施例1与对比例的H13模具用钢的平均退火硬度相接近，说明采用本方法所述铸大方坯生产H13模具用钢的方法并没有对H13模具用钢的显微硬度产生影响。

由于不同用途的模具钢材料对H13钢的性能要求各不相同，需要采用相适应的生产工艺来制造高端或是中低端的H13钢以达到最合理的综合性价比。根据实施例1-8并结合实验1-5的结果，本发明所述的连铸大方坯生产H13模具用钢的方法未采用通常的模铸+锻造工艺来生产H13模具用钢，而是采用连铸坯浇铸+初轧轧制工艺，避免模铸步骤中出现较多的头尾剪切率而导致成材率仅为80％左右，从而提高生产成本。

采用本发明的技术方案大大提高了生产效率和效能，其成材率可以高达到96%以上。同时，通过以轧代锻工艺，对于H13模具用钢的制造企业来说也降低了制造成本，这样就可以根据H13模具用钢在不同档次及用途分类，而采用不同生产工艺制造各种层次的产品，即利用本发明所述的连铸大方坯生产H13模具用钢的方法制造一些适用于中档用途的H13模具用钢，例如：横向性能要求不高的模具用钢，而这些模具用钢能够满足汽车制造及工业设备领域应用的需求。

本发明要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于上述实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种连铸大方坯生产H13模具用钢的方法，其特征在于，包括下列步骤：电炉冶炼→炉外精炼→连铸→铸坯加热→轧制→退火。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述退火步骤后还包括精整步骤。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述炉外精炼步骤结束后，真空脱气高真空保温时间控制在10分钟以上，控制破真空后的镇静时间大于等于10分钟。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：在所述连铸步骤，控制浇铸温度为1515～1525℃，控制二冷水比为0.23～0.26L/kg。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：在所述连铸步骤，连铸机以0.55~0.7m/min的拉速恒速浇铸。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：在所述连铸步骤，控制轻压下量为9~12mm。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：连铸步骤生产出的铸坯采用热装热送方式。

8.如权利要求1、2和4-7中任意一项所述的方法，其特征在于：采用步进式加热炉对铸坯进行加热，出钢温度为1215～1225℃。

9.如权利要求8或所述的方法，其特征在于：所述轧制步骤包括初轧和连轧，其中初轧温度＞1040℃，连轧温度＞950℃。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：轧制结束后在12小时内进行退火热处理，控制退火温度为830~850℃，保温5小时左右，然后冷却至320~350℃出炉。