CN102277532A - 一种冷作模具钢Cr8及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷作模具钢Cr8及其生产方法，所述冷作模具钢Cr8，其化学成分按照重量百分比配比如下：C：1.10～1.20％，Mn：0.30～0.60％，Si≤0.40％，P≤0.030％，S≤0.030％，Cr：7.00～8.00％，Cu≤0.25％，余量为铁。冷作模具钢Cr8的生产方法，按以下步骤进行：1)在中频炉中进行初步熔炼；2)出钢；3)在精炼炉中进行精炼，然后上连铸机；4)加热、轧制与热处理。本发明所述的冷作模具钢Cr8具有高硬度、高耐磨性、高淬透性和较好韧性的优点，能够避免由于韧性差导致脆裂的情况发生，同时具有价格低廉的优点。该生产方法具有工艺更简单、耗费时间少的优点。

Description

一种冷作模具钢Cr8及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种冷作模具钢Cr8及其生产方法。属于钢铁材料技术领域。

背景技术

目前，传统高碳高铬冷作模具钢常用牌号为Cr12和Cr12MoV，Cr12的化学成分(质量分数)如下：C：2.00～2.30％、Si≤0.40％、Mn≤0.40％、P≤0.030％、S≤0.030％、Cr：11.5～13.00％，余量为铁，其特点是由于高碳、高铬含量而具有高的硬度、强度和耐磨性，适宜制造高耐磨、微变形、高负荷服役条件下的冷作模具，但亦存在不足之处，Cr12钢碳含量超过2％，共晶碳化物不均匀性严重，使模具冲击韧性较差，易脆裂。Cr12MoV钢为避免韧性差的缺点，降低了碳含量同时加入钼和钒，减少且细化了共晶碳化物，从而改善了韧性，但由于碳含量降低，使其耐磨性降低，而且成本相对增加。

现有的Cr12系列冷作模具钢的生产方法是：电炉冶炼→精炼→铸锭→钢锭退火处理(有的需要：开坯→电渣重熔→钢锭→退火处理)→转锻造厂→加热→锻造→锻后热处理，这种方法虽然目前应用广泛，但是其存成本高、工艺繁杂的缺点。由于这类钢属于高碳高铬合金钢，要进行工艺改革难度较大，因此目前尚没有钢厂能够通过连铸连轧工艺生产成功。

发明内容

本发明的第一个目的，是为了克服现有的Cr12存在钢碳含量超过2％，共晶碳化物不均匀性严重，冲击韧性较差，易脆裂的缺点，提供一种具有高硬度、高耐磨性、高淬透性和较好韧性的冷作模具钢Cr8，能够避免由于韧性差导致脆裂的情况发生，同时具有价格低廉的特点。

本发明的第二个目的，是为了提供一种冷作模具钢Cr8的生产方法，该生产方法具有工艺更简单、耗费时间少的特点。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种冷作模具钢Cr8，其特点在于化学成分按照重量百分比配比如下：

C：1.10～1.20％，Mn：0.30～0.60％，Si≤0.40％，P≤0.030％，S≤0.030％，Cr：7.00～8.00％，Cu≤0.25％，余量为铁。

本发明的第一个目的还可以通过采取如下技术方案达到：

本发明的一种实施方案是：所述化学成分按照重量百分比配比优选如下：C：1.10～1.20％，Mn：0.30～0.60％，Si：0.01～0.40％，P：0.001～0.03％，S：0.001～0.03％，Cr：7.00～8.00％，Cu：0.01～0.25％，余量为铁。

本发明的一种实施方案是：所述化学成分按照重量百分比配比优选如下：C：1.15％，Mn：0.40％，Si：0.40％，P：0.030％，S：0.030％，Cr：7.5％，Cu：0.25％，余量为铁。

本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种冷作模具钢Cr8的生产方法，其特点在于按以下步骤进行：

1)初步熔炼，采用中频炉中进行初步熔炼：

首先，控制中频炉的出钢量为30-32T/炉，每炉配料结构为：Cr-Fe合金料4吨，废钢料27吨，高Mn合金料0.18吨；

其次，先在中频炉内加入部分废钢料，然后把调节碳含量的废电极块加入炉内，再添加废钢料直到把所述废电极块压住，通电熔炼直至废钢料开始融化；当炉内废钢化成钢水的部分小于或等于1/2时，取样分析，根据分析结果将炉内钢水中的C的重量百分含量调整为1.10～1.20％；当炉内废钢化成钢水的部分大于1/2时，取样分析，根据分析结果将炉内钢水中的Cr的重量百分比含量调整为7.00～8.00％；

2)出钢，当C和Cr的重量百分比含量达到工艺要求，即达到C的重量百分比含量调整为1.10～1.20％、Cr的重量百分比含量为7.00～8.00％时，将中频炉中的初步熔炼钢水转入钢包，从中频炉中转出的钢水的温度T＝1550～1580℃；

3)精炼、连铸，在精炼炉中进行精炼，然后上连铸机，方法如下：

首先，将第2)步形成的钢包放入精炼炉坑内，依次进行吹Ar(吹Ar是专业术语，一般吹Ar是通过底部的吹Ar装置进入钢包内的过程)、搅拌、加热后，再将脱氧造渣材料依次加入炉内进行脱氧造渣，即依次加入石灰、脱氧剂、硅铁和碳化硅，依次加入脱氧造渣材料的时间间隔为5-8分钟，保持还原气氛(还原气氛是专业术语，转炉中精炼时造渣的情况)，渣面脱氧；根据渣子的碱度加入萤石，以调整渣子的流动性；渣子的碱度是渣子的一种性质，合适的碱性能降低钢中氧的含量和提高脱硫率；

其次，当温度高于1500℃时，取样分析，根据分析结果将炉内钢水中的各化学成分的重量百分比含量调整为：C：1.10～1.20％，Mn：0.30～0.60％，Si≤0.40％，P≤0.030％，S≤0.030％，Cr：7.00～8.00％，Cu≤0.25％，余量为铁；

第三，加热升温至上连铸机温度要求值，停止加热，进入连铸机的喂丝工位，喂硅钙线80-100m后，软吹时间5-10min，软吹时以冒泡翻花为准，严禁吹破渣层；上连铸机温度以喂硅钙线后测温为准，温度为1590～1640℃；

第四，连铸时根据钢水温度来调整配水和拉速，拉出合格的连铸坯；

4)加热、轧制与热处理：

首先，拉出连铸坯后，迅速转入轧钢加热炉进行加热，其加热温度为1080～1120℃/h，加热时间2～3h，加热时严格控制加热速度和加热时间，避免过热过烧，加热完毕后进入HV850万能轧机进行轧制，终轧温度不低于800℃；

其次，轧制后立即采用电阻式热处理炉进行球化退火，最终得到冷作模具钢Cr8。

本发明的第二个目的还可以通过采取如下技术方案达到：

本发明的一种实施方案是：在步骤1)中，在调整钢水中的C的重量百分比含量时，当C的重量百分比含量略低于1.10～1.20％时，用C粉进行增C，保证C的重量百分比含量达到1.10～1.20％。

本发明的一种实施方案是：在步骤1)中，在调整钢水中的Cr的重量百分比含量时，当Cr的重量百分比含量高时，加入低Cr废钢融化降低Cr含量；当Cr的重量百分比含量低时，加入高Cr废钢融化来增加Cr含量；保证Cr的重量百分比含量达到7.00～8.00％。

本发明的一种实施方案是：在步骤2)中，所述的钢包具有以下特点：烘烤良好，内壁呈红包，或连用钢包；引流砂烘烤干燥，水口填砂密实，顶部呈山包状。

本发明的一种实施方案是：在步骤3)中，所述的辅助材料的用量为：石灰400～500Kg，脱氧剂100～150Kg，碳化硅50～60Kg。

本发明的一种实施方案是：在步骤3)中，在调整钢水中的各化学成分的重量百分比含量时：当Cr的重量百分比含量低时加入Cr-Fe，保证Cr的重量百分比含量达到7.00～8.00％；当Mn的重量百分比含量低时加入Mn-Fe，保证Mn的重量百分比含量达到0.30～0.60％；当Si的重量百分比含量低时加入Si-Fe，保证Si的重量百分比含量达到Si≤0.40％。

本发明的一种实施方案是：在步骤3)中，根据化验单将炉内钢水中的各化学成分的重量百分比含量调整为：C：1.15％，Mn：0.40％，Si：0.40％，P：0.030％，S：0.030％，Cr：7.5％，Cu：0.25％，余量为铁。

本发明的有益效果：

1、本发明所述的冷作模具钢Cr8与Cr12钢都属于高碳高铬莱氏体钢，但Cr8的共晶碳化物均匀性更好，使Cr8具有更高的韧性、塑形和高淬透性、耐磨性。淬火+低温回火后的Cr8与Cr12获得同样高的使用硬度，但Cr8韧性较好，减少制模加工的崩角，同时开裂倾向大幅度降低，提高了线切割与磨削加工的安全性。

2、本发明所述的冷作模具钢Cr8的生产方法比目前Cr12系列冷作模具钢的生产方法工艺更简单明了，耗费时间少，从原料到轧制诚模具扁钢仅需5～6h，且此钢种铬含量比Cr12和Cr12MoV钢有所降低，为保证高性能将碳、硅、锰含量进行了优化，可以保证高硬度(参照表一)、高耐磨性和较好的韧性，避免了Cr12钢韧性差容易脆裂的缺点，且适当增加硅、锰含量可以提高淬透性。Cr8钢低倍组织致密，硬度均匀，表面脱碳少，共晶碳化物不但颗粒细小且均匀性好，具有高硬度、高耐磨性和较好韧性等优点。价格低廉，质量优异，适宜制作高耐磨、微变形、高负荷条件下的冷作模具。

3、本发明所述的冷作模具钢Cr8具有用途广的优点。可用于高硬度、耐磨性好(Cr8钢的性能见表一)、兼有抗崩角性能的各类模具，冷剪机械刀片、下料模、深冲模具、冷镦模、搓丝板、拉丝模、钻套、卷边、压印模、量具、量规、样板等。

表一Cr8钢的性能表

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的作进一步详细描述。

具体实施例1：

一种冷作模具钢Cr8的生产方法，按以下步骤进行：

1)在中频炉中进行初步熔炼：

1-1)中频炉的出钢量：30-32T/炉，配料结构：Cr-Fe合金料配4t，废钢料配27t，高Mn合金料配180Kg；

1-2)先在中频炉内加入上述配料结构中德部分废钢料，然后把调节碳含量的废电极块加入炉内后，再加废钢料把废电极块压住，直至融化；当炉内钢水化清(废钢化成钢水)大约1/2时，取样分析，根据化验单结果将炉内钢水中的C的重量百分含量调整为1.10％，当C的重量百分含量略低于1.10％时，用C粉进行增C，保证C的重量百分含量达到1.10％；炉内废钢化清大于1/2时，取样分析，根据化验单将炉内钢水中的Cr的重量百分含量调整为7.00％；当Cr的重量百分含量高时，用低Cr废钢来冲淡Cr含量；当Cr的重量百分含量低时，用高Cr废钢来增加Cr含量，保证Cr的重量百分含量达到7.00％。

1-3)拨渣主要指把钢包内的渣子拨掉，因为此时的渣子氧含量较高，去除后有利于精炼炉的操作，为精炼炉操作提前做好准备。

2)出钢：当C和Cr的重量百分含量达到工艺要求，将中频炉中的初炼钢水转入钢包，出钢温度T＝1550～1580℃；新炉体不准使用新包、挖补包出钢。使用新包、挖补包出钢时，T＝1620～1630℃。所述的钢包具有以下特点：烘烤良好，呈红包，或连用钢包；引流砂烘烤干燥，水口填砂密实，顶部呈山包状。

3)在精炼炉中进行精炼、连铸：

3-1)将钢包入坑，吹Ar搅拌，加热，脱氧造渣材料分批进行，依次加入脱氧造渣材料的时间间隔为5-8分钟，保持还原气氛，渣面脱氧；辅助材料加入顺序及用量为：精炼炉送电后依次加入石灰、脱氧剂、硅铁粉、碳化硅、根据渣子的碱度加入萤石，调整渣子的流动性；一般用量为：石灰400～500Kg，脱氧剂100～150Kg，碳化硅50～60Kg。

3-2)当温度高于1500℃时，取样分析成分，根据化验单将炉内钢水中的各化学成分的重量百分含量调整为：C：1.10％，Mn：0.30％，Si：0.20％，P：0.010％，S：0.010％，Cr：7.00％，Cu：0.15％，余量为铁；当Cr的重量百分含量低时加入Cr-Fe；当Mn的重量百分含量低时加入Mn-Fe；当Si的重量百分含量低时加入Si-Fe。

3-3)当钢水中的各化学成分的重量百分含量调整到位后，加热升温至上连铸温度要求值，停止加热，进入喂丝工位，喂硅钙线80-100m后，软吹时间5-10min，软吹时以冒泡翻花为准，严禁吹破渣层；上连铸温度以喂硅钙线后测温为准，连续炉温度为1590～1640℃；

3-4)本品种液相线为1441℃，由于C和Cr含量较高，作为莱氏体钢，具有高强度高硬度特性，连铸拉坯困难，冶炼时C、Cr含量要严格控制。生产组织中，必须采取适宜的配水和拉速等技术参数才能拉出合格的连铸坯；钢浇到结晶后需进行冷却，这时要给适宜的水量冷却，同时要有适当的拉速，才能使连铸坯结晶好，不产生任何缺陷。配水及拉速的调整原则为：当钢水温度高时，调大配水量，降低拉速；当钢水温度低时，调小配水量，提高拉速。

4)加热、轧制与热处理：

4-1)连铸坯拉出后，必须迅速转入轧钢加热炉进行加热，其加热速度为250℃/h，加热时间2～3h，加热时严格控制加热速度和加热时间，避免过热过烧，加热完毕后进入HV850万能轧机进行轧制，该钢种轧制温度区间较小，终轧温度应不低于800℃；

4-2)轧制后立即采用电阻炉进行球化退火，最终得到冷作模具钢Cr8。高碳高铬冷作模具钢的轧后热处理是关键环节，轧制后应立即装炉进行球化退火。必须使用电阻炉，才能保证碳化物呈球状或颗粒状均匀分布，才能保证在最终热处理时获得优良的性能。

具体实施例2：

本实施例的特点是：在步骤3-2)中，当温度高于1500℃时，取样分析成分，根据化验单将炉内钢水中的各化学成分的重量百分含量调整为：C：1.15％，Mn：0.40％，Si：0.30％，P：0.020％，S：0.020％，Cr：7.50％，Cu：0.20％，余量为铁；其他与具体实施例1相同。

具体实施例3：

本实施例的特点是：在步骤3-2)中，当温度高于1500℃时，取样分析成分，根据化验单将炉内钢水中的各化学成分的重量百分含量调整为：C：1.20％，Mn：0.60％，Si：0.40％，P：0.030％，S：0.030％，Cr：8.00％，Cu：0.25％，余量为铁；其他与具体实施例1相同。

具体实施例4：

本实施例的特点是：在步骤3-2)中，当温度高于1500℃时，取样分析成分，根据化验单将炉内钢水中的各化学成分的重量百分含量调整为：C：1.20％，Mn：0.60％，Si：0.10％，P：0.025％，S：0.025％，Cr：7.80％，Cu：0.22％，余量为铁；其他与具体实施例1相同。

具体实施例5：

本实施例的特点是：在步骤3-2)中，当温度高于1500℃时，取样分析成分，根据化验单将炉内钢水中的各化学成分的重量百分含量调整为：C：1.15％，Mn：0.40％，Si：0.40％，P：0.030％，S：0.030％，Cr：7.5％，Cu：0.25％，余量为铁；其他与具体实施例1相同。

具体实施例6：

本实施例的特点是：在步骤3-2)中，当温度高于1500℃时，取样分析成分，根据化验单将炉内钢水中的各化学成分的重量百分含量调整为：C：1.10％，Mn：0.30％，Si：0.01％，P：0.001％，S：0.001％，Cr：7.00％，Cu：0.01％，余量为铁；其他与具体实施例1相同。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种冷作模具钢Cr8，其特征在于化学成分按照重量百分比配比如下：

C：1.10～1.20％，Mn：0.30～0.60％，Si：≤0.40％，P：≤0.03％，S：≤0.03％，Cr：7.00～8.00％，Cu：≤0.25％，余量为铁。

2.根据权利要求1所述的一种冷作模具钢Cr8，其特征是：所述化学成分按照重量百分比配比优选如下：C：1.10～1.20％，Mn：0.30～0.60％，Si：0.01～0.40％，P：0.001～0.03％，S：0.001～0.03％，Cr：7.00～8.00％，Cu：0.01～0.25％，余量为铁。

3.根据权利要求1所述的一种冷作模具钢Cr8，其特征是：所述化学成分按照重量百分比配比优选如下：C：1.15％，Mn：0.40％，Si：0.40％，P：0.030％，S：0.030％，Cr：7.5％，Cu：0.25％，余量为铁。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种冷作模具钢Cr8的生产方法，其特征在于按以下步骤进行：

1)初步熔炼，采用中频炉中进行初步熔炼：

首先，控制中频炉的出钢量为30-32T/炉，每炉配料结构为：Cr-Fe合金料4吨，废钢料27吨，高Mn合金料0.18吨；

其次，先在中频炉内加入部分废钢料，然后把调节碳含量的废电极块加入炉内，再添加废钢料直到把所述废电极块压住，通电熔炼直至废钢料开始融化；当炉内废钢化成钢水的部分小于或等于1/2时，取样分析，根据分析结果将炉内钢水中的C的质量百分含量调整为1.10～1.20％；当炉内废钢化成钢水的部分大于1/2时，取样分析，根据分析结果将炉内钢水中的Cr的重量百分比含量调整为7.00～8.00％；

2)出钢，当C和Cr的重量百分比含量达到工艺要求，即达到C的重量百分比含量调整为1.10～1.20％、Cr的重量百分比含量为7.00～8.00％时，将中频炉中的初步熔炼钢水转入钢包，从中频炉中转出的钢水的温度T＝1550～1580℃；

3)精炼、连铸，在精炼炉中进行精炼，然后上连铸机，方法如下：

首先，将第2)步形成的钢包放入精炼炉坑内，依次进行吹Ar、搅拌、加热后，再将脱氧造渣材料依次加入炉内进行脱氧造渣，即依次加入石灰、脱氧剂、硅铁和碳化硅，依次加入脱氧造渣材料的时间间隔为5-8分钟，保持还原气氛，渣面脱氧；根据渣子的碱度加入萤石，以调整渣子的流动性；

其次，当温度高于1500℃时，取样分析，根据分析结果将炉内钢水中的各化学成分的重量百分比含量调整为：C：1.10～1.20％，Mn：0.30～0.60％，Si≤0.40％，P≤0.030％，S≤0.030％，Cr：7.00～8.00％，Cu≤0.25％，余量为铁；

第三，加热升温至上连铸机温度要求值，停止加热，进入连铸机的喂丝工位，喂硅钙线80-100m后，软吹时间5-10min，软吹时以冒泡翻花为准，严禁吹破渣层；上连铸机温度以喂硅钙线后测温为准，温度为1590～1640℃；

第四，连铸时根据钢水温度来调整配水和拉速，拉出合格的连铸坯；

4)加热、轧制与热处理：

首先，拉出连铸坯后，迅速转入轧钢加热炉进行加热，其加热温度为1080～1120℃/h，加热时间2～3h，加热时严格控制加热速度和加热时间，避免过热过烧，加热完毕后进入HV850万能轧机进行轧制，终轧温度不低于800℃；

其次，轧制后立即采用电阻式热处理炉进行球化退火，最终得到冷作模具钢Cr8。

5.根据权利要求4所述的一种冷作模具钢Cr8的生产方法，其特征是：在步骤1)中，在调整钢水中的C的重量百分比含量时，当C的重量百分比含量略低于1.10～1.20％时，用C粉进行增C，保证C的重量百分比含量达到1.10～1.20％。

6.根据权利要求4所述的一种冷作模具钢Cr8的生产方法，其特征是：在步骤1)中，在调整钢水中的Cr的重量百分比含量时，当Cr的重量百分比含量高时，加入低Cr废钢融化降低Cr含量；当Cr的重量百分比含量低时，加入高Cr废钢融化来增加Cr含量；保证Cr的重量百分比含量达到7.00～8.00％。

7.根据权利要求4所述的一种冷作模具钢Cr8的生产方法，其特征是：在步骤2)中，所述的钢包具有以下特点：烘烤良好，内壁呈红包，或连用钢包；引流砂烘烤干燥，水口填砂密实，顶部呈山包状。

8.根据权利要求4所述的一种冷作模具钢Cr8的生产方法，其特征是：在步骤3)中，所述的辅助材料的用量为：石灰400～500Kg，脱氧剂100～150Kg，碳化硅50～60Kg。

9.根据权利要求4所述的一种冷作模具钢Cr8的生产方法，其特征是：在步骤3)中，在调整钢水中的各化学成分的重量百分比含量时：当Cr的重量百分比含量低时加入Cr-Fe，保证Cr的重量百分比含量达到7.00～8.00％；当Mn的重量百分比含量低时加入Mn-Fe，保证Mn的重量百分比含量达到0.30～0.60％；当Si的重量百分比含量低时加入Si-Fe，保证Si的重量百分比含量达到Si≤0.40％。

10.根据权利要求4所述的一种冷作模具钢Cr8的生产方法，其特征是在步骤3)中，根据化验单将炉内钢水中的各化学成分的重量百分比含量调整为：C：1.15％，Mn：0.40％，Si：0.40％，P：0.030％，S：0.030％，Cr：7.5％，Cu：0.25％，余量为铁。