CN102896466A

CN102896466A - 一种150～400mm厚塑料模具用钢板的生产方法

Info

Publication number: CN102896466A
Application number: CN2012102641805A
Authority: CN
Inventors: 孙卫华; 赵乾; 马兴云; 崔健
Original assignee: Jinan Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Jinan Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2032-07-27
Also published as: CN102896466B

Abstract

本发明公开了一种150～400mm厚塑料模具用钢板的生产方法，属金属材料领域。该工艺以连铸板坯为原料，其包含如下化学成分（质量百分比）：C0.20～0.40％，Si0.20～0.50％，Mn1.00～1.60％，S、P≤0.008％，Mo0.10～0.50％，Cr1.40～2.0％，V0.01～0.04％，其它合金元素（Nb+Ti+Ni）≤0.20％；经气体保护焊、埋弧焊和真空电子束组合焊接工艺或全真空电子束焊接形成大厚度坯料，然后经加热、轧制、缓冷、热处理工序，生产的塑料模具用钢板超声波探伤合格率达98％以上，硬度分布均匀，具有优良加工性、耐磨性和抛光性，适于各类塑料模具制造。

Description

一种150～400mm厚塑料模具用钢板的生产方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种采用连铸板坯生产150～400mm塑料模具用钢板的工艺方法。

背景技术

随着塑料模具钢加工行业的迅猛发展，国内外对塑料模具钢板的需求也越来越多样化，广泛化，对高性能、低成本的要求也越来越迫切。多年来塑料模具钢多采用模铸钢锭、开坯、轧制、预硬化热处理的方式生产，对于120mm以上厚规格产品而言，由于铸锭的原始缺陷难以消除，其内部质量往往无法保证；近年来有企业采用电渣重熔铸锭的模式进行生产，保证了内部质量，但产品存在能耗高、成本高、成材率低、生产效率低等缺点，难以满足竞争日益激烈的模具钢加工行业的需求。

近年，已有工厂采用连铸板坯为原料利用厚板轧机生产塑料模具钢板，如专利CN101352724A“一种含硼非调质塑料模具钢的制造方法”和专利CN102268599A“一种非调制的塑料模具钢厚板生产工艺”分别公开了采用连铸板坯生产塑料模具钢板的方法，其中前者是采用220-320mm的连铸坯轧制20-80mm的厚板，后者是采用320mm连铸坯生产120mm以下的塑料模具钢。对于市场需求量更大的120mm以上的厚塑料模具用钢板，由于受到压缩比的限制，采用连铸坯生产还存在非常大的难度。

发明内容

本发明充分利用连铸坯坯料生产低成本、高效率的优势，提供一种利用现有连铸板坯生产保探伤保性能150mm以上厚度塑料模具钢板的工艺技术，可实现最大厚度400mm保探伤保性能塑料模具钢板的生产。

本发明通过以下技术方案实现：一种150～400mm厚塑料模具用钢板的生产方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）以两块以上（包含两块）四周相同尺寸（即长度、宽度相等，厚度可以不同）的连铸板坯为原料，所用连铸板坯包含如下化学成分（质量百分比，wt%）：C0.20～0.40％，Si0.20～0.50％，Mn1.00～1.60％，S、P≤0.008％，Mo0.10～0.50％，Cr1.40～2.0％，V0.01～0.04％，其它合金元素（Nb+Ti+Ni）≤0.20％；

（2）对所有连铸板坯拟焊接面的三条边通过火焰切割或刨、铣等形式加工坡口，坡口深度10-40mm，坡口角度15-35°；将连铸板坯叠放在一起，并旋转90°竖直放置，组齐对正，然后采用气体保护焊的焊接方式，对连铸板坯有坡口的三个面上的边缝进行打底焊接，再采用埋弧自动焊进行填充及盖面焊接，最后将剩余面上的边缝在高真空下进行真空电子束焊接，组焊成大厚度坯料；或者不开坡口，将连铸板坯叠放在一起，并旋转90°竖直放置，组齐对正，然后全部采用真空电子束焊接的方式将4个面焊接成大厚度坯料；

（3）对焊接好的大厚度坯料采用车底式炉或均热炉进行加热，坯料在400℃以下的低温段保温至少2个小时，加热至800℃以上时要求升温速度小于100℃/mm,出炉温度控制在1200～1280℃；

（4）出炉后轧制，第一阶段开轧温度1050～1150℃，第二阶段开轧温度820～920℃，中间坯厚度不小于成品厚度的1.4倍；

（5）对轧后钢板进行堆垛加保温罩缓冷或在缓冷坑内缓慢冷却至100℃以下，开始缓冷温度要求400℃以上；

（6）对钢板进行正火＋回火热处理，正火热处理温度880～930℃，保温系数1.5～2.5min/mm；回火热处理温度480～650℃，保温系数为2～4min/mm。

所述步骤（1）的连铸板坯为经转炉炼钢、LF+RH炉外精炼、连铸工序的连铸板坯，且在600℃以上进行堆垛缓冷或在缓冷坑内缓慢冷却至200℃以下；所述RH炉外精炼工序中要进行真空脱气处理，要求：真空度为0.8Torr保持10分钟以上。

所述步骤（2）连铸板坯，其焊接前通过铣床、刨床等机加工方法，去除待复合表面的氧化铁皮、油污等，实现表面洁净。

所述步骤（2）气体保护焊，其焊丝直径1.2-2.0mm，焊接电压20-35V，焊接电流120-400A，焊接速度250-600mm/min，焊丝干伸长度15-25mm，保护气体CO₂或Ar+CO₂，保护气体流量15-25L/min，熔深5-20mm。

所述步骤（2）埋弧自动焊，其焊丝直径4.0-6.0mm，焊接电压30-45V，焊接电流250-1600A，焊接速度250-600mm/min，焊丝干伸长度25-45mm，熔深10-30mm。

所述步骤（2）真空电子束焊接，其焊接电压30-150KV，真空度高于1×10^-1Pa，焊接电流100-500mA，焊接速度50-700mm/min，熔深20-50mm。

本发明利用经转炉炼钢、炉外精炼的连铸板坯，采取多元微合金化成分设计的路线，其化学成分如上所述，成分设计原则如下：C为主要强化元素，提升钢板的硬度；Mn也是主要强化元素，同时能够显著提高钢板的淬透性；S、P元素含量尽量降低，以减少钢中夹杂物等对钢板内部质量的影响。成分设计时还充分利用了Mo、Cr、V等合金元素的复合强化作用：Cr能增加奥氏体过冷能力，降低马氏体和贝氏体转变温度，提高钢板的硬度；Mo能够显著增加钢的淬透性，推迟过冷奥氏体向珠光体转变；V具有较高的析出强化作用，提高钢的强度和硬度。

该产品在炼钢过程中采用RH炉外精炼真空脱气处理，真空度要求0.8Torr保持10分钟以上，其主要目的一是为了充分脱气，尽可能降低钢中氢等气体的含量，减少氢致裂纹等对钢板内部质量的影响；二是为了使钢水中的夹杂物尽可能上浮，减少钢中夹杂物的含量。

本发明采用气体保护焊、埋弧自动焊和真空电子束焊组合焊接方式或者全真空电子束焊接的方式形成的大厚度坯料可以大幅度提高轧制成品钢板时的压缩比，为生产厚钢板奠定基础。

本发明焊接好的大厚度坯料采用车底式炉或均热炉进行加热时，400℃以下保温及控制升温速度都是为了防止加热速度过快时坯料出现裂纹或断裂。

本发明轧后钢板进行缓冷，主要为了防止钢板冷速过快时出现裂纹或断裂，同时消除钢板中的应力，减少氢等气体含量，保证钢板的内部质量。

本发明对钢板进行正火和回火热处理，使钢板组织更加均匀，增加钢板的塑韧性及钢板厚度方向组织性能均匀性。

通过以上方法生产的150～400mm塑料模具用钢板具备良好的综合力学性能，整块钢板的硬度均匀性良好，内部组织致密，无须再进行热处理即可直接加工使用，具有优良的加工性能、抛光性、耐腐蚀及耐磨性。探伤合格率达到98％以上，生产工艺可操作性强，成材率高，成本低，生产效率高。尤其是气体保护焊、埋弧焊和真空电子束焊的组焊方式，具有以下优势：

1、本发明对连铸板坯组的三条边缝首先采用气体保护焊进行打底焊接，在不污染结合面的前提下自动高效地完成基础焊接，并为下一步埋弧焊做好准备；然后对这三条边缝再采用埋弧自动焊的方式快速地完成焊缝的填充焊接，最后将剩余一条边缝在真空环境下应用真空电子束焊工艺，完成坯料的最终焊接；相比四边真空电子束焊工艺大幅度提高了焊接效率；

2、本发明采用固定顺序进行先后焊接的工艺，不是气体保护焊、埋弧焊和真空电子束焊的简单结合，而是严格按照大厚度板坯制备的内在质量要求，充分考虑了三种焊接方式的各自优势，将其优化组合的结果。因为气体保护焊不会污染板坯组结合面同时可以实现自动化提高焊接效率，埋弧自动焊是比气体保护焊更加高效的一种焊接方式，而气体保护焊和埋弧焊操作均在正常环境下进行，不像真空焊接时需要反复进出真空室，从而不必反复抽真空操作，因此大幅减少了真空作业时间，这种组合焊接顺序和方式可以在保证焊接要求（特别是对结合面的洁净度要求）的前提下大幅度提高焊接效率，降低了生产成本。

3、本发明由于板坯组是竖直方向放置，因此可以保证坯料之间保持1mm左右的间隙，而不会形成局部的封闭区域。真空电子束焊确保了最终的焊接在高真空中完成，避免了结合面处存在空气影响轧后质量的可能性，相比较现有真空焊接工艺而言，只需要一次性抽真空和焊接操作，同时由于板坯组为竖直放置焊接，避免了水平焊接时复杂的机械机构和升降操作，大幅度提高了焊接效率。

4、本发明组焊工艺可以完全替代全真空环境下的制造工艺，所生产的特厚钢板内部质量优良，性能优异，完全达到全真空复合轧制工艺的水平；且与全真空复合轧制工艺相比，本发明操作简单、投资少，成本降低80%以上，生产效率提高一倍以上，生产组织形式灵活，适用于大批量工业化生产，而全真空电子束焊接无法批量生产。

附图说明

图1为实施例1生产的钢板原始铸坯结合面金相组织图。

实施具体方式

以下结合具体的实施例，对150～400mm塑料模具用钢板的制造工艺作详细描述。

实施例1：生产150mm厚塑料模具用钢板：

1)高纯净度钢水冶炼，钢液经转炉冶炼后进行LF+RH双精炼，LF精炼充分去除夹杂、脱硫，RH真空处理保持真空度0.8Torr10分钟，进一步除去夹杂和气体，经双精炼后钢液中气体含量为：[O]12ppm，[H]2.0ppm。

2）钢水连铸过程全程保护浇注，并采用电磁搅拌、恒速浇注等技术手段，铸坯低倍分析结果中心偏析C类0.5，无中间裂纹、疏松等缺陷。连铸坯厚度300mm，熔炼成分分析结果如下表1：

表1实施例1连铸坯化学成分

化学成分	C	Si	Mn	P	S	Mo	V	Cr
									含量wt%	0.28	0.25	1.46	0.008	0.004	0.4	0.035	1.5

3）将切割后的300mm厚连铸坯下线后直接入缓冷坑堆垛缓冷，缓冷时间48个小时。

4）将两支连铸板坯拟焊接面的三条边采用火焰切割方法加工坡口，坡口深度25mm，坡口角度25°。

5）将完成加工坡口的坯料通过铣床加工去除表面的氧化铁皮、油污等，实现表面洁净，并加工成相同尺寸。

6）将两支加工好的坯料叠放在一起，旋转90°竖直放置并在设备上进行组齐对正。

7）采用气体保护焊的焊接方式，对已加工好坡口的三条边缝进行打底焊接，焊丝直径2.0mm，焊接电压20V，焊接电流200A，焊接速度300mm/min，焊丝干伸长度25mm，保护气体CO₂，保护气体流量20L/min，熔深15mm。

8）将经气体保护焊打底焊接后的三条边缝，再采用埋弧自动焊进行填充及盖面焊接，焊接速度350mm/min，焊丝干伸长度30mm，熔深20mm。

9）将剩余边缝采用真空电子束焊接形成600mm大厚度坯料。焊接电压80KV，真空度1.5×10^-2Pa，焊接电流300mA，焊接速度150mm/min。

10）采用车底式台车炉对600mm厚坯料进行加热，300℃保温4个小时，加热至800℃以上时升温速度小于100℃/mm,总加热时间18个小时以上，出炉温度1280℃。

11）轧制过程中采用二阶段轧制法，第一阶段开轧温度1120℃，第二阶段开轧温度880℃，中间坯厚度300mm；

12）轧后钢板进缓冷坑缓冷48小时，开始堆垛温度450℃。

13）钢板进行正火热处理，热处理温度890℃±10℃，保温系数1.5min/mm。

14）钢板进行回火热处理，热处理温度620℃±10℃，保温系数2.0min/mm。

本工艺生产的钢板原始铸坯结合面金相组织如图1所示，铸坯原始结合面完全融合，和基体组织一致。

实施例2：生产150mm厚塑料模具用钢板

1)高纯净度钢水冶炼，钢液经转炉冶炼后进行LF+RH双精炼，LF精炼充分去除夹杂、脱硫，RH真空处理保持真空度0.8Torr12分钟，进一步除去夹杂和气体，经双精炼后钢液中气体含量为：[O]11ppm，[H]1.9ppm。

2）钢水连铸过程全程保护浇注，并采用电磁搅拌、恒速浇注等技术手段，铸坯低倍分析结果中心偏析C类0.5，无中间裂纹、疏松等缺陷。连铸坯厚度300mm，熔炼成分分析结果如下表2：

表2实施例2连铸坯化学成分

化学成分	C	Si	Mn	P	S	Mo	V	Cr
									含量wt%	0.30	0.27	1.40	0.006	0.005	0.38	0.04	1.65

3）将切割后的连铸坯下线后直接入缓冷坑堆垛缓冷，缓冷时间>48个小时。

4）取缓冷后的两支300mm厚连铸坯通过铣床加工去除表面的氧化铁皮、油污等，实现表面洁净，并加工成相同尺寸。

5）将两支加工好的坯料叠放在一起，旋转90°竖直放置并在设备上进行组齐对正。

6）采用真空电子束焊，对叠放在一起的坯料的四条边缝进行焊接，形成600mm大厚度坯料。焊接电压100KV，真空度1.0×10^-2Pa，焊接电流400mA，焊接速度350mm/min，熔深35mm。

7）采用均热炉对600mm厚坯料进行加热，350℃保温5个小时，加热至800℃以上时升温速度小于100℃/mm,总加热时间18个小时以上，出炉温度1260℃。

8）轧制过程中采用二阶段轧制法，第一阶段开轧温度1100℃，第二阶段开轧温度900℃，中间坯厚度300mm。

9）轧后钢板进缓冷坑缓冷48小时，开始堆垛温度460℃。

10）钢板进行正火热处理，热处理温度900℃±10℃，保温系数2.0min/mm。

11）钢板进行回火热处理，热处理温度550℃±10℃，保温系数2.5min/mm。

对实施例1和实施例2钢板按标准进行探伤、五点硬度检测等实验，探伤按JB/T4730标准均达到I级探伤合格，实施例1钢板硬度性能314HB、315HB、312HB、314HB、320HB，实施例2钢板硬度性能为318HB、316HB、320HB、312HB、320HB，钢板硬度分布均匀，两种工艺生产钢板性能基本一致。实施例1的气体保护焊、埋弧焊和真空电子束焊接的组焊方式（简称组焊方式）和实施例2的全真空电子束焊接方式相比，抽真空次数、生产周期及电耗指标如表3所示，从表3可以看出：组焊方式比全真空电子束焊接方式生产效率大幅提高，成本降低。

表3两种焊接方式主要指标对比

工艺	抽真空次数	生产周期(h)	电耗(元/t)
				实施例2全真空电子束焊接方式	2	22	30
实施例1组焊方式	1	8.5	17

Claims

1.一种150～400mm厚塑料模具用钢板的生产方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）以两块以上四周相同尺寸的连铸板坯为原料，所用连铸板坯包含如下化学成分：C0.20～0.40wt％，Si0.20～0.50wt％，Mn1.00～1.60wt％，S、P≤0.008wt％，Mo0.10～0.50wt％，Cr1.40～2.0wt％，V0.01～0.04wt％，其它合金元素≤0.20wt％；所述其它合金元素为Nb+Ti+Ni；

（2）对所有连铸板坯的三条边加工坡口，坡口深度10-40mm，坡口角度15-35°，将连铸板坯叠放在一起，并旋转90°竖直放置，组齐对正，然后采用气体保护焊的焊接方式，对连铸板坯有坡口的三个面上的边缝进行打底焊接，再采用埋弧自动焊进行填充及盖面焊接，最后将剩余面上的边缝在高真空下进行真空电子束焊接，组焊成大厚度坯料；或者不开坡口，将连铸板坯叠放在一起，并旋转90°竖直放置，组齐对正，然后全部采用真空电子束焊接的方式将4个面焊接成大厚度坯料；

2.如权利要求1所述的一种150～400mm厚塑料模具用钢板的生产方法，其特征是，所述步骤（1）的连铸板坯为经转炉炼钢、LF+RH炉外精炼、连铸工序的连铸板坯，且在600℃以上进行堆垛缓冷或在缓冷坑内缓慢冷却至200℃以下；所述RH炉外精炼工序中要进行真空脱气处理，要求：真空度为0.8Torr保持10分钟以上。

3.如权利要求1所述的一种150～400mm厚塑料模具用钢板的生产方法，其特征是，所述步骤（2）真空电子束焊接，其焊接电压30-150KV，真空度高于1×10^-1Pa，焊接电流100-500mA，焊接速度50-700mm/min，熔深20-50mm。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的一种150～400mm厚塑料模具用钢板的生产方法，其特征是，所述步骤（2）为：对所有连铸板坯的三条边加工坡口，坡口深度10-40mm，坡口角度15-35°，将连铸板坯叠放在一起，并旋转90°竖直放置，组齐对正，然后采用气体保护焊的焊接方式，对连铸板坯有坡口的三个面上的边缝进行打底焊接，再采用埋弧自动焊进行填充及盖面焊接，最后将剩余面上的边缝在高真空下进行真空电子束焊接，组焊成大厚度坯料。

5.如权利要求4所述的一种150～400mm厚塑料模具用钢板的生产方法，其特征是，所述气体保护焊，其焊丝直径1.2-2.0mm，焊接电压20-35V，焊接电流120-400A，焊接速度250-600mm/min，焊丝干伸长度15-25mm，保护气体CO₂或Ar+CO₂，保护气体流量15-25L/min，熔深5-20mm。

6.如权利要求4所述的一种150～400mm厚塑料模具用钢板的生产方法，其特征是，所述埋弧自动焊，其焊丝直径4.0-6.0mm，焊接电压30-45V，焊接电流250-1600A，焊接速度250-600mm/min，焊丝干伸长度25-45mm，熔深10-30mm。