CN103305764A - 冷作模具圆钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种冷作模具圆钢及其制造方法。所述制造方法包括电炉冶炼、炉外精炼、模铸和锻造处理的步骤，其中，炉外精炼包括钢包精炼炉精炼和真空精炼炉精炼，在真空处理过程中，保证在极限真空度小于或等于67pa的时间不少于15分钟；模铸时采用下注法，并在水口用氩气保护浇钢过程；锻造处理包括：将模铸得到的钢锭带模红送至锻造处，脱模后将钢锭加热至1140～1160℃并保温，通过精锻机一火锻制为圆钢。所述冷作模具圆钢采用上述制造方法制备。本发明可以有效提高冷作模具钢锻制圆钢成材率至80%，有利于提高并保持冷作模具钢的综合性能，具有良好的应用前景。

Description

冷作模具圆钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及冷作模具钢的制造领域，更具体地讲，涉及一种高碳高铬模具圆钢的制造方法。

背景技术

由于冷作模具钢中碳、铬含量很高、且含一定的钼和钒，在生产时变形抗力很大，国内生产工艺为快锻机开坯，轧机或电液锤成材，成材率为70%。

本发明所用的研究用钢是一种高碳含12%铬模具钢且为通用冷作模具钢，该钢含有Cr、Si、Mn、Mo、V等合金元素，具有很高的淬透性。

目前国内对提高冷作模具钢成材率的研究很少，本发明的目的旨在克服上述现有技术中的不足。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。

本发明的目的之一在于提供一种冷作模具圆钢的制造方法，以大幅度提高冷作模具钢的成材率。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种冷作模具圆钢的制造方法。所述制造方法包括电炉冶炼、炉外精炼、模铸和锻造处理的步骤，其中，炉外精炼包括钢包精炼炉精炼和真空精炼炉精炼，在真空处理过程中，保证在极限真空度小于或等于67pa的时间不少于15分钟；模铸时采用下注法，并在水口用氩气保护浇钢过程；锻造处理包括：将模铸得到的钢锭带模红送至锻造处，脱模后将钢锭加热至1140～1160℃并保温，通过精锻机一火锻制为圆钢。

根据本发明的冷作模具圆钢的制造方法的一个实施例，所述电炉冶炼时采用装入法，并将出钢温度控制为大于1650℃。

根据本发明的冷作模具圆钢的制造方法的一个实施例，炉外精炼时，在真空处理前进行去渣操作，以保证进入真空精炼炉内炉渣厚度≤40mm。

根据本发明的冷作模具圆钢的制造方法的一个实施例，以重量百分比计，经钢包精炼炉精炼后的钢水中的硫含量小于0.005%，钢水进入真空精炼炉的温度大于1600℃。

根据本发明的冷作模具圆钢的制造方法的一个实施例，在所述真空精炼炉精炼步骤中，采用Al、Ca进行脱氧及非金属夹杂物球化处理。

根据本发明的冷作模具圆钢的制造方法的一个实施例，在所述模铸步骤中，浇钢前向钢锭模内吹入氩气以排出空气。

根据本发明的冷作模具圆钢的制造方法的一个实施例，将所述钢锭加热至1140～1160℃后的保温时间为4～5h。

根据本发明的冷作模具圆钢的制造方法的一个实施例，在所述锻制处理步骤中，控制锻制比大于2.0。

本发明的另一方面提供了冷作模具圆钢，所述冷作模具圆钢采用上述的冷作模具圆钢的制造方法制得。

根据本发明的冷作模具圆钢的一个实施例，以重量百分比计，所述冷作模具圆钢中碳含量为1.45～1.60%，铬含量为11.5～12.5%，钼含量为0.4～0.6%，钒含量为0.15～0.3%。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明工艺简单、控制方便，可以有效提高冷作模具钢锻制圆钢成材率10%以上，生产的冷作模具钢锻制圆钢的理化性能完全满足用户要求和国家标准，具有良好的应用前景。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例详细地说明本发明冷作模具圆钢及其制造方法。

根据本发明一方面示例性实施例的冷作模具圆钢的制造方法包括以下步骤：采用电炉初练和钢包精炼炉精炼，获得化学成分满足相关标准要求的冷作模具钢钢水；采用真空精炼炉进行二次精炼，并在真空处理过程中，保证在极限真空度小于或等于67pa的时间不少于15分钟；模铸时采用下注法，并在水口用氩气保护浇钢过程，得到冷作模具钢钢锭；将所述钢锭带模红送至锻造处，脱模后将钢锭加热至1140～1160℃并保温；通过精锻机将所述钢锭一火锻制为圆钢。

优选地，上述冶炼方法采用装入法，电炉出钢温度控制为高于1650℃，LF精炼炉准确控制冷作模具钢化学成分。

其中，采用EF电炉进行初次冶炼。在熔化期采用大功率送电熔化、保证氧化温度大于1590℃，优选地，将出钢温度控制大于1650℃。由于该类钢在精炼时吸气（例如，氮气）严重，若出钢温度小于1650℃，精炼时间将很长，钢液吸气严重，相反，出钢温度大于1650℃，精炼时间将大幅缩短，钢液中的气体含量将有效得到控制。

采用LF钢包炉进行精炼，钢包入LF精炼炉后，调整氩气流量并送电精炼。为了防止在精炼时钢液吸气，宜在精炼时采用大渣量并快速升温，主要以碳粉还原为主，迅速造好精炼渣、进行合金化并保证钢液脱氧、脱硫良好，控制S≤0.005%、化学成分满足标准要求。

采用VD真空精炼炉进行二次精炼。为了保证VD真空精炼炉的去气效果，在钢液真空处理前适当减少渣量，例如在真空处理前去渣50%，使进入真空精炼炉的炉渣厚度≤40mm，以保证在真空处理时炉渣透气性良好，并通过真空处理及采用Al、Ca进行脱氧处理以使钢中氧含量及夹杂物降到尽可能低的水平。在真空处理过程中，控制钢水进入真空精炼炉的温度大于1600℃，并保证在极限真空度小于或等于67pa的时间在15分钟以上，以使钢液中气体含量进一步降低。若钢水进入真空精炼炉的温度小于1600℃，真空处理时间不能满足工艺要求，精炼钢液气体含量高，质量较差、钢锭冶金质量得不到保证。

模铸时采用下注法，并在水口用氩气保护浇钢过程，一方面在浇钢前通过在钢锭模内吹入氩气的方式排出钢锭模内的空气，以防止空气中的氮气进入钢液导致增氮；另一方面通过在水口用氩气保护浇钢过程，有效地防止了钢液在浇钢过程中的增氮。

钢锭带模红送至锻造处，即钢锭浇注后采用红送工艺送至锻造厂，以红热状态拔模/脱模，再将钢锭装炉重新加热至1140～1160℃，并在该温度保温4～5小时，确保整支钢锭表面及中心温度均匀，满足锻造要求。若温度小于1140℃，锻造过程中表面裂纹严重，锻造困难，若大于1160℃，该钢在锻造过程中生产的圆钢心部将严重过热报废。

最后，通过精锻机一火锻制圆钢。控制锻造比大于2.0，保证钢锭心部充分变形和致密，理化性能指标（例如，共晶碳化物、中心疏松等）满足要求。另一方面，由于生产的是圆形波纹钢锭，生产中去掉了锻造开坯操作，生产流程大幅缩短。

可以看出，本发明的方法通过保证装备能力、控制冶炼化学成分、合理的锭型及合理的钢锭加热制度提高了该钢的塑性，克服冷作模具钢变形抗力大的问题。

根据本发明的另一方面的冷作模具圆钢是通过上述冷作模具圆钢制造方法制成。所述冷作模具圆钢为高碳高铬模具钢，以重量百分比计，其碳含量为1.45～1.60%，铬含量为11.5～12.5%，钼含量为0.4～0.6%，钒含量为0.15～0.3%。还含有Si、Mn等合金元素。

在一个示例性实施例中，冷作模具圆钢的制造方法可通过以下方式实现。

a、配料：采用装入法配料，以本钢种返回料为主。

b、EF炉初炼

采用EF电炉进行初次冶炼。在熔化期采用大功率送电熔化、保证氧化温度为大于1590℃，出钢温度控制为大于1650℃。

c、LF钢包炉精炼

采用LF钢包炉进行精炼，钢包入LF精炼炉后，调整氩气流量并送电精炼。为了防止在精炼时钢液吸气，宜在精炼时采用大渣量并快速升温，主要以碳粉还原为主，迅速造好精炼渣、进行合金化并保证钢液脱氧、脱硫良好，获得的钢液化学成分以重量百分比计包括：C：1.5%、Cr：12%、Si：0.3%、Mn：0.3%、Mo：0.5%、V：0.2%、S:0.005%、Fe：余量，满足相关标准要求。

d、VD真空精炼炉精炼

在真空处理过程中，一方面为保证精炼渣的透气率及脱氮效果，要求真空处理前精炼钢液温度≥1670℃除渣50%方可抽空，要求入VD真空精炼炉渣厚度≤40mm；另一方面为控制钢液中的非金属夹杂物，提高冶金质量，要求VD真空精炼之前根据钢中硅含量，喂硅钙线200米/炉。极限真空度≤67Pa下的保持时间≥15min，真空处理过程中合理调整氩气流量，具体的调整步骤可以为，在一个大气压至67P的条件下使氩气流量由30Nl/min到120Nl/min逐渐升高，在极限真空度≤67Pa时并保持时间15min过程中，氩气流量控制在120Nl/min到200Nl/min。通过真空处理可获得优质精炼钢液。

e、模铸

模铸时采用下注法，并在水口用氩气(流量：80Nl/min)全程保护浇钢和浇注过程并在模内吹氩气排除空气相结合的方法，同时还确保钢包水口离中注管口高度≤60mm，保证自动开浇。获得优质的φ450mm波纹钢锭。

f、将冷作模具钢波纹钢锭带模红送至锻造分公司、脱模、波纹钢锭装炉加热至1150℃，在该温度保温4～5小时。通过精锻机一火锻制为φ150～220mm圆钢。

采用本示例性实施例的方法后冷作模具钢锻制圆钢成材率可提高至80%，且成品材各种性能稳定，完全满足用户要求。具体地，通过上述示例性实施例的方法按照步骤a至f生产获得的φ220mm圆钢的检验指标为：共晶碳化物2.5级、中心疏松0.5级，塑性夹杂0.5级和脆性夹杂1.0级，淬火硬度62HRC。

综上所述，本发明的冷作模具圆钢的制造方法工艺简单、控制方便，可以有效提高冷作模具钢锻制圆钢成材率10%以上。生产的冷作模具钢锻制圆钢的理化性能完全满足用户要求和国家标准，具有良好的应用前景。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种冷作模具圆钢的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括电炉冶炼、炉外精炼、模铸和锻造处理的步骤，其中，

炉外精炼包括钢包精炼炉精炼和真空精炼炉精炼，在真空处理过程中，保证在极限真空度小于或等于67pa的时间不少于15分钟；

模铸时采用下注法，并在水口用氩气保护浇钢过程；

锻造处理包括：将模铸得到的钢锭带模红送至锻造处，脱模后将钢锭加热至1140～1160℃并保温，通过精锻机一火锻制为圆钢。

2.根据权利要求1所述的冷作模具圆钢的制造方法，其特征在于，所述电炉冶炼时采用装入法，并将出钢温度控制为大于1650℃。

3.根据权利要求1所述的冷作模具圆钢的制造方法，其特征在于，炉外精炼时，在真空处理前进行去渣操作，以保证进入真空精炼炉内炉渣厚度≤40mm。

4.根据权利要求1所述的冷作模具圆钢的制造方法，其特征在于，以重量百分比计，经钢包精炼炉精炼后的钢水中的硫含量小于0.005%，钢水进入真空精炼炉的温度大于1600℃。

5.根据权利要求1所述的冷作模具圆钢的制造方法，其特征在于，在所述真空精炼炉精炼步骤中，采用Al、Ca进行脱氧及非金属夹杂物球化处理。

6.根据权利要求1所述的冷作模具圆钢的制造方法，其特征在于，在所述模铸步骤中，浇钢前向钢锭模内吹入氩气以排出空气。

7.根据权利要求1所述的冷作模具圆钢的制造方法，其特征在于，将所述钢锭加热至1140～1160℃后的保温时间为4～5h。

8.根据权利要求1所述的冷作模具圆钢的制造方法，其特征在于，在所述锻制处理步骤中，控制锻制比大于2.0。

9.一种冷作模具圆钢，其特征在于，所述冷作模具圆钢采用如权利要求1至8中任一项所述的冷作模具圆钢的制造方法制得。

10.根据权利要求9所述的冷作模具圆钢，其特征在于，以重量百分比计，所述冷作模具圆钢中碳含量为1.45～1.60%，铬含量为11.5～12.5%，钼含量为0.4～0.6%，钒含量为0.15～0.3%。