CN103352171B - 一种高合金钢d2的轧制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高合金钢D2的轧制方法，目的是解决高合金钢D2钢锭在轧制过程中易出现表面及角部裂纹、内部裂纹及中心孔洞等缺陷问题，本发明采取以下技术方案：通过采用加强EAF脱P、LF精炼、VD脱气等炼钢工艺措施提高了钢水洁净度，直接改善了钢锭的可轧性；轧制前对钢锭进行高温均质化处理，改善共晶碳化物偏析和钢的热加工塑性；并通过对钢锭轧制过程中不同变形量及轧制速度的控制，破碎大颗粒碳化物和改善共晶碳化物不均匀度、防止轧制过程中出现表面裂纹及内部裂纹等缺陷。本发明有益处在于：实现了D2类高合金钢以轧代锻生产工艺；确保钢材表面质量，和内部质量；提高了生产效率，降低了生产成本。

Description

一种高合金钢D2的轧制方法

技术领域

本发明涉及冷作模具钢轧制扁钢制造方法，具体涉及一种高合金钢D2的轧制方法。

背景技术

合金钢模具钢可分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢，其中冷作模具钢主要用于制造在室温条件下将金属材料压制成型的各种模具；冷作模具的种类很多、应用范围广，其产值占模具总产值的1/3左右。根据模具的工作条件和生产产品的批量，冷作模具钢按性能可分为：淬透性低的碳素工具钢T8～T12等、淬透性较高的9SiCr、CrWMn等、高韧性的6CrW2Si等、高淬透性高耐磨性和淬火变形小的D2类高碳高铬Cr12Mo1V1、Cr6WV等及粉末冶金的高合金冷作模具钢等。高碳高铬冷作模具钢属于莱氏体钢，由于钢中含有大量Cr、Mo、V等碳化物形成元素，在凝固和共析转变过程中会形成大量共晶碳化物，导致钢材的热塑性差，在轧制变形过程中容易出现表面、角部裂纹及内部裂纹等缺陷。目前，国内生产厂对D2类高碳高铬型冷作模具钢一般均采用锻锤或压机进行生产，很少采用轧制工艺生产，即使采用轧制工艺生产也因为表面裂纹（见图1）或内部探伤不合，成材率低而不能大批量规模生产；国外厂家也在进行轧制开坯试验，但没有资料详细介绍，这是目前国内、外特殊钢材制造业一直很关注的问题。

发明内容

本发明的目的是公开一种高合金钢D2的轧制方法，目的是解决高合金钢D2钢锭在轧制过程中易出现表面及角部裂纹，内部探伤不合格，易出现内部裂纹及中心孔洞等缺陷问题，使得高合金钢D2能够顺利轧制。成品材按SEP1921中3组超声波探伤，质量等级满足E/e级。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

⑴钢的化学成分控制： C：1.4%～1.6%、Mn：≤0.60%、Si：≤0.60%、S：≤0.030%、P：≤0.030%、Cr：11.0%～13.0%、Mo：0.70%～1.20%、V：0.50%～1.10%，其余为Fe；为使该方法顺利实施轧制过程中不出现裂纹现象，适当控制P元素含量在0.022%以下;

⑵钢采用EAF+LF+VD方法冶炼，浇注1.7t钢锭;

①EAF冶炼过程中采取适当提前吹氧助熔、适当加矿、调整好炉渣

的碱度和流动性，流渣和换渣操作，降低P元素含量;

②在LF炉精炼过程中：采用白渣法，保持时间≥30min；

③在VD炉真空度≤1mbar，保持时间≥15 min；

④浇注前软吹Ar气10min～15min，浇注温度为1460℃～1470℃；

⑶钢锭在轧制前进行高温扩散退火均质化处理，扩散温度为1150℃～1200℃，扩散时间控制在15h～17h；

⑷采用850轧机轧制，分为三个步骤：

第一步，小变形量轧制：钢锭经扩散退火后，头四道次采用小变形量对钢锭进行轧制，该工序每道次变形量按3%～6%控制；

第二步，大变形量轧制：承接第一步对钢锭继续轧制，轧制时采取大变形量轧两道次，该工序每道次变形量按20%～30%控制；

第三步，小变形量轧制并控制轧制速度：承接第二步，对成品及成品前一道次辊速控制在40r/min～60 r/min，该工序轧9～11道次，每道次变形量在5%～12%；终轧温度不低于900℃；

⑸成品材260mm～310mm×100mm扁钢轧后红送退火，退火温度为850℃～900℃。

本发明通过上述工艺方案实现了D2类高合金钢以轧制生产替代锻制生产。通过采用加强EAF脱P、LF精炼、VD脱气等炼钢工艺措施提高了钢水洁净度，直接改善了钢锭的可轧性。轧制前对钢锭进行高温均质化处理，改善共晶碳化物偏析和钢的热加工塑性；并通过对钢锭轧制过程中不同变形量及轧制速度的控制，破碎大颗粒碳化物和改善共晶碳化物不均匀度、防止轧制过程中出现表面裂纹及内部裂纹等缺陷，生产出表面无缺陷，并且按SEP1921中3组超声波探伤，质量等级达到E/e级良好水平的成品。

主要工艺措施如下：

①化学成分优化设计

高碳高铬冷作模具钢中的C、Cr、Mo、V是强碳化物形成元素，在退火态钢中含有16%～18%的碳化物。在保证材料性能的基础上，通过调整、控制上述元素的含量，能够有效控制碳化物的数量及形态；同时低控制P含量，提高可轧性；

②EAF、LF、VD炉各冶炼环节的工艺控制

通过加强EAF炉中的去P操作，加强LF炉白渣操作，VD炉的脱气操作及后续的浇注操作，使钢水获得较高的冶金质量，为后续轧制顺利奠定基础；

③钢锭高温均质化处理工艺参数的控制

将钢锭加热至略低于固相线的温度下长时间保温，能够消除铸锭在凝固过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，使成分和组织均匀化。通过对高碳高铬冷作模具钢铸态组织高温扩散温度和时间的交叉试验，确定1150℃～1200℃为合理的扩散温度，扩散时间按15h～17h控制；

④轧制工艺参数的控制

在轧制过程中采取对不同阶段压下量的控制及成品和成品前一道次辊速的控制，实现D2类钢的轧制生产，确保钢材表面、角部没有裂纹产生，内部也没有内裂及中心孔洞等缺陷；

⑤轧制钢材退火后按SEP1921中3组超声波探伤，质量等级满足E/e级。

与现有技术相比，本发明具有下列优点：

使用该方法生产改变了以往D2类钢以锻制生产的为主的工艺路线，改为轧制生产可大大提高生产率，降低生产成本；采用严格的冶炼工艺、浇注工艺及成分控制等获得冶金较好的钢锭质量为后续顺利轧制创造条件；通过高温均质化处理改善组织偏析、提高钢锭热塑性；轧制过程中控制变形量及轧制速度，获得满意的表面及内部质量。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为现有方法轧制钢材表面裂纹照片；

图2为本方法轧制310mm×100mm扁钢表面照片；

图3为本方法轧制260mm×100mm扁钢表面照片。

具体实施方式

按照上述技术方案实施，提供以下两项优选实施例。

实施例1

生产尺寸外形为310mm×100mm扁钢。

采用EAF+LF+VD方法冶炼，浇注1.7t钢锭。EAF冶炼过程中充分去P，使P为0.009%；LF精炼白渣时间为33min；VD真空度≤1mbar，保持15min，浇注前软吹Ar气10min，浇注1.7t锭型，浇注温度为1470℃，钢锭红送850轧钢分厂。

钢锭化学成分熔炼分析结果见表1；

表1

钢锭经高温均质化处理，加热温度1181℃，保温时间15h。

钢锭采用850轧机轧制，共分为三个步骤：

第一步，小变形轧制：钢锭经扩散加热后，头4道次采用小变形对钢锭进行轧制，道次变形量分别为3.74%、4.82%、3.95%、4.90%；

第二步，大变形量轧制：承接第一步对钢锭继续轧制，轧制时有两道次（一面一次）采取大变形量轧制，其中一道次变形量为22.03%，二道次变形量为26.80%，其余9～11道次变形量不限；

第三步，小变形量轧制并控制轧制速度：承接第二步，对成品前一道次及成品道次辊速分别控制在42r/min和49r/min，道次变形量分别为7.82%和5.76%；终轧温度921℃。

成品材轧后红送退火，退火温度为885℃。

变形量统计见表2；

表2

道次	第一道次	第二道次	第三道次	第四道次	大变形量道次一	大变形量道次二	成品前道次	成品道次
									道次变形量（%）	3.74	4.82	3.95	4.90	22.03	26.80	7.82	5.76
辊速（r/min）	--	--	--	--	--	--	42	49

该轧制扁钢表面无角裂、裂纹（见图2）等缺陷，退火出炉后的成品材按SEP1921中3组超声波探伤，质量等级满足E/e级。

实施例2

生产尺寸外形为260mm×100mm扁钢。

采用EAF+LF+VD方法冶炼，浇注1.7t钢锭。EAF冶炼过程中充分去P，使P为0.008%；LF精炼白渣时间为36min；VD真空度≤1mbar，保持15min，浇注前软吹Ar气12min，浇注1.7t锭型，浇注温度为1466℃，钢锭红送850轧钢分厂。

钢锭化学成分熔炼分析结果见表3；

表3

钢锭经高温均质化处理，加热温度1178℃，保温时间15h。

钢锭采用850轧机轧制，共分为三个步骤：

第一步，小变形轧制：钢锭经扩散加热后，头4道次采用小变形对钢锭进行轧制，道次变形量分别为为3.85%、5.24%，3.94%、5.30%；

第二步，大变形量轧制：承接第一步对钢锭继续轧制，轧制时有两道次（一面一次）采取大变形量轧制，其中一道次变形量为23.10%，二道次变形量为26.31%，其余11～13道次变形量不限；

第三步，小变形量轧制并控制轧制速度：承接第二步，对成品及成品前一道次辊速分别控制在45r/min和50r/min，每道次变形量分别为7.18%、5.37%；终轧温度935℃。

成品材轧后红送退火，退火温度为891℃。

变形量统计见表4；

表4

道次	第一道次	第二道次	第三道次	第四道次	大变形量道次一	大变形量道次二	成品前道次	成品道次
									道次变形量（%）	3.85	5.24	3.94	5.30	23.10	26.31	7.18	5.37
辊速（r/min）	--	--	--	--	--	--	45	50

该轧制扁钢表面无角裂、裂纹（见图3）等缺陷，退火出炉后的成品材按SEP1921中3组超声波探伤，质量等级满足E/e级。

Claims (3)

1.一种高合金钢D2的轧制方法，其特征在于：

轧制方法步骤如下：

⑴钢的炉中化学成分控制： C：1.4%～1.6%、Mn：≤0.60%、Si：≤0.60%、S：≤0.030%、P：≤0.030%、Cr：11.0%～13.0%、Mo：0.70%～1.20%、V：0.50%～1.10%，其余为Fe；为使该方法顺利实施轧制过程中不出现裂纹现象，适当控制P元素含量在0.022%以下;

⑵钢采用EAF+LF+VD方法冶炼，浇注1.7t钢锭；

①EAF冶炼过程中采取适当提前吹氧助熔、适当加矿、调整好炉渣

的碱度和流动性，流渣和换渣操作，降低P元素含量;

②在LF炉精炼过程中：采用白渣法，保持时间≥30min；

③在VD炉真空度≤1mbar，保持时间≥15 min；

④浇注前软吹Ar气10min～15min，浇注温度为1460℃～1470℃；

⑶钢锭在轧制前进行高温扩散退火均质化处理，扩散温度为1150℃～1200℃，扩散时间控制在15h～17h；

⑷采用850轧机轧制，分为三个步骤：

第一步，小变形量轧制：钢锭经扩散退火后，头四道次采用小变形量对钢锭进行轧制，该工序每道次变形量按3%～6%控制；

第二步，大变形量轧制：承接第一步对钢锭继续轧制，轧制时采取大变形量轧两道次，每道次变形量按20%～30%控制；轧制其余9道次～13道次，变形量不限；

第三步，小变形量轧制并控制轧制速度：承接第二步，对成品及成品前一道次辊速控制在40r/min～60 r/min，每道次变形量在5%～12%，终轧温度不低于900℃；

⑸成品材260mm～310mm×100mm扁钢轧后红送退火，退火温度为850℃～900℃；

⑹成品钢材表面无缺陷，按SEP1921中3组超声波探伤，质量等级达到E/e级。

2.根据权利要求1所述一种高合金钢D2的轧制方法，其特征在于：

轧制310mm×100mm扁钢方法步骤如下：

采用EAF+LF+VD方法冶炼，浇注1.7t钢锭；

EAF冶炼过程中充分去P，使P为0.009%；LF精炼白渣时间为33min；VD真空度≤1mbar，保持15min，浇注前软吹Ar气10min，浇注1.7t锭型，浇注温度为1470℃；

钢锭化学成分熔炼分析结果：C：1.52%、Mn： 0.39%、Si：0.42%、S： 0.012%、P：0.019%、Cr：11.96%、Mo：0.91%、V：0.86%；

钢锭在轧制前进行高温扩散退火均质化处理，加热温度1181℃，保温时间15h；

钢锭采用850轧机轧制，共分为三个步骤：

第一步，小变形量轧制：钢锭经扩散加热后，头四道次采用小变形量对钢锭进行轧制，道次变形量分别为3.74%、4.82%、3.95%、4.90%；

第二步，大变形量轧制：承接第一步对钢锭继续轧制：轧制时有两道次，即一面一道次，另一面一道次采取大变形量轧制，其中第一道次变形量为22.03%，第二道次变形量为26.80%，其余9道次～11道次变形量不限；

第三步，小变形量轧制并控制轧制速度：承接第二步，对成品前一道次及成品道次辊速分别控制在42r/min和49r/min，道次变形量分别为7.82%和5.76%，终轧温度921℃；

成品材轧后红送退火，退火温度为885℃；

扁钢表面无角裂、裂纹缺陷；按SEP1921中3组超声波探伤，质量等级满足E/e级。

3.根据权利要求1所述一种高合金钢D2的轧制方法，其特征在于：

轧制260mm×100mm扁钢方法步骤如下：

采用EAF+LF+VD方法冶炼，浇注1.7t钢锭；

EAF冶炼过程中充分去P，使P为0.008%；LF精炼白渣时间为36min；VD真空度≤1mbar，保持15min，浇注前软吹Ar气12min，浇注1.7t锭型，浇注温度为1466℃，钢锭红送850轧钢分厂；

钢锭化学成分熔炼分析结果：C：1.49%、Mn：0.41%、Si：0.40%、S： 0.010%、P：0.021%、Cr：12.04%、Mo：0.92%、V：0.87%；

钢锭在轧制前进行高温扩散退火均质化处理，加热温度1178℃，保温时间15h；

钢锭采用850轧机轧制，共分为三个步骤：

第一步，小变形量轧制：钢锭经扩散加热后，头四道次采用小变形量对钢锭进行轧制，道次变形量分别为为3.85%、5.24%，3.94%、5.30%；

第二步，大变形量轧制：承接第一步对钢锭继续轧制：轧制时有两道次，即一面一道次，另一面一道次采取大变形量轧制，其中第一道次变形量为23.10%，第二道次变形量为26.31%，其余11道次～13道次变形量不限；

第三步，小变形量轧制并控制轧制速度：承接第二步，对成品及成品前一道次辊速分别控制在45r/min和50r/min，每道次变形量分别为7.18%、5.37%；终轧温度935℃；

成品材轧后红送退火，退火温度为891℃；

扁钢表面无角裂、裂纹缺陷；按SEP1921中3组超声波探伤，质量等级满足E/e级。