CN103555907A - 4Cr5Mo2V热作模具钢的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冶金技术领域，具体而言，涉及一种4Cr5Mo2V热作模具钢的生产方法。该方法，包括以下步骤：将原料进行加工，得到钢锭；将所述钢锭在预定温度下加热预定时间，使其内部所含的碳化物溶解，得到均质后钢锭；将所述均质后钢锭进行再次加工，得到4Cr5Mo2V热作模具钢。本发明提供的这种4Cr5Mo2V热作模具钢的生产方法，可避免加工而成的4Cr5Mo2V热作模具钢易产生开裂或早期龟裂的现象。此外，将钢锭加热并使得其内部所含的碳化物溶解的过程中，还会使得钢锭内部组织均匀，并且会减小钢锭的内部组织应力，在一定程度上可以消除宏观偏析。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体而言，涉及一种4Cr5Mo2V热作模具钢的生产方法。
背景技术
4Cr5Mo2V热作模具钢是一种较常用的热作模具钢，在相关技术中，其常见的生产流程可包括液态金属冶炼以及固态金属冶炼。液态金属冶炼是指将原材料进行一系列的操作之后得到钢锭；固态金属冶炼是指将得到的钢锭进行热处理以及热加工等操作，进而加工成所需的成品。
但是，在相关技术中，常见的生产方法多是将得到的钢锭直接进行固态冶炼操作，而钢锭的内部一般都会含有一定量的不溶解的碳化物，而这些碳化物的存在会影响钢锭的延展性和韧性，进而造成加工而成的4Cr5Mo2V热作模具易产生开裂或早期龟裂的现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种4Cr5Mo2V热作模具钢的生产方法，以解决上述的问题。
在本发明的实施例中提供了一种4Cr5Mo2V热作模具钢的生产方法，包括：
将原料进行加工，得到钢锭；将所述钢锭在预定温度下加热预定时间，使其内部所含的碳化物溶解，得到均质后钢锭；将所述均质后钢锭进行再次加工，得到4Cr5Mo2V热作模具钢。
本发明提供的这种4Cr5Mo2V热作模具钢的生产方法，在得到钢锭之后，将所述钢锭在预定温度下加热预定时间，使其内部所含的碳化物溶解；即对再锻造之前的钢锭进行了均质化处理，在将钢锭加热的过程中，根据原子扩散的原理，钢锭中所含的碳化物可被溶解，因此保证了钢锭的延展性和韧性，进而可避免加工而成的4Cr5Mo2V热作模具钢易产生开裂或早期龟裂的现象。
此外，将钢锭加热并使得其内部所含的碳化物溶解的过程中，还会使得钢锭内部组织均匀，并且会减小钢锭的内部组织应力，在一定程度上可以消除宏观偏析。
附图说明
图1示出了本发明实施例一提供的4Cr5Mo2V热作模具钢的生产方法的流程图；
图2示出了本发明实施例一中步骤101的具体操作的流程图；
图3示出了本发明实施例一中步骤103的具体操作的流程图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例一
在本发明的实施例中提供了一种4Cr5Mo2V热作模具钢的生产方法，包括以下步骤，请参考图1：
步骤101：将原料进行加工，得到钢锭；
在步骤101中，将原料通过一系列的加工，即可得到钢锭。具体的，所用的原料可以是废钢精料。此外，在该步骤中，应该注意控制冶炼过程中的原料中的各种元素的含量范围，尤其是铜含量的范围，通过实践经验，本本实施例的4Cr5Mo2V热作模具钢所含的化学成分的范围可以参照表1；
表1 本实施例的4Cr5Mo2V热作模具钢所含的化学成分的范围（重量百分含量）
其中，在具体加工的过程中，优选的，为了保证钢锭的性能，铜和镍的总含量不超过0.75%。
步骤102：将钢锭在预定温度下加热预定时间，使其内部所含的碳化物溶解，得到均质后钢锭；
在步骤102中，即为将钢锭进行均质化的操作。在得到钢锭之后，将得到的钢锭通过加热预定时间，使其内部的碳化物溶解，进而得到均质后的钢锭，钢锭均质之后，其内部所含的碳化物大部分会消失。
具体的，可以通过可控气氛炉或惰性气体保护炉内进行均质化处理，并且，均质处理的时间以及温度可以依据钢锭的重量参照表2具体设定。
表2 本实施例的4Cr5Mo2V均质化处理的时间
步骤103：将均质后钢锭进行再次加工，得到4Cr5Mo2V热作模具钢。
具体的，为了保证性能需求，应控制操作的工艺过程，进而使得得到的4Cr5Mo2V热作模具钢的硬度优选低于170HB。
钢锭均质后，通过再次加工即可得到4Cr5Mo2V热作模具钢。
本发明提供的这种4Cr5Mo2V热作模具钢的生产方法，在得到钢锭之后，将钢锭在预定温度下加热预定时间，使其内部所含的碳化物溶解；即对再锻造之前的钢锭进行了均质化处理，在将钢锭加热的过程中，根据原子扩散的原理，钢锭中所含的碳化物可被溶解，因此保证了钢锭的延展性和韧性，进而可避免加工而成的4Cr5Mo2V热作模具钢易产生开裂或早期龟裂的现象。
此外，将钢锭加热并使得其内部所含的碳化物溶解的过程中，还会使得钢锭内部组织均匀，并且会减小钢锭的内壁组织应力，在一定程度上可以消除宏观偏析。
为了使得本发明实施例一的4Cr5Mo2V热作模具钢的生产方法得到更好的应用，更加有效应用到冶金工艺中，本发明还在上述实施例一的基础之上提供了实施例二，实施例二对实施例一的生产方法的进一步限定和增加，现做详细的阐述和解释：
实施例二
优选的，在本实施例中，具体的，在实施例一的步骤102中，可以具体为将钢锭在1280℃-1350℃的温度下保温20小时-40小时，使其内部所含的碳化物溶解；得到均质后钢锭。
优选的，在实施例一的步骤101中，可以包括以下步骤，请参考图2：
步骤201：将原料进行冶炼，得到钢水；
步骤202：对钢水脱氧，得到脱氧钢水；
冶炼得到的钢水，其含有大量的氧元素，因此，需要对其进行脱氧的操作，具体的，脱氧剂可以使Al，将Al加入至钢水之后，其可以很好的作为还原剂进而脱出钢水中所含的大量的氧。
步骤203：将脱氧钢水进行真空除气，得到除气后的钢水；
在真空除气过程需要尽可能搅拌钢水（如可使用电磁搅拌）。而且，真空除气后，出钢前需要有至少30分钟以上的除夹杂时间。
步骤204：将除气后的钢水进行铸造，得到电极锭；
步骤205：将电极锭进行电渣重熔，得到所述钢锭。
电渣重熔（electroslag remelting）是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的方法，在本实施例中，可以优选按照以下参数进行：
具体的，根据生产厂的实际设备以及工艺条件，按以下原则确定电渣重熔工艺：对于25t结晶器直径为1100毫米的电渣重熔设备而言：电极锭直径应为760毫米，充填比可达0.69。
1、渣制度
渣系：CaF2：Al2O3：CaO=65：20：15
渣量：600kg，每小时添加1-2kg铝粉脱氧，每3小时添加CaF2：Al2O3=80：20的新渣20-30公斤以补充烧损，保持总渣量基本恒定，渣层厚度控制在250毫米以上。
2、电制度
重熔电流：18-22KA；
重熔电压85V；
熔化速度：控制在700kg/小时以内（优选范围为：300-700kg/小时），电极插入渣层深度≤30毫米；
冷却水出水温度：≤50℃；炉冷时间：>150分钟。
优选的，在实施例一的步骤103中，具体可以包括以下步骤，请参考图3：
步骤301：将钢锭进行锻造，得到钢坯；
优选的，锻造过程的始锻温度为1240℃，终锻温度为900℃；并且除始锻和终锻精整外，中间所有锻造道次的压下率均优选大于25%，这样能够保证实现中心锻透，还可实现整个截面组织均匀的要求。
表3 本实施例的锻造过程中的参数选择
步骤302：将钢坯进行晶粒细化，得到晶粒细化后钢坯；
经均质化处理后的钢锭的组织晶粒粗大，因此，在具体加工的过程中优选对其进行晶粒细化处理，即在锻件不发生开裂的情况下，以最快的冷却速度实施冷却。
优选的，通过将钢坯加热至1050℃，保温预定时间后，冷却至175℃后实现晶粒细化的效果；而且钢坯的入炉温度（初始加热温度）一般控制在400℃-600℃之间，以450℃为优选。
其中，保温时间按照1小时/30毫米锻造后钢锭有效厚度进行选择，而冷却的过程可以按照以下操作进行：
当钢坯的有效厚度大于360毫米时，冷却的速度为：为8-10℃/分钟；当钢坯的有效厚度处于220毫米-360毫米之间时，冷却的速度为：10-15℃/分钟；钢坯的有效厚度大于180毫米-220毫米时，冷却的速度为：15-20℃/分钟；钢坯的有效厚度小于180毫米时，冷却的速度至少为20℃/分钟。
步骤303：将晶粒细化后钢坯进行球化退火，得到4Cr5Mo2V热作模具钢；
在步骤303中，球化退火具体步骤可以按照以下操作进行：将晶粒细化后钢坯加热至890℃，并以20℃/小时的速度冷却至850℃，再以1020℃/小时的速度冷却至700℃后，空气冷却（或者强制风冷）至室温。
此外，当钢坯（锻造后的钢锭）中氢含量合格时，在750℃的最小恒温时间为12小时。当钢坯的氢含量超过规定要求（>5PPM）时，锻造完成后还需要进行扩氢处理。如果钢坯中的氢含量超出5PPM，其可能会造成钢坯出现大量的白点或者裂纹等；因此，可对其进行扩氢处理，具体的扩氢处理可以按照表4的操作进行。
扩氢温度为50℃，入炉温度控制在500-600℃之间。在750℃的恒温时间（分钟）由钢中的含氢量和锻件尺寸确定。
表4 本实施例的扩氢处理过程的保温时间（分钟）
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种4Cr5Mo2V热作模具钢的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
将原料进行加工，得到钢锭；
将所述钢锭在预定温度下加热预定时间，使其内部所含的碳化物溶解，得到均质后钢锭；
将所述均质后钢锭进行再次加工，得到4Cr5Mo2V热作模具钢。
2.根据权利要求1所述的4Cr5Mo2V热作模具钢的生产方法，其特征在于，在所述将所述钢锭在预定温度下加热预定时间，使其内部所含的碳化物溶解，得到均质后钢锭的步骤中：
所述预定温度为：1280℃-1350℃；
所述预定时间为：20小时-40小时。
3.根据权利要求1所述的4Cr5Mo2V热作模具钢的生产方法，其特征在于，在所述将原料进行加工，得到钢锭的步骤中，具体包括：
将所述原料进行冶炼，得到钢水；
对所述钢水脱氧，得到脱氧钢水；
将所述脱氧钢水进行真空除气，得到除气后的钢水；
将所述除气后的钢水进行铸造，得到电极锭；
将所述电极锭进行电渣重熔，得到所述钢锭。
4.根据权利要求3所述的4Cr5Mo2V热作模具钢的生产方法，其特征在于，在所述对所述钢水脱氧，得到脱氧钢水的步骤中
所述脱氧过程中的脱氧剂为铝。
5.根据权利要求3所述的4Cr5Mo2V热作模具钢的生产方法，其特征在于，在所述将所述电极锭进行电渣重熔，得到所述钢锭的步骤中，
所述电渣重熔的熔化速度为300-700千克/小时。
6.根据权利要求1所述的4Cr5Mo2V热作模具钢的生产方法，其特征在于，在所述将所述均质后钢锭进行再次加工，得到4Cr5Mo2V热作模具钢的步骤中，具体包括：
将所述钢锭进行锻造，得到钢坯；
将所述钢坯进行晶粒细化，得到晶粒细化后钢坯；
将所述晶粒细化后钢坯进行球化退火，得到所述4Cr5Mo2V热作模具钢。
7.根据权利要求6所述的4Cr5Mo2V热作模具钢的生产方法，其特征在于，在所述将所述钢锭进行锻造，得到钢坯的步骤中，所述锻造过程的始锻温度为1240℃，终端温度为900℃。
8.根据权利要求6所述的4Cr5Mo2V热作模具钢的生产方法，其特征在于，在所述将所述钢坯进行晶粒细化，得到晶粒细化后钢坯的步骤中，所述晶粒细化具体包括：
将所述钢坯加热至1050℃，保温预定时间后，冷却至175℃。
9.根据权利要求8所述的4Cr5Mo2V热作模具钢的生产方法，其特征在于，在所述将所述钢坯加热至1050℃，保温预定时间后，冷却至175℃的步骤中，
当所述钢坯的有效厚度大于360毫米时，所述冷却的速度为：为8-10℃/分钟；
当所述钢坯的有效厚度处于220毫米-360毫米之间时，所述冷却的速度为：10-15℃/分钟；
所述钢坯的有效厚度大于180毫米-220毫米时，所述冷却的速度为：15-20℃/分钟；
当所述钢坯的有效厚度小于180毫米时，所述冷却的速度至少为20℃/分钟。
10.根据权利要求6所述的4Cr5Mo2V热作模具钢的生产方法，其特征在于，在所述将所述晶粒细化后钢坯进行球化退火，得到所述4Cr5Mo2V热作模具钢的步骤中，具体包括：
将所述晶粒细化后钢坯加热至890℃，并以20℃/小时的速度冷却至850℃，再以1020℃/小时的速度冷却至700℃后，空气冷却至室温。
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