CN103556065B - 一种易切削塑料模具钢板的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种易切削塑料模具钢板的生产方法，其工艺步骤为铁水预处理→120吨转炉炼钢→炉外精炼LF→真空处理RH→连铸→加热→轧制→正火→回火→精整→性能检验→超声波探伤。其特征在于钢的化学组成百分含量为：C=0.35~0.45，Si=0.25～0.35，Mn=1.50～1.60，P≤0.008，S=0.05～0.10，Als=0.010～0.045，Cr=1.80～2.00，Mo=0.15～0.20，余量为Fe和不可避免的杂质。生产厚度小于120mm易切削塑料模具钢板硬度为30～36HRC且差值小于±0.5HRC、超声波探伤一级合格，满足了易切削塑料模具钢板的要求。

Description

一种易切削塑料模具钢板的生产方法

技术领域

本发明属于钢铁冶炼技术，特别是一种易切削塑料模具钢板的生产方法。

背景技术

易切削塑料模具钢板广泛应用于家电制品制造业，电脑外壳模具等大型长寿命塑胶注塑模、热塑性塑胶的挤压模具、吹塑模具、成型工具、结构零件等领域，具有硬度均匀,良好的抛光性能,良好的机加工性能和较好的耐磨性等优点。目前易切削塑料模具钢多采用提高钢中的硫含量来提高其切削性能，其原理是利用钢中的MnS软性夹杂物特点，避免刀具在切削加工过程中与Al₂O₃ 等超硬质点直接接触，从而减轻超硬夹杂物质点对刀具的磨损，使钢的切削性得以改善。

目前生产高硫塑料模具钢板的冶炼方法主要是通过LF精炼过程中造酸性渣或者弱碱性渣来减少冶炼过程中硫含量的损失。但这种冶炼方法的缺点在于：碱度低，钢水脱氧困难，炉渣吸附夹杂物能力较差，难以保证钢板对探伤的高标准要求。

另一种生产高硫塑料模具钢板的冶炼方法为：在LF造碱性渣，精炼过程利用Al线沉淀脱氧，再喂入钙线使夹杂物变性，然后通过真空处理和软吹去除夹杂物。这种冶炼方法缺点有：精炼过程产生大量氧化铝夹杂，必须用钙线进行夹杂物变性，而喂入钙线会降低硫线的收得率，同时产生新的钙铝酸盐夹杂和CaS夹杂物。

易切削塑料模具钢板成分体系有高碳高铬高硫等特点，铸坯易产生偏析以及裂纹，对连铸工艺提出较高的要求。

中国专利200810141497.3公布了一种“加硫易切削塑料模具钢的冶炼方法”，其中真空处理方式为VD，硫铁线喂入时机为VD真空处理后，喂完硫铁线之后再次进行真空处理，该方法处理的硫线喂入钢水后未能将钢水中的硫充分均匀，易造成硫的偏析，再次真空处理硫易被碱性渣吸附，控制硫含量困难，二次真空处理能耗高，生产节奏紧张。 中国专利CN200910062748.3公布了一种“低碳高硫易切削钢的生产工艺方法”，主要生产小方坯产品，其中真空处理为RH，炼钢采用电炉炼钢，无LF精炼过程，因此钢中夹杂物多，不能满足大宽厚比的板坯生产要求。

目前生产高硫塑料模具钢板有许多缺陷：（1）钢中夹杂物多；（2）硫的收得率低；（3）钢水可浇性差；（4）连铸坯易产生严重的偏析和裂纹等；（5）钢板厚度方向硬度均匀性差。

发明内容

本专利旨在提供一种克服上述已有技术不足之处的易切削塑料模具钢板的生产方法，生产厚度小于120mm易切削塑料模具钢板硬度为30～36HRC且差值小于±0.5HRC，超声波探伤一级合格，满足易切削塑料模具钢板的要求。

本发明的技术方案：

一种易切削塑料模具钢板的生产方法，工艺步骤为铁水预处理→转炉炼钢→炉外精炼LF→真空处理RH→连铸→加热→轧制→正火→回火→精整→性能检验→超声波探伤，其特征在于：

钢的化学组成质量百分比为： C=0.35~0.45，Si=0.25～0.35，Mn=1.50～1.60，P≤0.008，S=0.05～0.10，Als=0.010～0.045， Cr=1.80～2.00，Mo=0.15～0.20，余量为Fe和不可避免的杂质；

关键工艺步骤为：

（1）120吨转炉炼钢：冶炼过程控制炉渣碱度、流动性和冶炼温度，出钢P控制在0.008%以下，出钢温度1600～1620℃，出钢过程加入合金，加入一定量的铝合金脱氧和适量的合成渣，合金、脱氧剂和合成渣料在出钢1/4时开始加入，出钢到3/4加完；出钢后喂入Al线，使钢水中Als含量在0.01%～0.03%；

（2）炉外精炼LF：钢水进LF炉冶炼，按6～7kg/t渣量加入石灰和合成渣，并加入CaC2和Al粒进行扩散脱氧，冶炼后期喂入Al线；钢水中Als含量控制在0.04%～0.06%；LF冶炼末期软吹阶段喂入硫线900～1000m，钢水中硫含量控制在0.08%～0.10%；

（3）真空处理RH：钢水进RH进行真空处理过程中全程吹氩气，在50Pa～70Pa压力下保持15～20min，钢水中氢含量控制在2ppm以下；破真空后保持软吹状态15～30min；

（4）连铸：连铸浇注过程中，过热度控制在10～20℃，降低浇注拉速，保证通钢量2.8～3.0t/min；连铸保护渣采用专用模具钢保护渣，配水采用弱冷，减小二冷配水，比水量控制在0.45～0.47 L/kg；

（5）轧制：板坯热装，加热温度控制在1180～1220℃，开轧温度≥1070℃，轧制过程采用高温大压下慢速轧制，粗轧有三道次压下率大于20%，精轧后不打水，空冷至室温；

（6）正火：正火温度875～885℃，时间为板厚mm×(2.0～2.3)min/mm，然后空冷；

（7）回火：正火后钢板250～350℃装炉回火；575～585℃回火，回火时间为板厚mm×(3.0～4.0)min/mm，然后空冷；

（8）硬度性能检验；

（9）超声波探伤。

本发明通过对转炉冶炼、脱氧方式、炉外精炼、硫线喂入时机、真空处理等工艺调整，保证低磷钢水纯净，成分均匀；连铸低过热度、弱冷却工艺调整、合理轻压下等辅以合理的电磁搅拌生产出高质量的板坯；热板坯的直装、高温大压下慢速轧制为钢板厚度方向性能均匀提供了前提；正火后钢板带温回火保证了钢板整体性能一致。生产厚度小于120mm易切削塑料模具钢板硬度为30～36HRC且差值小于±0.5HRC，超声波探伤一级合格，满足易切削塑料模具钢板的要求。因此，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

a.调整脱氧方式，减少钢水中夹杂物生成；

b.调整硫线喂入时机，提高硫的收得率，钢水中的硫元素均匀性好；

c.调整浇注工艺，减轻铸坯偏析，提高铸坯质量；

d.合适的轧制和热处理工艺，生产的钢板硬度性能及厚度方向性能均匀性良好；

e.成品钢板硬度为30～36HRC且差值小于±0.5HRC，超声波探伤一级合格。

附图说明

图1为板坯低倍照片。

图2为钢板金相组织照片。

图3为120mm厚钢板厚度方向硬度分布图。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明的内容。

实施例一：炼制60mm易切削塑料模具钢板。

钢的化学组成质量百分比为：C=0.38，Si=0.29，Mn=1.54，P=0.007，S=0.07，Als=0.015， Cr=1.92，Mo=0.18，余量为Fe和不可避免的杂质。

钢的生产工艺步骤与参数为：

（1）转炉装入量146吨，冶炼过程控制炉渣碱度、流动性和冶炼温度，出钢P =0.006%，出钢温度1612℃，出钢过程加入192kg铝铁脱氧、400kg石灰、100kg合成渣，脱氧剂和合成渣料在出钢1/4开始加入，出钢到3/4加完。出钢后喂入200m的Al线，Als含量在0.015%。

（2）钢水进LF炉冶炼，按照6.5kg/t渣量加入石灰和合成渣，并加入CaC2和Al粒进行扩散脱氧，冶炼前期不喂Al线，冶炼后期喂入300m长度Al线，钢水中Als含量0.048%。LF冶炼末期软吹10min，喂入硫线950m，钢水中硫含量0.085%。

（3）钢水进RH进行真空处理，处理过程中全程吹氩气，在65Pa压力下保持18min，钢水中H含量1.8ppm；破真空后保持软吹状态20min。

（4）连铸浇注过热度18℃，拉速0.85m/min，通钢量3.0t/min；连铸保护渣采用专用模具钢保护渣，配水采用高碳钢模式弱冷，减小二冷配水，保证比水量控制在0.47 L/kg，浇注成300mm×2280mm断面板坯。

（5）轧制：板坯热装，加热温度1210℃，开轧温度1080℃，轧制过程采用高温大压下慢速轧制，粗轧连续有三道次压下率20.1%、20.2%、22.1%，轧制成60mm钢板，精轧后空冷至室温。

（6）正火： 880℃温度下120min，然后空冷。

（7）回火：正火后钢板300℃左右装炉回火；回火温度570℃时间180min，然后空冷。

（8）硬度性能检验结果如表1。

表1   实施例一硬度性能检验结果

（9）钢板按照GB/T2970标准探伤Ⅰ级合格。

实施例二：炼制120mm易切削塑料模具钢板。

钢的化学组成质量百分比为：C=0.40，Si=0.30，Mn=1.57，P=0.008，S=0.08，Als=0.016， Cr=1.91，Mo=0.19，余量为Fe和不可避免的杂质。

钢的生产工艺步骤与参数为：

（1）转炉装入量145吨，冶炼过程控制炉渣碱度、流动性和冶炼温度，出钢P =0.006%，出钢温度1612℃，出钢过程加入210kg铝铁脱氧、420kg石灰、130kg合成渣，脱氧剂和合成渣料在出钢1/4开始加入，出钢到3/4加完。出钢后喂入300m的Al线， Als含量在0.018%。

（2）钢水进LF炉冶炼，按照6.5kg/t渣量加入石灰和合成渣，并加入CaC2和Al粒进行扩散脱氧，冶炼前期不喂Al线，冶炼后期喂入320m长度Al线，钢水中Als含量0.048%。LF冶炼末期软吹12min，喂入硫线980m，钢水中硫含量0.088%。

（3）钢水进RH进行真空处理，处理过程中全程吹氩气，在65Pa压力下保持17min，钢水中H含量1.6ppm；破真空后保持软吹状态19min。

（4）连铸浇注过热度19℃，拉速0.80m/min，通钢量2.8t/min；连铸保护渣采用专用模具钢保护渣，配水采用高碳钢模式弱冷，减小二冷配水，保证比水量控制在0.45 L/kg，浇注成300mm×2280mm断面板坯。

（5）轧制：板坯热装，加热温度1218℃，开轧温度1083℃，轧制过程采用高温大压下慢速轧制，粗轧连续有三道次压下率20.0%、20.0%、22.2%，轧制成120mm钢板，精轧后空冷至室温。

（6）正火： 880℃温度下250min，然后空冷。

（7）回火：正火后钢板289℃左右装炉回火；575℃温度下400min，然后空冷。

（8）硬度性能检验结果如表2。

表2  实施例二硬度性能检验结果

（9）钢板按照GB/T2970标准探伤Ⅰ级合格。

Claims (1)

1. 一种易切削塑料模具钢板的生产方法，工艺步骤为铁水预处理→转炉炼钢→炉外精炼LF→真空处理RH→连铸→加热→轧制→正火→回火→精整→性能检验→超声波探伤，其特征在于：

钢的化学组成质量百分比为： C=0.35~0.45，Si=0.25～0.35，Mn=1.50～1.60，P≤0.008，S=0.05～0.10，Als=0.010～0.045， Cr=1.80～2.00，Mo=0.15～0.20，余量为Fe和不可避免的杂质；

关键工艺步骤为：

（1）120吨转炉炼钢：冶炼过程控制炉渣碱度、流动性和冶炼温度，出钢P控制在0.008%以下，出钢温度1600～1620℃，出钢过程加入一定量的铝合金脱氧和适量的合成渣，脱氧剂和合成渣料在出钢1/4时开始加入，出钢到3/4加完；出钢后喂入Al线，使钢水中Als含量在0.01%～0.03%；

（2）炉外精炼LF：钢水进LF炉冶炼，按6～7kg/t渣量加入石灰和合成渣，并加入CaC₂和Al粒进行扩散脱氧，冶炼后期喂入Al线；钢水中Als含量控制在0.04%～0.06%；LF冶炼末期软吹阶段喂入硫线900～1000m，钢水中硫含量控制在0.08%～0.10%；

（3）真空处理RH：钢水进RH进行真空处理过程中全程吹氩气，在50Pa～70Pa压力下保持15～20min，钢水中氢含量控制在2ppm以下；破真空后保持软吹状态15～30min；

（4）连铸：连铸浇注过程中，过热度控制在10～20℃，降低浇注拉速，保证通钢量2.8～3.0t/min；连铸保护渣采用专用模具钢保护渣，配水采用弱冷，减小二冷配水，比水量控制在0.45～0.47 L/kg；

（5）轧制：板坯热装，加热温度控制在1180～1220℃，开轧温度≥1070℃，轧制过程采用高温大压下慢速轧制，粗轧有三道次压下率大于20%，精轧后不打水，空冷至室温；

（6）正火：正火温度875～885℃，时间为板厚mm×(2.0～2.3)min/mm，然后空冷；

（7）回火：正火后钢板250～350℃装炉回火；575～585℃回火，回火时间为板厚mm×(3.0～4.0)min/mm，然后空冷；

（8）硬度性能检验；

（9）超声波探伤。