CN105251769A

CN105251769A - 一种模具钢复合钢板的轧制方法

Info

Publication number: CN105251769A
Application number: CN201410337336.7A
Authority: CN
Inventors: 赵坦; 李广龙; 范刘群; 李文斌; 原思宇; 王长顺; 王勇; 王文仲
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2014-07-16
Filing date: 2014-07-16
Publication date: 2016-01-20

Abstract

一种模具钢复合钢板的轧制方法，坯料采用上坯厚、下坯薄形式；加热温度（1270～1290）±20℃，均热时间T=0.35×复合坯厚度。粗轧开轧温度1200～1250℃，采用中速大压下方式，控制辊速1.8～2.3m/s，总变形量≥30%，前三道次总压下量20%，后续道次压下量10～40%。轧后冷却上下水比≤1，终冷温度400～900℃。下线后进行堆垛缓冷或低温去应力退火，堆垛采用上盖下铺方式，铺盖钢板温度200～400℃，铺盖钢板厚度为复合钢板的2.5倍以上，堆垛时间≥24h；去应力退火温度为200～300℃，退火时间≥12h。本发明能有效解决复合坯的上下变形不均问题，使变形在轧制初期便能更有效的传递到复合界面，有效解决表面脱碳及高温抗力大，界面结合力不佳的问题。

Description

一种模具钢复合钢板的轧制方法

技术领域

本发明属于轧钢工艺技术领域，具体涉及一种大单重中厚板模具钢复合坯坯料的设计与轧制方法。

背景技术

高合金型模具钢（除C、Si、Mn、P、S以外合金元素之和大于9%）主要用于高端模具，如作为耐蚀塑料模具的Cr13、Cr17系列。这类钢合金含量较高，通常采用模铸的方式生产，成材率低，且多经过多火次锻造，生产成本高昂，且效率较低。此外，由于模铸锭普遍存在的内部缺陷问题，对于生产超大单重（30吨以上）产品难度较大。

公布号102796959A公开了“一种耐腐蚀塑料模具钢及其制造方法”，系采用N的成分设计，一定程度利用了冶炼方式难以消除的气体，然而生产的100×100×100mm规格模块有效利用率较低，且为了增加锻造比，还需采用电渣工艺提高中间坯料规格，电渣工艺以及后续的退火处理成本极高。

公布号CN10040269C公开的“新型耐蚀耐磨损塑料模具钢4Cr16Mo及镜面大模块的制备方法”，可以生产规格200-500mm（厚）×800-1200mm（宽）×2500mm以上（长）规格钢板，由于生产规格较大，首先生产出模铸锭，之后电渣工艺制成φ900/980mm棒材，经多向锻造成型。这种生产方式主要受到钢坯冶炼方法制约，大规格模铸锭的内部缺陷通过现有的热加工工艺很难去除，只能采用电渣的方式提高内部质量，细化组织。问题在于，电炉冶炼浇铸的模铸锭气体含量（H、O、N）较高，经电渣工艺后改善有限且也需要长时退火处理消除白点影响，成本极高。

一种有效的方式显然是通过致密度好、夹杂低、气体更易控制的转炉双联-精炼-连铸工艺路径生产母坯，然而通常受连铸坯规格限制，一般用于模具钢的成品厚度不超过100mm。如公布号CN103397261A公开的“400mm厚连铸坯轧制塑料模具用钢板及其生产方法”，尽管已经采用了目前最大规格的中厚板连铸坯规格，也仅能生产60～100mm厚规格钢板。

复合法是一种生产特厚钢板的新型方法，相对于传统的铸锭，大大提高了轧后产品的内部组织及性能，解决了因连铸坯厚度限制和压下比制约，生产特厚钢板厚度受限的问题，且轧制坯料广泛，利于大批量生产，可以大大提高成材率。

公布号CN102896466A提供了“一种150-400mm厚塑料模具用钢板的生产方法”，但是所述的气体保护焊工艺极易产生表面氧化，影响焊接效果，不仅如一般的复合坯对表面进行处理，还要额外进行两块甚至多块坯料进行坡口加工，对于单块10-20吨的钢坯无论是吊运、对齐、加工都是十分困难的。所述的三种焊接组合的方式，工艺复杂，操作困难，且对于同时进行气保焊、埋弧焊、真空复合焊的三条边，由于反复焊接，积累焊接应力、组织应力、热应力等更大，极易开裂。重要的在于，该发明主要用于0.20～0.40wt%C，0.20～0.50wt%Si，1.00～1.60wt%Mn，1.40～2.00wt%Cr，0.10～0.50wt%Mo，0.01～0.04wt%V，（Nb+Ti+Ni）≤0.2wt%的钢种，而对于高合金钢，高温抗力较大，物理接触过程相对中低合金钢种相对较弱，此外原子扩散速度较慢，而扩散机制恰是复合法制备的重要环节，相邻的金属界面经短时物理接触后，通过扩散和再结晶形成完整的晶粒。此外对于生产大单重产品无论是钢锭还是复合坯料，坯料的几何中心均是变形较小、较迟的部位，因此如何有效的提高复合坯料心部的变形量，在控制好高合金钢种复合坯高温扩散时机，减小心部变形的延迟现象是解决轧制法生产高合金模具钢的关键。

公布号CN101590596B公开的“一种累积叠轧焊工艺制造特厚板坯的方法”，是采用锻造+轧制的方式生产特厚钢板，对于高合金复合坯来说，此种方法尽管解决了高温大压下以及高温高压速的问题，但是由于锻造变形均匀性、同时性较差，使得高合金钢较为薄弱的焊口极易裂开，此外锻造+轧制方式需要多火次进行，生产成本高而效率较低。

公开号CN1027996959A公开的“模具钢和高速工具钢的爆炸复合材料及制备方法”，虽然高温下变形力巨大，且变形均匀，但不适合批量生产，且生产风险极高，更重要的在于此种方法不适合大单重坯料复合。

公开号CN101530949A提供的“系列复合冷作模具钢的制作方法”，采用高温压力焊的方式，同样不适于大单重坯料生产。

发明内容

本发明旨在提供一种可以在保证良好的表面质量及性能的前提下，提高复合界面的结合，进而提高复合界面强度的模具钢复合钢板的轧制方法。

为此，本发明所采取的解决方案是：

一种模具钢复合钢板的轧制方法，其特征在于，对于除C、Si、Mn、P、S以外的合金元素之和大于9%，且P≤0.02%、S≤0.005%的高合金型模具钢复合钢板的轧制方法为：

复合坯熔深在60～100mm。

复合坯规格在200～600mm，且上坯厚度H_上厚、下坯厚度H_下薄。

复合坯加热温度控制在1270±20℃～1290±20℃，均热时间T=0.35×H分钟，H为复合坯厚度，坯料轧制需一火次完成即加热一次，轧制一次完成，不允许回炉二次加热，二次轧制。

粗轧开轧温度控制在1200～1250℃，粗轧过程需在1000℃以上温度完成；粗轧过程总变形量最小为30%，采用中速大压下方式轧制，控制轧辊辊速1.8～2.3m/s，前三道次总压下量达到20%，后续道次压下量10%～40%。

轧制结束后，进入DQ、ACC等冷却装置进行控制冷却，冷却装置上喷淋管和下喷淋管出水比例≤1；终冷温度控制在400～900℃。

复合钢板下线后进行堆垛缓冷或低温去应力退火，堆垛采用“上盖下铺”的工艺进行，在复合钢板上下放置热钢板进行堆垛，铺盖钢板温度200～400℃，铺盖钢板厚度为复合钢板的2.5倍以上，堆垛时间≥24h；去应力退火温度为200～300℃，退火时间≥12h。

优先推荐的H_上/H_下≥1.5。

本发明的有益效果为：

本发明结合模具钢钢种特性及性能要求进行合理的坯料设计，能有效解决钢坯由于咬入冲击、轧制过程上下表面温差大引起的上下坯料变形不均问题，并能将薄弱的复合界面移向近表面位置，使得变形在轧制初期便能更有效的传递到复合界面。此外对加热、火次、轧制工艺、冷却工艺以及下线处理方式进行了合理的设计，可有效解决长时间加热条件下表面脱碳以及模具钢高温抗力大，界面结合力不佳的问题，确保复合钢板的表面质量及性能。

附图说明

图1是复合钢板表面金相组织图；

图2是复合钢板复合界面金相组织图。

具体实施方式

实施例1：

母坯材料4Cr13，采用转炉双联（或双渣）+LF精炼+RH（或VD）真空脱气处理，其成分为：C：0.38wt%，Si：0.45wt%，Mn：0.67wt%，Cr：12.5wt%，S0.004，P0.019。

复合坯上、下两块坯料规格分别为300mm以及230mm，H_上/H_下=1.3。复合坯熔深60～70mm。

采用室式炉进行生产，加热温度控制在1280±20℃，均热时间185min。

开轧温度控制在1230℃，粗轧终轧温度1045℃。

粗轧阶段控制辊速2.1m/s，总变形量36%，其中前三道次变形量为21%，终轧钢板厚度210mm。轧制结束后，随即进入DQ（直接淬火）进行控制冷却，上下水比=1：2.3。终冷温度控制在600℃。

钢板下线后进入缓冷坑进行低温去应力退火，去应力退火温度选择为270℃，退火时间12h。

图1为热处理处理后钢板复合界面表面组织，可见复合界面组织较上下两板更为细密，结合状态良好。说明变形得到了很好的传递，原子高温得以充分扩散。

实施例2：

母坯材料4Cr13，采用转炉双联（或双渣）+LF精炼+RH（或VD）真空脱气处理，其成分特征为：C：0.18wt%，Si：0.66wt%，Mn：0.90wt%，Cr：12.2wt%，S=0.005wt%，P=0.015wt%。

复合坯上、下两块坯料规格分别为300mm以及200mm，H_上/H_下=1.5。复合坯熔深60～70mm。

采用室式炉进行生产，加热温度控制在1270±20℃，均热时间175min。

开轧温度控制在1220℃，粗轧终轧温度1020℃；

粗轧阶段控制辊速1.8m/s，总变形量31%，其中前三道次变形量为20%，终轧钢板厚度150mm。轧制结束后，随即进入DQ冷却控制，上下水比=1：2。终冷温度控制在720℃。

钢板下线后应该进行堆垛缓冷，铺盖钢板温度400℃，H_铺、盖=4×H_复合=600mm。复合钢板复合界面金相组织见图2。

Claims

1.一种模具钢复合钢板的轧制方法，其特征在于，对于除C、Si、Mn、P、S以外的合金元素之和大于9%，且P≤0.02%、S≤0.005%的高合金型模具钢复合钢板的轧制方法为：

复合坯熔深在60～100mm：

复合坯规格在200～600mm，且上坯厚度H_上厚、下坯厚度H_下薄；

复合坯加热温度控制在1270±20℃～1290±20℃，均热时间T=0.35×H分钟，H为复合坯厚度，坯料轧制需一火次完成；

粗轧开轧温度控制在1200～1250℃，粗轧过程需在1000℃以上温度完成；粗轧过程总变形量最小为30%，采用中速大压下方式轧制，控制轧辊辊速1.8～2.3m/s，前三道次总压下量达到20%，后续道次压下量10%～40%；

轧制结束后，进入DQ、ACC等冷却装置进行控制冷却，冷却装置上喷淋管和下喷淋管出水比例≤1；终冷温度控制在400～900℃；

复合钢板下线后进行堆垛缓冷或低温去应力退火，堆垛采用“上盖下铺”的工艺进行，铺盖钢板温度200～400℃，铺盖钢板厚度为复合钢板的2.5倍以上，堆垛时间≥24h；去应力退火温度为200～300℃，退火时间≥12h。

2.根据权利要求1所述的模具钢复合钢板的轧制方法，其特征在于，所述H_上/H_下≥1.5。