CN105522085A - 高速工具钢大截面锻材制造方法 - Google Patents

高速工具钢大截面锻材制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高速工具钢大截面锻材制造方法，目的是解决锻材内裂和表裂缺陷增加的问题。本发明采取的技术方案是：采用LF精炼、VD脱气、喂铝线等炼钢工艺提高钢水洁净度，对电渣重熔输出功率的控制以及锻造前均质化处理，改善共晶碳化物偏析和钢的热加工塑性；通过对大型高速工具钢钢锭的锻造火次和不同变形量控制，破碎大颗粒碳化物和改善共晶碳化物不均匀度；超声波探伤按ASTM？A388标准达到不大于Φ3平底孔水平。本发明具有下列优点：合理控制碳饱和度；控制钢水洁净度；减少成分和碳化物偏析；钢材内部充分变形，保证钢材内部组织碳化物破碎。

Description

高速工具钢大截面锻材制造方法
技术领域
本发明属于钢材锻造方法，具体涉及一种高速钢大截面锻材制造方法，是对Φ160mm～Φ350mm锻材的冶炼及锻造。
背景技术
高速工具钢简称高速钢，是特殊钢中通过特殊热处理可以获得极高硬度（HRC）63～70，而且在550℃～600℃仍可以保持高硬度（HRC）60以上和高耐磨性的耐热耐磨钢类，其主要用途为制造各种机床的切削工具，也部分用于高载荷模具，航空高温轴承及特殊耐热耐磨零部件等。
高速钢属于高碳高合金莱氏体钢，主要的组织特征之一是含有大量的碳化物，这些碳化物包括铸态组织中大量莱氏体共晶碳化物（一次碳化物），以及从奥氏体和马氏体基体中析出的碳化物（二次碳化物）。碳化物对钢材性能影响很大，为此应在热加工过程中使碳化物充分破碎、细化并均匀分布，但由于高速钢热加工变形抗力大、导热系数小、热塑性差、变形温度范围窄，在热加工过程中易出现内部裂纹及表面裂纹等探伤缺陷。因此如何保证高速钢冶炼钢锭获得良好的铸态组织，以及热加工过程中碳化物充分破碎和成品探伤合格，历来是高速钢生产工艺和提高质量的关键问题。目前国内、外高速钢生产厂家所生产的大截面锻材，通常采用真空精炼或电渣重熔冶炼钢锭，采用快锻机上下等宽平砧对称锻造，该制造方法易出现钢材内裂缺陷或高速钢碳化物破碎不足等问题。
发明内容
本发明公开一种高速工具钢大截面锻材制造方法，目的是解决大型钢锭的铸态组织碳化物偏析恶化、造成大截面锻材共晶碳化物不均匀度十分严重以及锻造过程中的内裂和表裂缺陷增加的问题。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
采用LF精炼、VD脱气、喂铝线等炼钢工艺提高钢水洁净度，对电渣重熔输出功率的控制以及锻造前均质化处理，改善共晶碳化物偏析和钢的热加工塑性；通过对大型高速工具钢钢锭的锻造火次和不同变形量控制，破碎大颗粒碳化物和改善共晶碳化物不均匀度；超声波探伤按ASTMA388标准达到不大于Φ3平底孔水平；高速工具钢大截面锻材生产工艺见图1。
1.炼钢工艺：
1）钢采用EAF+LF+VD+ESR方法冶炼，电渣钢锭规格：Φ480mm、Φ
610mm;
2）LF炉白渣冶炼，白渣保持时间大于30min;
3）VD炉真空度小于1mbar，保持时间大于15min;
4）浇注前钢包中吹氩气10min～15min；
5）电极坯冶炼成分控制符合相应钢种的碳饱和度要求，碳饱和度
Ac=Cs/Cp，
Cs为钢中碳含量，
Cp为平衡碳Cp=0.033W+0.063Mo+0.06Cr+0.20V)；
6）电极红送退火后电渣重熔；
7）电渣重熔采用CaF2：Al2O3＝70％：30％二元渣系，电极坯重熔输入功率控制在450kw～600kw，电渣锭红送转移。
2.锻造工艺：
锻造变形采用多火锻造工艺，锻造过程采用两头锻造方法，整个锻造过程可分为三步：
1）对称锻造：钢锭按要求加热均匀透烧，钢锭加热至860℃保温2h～3h,再升温至1180℃保温5h～6h；采用上下等宽平砧对钢锭轻压，该步骤每道次变形量按3%～5%控制；终锻温度不低于900℃。
2）不对称锻造：钢坯按要求均匀加热透烧，钢锭加热至860℃保温2h～3h,再升温至1180℃保温5h～6h；对中间钢坯采用上宽平砧、下平台锻造，该步骤每道次变形量按12%～28%控制；终锻温度不低于900℃。
3）成品锻造：钢坯采用圆孔型砧摔圆成形，该步骤每道次变形量在5%～15%；终锻温度不低于850℃；锻材成品规格为Φ160mm～Φ350mm；
3.锻后成品材采取红送退火，钢材装炉温度应大于650℃。
对技术方案的分析和理论阐述：
1）化学成分控制
高速工具钢中的钨、钼、铬、钒等合金元素均为强碳化物形成元素，其含量达到17%～24%，通过调整、控制上述元素的含量能够得到最佳的碳饱和度参数，使钢的铸态组织中的碳化物分布更加均匀细小。
2）电渣重熔工艺参数的控制
在电渣重熔过程中，电压和电流的控制能够稳定金属电极熔化速度，减少组织偏析。
3）锻造工艺参数的控制
在锻造拔长工序，通过对锻造工具的调整，实现对称变形和不对称变形工艺的合理使用，确保钢锭铸态组织的破碎，同时最大程度避免拉应力造成锻材内裂；通过合理的变形量及终锻温度的控制，保证锻造过程钢材表面质量。
与现有技术相比，本发明具有下列优点：
1）合理控制碳饱和度，使钢材成分控制达到最优；
2）采用LF+VD精炼工艺控制钢水洁净度；
3）控制大型电渣锭重熔速度和充填速度，减少成分和碳化物偏析；
4）采用上宽平砧、下平台法大变形量锻造，使钢材内部充分变形，
保证钢材内部组织碳化物破碎。
附图说明
图1是高速工具钢大截面锻材生产工艺流程图；
图2是不对称变形锻造示意图。
图标说明：宽平砧1、钢坯2、平台3。
具体实施方式
实施案例1～4共同执行以下工艺：
1）钢采用EAF+LF+VD+ESR方法冶炼，电渣钢锭规格：Φ480mm、Φ
610mm;
2）LF炉白渣冶炼，白渣保持时间大于30min;
3）VD炉真空度小于1mbar，保持时间大于15min;
4）浇注前钢包中吹氩气10min～15min；
5）电极红送退火后电渣重熔；
6）电渣重熔采用CaF2：Al2O3＝70％：30％二元渣系，电极坯重熔输入功率控制在450kw～600kw，电渣锭红送转移；
7）钢锭按要求加热均匀透烧，钢锭加热至800℃保温3h,再升温至1180℃保温5h～6h；
8)锻造采用2000快锻机，采取两头锻造方式；
第1～2火次采用对称锻造：上下等宽平砧对钢锭轻压，该步骤每道次变形量按3%～5%控制；终锻温度不低于900℃；
第3～8火次采用不对称锻造：如图2所示，对中间钢坯采用上宽平砧、下平台锻造，该步骤每道次变形量按12%～28%控制；终锻温度不低于900℃；
第9～10火次为成品锻造：钢坯采用圆孔型砧摔圆成形，该步骤每道次变形量在5%～15%；终锻温度不低于850℃；
9)成品材锻后采取红送退火，钢材装炉温度大于650℃。
10)质量检验。退火出炉后的钢材按ASTMA388标准进行超声波探伤，质量等级达到≤Φ3平底孔水平，表面检查合格。
实施例1
生产尺寸为Φ179mm的M2圆钢；
1.冶炼分厂生产M2钢种，成品规格Φ179mm(尺寸公差-0mm，+2mm),电渣锭化学成分见表1；
表1电渣锭化学成分
2.采用EAF+LF+VD+ESR方式冶炼，VD出钢温度1510℃，浇注Φ250mm
电极，浇注电极碳饱和度Ac=0.79，电渣重熔浇注Φ480mm电渣锭；
3.将钢锭加热至800℃保温3h，再升温至1180℃保温5h后出炉锻造；
4.锻造第1、2火次采用对称锻造，每道次压下量不超过20mm，该工序变形量4%，终锻温度960℃；第3～8火次采用不对称锻造，锻造时在平台上翻转1800大压下，每道次压下量不超过80mm，道次变形量17%～26%，终锻温度910℃；第9～10火次采用圆孔型砧摔圆成形，变形量13%，终锻温度860℃。
实施例2
生产尺寸为Φ202mm的1.3343圆钢；
1.冶炼分厂生产1.3343钢种，成品规格Φ202mm(尺寸公差-0mm，+3mm),电渣锭化学成分见表2；
表2电渣锭化学成分
2.采用EAF+LF+VD+ESR方式冶炼，VD出钢温度1515℃，浇注Φ250mm
电极，浇注电极碳饱和度Ac=0.78，电渣重熔浇注Φ480mm电渣锭；
3.将钢锭加热至800℃保温3h，再升温至1180℃保温5h后出炉锻造；
4.锻造第1、2火次采用对称锻造，每道次压下量不超过20mm，该工序变形量3%，终锻温度990℃；第3～8火次采用不对称锻造，锻造时在平台上翻转1800大压下，每道次压下量不超过80mm，道次变形量17%～25%，终锻温度910℃；第9～10火次采用圆孔型砧摔圆成形，变形量10%，终锻温度870℃。
实施例3
生产尺寸为Φ303mm的1.3343ESR圆钢；
1.冶炼分厂生产1.3343ESR钢种，成品规格Φ303mm(尺寸公差-0mm，+3mm),电渣锭化学成分见表3；
表3电渣锭化学成分
2.采用EAF+LF+VD+ESR方式冶炼，VD出钢温度1510℃，浇注Φ250mm
电极，浇注电极碳饱和度Ac=0.76，电渣重熔浇注Φ610mm电渣锭；
3.将钢锭加热至800℃保温3h，再升温至1180℃保温6h后出炉锻造；
4.锻造第1、2火次采用对称锻造，每道次压下量不超过20mm，该工序变形量5%，终锻温度970℃；第3～8火次采用不对称锻造，锻造时在平台上翻转1800大压下，每道次压下量不超过80mm，道次变形量13%～16%，终锻温度920℃；第9～10火次采用圆孔型砧摔圆成形，变形量10%，终锻温度860℃。
实施例4
生产尺寸为Φ265mm的M2锻材；
1.冶炼分厂生产M2钢种，成品规格Φ265mm(尺寸公差-0mm，+3mm),钢锭化学成分见表4；
表4钢锭化学成分
2.采用EAF+LF+VD+ESR方式冶炼，VD出钢温度1520℃，浇注Φ250mm
电极，浇注电极碳饱和度Ac=0.77，电渣重熔浇注Φ480mm电渣锭；
3.将钢锭加热至800℃保温3h，再升温至1180℃保温5h后出炉锻造；
4.锻造第1、2火次采用对称锻造，每道次压下量不超过20mm，该工序变形量3%，终锻温度960℃；第3～6火次采用不对称锻造，锻造时在平台上翻转1800大压下，每道次压下量不超过80mm，道次变形量14%～20%，终锻温度910℃；第7～8火次采用圆孔型砧摔圆成形，变形量12%，终锻温度870℃。

Claims (5)

1.一种高速工具钢大截面锻材制造方法，其特征在于：所述制造方法包括冶炼、锻制和热处理，所述冶炼钢采用EAF+LF+VD+ESR冶炼方法，其中LF精炼炉白渣冶炼，白渣保持时间大于30min;其中VD炉真空度小于1mbar，保持时间大于15min脱气；浇注前钢包中吹氩气10min～15min；电极坯冶炼成分控制符合相应钢种的碳饱和度Ac要求；其中电渣重熔采用CaF2：Al2O3＝70％：30％二元渣系，电极坯重熔输入功率控制在450kw～600kw，电渣钢锭红送转移，电渣钢锭规格为Φ480mm、Φ610mm；所述锻制采用多火、两头锻造，锻造过程分为三步：
1）对称锻造：钢锭按要求加热均匀透烧，钢锭加热至800℃保温3h,再升温至1180℃保温5h～6h；采用上下等宽平砧对钢锭轻压，该步骤每道次变形量按3%～5%控制；终锻温度不低于900℃；
2）不对称锻造：钢坯按要求均匀加热透烧，钢锭加热至800℃保温3h,再升温至1180℃保温5h～6h；对中间钢坯采用上宽平砧、下平台锻造，该步骤每道次变形量按12%～28%控制；终锻温度不低于900℃；
3）成品锻造：钢坯采用圆孔型砧摔圆成形，该步骤每道次变形量在5%～15%；终锻温度不低于850℃；成品锻材规格Φ160mm～Φ350mm；所述热处理将成品锻材红送退火，锻材装炉温度应大于650℃。
2.根据权利要求1所述一种高速工具钢大截面锻材制造方法，其特征在于：所述M2钢成品锻材规格为Φ179mm；
所述冶炼VD出钢温度1510℃，浇注Φ250mm电极，浇注电极碳饱和度Ac=0.79，电渣重熔浇注Φ480mm电渣锭；
所述锻制，1）将钢锭加热至800℃保温3h，再升温至1180℃保温5h后出炉锻造；2）第1、2火次采用对称锻造，每道次压下量不超过20mm，该工序变形量4%，终锻温度960℃；第3～8火次采用不对称锻造，锻造时在平台上翻转1800大压下，每道次压下量不超过80mm，道次变形量17%～26%，终锻温度910℃；第9～10火次采用圆孔型砧摔圆成形，变形量13%，终锻温度860℃。
3.根据权利要求1所述一种高速工具钢大截面锻材制造方法，其特征在于：所述1.3343钢成品锻材规格为Φ202mm；
所述冶炼VD出钢温度1515℃，浇注Φ250mm电极，浇注电极碳饱和度Ac=0.78，电渣重熔浇注Φ480mm电渣锭；
所述锻制，1）将钢锭加热至800℃保温3h，再升温至1180℃保温5h后出炉锻造；2）第1、2火次采用对称锻造，每道次压下量不超过20mm，该工序变形量3%，终锻温度990℃；第3～8火次采用不对称锻造，锻造时在平台上翻转1800大压下，每道次压下量不超过80mm，道次变形量17%～26%，终锻温度910℃；第9～10火次采用圆孔型砧摔圆成形，变形量10%，终锻温度870℃。
4.根据权利要求1所述一种高速工具钢大截面锻材制造方法，其特征在于：所述1.3343ESR钢成品锻材规格为Φ303mm；
所述冶炼VD出钢温度1510℃，浇注Φ250mm电极，浇注电极碳饱和度Ac=0.76，电渣重熔浇注Φ610mm电渣锭；
所述锻制，1）将钢锭加热至800℃保温3h，再升温至1180℃保温6h后出炉锻造；2）第1、2火次采用对称锻造，每道次压下量不超过20mm，该工序变形量5%，终锻温度970℃；第3～8火次采用不对称锻造，锻造时在平台上翻转1800大压下，每道次压下量不超过80mm，道次变形量13%～16%，终锻温度920℃；第9～10火次采用圆孔型砧摔圆成形，变形量10%，终锻温度860℃。
5.根据权利要求1所述一种高速工具钢大截面锻材制造方法，其特征在于：所述M2钢成品锻材规格为Φ265mm；
所述冶炼VD出钢温度1520℃，浇注Φ250mm电极，浇注电极碳饱和度Ac=0.77，电渣重熔浇注Φ480mm电渣锭；
所述锻制，1）将钢锭加热至800℃保温3h，再升温至1180℃保温5h后出炉锻造；2）第1、2火次采用对称锻造，每道次压下量不超过20mm，该工序变形量3%，终锻温度960℃；第3～6火次采用不对称锻造，锻造时在平台上翻转1800大压下，每道次压下量不超过80mm，道次变形量14%～20%，终锻温度910℃；第7～8火次采用圆孔型砧摔圆成形，变形量12%，终锻温度870℃。
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