CN105624571A - 一种特厚钢板及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于轧钢的技术领域，具体的涉及一种特厚钢板及其生产工艺。该种特厚钢板，化学成分按重量百分比为：C？0.31-0.37％，Si？0.41-0.59％，Mn？1.42-1.59％，P≤？0.007％，S≤？0.004％，Cr？1.91-2.16％，Mo？0.51-0.63％，Ni？0.17-0.29％，余量为Fe及不可避免的杂质。采用电炉冶炼→LF炉精炼→VD真空脱气→氩气保护下匀速模铸→高温脱模→带液心轧制→缓冷→加热→轧制→在线淬火→回火的工艺路线，钢板布氏硬度为291-329HB，其表面和心部硬度差值小于15HB，钢板最大厚度可达到430mm，且能满足JB/T4730.3-2005锻件检测标准I级探伤要求，能够满足高等级特厚钢板内部高质量的要求。

Description

一种特厚钢板及其生产工艺
技术领域
本发明属于轧钢的技术领域，具体的涉及一种特厚钢板及其生产工艺。
背景技术
随着我国塑料工业的迅速发展，塑料制品日益向大型、复杂、精密的方向发展，为了适应塑料制品尺寸日趋大型化、形状复杂化的发展方向，对塑料模具钢的要求也越来越严格，特别是在塑料模具用钢厚度规格增大的同时，要求塑料模具钢板的内部质量优异，甚至一些高端用户要求杂夹物各类评级均要不大于1.5级，超声波探伤内部缺陷≤Φ2mm当量平底孔。
目前，国内市场上塑料模具钢板竞争激烈，但是钢板厚度集中在120mm以下，许多企业通过优化材料质量，提高产品竞争力，但是终究因受到连铸板坯厚度的限制，生产不出厚度更大且内部质量优异的塑料模具特厚钢板。
还有一些企业采取传统的铸锭成材工艺，由于钢锭凝固慢，易导致缩孔、偏析等缺陷，尤其会出现在钢锭芯部，所以轧制成型的特厚钢板表面和芯部硬度差别大，探伤合格率低，影响客户的后续加工使用。
发明内容
本发明的目的在于针对目前市面上的塑料模具钢板无法将钢板厚度特殊要求与对在该厚度下钢板内部质量同时兼顾的问题而提供一种特厚钢板及其生产工艺，采用大厚度扁钢锭作为坯料，在宽厚板轧机上直接轧制塑料模具用特厚钢板，同时界定了关键工艺技术参数，进而提高了塑料模具钢特厚板的内部质量。采用本发明生产的特厚钢板能满足JB/T4730.3-2005锻件检测标准I级探伤要求（Φ2mm当量平底孔），钢板的最大厚度可以达到430mm，克服了原有“模铸-铸锭开坯-可逆式轧机轧制或铸锭锻造成材工艺”成本较高、工序复杂、内部质量较差、生产周期较长等问题。
本发明的技术方案为：一种特厚钢板，化学成分按重量百分比为：C0.31-0.37％，Si0.41-0.59％，Mn1.42-1.59％，P≤0.007％，S≤0.004％，Cr1.91-2.16％，Mo0.51-0.63％，Ni0.17-0.29％，余量为Fe及不可避免的杂质。
所述特厚钢板，化学成分按重量百分比为：C0.33％，Si0.46％，Mn1.48％，P≤0.005％，S≤0.003％，Cr1.94％，Mo0.53％，Ni0.19％，余量为Fe及不可避免的杂质。
所述特厚钢板，化学成分按重量百分比为：C0.35％，Si0.49％，Mn1.52％，P≤0.006％，S≤0.004％，Cr2.06％，Mo0.57％，Ni0.21％，余量为Fe及不可避免的杂质。
所述特厚钢板，化学成分按重量百分比为：C0.36％，Si0.50％，Mn1.56％，P≤0.007％，S≤0.004％，Cr2.1％，Mo0.59％，Ni0.22％，余量为Fe及不可避免的杂质。
所述特厚钢板，化学成分按重量百分比为：C0.37％，Si0.58％，Mn1.58％，P≤0.005％，S≤0.002％，Cr2.14％，Mo0.61％，Ni0.27％，余量为Fe及不可避免的杂质。
所述特厚钢板的生产工艺，包括以下步骤：
（1）冶炼：高炉铁水经预处理兑入装有优质废钢的电炉中，电炉冶炼后，经过LF炉精炼和VD真空脱气处理，钢水成分的重量百分比达下述要求出钢浇注：C：0.31-0.37％，Si：0.41-0.59％，Mn：1.42-1.59％，P≤0.007％，S≤0.004％，Cr：1.91-2.16％，Mo：0.51-0.63％，Ni：0.17-0.29％，余量为Fe及不可避免的夹杂，出钢浇注。
（2）浇铸：钢水浇注之前，冒口箱包括内部的保温材料预热到640-700℃，钢锭模型腔中充氩气，在氩气保护下进行浇铸，采用氩气保护浇铸可减少卷气和二次氧化夹杂；浇铸温度1560-1580℃，浇铸过程中匀速浇铸，浇铸速度为2.2-3.9t/min，浇铸成最大厚度900mm的扁钢锭；浇注完毕后，于冒口上方填充发热剂和保温覆盖剂，保证冒口补缩良好。
（3）高温脱模：钢锭浇铸结束后钢锭静置6小时以上，待坯壳凝固一定厚度，钢锭表面温度为1170-1190℃时，进行脱模操作，此时钢锭中上部和芯部并未完全凝固，存在液相区或液固两相区；
（4）带液心一次轧制：脱模操作完毕后，钢锭立即送台车炉均热保温，均热温度1210-1220℃，均热时间1-2小时后出炉送轧；轧制过程中，钢锭小头朝前，全纵轧，手动轧制模式，小压下多道次轧制，总压下量≤4%。在钢锭芯部尚未完全凝固时，进行小压下多道次轧制，能防止钢锭中上部和芯部富集偏析元素钢液的流动，适当及时的压下变形量可补偿两相区内钢液凝固时形成的体积收缩，同时钢锭芯部枝晶区得到充分破碎，从而使钢锭的凝固组织更加均匀致密；钢锭经过本次轧制后，称作一次中间坯。
（5）缓冷：一次中间坯下线进缓冷坑缓冷，缓冷时间不小于90小时；
（6）加热：吊运至台车炉加热，加热温度1190℃-1210℃，加热时间为3-4小时，使钢锭的合金元素充分固溶，且保证奥氏体晶粒度不过分粗大；
（7）二次轧制：采用手动与自动轧钢相结合的模式进行第二次轧制，在手动模式下小头朝前全纵轧，彻底消除一次中间坯锥度，然后改为自动轧钢模式，按照纵轧-横轧-纵轧的工艺流程进行轧制，其中终轧温度为881℃-917℃；
（8）在线淬火：淬火温度841℃-869℃，游荡冷却，冷却速度1.1-4.9℃/s，冷却至钢板表面温度≤280℃，下线空冷至室温；
（9）回火：回火温度563-579℃，回火系数1.51-1.69min/mm。
所述步骤（2）浇铸中在钢水浇注之前，冒口箱包括内部的保温材料预热到642-697℃。
本发明的有益效果为：采用本发明所述化学成分及生产工艺所获得的特厚钢板可达到如下指标：钢板夹杂物级别低，各类夹杂物评级（ASTM）不大于1.5级；钢板布氏硬度为291-329HB，钢板组织均匀，性能均一，表面和心部硬度差值小于15HB；钢板最大厚度可达到430mm，且能满足JB/T4730.3-2005锻件检测标准I级探伤要求（Φ2mm当量平底孔），能够满足高等级特厚钢板内部高质量的要求。
所述特厚钢板的生产成本低，生产效率高，生产周期短；具有内部洁净致密，基本消除孔洞的特点，综合性能好，能够满足高级塑料模具对特厚钢板内部高质量的要求，可用于汽车、电器等塑料模具行业。
具体实施方式
实施例1
本实施例为采用700mm厚钢锭轧制190mm塑料模具用特厚钢板的生产工艺，生产工艺按照以下工序进行：
（1）冶炼：高炉铁水经预处理兑入装有优质废钢的电炉中，电炉冶炼后，经过LF炉精炼和VD真空脱气处理，钢水成分的重量百分比达下述要求出钢浇注：C0.33％，Si0.46％，Mn1.48％，P≤0.005％，S≤0.003％，Cr1.94％，Mo0.53％，Ni0.19％，余量为Fe及不可避免的杂质，出钢浇注。
（2）浇铸：钢水浇注之前，冒口箱包括内部的保温材料预热到660℃，钢锭模型腔中充氩气，在氩气保护下进行浇铸，采用氩气保护浇铸可减少卷气和二次氧化夹杂；浇铸温度1567℃，浇铸过程中匀速浇铸，浇铸速度为2.3t/min，浇铸成700mm扁钢锭；浇注完毕后，于冒口上方填充发热剂和保温覆盖剂，保证冒口补缩良好。
（3）高温脱模：钢锭浇铸结束后钢锭静置6.5小时，待坯壳凝固一定厚度，钢锭表面温度为1180℃时，进行脱模操作，此时钢锭中上部和芯部并未完全凝固，存在液相区或液固两相区；
（4）带液心一次轧制：脱模操作完毕后，钢锭立即送台车炉均热保温，均热温度1210℃，均热时间1.2小时后出炉送轧；轧制过程中，钢锭小头朝前，全纵轧，手动轧制模式，小压下3道次轧制，总压下量3%。在钢锭芯部尚未完全凝固时，进行小压下多道次轧制，能防止钢锭中上部和芯部富集偏析元素钢液的流动，适当及时的压下变形量可补偿两相区内钢液凝固时形成的体积收缩，同时钢锭芯部枝晶区得到充分破碎，从而使钢锭的凝固组织更加均匀致密；钢锭经过本次轧制后，称作一次中间坯。
（5）缓冷：一次中间坯下线进缓冷坑缓冷96小时；
（6）加热：吊运至台车炉加热，加热温度1190℃，加热时间为3小时，使钢锭的合金元素充分固溶，且保证奥氏体晶粒度不过分粗大；
（7）二次轧制：采用手动与自动轧钢相结合的模式进行第二次轧制，在手动模式下小头朝前全纵轧，彻底消除一次中间坯锥度，然后改为自动轧钢模式，按照纵轧-横轧-纵轧的工艺流程，采用低速大压下工艺轧制，轧制大变形确保钢坯轧制变形能够渗透到铸坯中心部分，以尽可能地消除厚度方向上的变形差异，终轧温度为917℃。
（8）在线淬火：由水冷装备进行在线淬火处理，淬火温度852℃，游荡冷却，冷却速度2℃/S，冷却至钢板表面温度278℃，下线空冷至室温。
（9）回火：进行离线回火热处理，回火温度568℃，回火系数1.51min/mm。
经检测，190mm塑料模具特厚钢板表面五点硬度为327HB、321HB、318HB、324HB、331HB，平均值324HB，钢板心部三点硬度为316HB、320HB、315HB，平均值317HB；钢板夹杂物等级分别为A类0.5，C类0.5，D类1.5；钢板探伤满足JB/T4730.3-2005锻件检测标准I级探伤要求（Φ2mm当量平底孔）。
实施例2
本实施实例为采用700mm厚钢锭轧制270mm塑料模具用特厚钢板的生产工艺，生产工艺按照以下工序进行：
（1）冶炼：高炉铁水经预处理兑入装有优质废钢的电炉中，电炉冶炼后，经过LF炉精炼和VD真空脱气处理，钢水成分的重量百分比达下述要求出钢浇注：C0.35％，Si0.49％，Mn1.52％，P≤0.006％，S≤0.004％，Cr2.06％，Mo0.57％，Ni0.21％，余量为Fe及不可避免的杂质，出钢浇注。
（2）浇铸：钢水浇注之前，冒口箱包括内部的保温材料预热到670℃，钢锭模型腔中充氩气，在氩气保护下进行浇铸，采用氩气保护浇铸可减少卷气和二次氧化夹杂；浇铸温度1570℃，浇铸过程中匀速浇铸，浇铸速度为2.5t/min，浇铸成700mm扁钢锭；浇注完毕后，于冒口上方填充发热剂和保温覆盖剂，保证冒口补缩良好。
（3）高温脱模：钢锭浇铸结束后钢锭静置6.7小时，待坯壳凝固一定厚度，钢锭表面温度为1176℃时，进行脱模操作，此时钢锭中上部和芯部并未完全凝固，存在液相区或液固两相区；
（4）带液心一次轧制：脱模操作完毕后，钢锭立即送台车炉均热保温，均热温度1215℃，均热时间1.3小时后出炉送轧；轧制过程中，钢锭小头朝前，全纵轧，手动轧制模式，小压下3道次轧制，总压下量3.3%。在钢锭芯部尚未完全凝固时，进行小压下多道次轧制，能防止钢锭中上部和芯部富集偏析元素钢液的流动，适当及时的压下变形量可补偿两相区内钢液凝固时形成的体积收缩，同时钢锭芯部枝晶区得到充分破碎，从而使钢锭的凝固组织更加均匀致密；钢锭经过本次轧制后，称作一次中间坯。
（5）缓冷：一次中间坯下线进缓冷坑缓冷98小时；
（6）加热：吊运至台车炉加热，加热温度1195℃，加热时间为3小时，使钢锭的合金元素充分固溶，且保证奥氏体晶粒度不过分粗大；
（7）二次轧制：采用手动与自动轧钢相结合的模式进行第二次轧制，在手动模式下小头朝前全纵轧，彻底消除一次中间坯锥度，然后改为自动轧钢模式，按照纵轧-横轧-纵轧的工艺流程，采用低速大压下工艺轧制，轧制大变形确保钢坯轧制变形能够渗透到铸坯中心部分，以尽可能地消除厚度方向上的变形差异，终轧温度为910℃。
（8）在线淬火：由水冷装备进行在线淬火处理，淬火温度861℃，游荡冷却，冷却速度3℃/S，冷却至钢板表面温度270℃，下线空冷至室温。
（9）回火：进行离线回火热处理，回火温度571℃，回火系数1.56min/mm。
经检测，270mm塑料模具特厚钢板表面五点硬度为317HB、315HB、314HB、322HB、325HB，平均值319HB，钢板心部三点硬度为311HB、306HB、310HB，平均值309HB；钢板夹杂物等级分别为A类0.5，C类0.5，D类1.5；钢板探伤满足JB/T4730.3-2005锻件检测标准I级探伤要求（Φ2mm当量平底孔）。
实施例3
本实施实例为采用900mm厚钢锭轧制350mm塑料模具用特厚钢板的生产工艺，生产工艺按照以下工序进行：
（1）冶炼：高炉铁水经预处理兑入装有优质废钢的电炉中，电炉冶炼后，经过LF炉精炼和VD真空脱气处理，钢水成分的重量百分比达下述要求出钢浇注：C0.36％，Si0.50％，Mn1.56％，P≤0.007％，S≤0.004％，Cr2.1％，Mo0.59％，Ni0.22％，余量为Fe及不可避免的杂质，出钢浇注。
（2）浇铸：钢水浇注之前，冒口箱包括内部的保温材料预热到680℃，钢锭模型腔中充氩气，在氩气保护下进行浇铸，采用氩气保护浇铸可减少卷气和二次氧化夹杂；浇铸温度1580℃，浇铸过程中匀速浇铸，浇铸速度为3.2t/min，浇铸成900mm扁钢锭；浇注完毕后，于冒口上方填充发热剂和保温覆盖剂，保证冒口补缩良好。
（3）高温脱模：钢锭浇铸结束后钢锭静置7小时，待坯壳凝固一定厚度，钢锭表面温度为1184℃时，进行脱模操作，此时钢锭中上部和芯部并未完全凝固，存在液相区或液固两相区；
（4）带液心一次轧制：脱模操作完毕后，钢锭立即送台车炉均热保温，均热温度1218℃，均热时间1.6小时后出炉送轧；轧制过程中，钢锭小头朝前，全纵轧，手动轧制模式，小压下3道次轧制，总压下量3.8%。在钢锭芯部尚未完全凝固时，进行小压下多道次轧制，能防止钢锭中上部和芯部富集偏析元素钢液的流动，适当及时的压下变形量可补偿两相区内钢液凝固时形成的体积收缩，同时钢锭芯部枝晶区得到充分破碎，从而使钢锭的凝固组织更加均匀致密；钢锭经过本次轧制后，称作一次中间坯。
（5）缓冷：一次中间坯下线进缓冷坑缓冷102小时；
（6）加热：吊运至台车炉加热，加热温度1205℃，加热时间为3.7小时，使钢锭的合金元素充分固溶，且保证奥氏体晶粒度不过分粗大；
（7）二次轧制：采用手动与自动轧钢相结合的模式进行第二次轧制，在手动模式下小头朝前全纵轧，彻底消除一次中间坯锥度，然后改为自动轧钢模式，按照纵轧-横轧-纵轧的工艺流程，采用低速大压下工艺轧制，轧制大变形确保钢坯轧制变形能够渗透到铸坯中心部分，以尽可能地消除厚度方向上的变形差异，终轧温度为890℃。
（8）在线淬火：由水冷装备进行在线淬火处理，淬火温度867℃，游荡冷却，冷却速度4℃/S，冷却至钢板表面温度260℃，下线空冷至室温。
（9）回火：进行离线回火热处理，回火温度575℃，回火系数1.6min/mm。
经检测，270mm塑料模具特厚钢板表面五点硬度为312HB、314HB、308HB、319HB、310HB，平均值313HB，钢板心部三点硬度为297HB、301HB、302HB，平均值300HB；钢板夹杂物等级分别为A类0.5，C类0.5，D类1.5；钢板探伤满足JB/T4730.3-2005锻件检测标准I级探伤要求（Φ2mm当量平底孔）。
实施例4
本实施实例为采用900mm厚钢锭轧制430mm塑料模具用特厚钢板的生产工艺，生产工艺按照以下工序进行：
（1）冶炼：高炉铁水经预处理兑入装有优质废钢的电炉中，电炉冶炼后，经过LF炉精炼和VD真空脱气处理，钢水成分的重量百分比达下述要求出钢浇注：C0.37％，Si0.58％，Mn1.58％，P≤0.005％，S≤0.002％，Cr2.14％，Mo0.61％，Ni0.27％，余量为Fe及不可避免的杂质，出钢浇注。
（2）浇铸：钢水浇注之前，冒口箱包括内部的保温材料预热到690℃，钢锭模型腔中充氩气，在氩气保护下进行浇铸，采用氩气保护浇铸可减少卷气和二次氧化夹杂；浇铸温度1586℃，浇铸过程中匀速浇铸，浇铸速度为3.6t/min，浇铸成900mm扁钢锭；浇注完毕后，于冒口上方填充发热剂和保温覆盖剂，保证冒口补缩良好。
（3）高温脱模：钢锭浇铸结束后钢锭静置7.6小时，待坯壳凝固一定厚度，钢锭表面温度为1179℃时，进行脱模操作，此时钢锭中上部和芯部并未完全凝固，存在液相区或液固两相区；
（4）带液心一次轧制：脱模操作完毕后，钢锭立即送台车炉均热保温，均热温度1219℃，均热时间1.7小时后出炉送轧；轧制过程中，钢锭小头朝前，全纵轧，手动轧制模式，小压下3道次轧制，总压下量3.9%。在钢锭芯部尚未完全凝固时，进行小压下多道次轧制，能防止钢锭中上部和芯部富集偏析元素钢液的流动，适当及时的压下变形量可补偿两相区内钢液凝固时形成的体积收缩，同时钢锭芯部枝晶区得到充分破碎，从而使钢锭的凝固组织更加均匀致密；钢锭经过本次轧制后，称作一次中间坯。
（5）缓冷：一次中间坯下线进缓冷坑缓冷105小时；
（6）加热：吊运至台车炉加热，加热温度1208℃，加热时间为3.8小时，使钢锭的合金元素充分固溶，且保证奥氏体晶粒度不过分粗大；
（7）二次轧制：采用手动与自动轧钢相结合的模式进行第二次轧制，在手动模式下小头朝前全纵轧，彻底消除一次中间坯锥度，然后改为自动轧钢模式，按照纵轧-横轧-纵轧的工艺流程，采用低速大压下工艺轧制，轧制大变形确保钢坯轧制变形能够渗透到铸坯中心部分，以尽可能地消除厚度方向上的变形差异，终轧温度为882℃。
（8）在线淬火：由水冷装备进行在线淬火处理，淬火温度869℃，游荡冷却，冷却速度4.9℃/S，冷却至钢板表面温度240℃，下线空冷至室温。
（9）回火：进行离线回火热处理，回火温度579℃，回火系数1.69min/mm。
经检测，430mm塑料模具特厚钢板表面五点硬度为306HB、303HB、299HB、301HB、309HB，平均值304HB，钢板心部三点硬度为294HB、293HB、301HB，平均值296HB；钢板夹杂物等级分别为A类0.5，C类0.5，D类1.5；钢板探伤满足JB/T4730.3-2005锻件检测标准I级探伤要求（Φ2mm当量平底孔）。

Claims (7)

1.一种特厚钢板，其特征在于，化学成分按重量百分比为：C0.31-0.37％，Si0.41-0.59％，Mn1.42-1.59％，P≤0.007％，S≤0.004％，Cr1.91-2.16％，Mo0.51-0.63％，Ni0.17-0.29％，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述特厚钢板，其特征在于，化学成分按重量百分比为：C0.33％，Si0.46％，Mn1.48％，P≤0.005％，S≤0.003％，Cr1.94％，Mo0.53％，Ni0.19％，余量为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述特厚钢板，其特征在于，化学成分按重量百分比为：C0.35％，Si0.49％，Mn1.52％，P≤0.006％，S≤0.004％，Cr2.06％，Mo0.57％，Ni0.21％，余量为Fe及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述特厚钢板，其特征在于，化学成分按重量百分比为：C0.36％，Si0.50％，Mn1.56％，P≤0.007％，S≤0.004％，Cr2.1％，Mo0.59％，Ni0.22％，余量为Fe及不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述特厚钢板，其特征在于，化学成分按重量百分比为：C0.37％，Si0.58％，Mn1.58％，P≤0.005％，S≤0.002％，Cr2.14％，Mo0.61％，Ni0.27％，余量为Fe及不可避免的杂质。
6.一种权利要求1所述特厚钢板的生产工艺，包括以下步骤：
（1）冶炼：高炉铁水经预处理兑入装有优质废钢的电炉中，电炉冶炼后，经过LF炉精炼和VD真空脱气处理，使得钢水成分按重量百分比达下述要求出钢浇注：C0.31-0.37％，Si0.41-0.59％，Mn1.42-1.59％，P≤0.007％，S≤0.004％，Cr1.91-2.16％，Mo0.51-0.63％，Ni0.17-0.29％，余量为Fe及不可避免的杂质；
（2）浇铸：在氩气保护下进行匀速模铸；浇铸温度1560-1580℃，匀速浇铸，浇铸速度为2.2-3.9t/min，浇铸成扁钢锭；浇注完毕后，在冒口上方填充发热剂和保温覆盖剂；
（3）高温脱模：浇铸结束后钢锭静置6小时以上，待钢锭表面温度为1170-1190℃时，进行高温脱模操作；
（4）带液心一次轧制：脱模操作完毕后，钢锭立即送台车炉均热保温，均热温度1210-1220℃，均热时间1-2小时后出炉送轧；轧制过程中，钢锭小头朝前，全纵轧，手动轧制模式，多道次轧制，总压下量≤4%，得到一次中间坯；
（5）缓冷：一次中间坯下线进缓冷坑缓冷，缓冷时间不小于90小时；
（6）加热：一次中间坯吊运至台车炉加热，加热温度1190℃-1210℃，加热时间为3-4小时；
（7）二次轧制：采用手动与自动轧钢相结合的模式进行第二次轧制，在手动模式下小头朝前全纵轧，彻底消除一次中间坯锥度，然后改为自动轧钢模式，按照纵轧-横轧-纵轧的工艺流程进行轧制，其中终轧温度为881℃-917℃；
（8）在线淬火：淬火温度841℃-869℃，游荡冷却，冷却速度1.1-4.9℃/s，冷却至钢板表面温度≤280℃，下线空冷至室温；
（9）回火：回火温度563-579℃，回火系数1.51-1.69min/mm。
7.根据权利要求6所述特厚钢板的生产工艺，其特征在于，所述步骤（2）浇铸中在钢水浇注之前，冒口箱包括内部的保温材料预热到642-697℃。
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