CN105803299B - 一种特厚高纯净度塑料模具钢板的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种特厚高纯净度塑料模具钢板的生产方法，包括冶炼、连铸、电渣重熔、加热、轧制、退火和热处理工序；所述钢板化学成分的重量百分比含量为：C：0.35%～0.40%、Si：0.20%～0.45%、Mn：1.10%～1.50%、P≤0.020%、S≤0.010%、Ni：0.05～1.25%、Cr：1.8%～2.00%、Mo：0.20%～0.50%、TAl 0.020%～0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明采用电渣重熔处理，经过合理的控制轧制和热处理工艺，实现满足420mm大厚度钢板良好的综合性能，同时又降低了生产成本；并且规格范围广，满足了不断增长用量的市场需求。

Description

一种特厚高纯净度塑料模具钢板的生产方法
技术领域
本发明涉及一种特厚高纯净度塑料模具钢板的生产方法，属于冶金技术领域。
背景技术
随着塑料工业发展的突飞猛进，塑料模具钢的需求量急剧增加，塑料制品日益向大型、复杂、精密的方向发展，如洗衣机筒体、电冰箱内腔、大型彩电外壳等。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，许多企业在炼钢和轧钢上着手，企图优化材料质量，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钢钢板。
高端模具钢由于大都采用电渣重熔工艺，生产难度较大。对于大锭型模具钢生产多采用钢锭+锻造的模式进行生产。对模具加工而言，其材料的抛光及加工性能尤其是性能的均匀性成为至关重要的指标。对于塑料模具厚板，由于连铸板坯成材导致压缩比不够，坯料内部渗透变形不到位，使得钢板内部质量不能保证，容易出现砂眼、疏松的缺陷，直接影响后续加工。
发明内容
本发明提供一种特厚高纯净度塑料模具钢板的生产方法，采用电渣重熔处理，经过合理的控制轧制和热处理工艺，实现满足420mm大厚度钢板良好的综合性能，同时又降低了生产成本；并且规格范围广，满足了不断增长用量的市场需求。
本发明所采取的技术方案是：
一种特厚高纯净度塑料模具钢板的生产方法，包括冶炼、连铸、电渣重熔、加热、轧制、退火和热处理工序；所述钢板化学成分的重量百分比含量为：C：0.35%～0.40%、Si：0.20%～0.45%、Mn：1.10%～1.50%、P≤0.020%、S≤0.010%、Ni： 0.05～1.25%、Cr：1.8%～2.00%、Mo： 0.20%～0.50%、TAl 0.020%～0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质；
冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，再送入LF精炼炉内进行精炼，然后转入真空脱气炉进行真空处理；所述真空处理的真空度≤67Pa且保持时间不小于20min；
电渣重熔工序：将铸坯制成电极后进行电渣重熔，采用五元渣系，结晶器为640mm、700mm、760mm或960mm，平均熔速≤22kg/min，每分钟加入Al粒25～30g/吨钢，采用风冷加速冷却。
加热工序：电渣锭入炉焖钢50～70min，然后采用低速烧钢，1000℃以下升温速度100～120℃/h，最高加热温度1240±10℃，然后保温350～500min。
轧制工序采用Ⅱ型控制轧制：Ⅰ阶段轧制温度为930～1100℃，单道次压下量为10%～25%，累计压下率为40%～50％；Ⅱ阶段轧制温度为810～930℃，单道次压下量为10%～27%，累计压下率为20%～30％，终轧温度810±10℃，轧后自然冷却。
退火工序：所述钢板在缓冷坑进行扩氢处理，钢板表面温度≥450℃；钢板在缓冷坑中扩氢处理温度620±10℃，确保升降温速度不大于50℃/h；钢板保温时间不低于72h；钢板出炉温度≤200℃，出炉后空冷。
退火工序中，钢板总在炉时间不低于150小时。
热处理工序：正火温度850～920℃，保温时间1.8min/mm钢板厚度；回火温度540～650℃，保温时间4.5min/mm钢板厚度。
钢板的厚度为160-420mm。
本发明采用电炉+连铸+电渣重熔冶炼，经过电渣重熔，所得模具钢板的P、S含量低，钢质纯净、非金属夹杂物少，钢锭表面光滑、均匀致密，金相组织和化学成分均匀。
本发明采用大板坯电渣重熔技术，减少了电渣重熔圆锭锻造开坯的工序，缩短了生产周期，显著降低了成本。
本发明采用Ⅱ型轧制工艺，为大厚钢板控制轧制工艺理论的发展提供了实践依据，丰富了控制轧制工艺理论。
经检测本发明所得厚度420mm钢板的性能：
整板满足相应级别探伤要求；横向、纵向拉伸、冲击性能基本一致，具有较好的各向同性；具有更好的冲击韧性和Z向性能；优化了钢锭合金成分，重熔后钢中主要成分变化不大，成分比较均匀；钢板内在组织致密，低倍缺陷控制较低，钢板低倍组织无裂纹、气孔等危害缺陷，其疏松和偏析级别≤1.0级。
本发明所得钢板具有良好的各向同性、冲击韧性和Z向性能，满足用于大型水轮机组座环及固定导叶钢板等对大厚度大单重调质高强钢板的要求。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
（1）本发明采用电渣重熔处理，经过合理的控制轧制和热处理工艺，实现满足420mm大厚度钢板良好的综合性能，同时又降低了生产成本；并且规格范围广，满足了不断增长用量的市场需求。
（2）本发明工艺简单，易于操作，成材率高，适合大规模生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步地说明；
实施例1
本实施例的钢种为WSM718R，钢板厚度为275mm，压缩比为3.49；成分重量百分含量为：C：0.36%、Si：0.27%、Mn：1.20%、P：0.018%、S：0.010%、Ni： 1.00%、Cr：2.00%、Mo： 0.50%、TAl 0.027%，余量为Fe和不可避免的杂质。
工艺步骤：（1）冶炼工序：包括电炉炼钢、LF精炼和真空处理步骤；电炉炼钢步骤采用超高功率电弧炉，选取优质原料，熔化期采用大渣量流渣操作，避渣出钢；出钢后钢水送入LF精炼炉内进行LF精炼，快速脱氧、脱S，调整温度、成分合适后扒除还原渣；在VD/VOD炉重新造还原渣进行真空脱气处理，真空处理过程中真空度67Pa且保持时间20min。
（2）连铸工序：将冶炼后的钢水经连续铸造成铸坯。
（3）电渣重熔工序：将铸坯按照计划尺寸制成电极后进行电渣重熔，尽可能去除连铸坯表面氧化铁皮；采用五元渣系（CaO-MgO-Al2O3-SiO2-CaF2），结晶器采用960mm断面，平均熔速22kg/min，熔铸过程中每分钟加入Al粒30g/每吨钢，以确保细晶粒钢的成分要求；采用风冷加速冷却，以改善铸态组织、降低夹杂物含量。
（4）电渣锭清理及堆垛缓冷工序：将重熔后的电渣锭热送轧钢，带温清理，带温清理温度250℃；清理后若不能及时装炉，应堆垛缓冷，防止炸裂。
（5）加热工序：电渣锭入炉焖钢70min，然后采用低速烧钢，1000℃以下时升温速度100℃/h，最高加热温度1250℃，然后保温400min。
（6）轧制工序：采用Ⅱ型控制轧制，即奥氏体再结晶区和未再结晶区控制轧制；奥氏体再结晶区采取高温低速、大压下轧制，使变形得到充分的渗透，得到均匀、细小的再结晶组织，具体为：轧制温度为970℃，单道次压下量为20%，累计压下率为45%；
奥氏体未再结晶区控制总压下量和适当的道次压下分配，进一步细化晶粒，具体为：轧制温度为890℃，单道次压下量为20%，累计压下率为20%，终轧温度810；轧后自然冷却。
（7）退火工序：采用扩氢处理工艺；将钢板吊入缓冷坑进行扩氢处理，钢板表面温度450℃；钢板在缓冷坑中扩氢处理温度620℃，确保升降温速度45℃/h；钢板保温时间72h；钢板出炉温度200℃，出炉后空冷；钢板总在炉时间（即钢板在缓冷坑中的总时间）150小时，以进一步将氢含量降至较低的水平，降低氢脆和氢致裂纹的倾向。
（8）超声波探伤工序：对扩氢后的钢板整板按照相应的探伤标准进行超声波探伤。
（9）热处理工序：正火温度870℃，保温时间1.8min/mm钢板厚度；回火温度540℃，保温时间4.5min/mm钢板厚度。
所得钢板有良好的内部组织及综合机械性能，钢板晶粒度均为8级以上，A、B、C、D类夹杂物评级为不超过1.0级，钢板硬度值平均为330HB，整板硬度同板差最大为7HB，全厚度硬度同板差最大为5HB。
实施例2
本实施例的钢种WSM718R，钢板厚度为185mm，压缩比为4.10；成分重量百分含量为：C：0.35%、Si：0.20%、Mn：1.10%、P：0.018%、S：0.008%、Ni： 1.25%、Cr：1.90%、Mo： 0.40%、TAl 0.022%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本特厚高纯净度塑料模具钢板的生产方法的工艺步骤如下：
（1）冶炼工序：包括电炉炼钢、LF精炼和真空处理步骤；电炉炼钢步骤采用超高功率电弧炉，选取优质原料，熔化期采用大渣量流渣操作，避渣出钢；出钢后钢水送入LF精炼炉内进行LF精炼，快速脱氧、脱S，调整温度、成分合适后扒除还原渣；在VD/VOD炉重新造还原渣进行真空脱气处理，真空处理过程中真空度67Pa且保持时间22min。
（2）连铸工序：将冶炼后的钢水经连续铸造成铸坯。
（3）电渣重熔工序：将铸坯按照计划尺寸制成电极后进行电渣重熔，尽可能去除连铸坯表面氧化铁皮；采用五元渣系（CaO-MgO-Al2O3-SiO2-CaF2），结晶器包括760mm断面，平均熔速控制在21kg/min，熔铸过程中每分钟加入Al粒25g/每吨钢，以确保细晶粒钢的成分要求；采用风冷加速冷却，以改善铸态组织、降低夹杂物含量。
（4）电渣锭清理及堆垛缓冷工序：将重熔后的电渣锭热送轧钢，带温清理，带温清理理温度200℃；清理后若不能及时装炉，应堆垛缓冷，防止炸裂。
（5）加热工序：电渣锭入炉焖钢50min，然后采用低速烧钢，1000℃以下时升温速度120℃/h，最高加热温度1240℃，然后保温350min。
（6）轧制工序：采用Ⅱ型控制轧制，即奥氏体再结晶区和未再结晶区控制轧制；奥氏体再结晶区采取高温低速、大压下轧制，使变形得到充分的渗透，得到均匀、细小的再结晶组织，具体为：轧制温度为930℃，单道次压下量为10%，累计压下率为40%；
奥氏体未再结晶区控制总压下量和适当的道次压下分配，进一步细化晶粒，具体为：轧制温度为880℃，单道次压下量为27%，累计压下率为30%，终轧温度800℃；轧后自然冷却。
（7）退火工序：采用扩氢处理工艺；将钢板吊入缓冷坑进行扩氢处理，钢板表面温度500℃；钢板在缓冷坑中扩氢处理温度620℃，确保升降温速度50℃/h；钢板保温时间72h；钢板出炉温度200℃，出炉后空冷；钢板总在炉时间（即钢板在缓冷坑中的总时间）160小时，以进一步将氢含量降至较低的水平，降低氢脆和氢致裂纹的倾向。
（8）超声波探伤工序：对扩氢后的钢板整板按照相应的探伤标准进行超声波探伤。
（9）热处理工序：正火温度850℃，保温时间1.8min/mm钢板厚度；回火温度540℃，保温时间4.5min/mm钢板厚度。
所得钢板有良好的内部组织及综合机械性能，钢板晶粒度均为9级以上，A、B、C、D类夹杂物评级为不超过1.0级，钢板硬度值平均为325HB，整板硬度同板差最大为6HB，全厚度硬度同板差最大为5HB。
实施例3
本实施例的钢种WSMP20R，钢板厚度为420mm，压缩比为2.28；成分重量百分含量为：C： 0.40%、Si：0.36%、Mn：1.50%、P：0.020%、S：0.010%、Cr：1.80%、Ni:0.05%、Mo：0.50%、TAl 0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质余量为Fe和不可避免的杂质。
除下述不同之处，其余工艺步骤同实施例1：（1）冶炼工序：真空度65Pa，真空保持时间30分钟时破坏真空。
（3）电渣重熔工序：加入Al粒30g/min；选择700mm水冷结晶器进行重熔，平均熔速控制在20kg/min。
（5）加热工序：电渣锭入炉焖钢60min，然后采用低速烧钢，1000℃以下升温速度120℃/h，最高加热温度1230℃，然后保温500min。
（6）轧制工序：Ⅰ阶段轧制温度为1100℃，单道次压下量为10%，累计压下率为40%；Ⅱ阶段轧制温度为810℃，单道次压下量为27%，累计压下率为30%，终轧温度800℃。
（7）退火工序：钢板表面温度500℃；钢板在缓冷坑中扩氢处理温度610℃，确保升降温速度50℃/h；钢板保温时间73h；钢板总在炉时间165小时；钢板出炉温度150℃。
（9）热处理工序：正火温度920℃，保温时间1.8min/mm钢板厚度；回火温度570℃，保温时间4.5min/mm钢板厚度。
所得钢板有良好的内部组织及综合机械性能，钢板晶粒度均为8级以上，A、B、C、D类夹杂物评级为不超过1.0级，钢板硬度值平均为320HB，整板硬度同板差最大为10HB，全厚度硬度同板差最大为8HB。
实施例4
本实施例的钢种WSMP20R，钢板厚度为160mm；成分重量百分含量为：C： 0.40%、Si：0.45%、Mn：1.30%、P：0.020%、S：0.010%、Cr：1.85%、Ni:0.07%、Mo： 0.45%、TAl 0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质余量为Fe和不可避免的杂质。
除下述不同之处，其余工艺步骤同实施例2：（3）电渣重熔工序：选择640mm水冷结晶器进行重熔，平均熔速控制在20kg/min。
（6）轧制工序：Ⅰ阶段轧制温度为1150℃，单道次压下量为25%，累计压下率为50%；Ⅱ阶段轧制温度为930℃，单道次压下量为10%，累计压下率为20%，终轧温度820℃。
（7）退火工序：钢板表面温度460℃；钢板在缓冷坑中扩氢处理温度630℃，升降温速度45℃/h；钢板保温时间78h；钢板总在炉时间175小时。
（9）热处理工序：正火温度900℃，保温时间1.8min/mm钢板厚度；回火温度650℃，保温时间4.5min/mm钢板厚度。
所得钢板有良好的内部组织及综合机械性能，钢板晶粒度均为9级以上，A、B、C、D类夹杂物评级为不超过0.5级，钢板硬度值平均为322HB，整板硬度同板差最大为6HB，全厚度硬度同板差最大为5HB。

Claims (4)

1.一种特厚高纯净度塑料模具钢板的生产方法，其特征在于：其包括冶炼、连铸、电渣重熔、加热、轧制、退火和热处理工序；所述钢板化学成分的重量百分比含量为：C：0.35%～0.40%、Si：0.20%～0.45%、Mn：1.10%～1.50%、P≤0.020%、S≤0.010%、Ni：0.05～1.25%、Cr：1.8%～2.00%、Mo：0.20%～0.50%、TAl 0.020%～0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质，钢板的厚度为160-420mm；
所述冶炼工序：钢水先经电炉冶炼，再送入LF精炼炉内进行精炼，然后转入真空脱气炉进行真空处理；所述真空处理的真空度≤67Pa且保持时间不小于20min；
所述电渣重熔工序：将铸坯制成电极后进行电渣重熔，采用五元渣系，结晶器为640mm、700mm、760mm或960mm，平均熔速≤22kg/min，每分钟加入Al粒25～30g/吨钢，采用风冷加速冷却；
所述退火工序：所述钢板在缓冷坑进行扩氢处理，钢板表面温度≥450℃；钢板在缓冷坑中扩氢处理温度620±10℃，确保升降温速度不大于50℃/h；钢板保温时间不低于72h；钢板出炉温度≤200℃，出炉后空冷；
所述热处理工序：正火温度850～920℃，保温时间1.8min/mm钢板厚度；回火温度540～650℃，保温时间4.5min/mm钢板厚度。
2.根据权利要求1所述的一种特厚高纯净度塑料模具钢板的生产方法，其特征在于所述加热工序：电渣锭入炉焖钢50～70min，然后采用低速烧钢，1000℃以下升温速度100～120℃/h，最高加热温度1240±10℃，然后保温350～500min。
3.根据权利要求1所述的一种特厚高纯净度塑料模具钢板的生产方法，其特征在于：所述轧制工序采用Ⅱ型控制轧制：Ⅰ阶段轧制温度为930～1100℃，单道次压下量为10%～25%，累计压下率为40%～50％；Ⅱ阶段轧制温度为810～930℃，单道次压下量为10%～27%，累计压下率为20%～30％，终轧温度810±10℃，轧后自然冷却。
4.根据权利要求1所述的一种特厚高纯净度塑料模具钢板的生产方法，其特征在于：所述退火工序中，钢板总在炉时间不低于150小时。
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