CN107177714A - 塑料模具用宽厚扁钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种塑料模具用宽厚扁钢及其制备方法，属于钢材领域。制作塑料模具用宽厚扁钢的方法使用电炉、钢包精炼以及真空脱气工艺，获得高纯净度的钢锭，再直接将其红送锻造开坯，锻制厚扁坯经过均匀化轧制加热，并结合大道次变形量和低速轧制工艺保证宽厚扁钢的尺寸和内部质量。本发明提出的工艺可以有效地控制钢材气体及夹杂物在较低水平，通过内部组织均匀化和致密化保证钢材综合性能。本发明提出的工艺具有较高的经济性并有很广适用范围，具有很好的推广前景。

Description

塑料模具用宽厚扁钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及钢材领域，具体而言，涉及一种塑料模具用宽厚扁钢及其制备方法。

背景技术

目前市场上常见的2-4Cr13模铸轧制扁钢厚度≤100mm，宽度≤450mm，无法满足塑料模具行业大型化需求，制造更加大型的塑料模具需要采购锻材，锻材外形较难控制，需要铣面交货，材料利用率较低，大幅提高生产成本。连铸生产的宽扁钢内部质量又无法保证。

2-4Cr13钢是一种中碳马氏体不锈钢，这类钢气体和夹杂物含量不易控制，尤其是B类夹杂物较难控制，进而会影响内部组织连续性与致密性，这些问题会对该类钢材的特殊用途造成严重影响，本发明的目的旨在克服上述现有技术中的不足。

发明内容

本发明的第一方面，提供了一种制备塑料模具用宽厚扁钢的方法，可大幅度降低塑料模具制造成本同时保证使用性能及寿命。

本发明的第二方面，提供了一种由上述方法制备的塑料模具用宽厚扁钢，其使用寿命长，且制作成本低廉。

本发明是这样实现的：

一种制作塑料模具宽厚扁钢的方法。所述的方法包括：利用EF炉初炼，出钢后倾倒大部分渣后保证以预期的渣层厚度进入LF炉精炼，入炉采用单质铝进行氧化性气体深度脱除处理，并加入按预设配比的精炼渣进行造渣，使得LF炉精炼渣成分达到控制目标，LF炉出钢后于VD炉内炼钢，浇注获得钢锭。将钢锭红送锻造，得到扁坯。轧制扁坯。

一种塑料模具用宽扁厚钢，根据前述的方法制作而成。

本发明实施例的有益效果：本发明实施例提供的塑料模具宽厚扁钢的制作工艺简单、控制方便，可以有效控制塑料模具钢中的氧、夹杂含量至较低水平，还可以提高组织均匀性和致密性从而保证钢材综合性能，具有很好的推广前景。采用本发明提供的方法，可全面降低塑料模具用宽厚扁钢的制造成本，同时可以满足塑料模具机械性能、耐蚀性及抛光性等使用工艺性能，具有很好的应用前景。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下针对本发明实施例的塑料模具用宽厚扁钢及其制备方法进行具体说明：

本发明提出了一种宽厚扁钢的制作方法，其适用于塑料模具领域。宽厚扁钢的尺寸可以根据具体的需要进行选择性的修改，例如，作为一种示例，其尺寸为100-200mm厚、310-710mm宽。当然，在其他一些示例中，其尺寸也可根据工艺进行调整，如132mm厚，368mm宽；或者，185mm厚，436mm宽等等。

所述的塑料模具用宽厚扁钢的制造方法包括如下步骤：

第一步、采用EF+LF+VD精炼模铸3.2-7t扁/八角锭，获得[O]≤30ppm，低P、S含量，低夹杂物含量的高纯净度钢锭。

第二步、钢锭红送锻造开坯得到厚扁坯，通过锻造变形保证扁坯外形和内部致密性。

第三部、厚扁坯修磨后轧制成材，轧制加热通过长时间保温保证钢坯内外温度均匀，采用大道次变形量和低速轧制工艺保证宽厚扁钢的尺寸和内部质量。

采用上述工艺可以生产出高纯净度和内部组织致密的100-200mm厚、310-710mm宽扁钢。

作为一种更详实的示例，所述的宽厚扁钢的制作方法如下。

步骤S101、保证电炉的脱气强度，采用Fe-Si与Al块保证脱氧效果。出钢温度≥1650℃。电炉出钢后除渣(倾倒)，LF炉入罐渣厚≤30mm(如10mm、20mm、26mm等等)，为LF炉充分实现低二氧化硅钙铝渣系创造了条件，薄渣下喂铝线，出钢前要求铝达到0.06％(优选在0.06wt％以下)。该强脱氧工艺确保VD炉精炼后，钢中Al在0.01-0.04％之间，如0.02％、0.03％等等。

电炉强脱氧(采用铁硅合金、单质铝作为脱氧剂)和高温(1650℃以上)出钢，出钢后高温除渣，入LF炉渣量控制在300kg(渣厚20mm)左右，为LF炉充分实现低二氧化硅钙铝渣系创造了条件。较佳地，渣厚被控制在30mm以下。

LF炉入罐强脱氧。LF炉入罐后薄渣下按10倍平衡Al喂入铝线量，确保钢水经VD炉精炼后，钢中Al在0.01-0.04％之间。LF炉出钢前，铝含量为0.06wt％

VD炉大流量吹氩强搅拌，钢和渣充分接触，改善钢中Al₂O₃夹杂物的传质动力学条件，降低B类、D类氧化物夹杂物级别，提高钢的洁净度。在通过下注法浇注钢锭，钢锭中的铝含量优选为0.01～0.04wt％。

步骤S102、钢锭红送锻造开坯的厚扁坯200-250mm，保证锻造总变形比≥2.0，通过锻造变形保证扁坯外形和内部致密性。

步骤S103、扁坯修磨后轧制成材，轧制加热通过长时间保温保证钢坯内外温度均匀，采用大道次变形量(道次变形量≥30mm)和低速率(轧辊转速≤30-50r/min)轧制工艺保证宽厚扁钢的尺寸和内部质量。当然，道次变形量也可以是40mm、50mm、60mm、70mm等，可根据具体的宽厚扁钢的尺寸进行适当的调节。轧辊转速也可以是33r/min、35r/min、42r/min、48r/min等等。

生产出高纯净度和内部组织致密的100-200mm厚、310-710mm宽厚扁钢。在一些示例中，宽厚扁钢的碳含量为0.16～0.45wt％、铬含量为13wt％。

本发明中所述的除渣主要是指炼钢过程中产生大量废渣漂浮在钢水表面，过多的废渣影响钢包容量，并且废渣中的有害元素有回到钢水中的可能，用吊包倾倒方式去除钢水部分表面的浮渣。

本发明中所述的EF炉(Electric Furnace，简称EF或EF炉)是指电炉；LF炉(LadleFurnace，简称LF或LF炉)是指钢包精炼炉；VD炉(Vacuum Degassing Furnace，简称VD或VD炉)是指真空脱气炉。

以下结合实施例对本发明的塑料模具用宽厚扁钢及其制备方法作进一步的详细描述。

实施例1

配料：采用低P、S废钢、返回料，配料C≥规格上限(0.16-0.45％)+0.4％。

EF炉冶炼：

装料、送电熔化、垫石灰800kg，温度1618℃吹氧脱C，去气、去夹杂，流渣部分。根据氧化末期钢液[Cr]含量9.8％控制终点C含量0.2％。氧化末期，根据Cr含量加入Cr合金，预还原过程加石灰800kg，脱氧剂用量：Fe-Si 400kg、Al块80kg，预还原时间25min，并辅以吹氮气搅拌。合金化好，炉渣流动性良好，测温，当温度1720℃时钢渣混冲出钢。因电炉冶炼后炉渣熔点高达1550-1600℃，不利于夹杂物去除，电炉出钢后进行大吹氩量除渣操作，留渣厚≤30mm。

LF钢包炉精炼：

LF炉入罐后，渣厚20mm，T钢＝1565℃，薄渣下低氩气流量(涌动直径≤100mm)，按≥2.5m/s的速度钢涌动处喂铝线200m。送电升温，加石灰500kg，精炼渣200kg、碳粉20kg造渣，LF钢包精炼炉按白渣操作，用碳粉保持还原气氛，白渣保持时间≥15min，白渣流动性及钢液脱氧良好，取样全分析(包括Al含量分析)，调整成分确保成分完全进入以满足要求，保证Al为0.06％，测温1669℃吊包除渣至60-100mm。

VD真空精炼炉精炼：

入VD炉，测温1654℃，测渣厚，喂Si-Ca线200m，抽空，极限真空度≤67Pa，达到极限真空度时间5min，极限真空度下的保持时间≥15min，极限真空度下吹Ar流量130L/min，破空前1min将氩气流量调至30L/min,破空，测温1582℃。取样检验[H]1.9ppm(≤2.5ppm)的优质精炼钢液，Al控制在0.019％，满足0.01-0.04％要求。。静吹Ar 15min，测温1556℃吊包。

模铸：

模铸时采用下注法浇注，汤道吹Ar 25min，狭缝式保护浇注，按9kg/支加入保护渣，10kg/支加入发热剂，8kg/支加入保温剂。浇注3.2t扁锭红送锻造开坯。

锻造：

钢锭红送锻造按1220℃保温3.5小时，锻制200-250mm*660mm厚扁坯，保证锻造变形比≥2.0，通过锻造变形保证扁坯外形和内部致密性。

轧制：

锻制扁坯表面缺陷修磨后，均热炉按1230℃保温4小时加热工艺，保证钢坯均热透烧，轧制时采用大道次变形量(道次变形量≥30mm)和低速率(轧辊转速≤30-50r/min)轧制工艺保证宽厚扁钢的尺寸和内部质量，轧制时多翻面，避免成品氧化铁皮压入，同时确保坯料的平直度。生产出高纯净度和内部组织致密的100-200mm厚、310-610mm 2-4Cr13塑料模具用宽扁钢。

采用本实施例的方法制备100-200mm×310-710 2-4Cr13塑料模具用宽厚扁钢，对扁钢进行氧含量、P、S、Al、非金属夹杂物检测，并全部按GB/T4162-2008B级要求进行超声波探伤，结果分别为：氧含量为20ppm、P含量0.023％、S含量0.004％，Al含量0.017％，夹杂物:A类≤0.5级，B类≤0.5级，C、D类为0级。探伤合格率100％。

实施例2：

配料：采用低P、S废钢、返回料，配料C≥规格上限(0.16-0.45％)+0.4％。

EF炉冶炼：

装料、送电熔化、垫石灰800kg，温度1620℃吹氧脱C，去气、去夹杂，流渣部分。根据氧化末期钢液[Cr]含量10.40％控制终点C含量0.22％。氧化末期，根据Cr含量加入高Cr合金，预还原过程加石灰800kg，脱氧剂用量：Fe-Si 600kg、Al块80kg，预还原时间30min，并辅以吹氮气搅拌。合金化好，炉渣流动性良好，测温，当温度1680℃时钢渣混冲出钢。因电炉冶炼后熔点高达1550-1600℃，不利于夹杂物去除，电炉出钢后进行大吹氩量除渣操作，留渣厚≤30mm。

LF钢包炉精炼：

LF炉入罐后，渣厚20mm，T钢＝1581℃，薄渣下低氩气流量(涌动直径≤100mm)，按≥2.5m/s的速度钢涌动处喂铝线200m。送电升温，分批加石灰600kg，精炼渣200kg、碳粉20kg造渣，LF钢包精炼炉按白渣操作，用碳粉保持还原气氛，白渣保持时间≥15min，白渣流动性及钢液脱氧良好，取样全分析(包括Al含量分析)，调整成分确保成分完全进入以满足要求，根据分析Al含量补喂Al线40m保证Al为0.06％，测温1676℃吊包除渣至60-100mm。

VD真空精炼炉精炼：

入VD炉，测温1686℃，喂Si-Ca线200m，极限真空度≤67Pa，达到极限真空度时间5min，极限真空度下的保持时间≥15min，极限真空度下吹Ar流量121L/min，破空前1min将氩气流量调至25L/min,破空，测温1585℃。取样检验[H]1.1ppm(≤2.5ppm)的优质精炼钢液，Al控制在0.014％，满足0.01-0.04％要求。静吹Ar15min，测温1559℃吊包。

模铸：

模铸时采用下注法浇注，汤道吹Ar 26min，狭缝式保护浇注，按20kg/支加入保护渣，22.5kg/支加入发热剂，24kg/支加入保温剂。浇注7t八角锭红送锻造开坯。

锻造：

钢锭红送锻造按1220℃保温6小时，锻制200-220mm*760mm厚扁坯，保证锻造总变形比≥2.0，通过锻造变形保证扁坯外形和内部致密性。

轧制：

锻制扁坯表面缺陷修磨后，均热炉按1230℃保温6小时加热工艺，保证钢坯均热透烧，轧制时采用大道次变形量(道次变形量≥30mm)和低速率(轧辊转速≤30-50r/min)轧制工艺保证宽厚扁钢的尺寸和内部质量，轧制时多翻面，避免成品氧化铁皮压入，同时确保坯料的平直度。生产出高纯净度和内部组织致密的100-200mm厚、610-710mm的塑料模具用宽扁钢(型号2-4Cr13)。

采用本实施例的方法制备100-200mm×310-710 2-4Cr13塑料模具用宽厚扁钢，对扁钢进行氧含量、P、S、Al、非金属夹杂物检测，并全部按GB/T4162-2008B级要求进行超声波探伤，结果分别为：氧含量为23ppm、P含量0.029％、S含量0.007％，Al含量0.015％，夹杂物:A类≤1.0级，B类≤1.0级，C类为0级、D类≤1.0级。探伤合格率100％。

综上所述，本发明的塑料模具用轧制宽厚扁钢的制造方法工艺简单，经济性与实用性均很强，可以有效控制塑料模具钢钢锭中的氧含量、杂质含量、夹杂物含量至较低水平和很好的内部质量，可以很好的替代中小型锻制塑料模具用模块，具有很好的推广应用前景；根据本发明的方法制造的塑料模具用宽厚扁可达到[O]≤30ppm、P≤0.030％、S≤0.010％，夹杂物:A、C、D类≤1.0级，B类≤2.0级，GB/T4162-2008B级探伤合格率90％的高纯净度、高致密性水平。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种制作塑料模具宽厚扁钢的方法，其特征在于，所述方法包括：

利用EF炉初炼，出钢后倾倒大部分渣后保证以预期的渣层厚度进入LF炉精炼，入LF炉采用单质铝进行氧化性气体深度脱除处理，并加入具有预设配比的精炼渣进行造渣，使得LF炉精炼的渣成分达到控制目标，LF炉出钢后于VD炉内炼钢，浇注获得钢锭；

将所述钢锭红送锻造，得到扁坯；

轧制所述扁坯。

2.根据权利要求1所述的制作塑料模具宽厚扁钢的方法，其特征在于所述EF炉出钢的温度在1650℃以上。

3.根据权利要求1所述的制作塑料模具宽厚扁钢的方法，其特征在于，在出钢后倾倒大部分渣后保证以预期的渣层厚度进入LF炉精炼的步骤中，所述预期的渣层厚度在30mm以下，优选地，在加入具有预设配比的精炼渣进行造渣的步骤中，所述精炼渣的配比根据实测的渣层厚度确定。

4.根据权利要求1或3所述的制作塑料模具宽厚扁钢的方法，其特征在于，在经过除渣后的钢液于LF炉内进行精炼过程中，向所述LF炉内喂铝线材，优选地，所述LF炉出钢前，铝含量为0.06wt％，更优选地，浇注获得的所述钢锭中的铝含量为0.01～0.04wt％。

5.根据权利要求1所述的制作塑料模具宽厚扁钢的方法，其特征在于，所述钢锭经过锻造后的变形比在2.0以上。

6.根据权利要求1所述的制作塑料模具宽厚扁钢的方法，其特征在于，轧制所述扁坯是在加热的条件下进行的。

7.根据权利要求1或6所述的制作塑料模具宽厚扁钢的方法，其特征在于，在轧制所述扁坯的过程中，道次变形量在30mm以上，轧辊的转速在30～50r/min。

8.一种塑料模具用宽扁厚钢，其特征在于，根据权利要求1～7中任一项所述的方法制作而成。

9.根据权利要求8所述的塑料模具用宽扁厚钢，其特征在于，所述宽厚扁钢中的碳含量为0.16～0.45wt％、铬含量为13wt％。

10.根据权利要求8所述的塑料模具用宽扁厚钢，其特征在于，所述宽厚扁钢的厚度为100～200mm，宽度为310-710mm。