CN107475497B - 厚扁模具钢的制造方法及厚扁模具钢 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶金领域，具体公开了一种厚扁模具钢的制造方法及厚扁模具钢，旨在解决现有厚扁模具钢的制造方法工艺参数的控制欠合理，所生产的厚扁模具钢进行超声波探伤检验的一次合格率较低的问题。该厚扁模具钢的制造方法，包括冶炼浇注步骤、均热加热步骤和轧制步骤。该厚扁模具钢由上述厚扁模具钢的制造方法生产制造而成。通过本发明方法生产得到的厚扁模具钢表面及内部质量良好，基本无缺陷，按GB/T4162‑2008进行超声波探伤检验，厚度≥150mm的厚扁模具钢合格级别为B级，探伤一次合格率由58％提升到85％以上。
Description
技术领域
本发明属于冶金领域，具体涉及一种厚扁模具钢的制造方法及厚扁模具钢。
背景技术
模具是制造工业现代化的基础与核心，是推动先进制造技术发展的重要支撑技术，其发展水平是衡量一个国家制造业发展水平的重要标志之一。而模具钢是制造模具的关键材料，其品种、质量对模具的性能、寿命起着决定性作用。40Cr13模具钢机械性能较好，经热处理后，具有优良的耐腐蚀性能、抛光性能、较高的强度和耐磨性，适宜制作承受高负荷并在腐蚀介质作用下的塑料模具和透明塑料制品模具等。厚扁模具钢是一种厚度较厚(厚度大于等于150mm)的扁钢，现有厚扁模具钢的制造方法在厚扁模具钢制造的冶炼浇注、均热加热和锻造的过程中，对工艺参数的控制欠合理，所生产的40Cr13厚扁模具钢会出现粗大碳化物及碳化物偏析、钢锭内部疏松缩孔、夹杂物等缺陷，严重影响厚扁模具钢的探伤合格率，进行超声波探伤检验的一次合格率仅为58％。
发明内容
本发明提供了一种厚扁模具钢的制造方法，旨在解决现有厚扁模具钢的制造方法工艺参数的控制欠合理，所生产的厚扁模具钢进行超声波探伤检验的一次合格率较低的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：厚扁模具钢的制造方法，包括冶炼浇注步骤和均热加热步骤，还包括轧制步骤；通过冶炼浇注步骤得到钢锭，所述钢锭的锭型为扁锭，钢锭具有大头和小头；
均热加热步骤，红送钢锭至均热炉中，钢锭放进均热炉前测量其温度T；若400℃≤T＜600℃，则首先使钢锭在1000℃以下的炉温条件下保持30min以上，然后将钢锭加热到1250±10℃，加热过程中控制温升速率≤120℃/h，其次使钢锭在1250±10℃的炉温条件下保持1.5h以上，最后使钢锭出炉，钢锭在均热炉中的总时间为5～6h；若600℃≤T＜700℃，则首先使钢锭在炉温不限的条件下保持15min以上，然后将钢锭加热到1250±10℃，加热过程中控制温升速率≤150℃/h，其次使钢锭在1250±10℃的炉温条件下保持1.5h以上，最后使钢锭出炉，钢锭在均热炉中的总时间为4～5h；若700℃≤T＜800℃，则先将钢锭加热到1250±10℃，加热过程中温升速率不限，再使钢锭在1250±10℃的炉温条件下保持1h以上，最后使钢锭出炉，钢锭在均热炉中的总时间为2.5～3.5h；若T≥800℃，则先将钢锭加热到1250±10℃，加热过程中温升速率不限，再使钢锭在1250±10℃的炉温条件下保持1h以上，最后使钢锭出炉，钢锭在均热炉中的总时间为1.5～2.5h；
轧制步骤，钢锭出炉后将之输送到轧机上，使钢锭的小头在前、大头在后，连续进行至少六道次可逆式轧制；第一道次使钢锭变形压下率大于15％，第一孔的咬入速度为15～25r/min，成品孔的咬入速度不大于10r/min。
进一步的是，均热加热步骤中，使用测温仪测量钢锭温度T并进行记录。
进一步的是，钢锭输送到轧机上之前，检查钢锭是否存在阴阳面或黑根；若存在，则将钢锭重新放进均热炉内，并在1250±10℃的炉温条件下保持30min以上，而后出炉。
进一步的是，轧制步骤中，采用辊道将出炉的钢锭即时传送至轧机上。
进一步的是，轧制步骤中，所采用的轧机为可逆式轧机，其上轧辊直径为760～870mm，其下轧辊直径为770～880mm。
进一步的是，冶炼浇注步骤，根据需制造的厚扁模具钢中各化学成分的重量百分比关系称取原料，然后将原料投入电炉冶炼，并依次进行LF炉精炼、VD真空精炼以及模铸工序得到钢锭，冶炼过程中控制化学成分硫的重量百分比在0.005％以下。
进一步的是，模铸工序中，红送下工序的钢锭动模时间≥90min，钢锭锭身浇注时间为6～8min，帽口填充时间≥5min。
进一步的是，所述钢锭的重量为3.2t，其大头的端面尺寸为705×480mm，其小头的端面尺寸为640×380mm，其锭身长度为1.66m。
本发明还提供了一种厚扁模具钢，该厚扁模具钢的厚度大于等于150mm，其由上述任意一种厚扁模具钢的制造方法生产制造而成；
该厚扁模具钢中各化学成分的重量百分比为：碳0.35％～0.45％，硅≤0.60％，锰≤0.80％，铬12.00％～14.00％，钼0.70％～1.20％，钒0.50％～1.10％，镍≤0.60％，余量为铁和杂质。
进一步的是，该厚扁模具钢的厚度为150～200mm、宽度为610～650mm。
本发明的有益效果是：均热加热步骤通过测量入炉钢锭的温度，然后分情况对其进行加热和均热，并通过合理的参数控制，保证了钢锭轧制温度的均匀性，确保了轧制的顺利进行；通过轧制步骤替代现有的锻造步骤，轧制步骤中通过有效的单道次大压下量破碎钢锭原有内部组织中的粗大柱状晶或枝晶，从而改变或减轻疏松和偏析，并且有效控制首次和末次的咬入速度，使得钢锭疏松和显微气孔能充分压合，从而提高内部质量；由本发明方法生产制造的厚扁模具钢表面及内部质量良好，基本无缺陷，按GB/T4162-2008进行超声波探伤检验，厚度≥150mm的厚扁模具钢合格级别为B级，探伤一次合格率由58％提升到85％以上。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
厚扁模具钢的制造方法，包括冶炼浇注步骤、均热加热步骤和轧制步骤；
冶炼浇注步骤，可采用现有的冶炼浇注工艺制得钢锭，例如：采用“电炉冶炼EF(EF为电炉的英文缩写)+LF炉精炼+VD真空精炼+模铸”的工艺路线冶炼和浇注生产钢锭；所述钢锭的锭型为扁锭，钢锭具有大头和小头；
均热加热步骤，红送钢锭至均热炉中，钢锭放进均热炉前测量其温度T，通常使用测温仪测量钢锭温度T并进行记录；若400℃≤T＜600℃，则首先使钢锭在1000℃以下的炉温条件下保持30min以上，然后将钢锭加热到1250±10℃，加热过程中控制温升速率≤120℃/h，其次使钢锭在1250±10℃的炉温条件下保持1.5h以上，最后使钢锭出炉，钢锭在均热炉中的总时间为5～6h；若600℃≤T＜700℃，则首先使钢锭在炉温不限的条件下保持15min以上，然后将钢锭加热到1250±10℃，加热过程中控制温升速率≤150℃/h，其次使钢锭在1250±10℃的炉温条件下保持1.5h以上，最后使钢锭出炉，钢锭在均热炉中的总时间为4～5h；若700℃≤T＜800℃，则先将钢锭加热到1250±10℃，加热过程中温升速率不限，再使钢锭在1250±10℃的炉温条件下保持1h以上，最后使钢锭出炉，钢锭在均热炉中的总时间为2.5～3.5h；若T≥800℃，则先将钢锭加热到1250±10℃，加热过程中温升速率不限，再使钢锭在1250±10℃的炉温条件下保持1h以上，最后使钢锭出炉，钢锭在均热炉中的总时间为1.5～2.5h；
轧制步骤，钢锭出炉后将之输送到轧机上，使钢锭的小头在前、大头在后，连续进行至少六道次可逆式轧制；第一道次使钢锭变形压下率大于15％，第一孔的咬入速度为15～25r/min，成品孔的咬入速度不大于10r/min。
具体的，钢锭的重量为3.2t，其大头的端面尺寸为705×480mm，其小头的端面尺寸为640×380mm，其锭身长度为1.66m。
进行均热加热的过程中，仔细检测记录每一炉的加热温度、升温速度及保温时间，钢锭出炉时确认其温度的均匀性。在700℃≤T＜800℃和T≥800℃这两种情况下，可直接加热，也可以先在条件不限(即炉温不限、保持时间不限)的情况下均热后，再将钢锭加热到1250±10℃。
轧制步骤通过有效的单道次大压下量破碎钢锭原有内部组织中的粗大柱状晶或枝晶，从而改变或减轻疏松和偏析，并且有效控制首次和末次的咬入速度，使得钢锭疏松和显微气孔能充分压合，同时也尽可能减少了内部组织的夹杂，从而避免了内部裂纹的产生。轧制步骤中，一般采用辊道将出炉的钢锭即时传送至轧机上；所采用的轧机为可逆式轧机，其上轧辊直径为760～870mm，其下轧辊直径为770～880mm。通常，在轧机的允许的范围内，可增加单道次最大压下量并控制连续道次压下量，能够有效地改善了厚扁模具钢的内部质量。优选的，连续进行6～8道次可逆式轧制。
该厚扁模具钢的制造方法优选生产制造厚度为150～200mm、宽度为610～650mm的40Cr13厚扁模具钢。
对厚扁模具钢进行探伤通常采用便携式超声波探伤仪人工探伤，其可探厚度达400mm的扁钢，在形状简单、表面光滑的厚扁模具钢上可探测任何部位缺陷，且灵敏度高。依据波峰信号指示，可判断有无缺陷及缺陷位置、深度、大小和分布。
为了能够进一步确保轧制的顺利进行，在钢锭输送到轧机上之前，检查钢锭是否存在阴阳面或黑根，阴阳面是指钢锭加热不均造成颜色差异大的各面，黑根是指钢锭加热不均造成的根状纹路；若存在，则将钢锭重新放进均热炉内，并在1250±10℃的炉温条件下保持30min以上，而后出炉。检查钢锭是否存在阴阳面或黑根的目的在于确保钢锭轧制温度的均匀性，一般工作人员通过肉眼观察判断。
优选的，冶炼浇注步骤，根据需制得的钢锭中各化学成分的重量百分比关系称取原料，然后将原料投入电炉冶炼，并依次进行LF炉精炼、VD真空精炼以及模铸工序得到钢锭，冶炼过程中控制化学成分硫的重量百分比在0.005％以下。
在上述基础上，为了能够得到内部质量更好的钢锭，模铸工序中，红送下工序的钢锭动模时间≥90min，钢锭锭身浇注时间为6～8min，帽口填充时间≥5min；动模时间优选为110～120min。红送下工序是指钢锭带有一定温度送下工序，红送下工序的钢锭动模时间即指的是带帽口的锭模指拔帽口的时间。
厚扁模具钢，该厚扁模具钢的厚度大于等于150mm，其由上述任意一种厚扁模具钢的制造方法生产制造而成；
该厚扁模具钢中各化学成分的重量百分比为：碳0.35％～0.45％，硅≤0.60％，锰≤0.80％，铬12.00％～14.00％，钼0.70％～1.20％，钒0.50％～1.10％，镍≤0.60％，余量为铁和杂质。上述化学成分及含量的厚扁模具钢具有良好的机械性能，经热处理(淬火及回火)后，具有优良的耐腐蚀性能、抛光性能和较高的强度及耐磨性，并且其由本发明方法制造而成，表面及内部质量良好，基本无缺陷，超声波探伤一次合格率非常高，特别适于制作塑料制品的模具。
具体的，该厚扁模具钢的厚度为150～200mm、宽度为610～650mm。
实施例1
采用本发明的厚扁模具钢的制造方法生产制造牌号为40Cr13的厚扁模具钢，包括冶炼浇注步骤、均热加热步骤和轧制步骤；
通过冶炼浇注步骤得到钢锭，所述钢锭的锭型为扁锭，钢锭具有大头和小头；钢锭的重量为3.2t，其大头的端面尺寸为705×480mm，其小头的端面尺寸为640×380mm，其锭身长度为1.66m；
均热加热步骤，红送钢锭至均热炉中，钢锭放进均热炉前测得其温度为520℃；首先使钢锭在815℃的炉温条件下保持32min，然后将钢锭加热到1252℃，加热过程中控制温升速率为118℃/h，其次使钢锭在1250±10℃的炉温条件下保持100min，最后使钢锭出炉，钢锭在均热炉中的总时间为354min；
轧制步骤，钢锭出炉后肉眼确认钢锭无阴阳面、无黑根现象，采用辊道将钢锭即时传送至可逆式轧机上，使钢锭的小头在前、大头在后，连续进行六道次可逆式轧制；第一道次使钢锭变形压下率为16.5％，第一孔的咬入速度为18r/min，成品孔(即最后一孔)的咬入速度为8.5r/min，制造出规格为160*630mm的厚扁模具钢。
对以上的厚扁模具钢进行超声波探伤检验，一次合格率为86.2％。
实施例2
采用本发明的厚扁模具钢的制造方法生产制造牌号为40Cr13的厚扁模具钢，包括冶炼浇注步骤、均热加热步骤和轧制步骤；
通过冶炼浇注步骤得到钢锭，所述钢锭的锭型为扁锭，钢锭具有大头和小头；钢锭的重量为3.2t，其大头的端面尺寸为705×480mm，其小头的端面尺寸为640×380mm，其锭身长度为1.66m；
均热加热步骤，红送钢锭至均热炉中，钢锭放进均热炉前测得其温度为640℃；首先使钢锭在820℃的炉温条件下保持18min，然后将钢锭加热到1255℃，加热过程中控制温升速率为145℃/h，其次使钢锭在1250±10℃的炉温条件下保持92min，最后使钢锭出炉，钢锭在均热炉中的总时间为290min；
轧制步骤，钢锭出炉后肉眼确认钢锭无阴阳面、无黑根现象，采用辊道将钢锭即时传送至可逆式轧机上，使钢锭的小头在前、大头在后，连续进行六道次可逆式轧制；第一道次使钢锭变形压下率为17.0％，第一孔的咬入速度为17r/min，成品孔(即最后一孔)的咬入速度为9r/min，制造出规格为170*610mm的厚扁模具钢。
对以上的厚扁模具钢进行超声波探伤检验，一次合格率为88.3％。
实施例3
采用本发明的厚扁模具钢的制造方法生产制造牌号为40Cr13的厚扁模具钢，包括冶炼浇注步骤、均热加热步骤和轧制步骤；
通过冶炼浇注步骤得到钢锭，所述钢锭的锭型为扁锭，钢锭具有大头和小头；钢锭的重量为3.2t，其大头的端面尺寸为705×480mm，其小头的端面尺寸为640×380mm，其锭身长度为1.66m；
均热加热步骤，红送钢锭至均热炉中，钢锭放进均热炉前测得其温度为720℃；首先使钢锭在815℃的炉温条件下保持26min，然后将钢锭加热到1255℃，加热过程中控制温升速率为314℃/h，其次使钢锭在1250±10℃的炉温条件下保持70min，最后使钢锭出炉，钢锭在均热炉中的总时间为180min；
轧制步骤，钢锭出炉后肉眼确认钢锭无阴阳面、无黑根现象，采用辊道将钢锭即时传送至可逆式轧机上，使钢锭的小头在前、大头在后，连续进行六道次可逆式轧制；第一道次使钢锭变形压下率为15.8％，第一孔的咬入速度为19.5r/min，成品孔(即最后一孔)的咬入速度为8.5r/min，制造出规格为180*630mm的厚扁模具钢。
对以上的厚扁模具钢进行超声波探伤检验，一次合格率为86.7％。
Claims (9)
1.厚扁模具钢，该厚扁模具钢的厚度大于等于150mm，其特征在于：由下述的厚扁模具钢的制造方法生产制造而成；
所述厚扁模具钢的制造方法，包括冶炼浇注步骤、均热加热步骤和轧制步骤；
通过冶炼浇注步骤得到钢锭，所述钢锭的锭型为扁锭，钢锭具有大头和小头；
均热加热步骤，红送钢锭至均热炉中，钢锭放进均热炉前测量其温度T；若400℃≤T＜600℃，则首先使钢锭在1000℃以下的炉温条件下保持30min以上，然后将钢锭加热到1250±10℃，加热过程中控制温升速率≤120℃/h，其次使钢锭在1250±10℃的炉温条件下保持1.5h以上，最后使钢锭出炉，钢锭在均热炉中的总时间为5～6h；若600℃≤T＜700℃，则首先使钢锭在炉温不限的条件下保持15min以上，然后将钢锭加热到1250±10℃，加热过程中控制温升速率≤150℃/h，其次使钢锭在1250±10℃的炉温条件下保持1.5h以上，最后使钢锭出炉，钢锭在均热炉中的总时间为4～5h；若700℃≤T＜800℃，则先将钢锭加热到1250±10℃，加热过程中温升速率不限，再使钢锭在1250±10℃的炉温条件下保持1h以上，最后使钢锭出炉，钢锭在均热炉中的总时间为2.5～3.5h；若T≥800℃，则先将钢锭加热到1250±10℃，加热过程中温升速率不限，再使钢锭在1250±10℃的炉温条件下保持1h以上，最后使钢锭出炉，钢锭在均热炉中的总时间为1.5～2.5h；
轧制步骤，钢锭出炉后将之输送到轧机上，使钢锭的小头在前、大头在后，连续进行至少六道次可逆式轧制；第一道次使钢锭变形压下率大于15％，第一孔的咬入速度为15～25r/min，成品孔的咬入速度不大于10r/min；
该厚扁模具钢中各化学成分的重量百分比为：碳0.35％～0.45％，硅≤0.60％，锰≤0.80％，铬12.00％～14.00％，钼0.70％～1.20％，钒0.50％～1.10％，镍≤0.60％，余量为铁和杂质。
2.如权利要求1所述的厚扁模具钢，其特征在于：均热加热步骤中，使用测温仪测量钢锭温度T并进行记录。
3.如权利要求1所述的厚扁模具钢，其特征在于：钢锭输送到轧机上之前，检查钢锭是否存在阴阳面或黑根；若存在，则将钢锭重新放进均热炉内，并在1250±10℃的炉温条件下保持30min以上，而后出炉。
4.如权利要求1所述的厚扁模具钢，其特征在于：轧制步骤中，采用辊道将出炉的钢锭即时传送至轧机上。
5.如权利要求1所述的厚扁模具钢，其特征在于：轧制步骤中，所采用的轧机为可逆式轧机，其上轧辊直径为760～870mm，其下轧辊直径为770～880mm。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的厚扁模具钢，其特征在于：冶炼浇注步骤，根据需制造的厚扁模具钢中各化学成分的重量百分比关系称取原料，然后将原料投入电炉冶炼，并依次进行LF炉精炼、VD真空精炼以及模铸工序得到钢锭，冶炼过程中控制化学成分硫的重量百分比在0.005％以下。
7.如权利要求6所述的厚扁模具钢，其特征在于：模铸工序中，红送下工序的钢锭动模时间≥90min，钢锭锭身浇注时间为6～8min，帽口填充时间≥5min。
8.如权利要求7所述的厚扁模具钢，其特征在于：所述钢锭的重量为3.2t，其大头的端面尺寸为705×480mm，其小头的端面尺寸为640×380mm，其锭身长度为1.66m。
9.如权利要求1所述的厚扁模具钢，其特征在于：该厚扁模具钢的厚度为150～200mm、宽度为610～650mm。
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