CN108994229A - 用于冷作模具厚扁钢的制造方法 - Google Patents

用于冷作模具厚扁钢的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于冷作模具厚扁钢的制造方法，属于冶金锻造生产工艺技术领域。提供一种通过控制较少的生产工序即可使生产质量更加稳定的用于冷作模具厚扁钢的制造方法。所述的制造方法包括成品厚度不低于120㎜的冷作模具厚扁钢，所述的制造方法包括钢水冶炼，扁钢锭坯料浇注冷却，扁钢锭坯料加热锻造以及冷作模具厚扁钢成品轧制成材几道工序，其中，扁钢锭坯料加热锻造采用直接拔长成型工艺或镦粗+放大扁工艺，冷作模具厚扁钢成品轧制采用可逆轧机在加热条件下至少往复轧制六个道次。

Description

用于冷作模具厚扁钢的制造方法
技术领域
本发明涉及一种制造方法，尤其是涉及一种用于冷作模具厚扁钢的制造方法，属于冶金锻造生产工艺技术领域。
背景技术
现有市场上应用最广泛的冷作模具钢材料主要为高碳高铬冷作模具钢Cr12、Crl2MoV等。其具有较高的淬透性、淬硬性、耐磨性，高温抗氧化性能好等优点。因此作为通用型冷作模具钢材料广泛应用于制造各种用途的冷作模具，例如形状复杂的冲孔凹模、冷挤压模、滚螺纹轮、冷剪切刀和精密量具等。然而，这类冷作模具钢属于莱氏体钢，由于钢中含有大量Cr、Mo、V等碳化物形成元素，在凝固和共析转变过程中会形成大量共晶碳化物，且凝固过程钢坯心部易产生严重的成分偏析和疏松、缩孔类缺陷，导致钢材的热塑性差，在锻造加工过程中网状共晶碳化物不能得到充分破碎，心部缺陷不易被压合；同时，尽管经锻造变形工序能够破碎鱼骨状共晶碳化物，焊合心部疏松、缩孔类缺陷，但受锻压比和锻造方向影响，大截面钢材中的碳化物分布仍然是不均匀的，心部缺陷被焊合的程度也不一；钢中存在的大颗粒碳化物或碳化物分布不均匀严重降低钢的力学性能，并导致模具在热处理过程中出现变形、开裂等质量问题，并且随锻材尺寸增大，共晶碳化物不均匀度愈发严重。
钢锭锻造过程是热塑变形的开始，目的在于改善铸态组织，消除树枝状结晶结构，分解、破碎共晶碳化物网格，锻合钢锭中的疏松及孔穴缺陷，改善塑性。冷作模具厚扁钢因其铸坯锭型较大，钢锭内部偏析更加严重；铸态组织的不均匀性，尤其莱氏体网是任何热处理方法所不能消除的，只有通过热加工，达到一定的变形量之后才能得到改善。在热加工变形时，变形量大，变形温度低，有利于破碎碳化物，使碳化物颗粒尺寸变小。
考虑到冷作模具厚扁钢因其尺寸较大，为确保其截面组织的均匀性，制造过程多采取锻造开坯加轧制成材的方法，使其得到组织均匀一致的产品。因此，如何采用合适的锻造轧制方法使其厚扁钢疏松、缩孔类缺陷得到充分压合，共晶碳化物得到充分破碎、均匀分散从而提高产品质量显得非常重要。目前国内在Cr12MoV冷作模具钢锻造方面的文章或专利较多，但是针对Cr12MoV冷作模具厚扁钢的锻造轧制方法尚无先例可寻。与Cr12MoV模具钢锻造方法有关的专有技术主要有以下几项：
1)CN1727502A Cr12MoV钢的锻造方法
Cr12MoV钢的锻造方法，其特征在于，其步骤为：1)加热均质。2)锻造变形。3)锻后冷却。各步骤中严格控制温度范围及温变速度和保温时间。该Cr12MoV钢的锻造方法，无需技术改造投资；对锻造变形量和锻件尺寸没有限制；锻件的成品率可达95％以上，锻件关键质量指标，即碳化物不均匀度可以达到GB14979-1994标准规定的1-2级；用该锻件制造的工模具使用寿命与传统锻件制造的工模具相比至少提高1倍。
该方法描述的是Cr12MoV钢的锻造工艺，没涉及到铸锭锭型、锻造开坯规格和轧制产品尺寸范围，所用坯料及产品尺寸均较小通常成品厚度最厚仅100mm，锻造变形过程铸锭心部碳化物易破碎。
2)CN106475501A一种大定型冷作模具钢的锻造加热方法
一种大锭型冷作模具钢的锻造加热方法,其特征在于：其方法具体包括以下步骤：步骤A、制备6t锭的冷作模具钢D2；步骤B、将步骤A制备好的冷作模具钢D2装入加热炉中,升温至500℃,保温2h；步骤C、将步骤B加热炉内部的冷作模具钢D2取出,将冷作模具D2放入加热炉中,以100℃/h的速度加热至830℃,保温4h；步骤D、将步骤C保温好的冷作模具D2以50℃/h的速度加热至1000℃,保温8h,然后使用LZ锻造法进行预锻造；步骤E、再将步骤D保温好的冷作模具D2回炉,再以90℃/h的速度加热至1180～1220℃,保温8h,然后使用KD锻造法进行锻造。
该发明所述工艺为D2钢的锻造加工工艺，重点讲述锻造加热温度和保温时间及具体锻造方法，并不涉及锻造开坯规格和产品尺寸，且所述钢锭锭型较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种通过控制较少的生产工序即可使生产质量更加稳定的用于冷作模具厚扁钢的制造方法。
为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于冷作模具厚扁钢的制造方法，包括成品厚度不低于120㎜的冷作模具厚扁钢，所述的制造方法包括钢水冶炼，扁钢锭坯料浇注冷却，扁钢锭坯料加热锻造以及冷作模具厚扁钢成品轧制成材几道工序，
其中，扁钢锭坯料加热锻造采用直接拔长成型工艺或镦粗+放大扁工艺，冷作模具厚扁钢成品轧制采用可逆轧机在加热条件下至少往复轧制六个道次。
进一步的是，采用直接拔长成型工艺锻造扁钢锭坯料时，第一火拔长单边压下量≤20mm，送进量≤150mm，回炉再烧≥3小时，以后每火回炉再烧≥1.5小时；第二火仍采用小压下量，单边压下量控制在20-40mm之间，送进量150～200mm；以后每火视塑性增大压下量；成型时采用快速、小变形整形，防止角裂。
上述方案的优选方式是，锻造开坯后的扁钢锭坯料的尺寸为成品厚度+(20～60)mm。
进一步的是，锻造开坯步骤，采用45MN快锻操作，总锻比≥6，开锻温度≥1050℃，终锻温度≥850℃，见方倒棱，出现裂口及早剋除。
进一步的是，冷作模具厚扁钢成品轧制步骤中，扁钢锭坯料出炉后将之输送到轧机上，连续进行至少六道次可逆式轧制，
其中，第一道次使扁钢锭坯料变形压下率大于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。
上述方案的优选方式是，扁钢锭坯料输送到轧机上之前，检查扁钢锭坯料是否存在阴阳面或黑根；若存在，则将扁钢锭坯料重新放进均热炉内，并在1200±10℃的炉温条件下保持30min以上，而后出炉。
进一步的是，冷作模具厚扁钢成品轧制步骤中，可逆式轧机的上轧辊直径为760～870mm，下轧辊直径为770～880mm。
进一步的是，所述冷作模具厚扁钢的厚度120㎜～200㎜。
本发明的有益效果是：本申请在生产制造冷作模具厚扁钢时通过控制扁钢锭坯料加热锻造工序以及冷作模具厚扁钢成品轧制工序的各个工步，即在扁钢锭坯料加热锻造时采用直接拔长成型工艺或镦粗+放大扁工艺，在冷作模具厚扁钢成品轧制时采用可逆轧机在加热条件下至少往复轧制六个道次等工步来提高制大尺寸冷作模具扁钢成品的内部质量。即通过加热锻造时先直接拔长或镦粗然后放大扁，成品轧制时在加热条件下进行至少六个道次的可逆轧机往复轧制来改善铸态组织，消除树枝状结晶结构，分解、破碎共晶碳化物网格，锻合钢锭中的疏松及孔穴缺陷，改善塑性。再者，本申请的制造方法的控制工序工主要在扁钢锭坯料加热锻造工序以及冷作模具厚扁钢成品轧制两道工序，从而可以实现通过控制较少的生产工序即可使生产的大尺寸冷作模具扁钢产品质量更加稳定的目的。
具体实施方式
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供的一种通过控制较少的生产工序即可使生产质量更加稳定的用于冷作模具厚扁钢的制造方法。所述的制造方法包括成品厚度不低于120㎜的冷作模具厚扁钢，所述的制造方法包括钢水冶炼，扁钢锭坯料浇注冷却，扁钢锭坯料加热锻造以及冷作模具厚扁钢成品轧制成材几道工序，其中，扁钢锭坯料加热锻造采用直接拔长成型工艺或镦粗+放大扁工艺，冷作模具厚扁钢成品轧制采用可逆轧机在加热条件下至少往复轧制六个道次。本申请在生产制造冷作模具厚扁钢时通过控制扁钢锭坯料加热锻造工序以及冷作模具厚扁钢成品轧制工序的各个工步，即在扁钢锭坯料加热锻造时采用直接拔长成型工艺或镦粗+放大扁工艺，在冷作模具厚扁钢成品轧制时采用可逆轧机在加热条件下至少往复轧制六个道次等工步来提高制大尺寸冷作模具扁钢成品的内部质量。即通过加热锻造时先直接拔长或镦粗然后放大扁，成品轧制时在加热条件下进行至少六个道次的可逆轧机往复轧制来改善铸态组织，消除树枝状结晶结构，分解、破碎共晶碳化物网格，锻合钢锭中的疏松及孔穴缺陷，改善塑性。再者，本申请的制造方法的控制工序工主要在扁钢锭坯料加热锻造工序以及冷作模具厚扁钢成品轧制两道工序，从而可以实现通过控制较少的生产工序即可使生产的大尺寸冷作模具扁钢产品质量更加稳定的目的。
当然，为了获得质量更加优良的大尺寸冷作模具厚扁钢，尤其是为了获得铸态组织优良，树枝状结晶结构少而且小，共晶碳化物网格分解和破碎得较为彻底，并能降低锻合钢锭中的疏松及孔穴缺陷的优良大尺寸冷作模具厚扁钢，本申请对扁钢锭坯料加热锻造工序以及冷作模具厚扁钢成品轧制工序的各个工步的参数进行了进一步的改进和限定。具体就是，采用直接拔长成型工艺锻造扁钢锭坯料时，第一火拔长单边压下量≤20mm，送进量≤150mm，回炉再烧≥3小时，以后每火≥1.5小时；第二火仍采用小压下量，单边压下量控制在20-40mm之间，送进量150～200mm；以后每火视塑性增大压下量；成型时采用快速、小变形整形，防止角裂。并且控制锻造开坯后的扁钢锭坯料的尺寸为成品厚度+(20～60)mm。锻造开坯步骤，采用45MN快锻操作，总锻比≥6，开锻温度≥1050℃，终锻温度≥850℃，见方倒棱，出现裂口及早剋除。而在冷作模具厚扁钢成品轧制步骤中，扁钢锭坯料出炉后将之输送到轧机上，连续进行至少六道次可逆式轧制，其中，第一道次使扁钢锭坯料变形压下率大于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。扁钢锭坯料输送到轧机上之前，检查扁钢锭坯料是否存在阴阳面或黑根；若存在，则将扁钢锭坯料重新放进均热炉内，并在1200±10℃的炉温条件下保持30min以上，而后出炉。冷作模具厚扁钢成品轧制步骤中，可逆式轧机的上轧辊直径为760～870mm，下轧辊直径为770～880mm。
综上所述，通过本发明制造的厚度为120～200mm的Cr12MoV冷作模具厚扁钢心部疏松、缩孔类缺陷可以得到有效压合，网状共晶碳化物被充分破碎，分布更加均匀，从而提高探伤合格率，改善厚扁钢整体质量，较大地提高了Cr12MoV冷作模具厚扁钢成材率，有良好的经济效益和社会效益。
本发明提供的上述制造方法的具体应用为，包括以下步骤：包括3.2t钢锭的制备、锻造开坯和轧制成材。
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≤0.005％。所述钢锭为3.2t扁锭，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。
锻造开坯步骤，采用45MN快锻操作，要求总锻比≥6，开锻温度≥1050℃，终锻温度≥850℃，见方倒棱，出现裂口及早剋除。采用直接拔长成型工艺，在协议有横向共晶要求时，可采用“镦粗+放大扁”工艺。第一火拔长单边压下量≤20mm，送进量≤150mm，回炉再烧≥3小时，以后每火≥1.5小时。第二火仍采用小压下量，单边应控制20-40mm，送进量150～200mm。以后每火可视塑性增大压下量。成型时需快速、小变形整形，防止角裂。根据成品规格选用对应的锻造开坯规格，锻造开坯厚度为“成品厚度+(20-60)mm”。
轧制步骤，钢锭出炉后将之输送到轧机上，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。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1200±10℃的炉温条件下保持30min以上，而后出炉。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。
通过本发明方法生产得到的厚度为120～200mm的Cr12MoV冷作模具厚扁钢心部疏松、缩孔类缺陷焊合较好，网状共晶碳化物得到充分破碎，碳化物分布均匀，成品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120～200mm的模具钢合格级别为B级，探伤一次合格率可达90％以上，较大地提高了Cr12MoV冷作模具厚扁钢成材率，有良好的经济效益和社会效益。
实施例1
采用本发明的冷作模具厚扁钢的锻造轧制方法生产制造牌号为Cr12MoV的冷作模具厚扁钢，包括冶炼浇注步骤、锻造开坯步骤和轧制步骤；
通过冶炼浇注步骤得到钢锭，所述锭型为扁锭，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；
锻造开坯步骤，采用45MN快锻操作，总锻比为6.5，开锻温度为1120℃，终锻温度为880℃，采用直接拔长成型工艺，第一火拔长单边压下量12mm，送进量110mm，回炉再烧3小时，第二火仍采用小压下量，单边控制25mm，送进量160mm，锻造开坯成220*660mm规格锻坯。
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，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15.5％，第一孔的咬入速度为15r/min，成品孔(即最后一孔)的咬入速度为7r/min，制造成规格为190*610mm的厚扁模具钢。
对以上的冷作模具厚扁钢进行超声波探伤检验，一次合格率为93.53％。
实施例2
采用本发明的冷作模具厚扁钢的锻造轧制方法生产制造牌号为Cr12MoV的冷作模具厚扁钢，包括冶炼浇注步骤、锻造开坯步骤和轧制步骤；
通过冶炼浇注步骤得到钢锭，所述锭型为扁锭，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；
锻造开坯步骤，采用45MN快锻操作，总锻比为7.5，开锻温度为1090℃，终锻温度为860℃，采用直接拔长成型工艺，第一火拔长单边压下量18mm，送进量140mm，回炉再烧3小时，第二火仍采用小压下量，单边控制35mm，送进量180mm。锻造开坯成200*660mm规格锻坯。
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，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17.5％，第一孔的咬入速度为21r/min，成品孔(即最后一孔)的咬入速度为9r/min，制造出规格为140*610mm的厚扁模具钢。
对以上的冷作模具厚扁钢进行超声波探伤检验，一次合格率为96.78％。
实施例3
采用本发明的冷作模具厚扁钢的锻造轧制方法生产制造牌号为Cr12MoV的冷作模具厚扁钢，包括冶炼浇注步骤、锻造开坯步骤和轧制步骤；
通过冶炼浇注步骤得到钢锭，所述锭型为扁锭，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；
锻造开坯步骤，采用45MN快锻操作，总锻比为7，开锻温度为1100℃，终锻温度为860℃，采用直接拔长成型工艺，第一火拔长单边压下量17mm，送进量140mm，回炉再烧3小时，第二火仍采用小压下量，单边控制30mm，送进量160mm。锻造开坯成200*660mm规格锻坯。
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，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20r/min，成品孔(即最后一孔)的咬入速度为8r/min，制造出规格为150*610mm的厚扁模具钢。
对以上的冷作模具厚扁钢进行超声波探伤检验，一次合格率为93.26％。

Claims (8)

1.一种用于冷作模具厚扁钢的制造方法，包括成品厚度不低于120㎜的冷作模具厚扁钢，其特征在于：所述的制造方法包括钢水冶炼，扁钢锭坯料浇注冷却，扁钢锭坯料加热锻造以及冷作模具厚扁钢成品轧制成材几道工序，
其中，扁钢锭坯料加热锻造采用直接拔长成型工艺或镦粗+放大扁工艺，冷作模具厚扁钢成品轧制采用可逆轧机在加热条件下至少往复轧制六个道次。
2.根据权利要求1所述的用于冷作模具厚扁钢的制造方法，其特征在于：采用直接拔长成型工艺锻造扁钢锭坯料时，第一火拔长单边压下量≤20mm，送进量≤150mm，回炉再烧≥3小时，以后每火回炉再烧≥1.5小时；第二火仍采用小压下量，单边压下量控制在20-40mm之间，送进量150～200mm；以后每火视塑性增大压下量；成型时采用快速、小变形整形，防止角裂。
3.根据权利要求2所述的用于冷作模具厚扁钢的制造方法，其特征在于：锻造开坯后的扁钢锭坯料的尺寸为成品厚度+(20～60)mm。
4.根据权利要求3所述的用于冷作模具厚扁钢的制造方法，其特征在于：锻造开坯步骤，采用45MN快锻操作，总锻比≥6，开锻温度≥1050℃，终锻温度≥850℃，见方倒棱，出现裂口及早剋除。
5.根据权利要求3或4所述的用于冷作模具厚扁钢的制造方法，其特征在于：冷作模具厚扁钢成品轧制步骤中，扁钢锭坯料出炉后将之输送到轧机上，连续进行至少六道次可逆式轧制，
其中，第一道次使扁钢锭坯料变形压下率大于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。
6.根据权利要求5所述的用于冷作模具厚扁钢的制造方法，其特征在于：扁钢锭坯料输送到轧机上之前，检查扁钢锭坯料是否存在阴阳面或黑根；若存在，则将扁钢锭坯料重新放进均热炉内，并在1200±10℃的炉温条件下保持30min以上，而后出炉。
7.根据权利要求1、2、3或4所述的用于冷作模具厚扁钢的制造方法，其特征在于：冷作模具厚扁钢成品轧制步骤中，可逆式轧机的上轧辊直径为760～870mm，下轧辊直径为770～880mm。
8.根据权利要求7所述的用于冷作模具厚扁钢的制造方法，其特征在于：所述冷作模具厚扁钢的厚度120㎜～200㎜。
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