CN109158558A - 一种h13圆钢连铸连轧制造工艺 - Google Patents

一种h13圆钢连铸连轧制造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种Φ50mm‑Φ150mm规格热作模具用H13圆钢的连铸连轧制造工艺，该钢种合金含量9%，采用300mm×400mm以上断面的弧形方坯连铸机连铸，采用850可逆式及连轧机组进行轧制。由于该钢种合金含量较高，在凝固过程易产生严重的偏析、中间裂纹和中心裂纹，连铸过程中变形抗力大，易产生表面轧制缺陷，内部疏松不易在轧制过程中焊合，轧后空冷易出现开裂现象，严重影响轧材及最终产品的质量。因此通过连铸电磁搅拌技术、轻压下技术、超弱冷技术的应用，结合高温扩散处理、带温退火等工艺，从而有效的控制带状组织级别，防止连铸坯中心裂纹、表面裂纹和轧材冷却应力裂纹，提高轧材的超声波探伤合格率、带状组织合格率。

Description

一种H13圆钢连铸连轧制造工艺
技术领域
本发明涉及一种圆钢的制造工艺，具体的说是一种Φ50mm-Φ150mm规格热作模具用H13圆钢连铸连轧制造工艺。
背景技术
H13钢属于空冷淬硬钢，是最具代表性的热作模具钢之一。该钢种具有良好的热强性、韧性、热疲劳性能、耐磨性能及热处理变形小的优点。由于该钢种合金含量高，带状组织要求高等原因，国内大多采用模铸、电渣重熔和锻压等工艺进行生产，生产成本较高。
H13钢中的合金元素含量较高，达到9%左右，高温热塑性较低，碳及合金元素极易出现严重偏析，特别是铬、钒元素的作用，使得该钢在凝固过程中出现不平衡的亚稳定共晶碳化物，此类碳化物属于一次碳化物，其形态大多呈粗大条状。
H13钢的液态导热系数较小，温度梯度较大，故结晶前沿无足够的过冷度，阻碍了固相向前生长的速度，造成结晶温度间隔增大，钢中的Mo 和V 元素均为强碳化物形成元素，在高温时，易以固相析出，相当稳定，阻碍了金属液的流动，凝固过程中铸坯热应力大。因此H13钢的偏析、缩松、裂纹等凝固缺陷明显高于普通碳钢。
H13钢是空冷淬硬钢，空冷条件下冷速过慢会产生网状碳化物组织，会严重影响材料的力学性能，冷速过快极易出现材料冷却应力开裂现象。
因此，由于H13钢合金含量较高，在凝固过程易产生严重的偏析、中间裂纹和中心裂纹，连铸过程中变形抗力大，易产生表面轧制缺陷，内部疏松不易在轧制过程中焊合，轧后空冷易出现开裂现象，严重影响轧材及最终产品的质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，如何有效的控制H13钢带状组织级别、防止连铸坯中心裂纹、表面裂纹和轧材冷却应力裂纹，提高轧材的超声波探伤合格率、带状组织合格率。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种H13圆钢连铸连轧制造工艺，包括：
⑴连铸：采用320mm×400mm以上断面的弧形方坯连铸机生产，采用超弱冷冷却，比水量为0.21～0.25L/Kg，结晶器电磁搅拌参数：570A*2Hz，轻压下模式为前三个压下辊分别压下2mm-2mm-2mm，后四个压下辊压下量全部为0mm，拉速：0.51～0.6m/min，过热度为10℃～35℃；
⑵连铸后热装热送至加热炉：铸坯经全封闭保温车热送至加热炉，热送温度控制在300℃～700℃。
⑶高温扩散加热：在步进式加热炉进行高温扩散加热，不供热段温度300～800℃，预热段温度750～1000℃，加热Ⅰ段温度950～1220℃，加热Ⅱ段温度1230～1290℃，均热段温度1230～1280℃，钢坯在加热Ⅱ段和均热段的总时间8～9小时，钢坯总加热时间10～12小时；
⑷轧制：轧机初轧采用大小压下结合的方式，前3道次压下控制在20～40mm，后3道轧制压下控制在55mm～70mm；
⑸轧后在台车炉进行带温球化退火处理：轧后圆钢在冷床上空冷至300℃以下，带温装入台车退火炉进行球化退火，带温退火入炉温度50℃～300℃，升温速度40～100℃/小时，升温至860±20℃后保温15～17小时，随炉冷至500℃后出炉空冷，炉冷速度10～20℃/小时。
本发明为防止H13钢连铸过程中的出现裂纹、严重的缩松及偏析，采用超弱冷工艺配合结晶器电磁搅拌技术、连铸轻压下技术，轧制加热采用高温扩散方式加热，结合大压下轧制提高致密度，轧后带温进行球化退火处理。具本为：（1）本发明根据H13钢的液态传热特点、凝固特性、空冷淬硬性及装备特点，根据H13钢Mo、V含量高液态金属导热系数低和连铸机的特点，设计和优化连铸工艺，采用连铸连轧及带温退火的方法设计出合理的制造工艺；（2）本发明通过超弱冷、电磁搅拌、连铸轻压下工艺、电磁搅拌的运用防止铸坯出现中心裂纹、中间裂纹、表面裂纹，减轻铸坯偏析；使用保温车送至轧钢厂，加热采用高温扩散长时间扩散，进一步改善铸坯偏析，轧制采用先小压下后大压下的方式，提高对钢材芯部的渗透焊合能力，改善带状组织和致密度；轧后在冷床上空冷至300℃以下避免出现网状碳化物组织，控制入退火炉温度防止圆钢出现空冷应力开裂。
这样，本发明通过连铸电磁搅拌技术、轻压下技术、超弱冷技术的应用，结合高温扩散处理、带温退火等工艺，从而有效的控制H13钢带状组织级别，防止连铸坯中心裂纹、表面裂纹和轧材冷却应力裂纹，提高轧材的超声波探伤合格率、带状组织合格率。铸坯低倍未发现中心裂纹、中间裂纹，铸坯表面无裂纹；圆钢采用NADCA 207-2003《北美压铸模具协会H13退火显微组织评级图》，圆钢中心位置带状组织符合NADCA 207-2003标准要求；球化退火组织级别为AS9；低倍采用GB/T1299中心疏松1.0级，锭型偏析1.0级；圆钢采用加拿大R&D公司相控阵超声波探伤仪探伤，标准GB/T 4162，B级探伤合格率100%。
具体实施方式
实施例1
本实施例是一种H13圆钢连铸连轧制造工艺，包括：
⑴连铸：采用320mm×400mm以上断面的弧形方坯连铸机生产，采用超弱冷冷却，比水量为0.21L/Kg，结晶器电磁搅拌参数：570A*2Hz，轻压下模式为前三个压下辊分别压下2mm-2mm-2mm，后四个压下辊压下量全部为0mm，拉速：0.51m/min，过热度为10℃；
⑵连铸后热装热送至加热炉：铸坯经全封闭保温车热送至加热炉，热送温度控制在300℃；
⑶高温扩散加热：在步进式加热炉进行高温扩散加热，不供热段温度300℃，预热段温度750℃，加热Ⅰ段温度950℃，加热Ⅱ段温度1230℃，均热段温度1230℃，钢坯在加热Ⅱ段和均热段的总时间8小时，钢坯总加热时间10小时；
⑷轧制：轧机初轧采用大小压下结合的方式，前3道次压下控制在20mm，后3道轧制压下控制在55mm；
⑸轧后在台车炉进行带温球化退火处理：轧后圆钢在冷床上空冷至300℃以下，带温装入台车退火炉进行球化退火，带温退火入炉温度50℃，升温速度40℃/小时，升温至840℃后保温15小时，随炉冷至500℃后出炉空冷，炉冷速度10℃/小时。
本实施例铸坯低倍未发现中心裂纹、中间裂纹，铸坯表面无裂纹。圆钢采用NADCA207-2003《北美压铸模具协会H13退火显微组织评级图》，圆钢中心位置带状组织符合NADCA207-2003标准要求，球化退火组织级别为AS9；低倍采用GB/T1299中心疏松1.0级，锭型偏析1.0级，圆钢采用加拿大R&D公司相控阵超声波探伤仪探伤，标准GB/T 4162 B级探伤合格率100%。
实施例2
本实施例是一种H13圆钢连铸连轧制造工艺，包括：
⑴连铸：采用320mm×400mm以上断面的弧形方坯连铸机生产，采用超弱冷冷却，比水量为0.25L/Kg，结晶器电磁搅拌参数：570A*2Hz，轻压下模式为前三个压下辊分别压下2mm-2mm-2mm，后四个压下辊压下量全部为0mm，拉速：0.6m/min，过热度为35℃；
⑵连铸后热装热送至加热炉：铸坯经全封闭保温车热送至加热炉，热送温度控制在700℃；
⑶高温扩散加热：在步进式加热炉进行高温扩散加热，不供热段温度800℃，预热段温度1000℃，加热Ⅰ段温度1220℃，加热Ⅱ段温度1290℃，均热段温度1280℃，钢坯在加热Ⅱ段和均热段的总时间9小时，钢坯总加热时间12小时；
⑷轧制：轧机初轧采用大小压下结合的方式，前3道次压下控制在40mm，后3道轧制压下控制在70mm；
⑸轧后在台车炉进行带温球化退火处理：轧后圆钢在冷床上空冷至300℃以下，带温装入台车退火炉进行球化退火，带温退火入炉温度300℃，升温速度100℃/小时，升温至880℃后保温17小时，随炉冷至500℃后出炉空冷，炉冷速度20℃/小时。
本实施例铸坯低倍未发现中心裂纹、中间裂纹，铸坯表面无裂纹。圆钢采用NADCA207-2003《北美压铸模具协会H13退火显微组织评级图》，圆钢中心位置带状组织符合NADCA207-2003标准要求，球化退火组织级别为AS9；低倍采用GB/T1299中心疏松1.0级，锭型偏析1.0级，圆钢采用加拿大R&D公司相控阵超声波探伤仪探伤，标准GB/T 4162 B级探伤合格率100%。
实施例3
本实施例是一种H13圆钢连铸连轧制造工艺，包括：
⑴连铸：采用320mm×400mm以上断面的弧形方坯连铸机生产，采用超弱冷冷却，比水量为0.23L/Kg，结晶器电磁搅拌参数：570A*2Hz，轻压下模式为前三个压下辊分别压下2mm-2mm-2mm，后四个压下辊压下量全部为0mm，拉速：0.55m/min，过热度为25℃；
⑵连铸后热装热送至加热炉：铸坯经全封闭保温车热送至加热炉，热送温度控制在500℃；
⑶高温扩散加热：在步进式加热炉进行高温扩散加热，不供热段温度600℃，预热段温度9000℃，加热Ⅰ段温度1120℃，加热Ⅱ段温度1260℃，均热段温度1250℃，钢坯在加热Ⅱ段和均热段的总时间8小时，钢坯总加热时间11小时；
⑷轧制：轧机初轧采用大小压下结合的方式，前3道次压下控制在30mm，后3道轧制压下控制在60mm；
⑸轧后在台车炉进行带温球化退火处理：轧后圆钢在冷床上空冷至300℃以下，带温装入台车退火炉进行球化退火，带温退火入炉温度200℃，升温速度70℃/小时，升温至860℃后保温16小时，随炉冷至500℃后出炉空冷，炉冷速度15℃/小时。
本实施例铸坯低倍未发现中心裂纹、中间裂纹，铸坯表面无裂纹。圆钢采用NADCA207-2003《北美压铸模具协会H13退火显微组织评级图》，圆钢中心位置带状组织符合NADCA207-2003标准要求，球化退火组织级别为AS9；低倍采用GB/T1299中心疏松1.0级，锭型偏析1.0级，圆钢采用加拿大R&D公司相控阵超声波探伤仪探伤，标准GB/T 4162 B级探伤合格率100%。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种H13圆钢连铸连轧制造工艺，其特征在于：包括：
⑴连铸：采用320mm×400mm以上断面的弧形方坯连铸机生产，采用超弱冷冷却，比水量为0.21～0.25L/Kg，结晶器电磁搅拌参数：570A*2Hz，轻压下模式为前三个压下辊分别压下2mm-2mm-2mm，后四个压下辊压下量全部为0mm，拉速：0.51～0.6m/min，过热度为10～35℃；
⑵连铸后热装热送至加热炉：铸坯经全封闭保温车热送至加热炉，热送温度控制在300～700℃；
⑶高温扩散加热：在步进式加热炉进行高温扩散加热，不供热段温度300～800℃，预热段温度750～1000℃，加热Ⅰ段温度950～1220℃，加热Ⅱ段温度1230～1290℃，均热段温度1230～1280℃，钢坯在加热Ⅱ段和均热段的总时间8～9小时，钢坯总加热时间10～12小时；
⑷轧制：轧机初轧采用大小压下结合的方式，前3道次压下控制在20～40mm，后3道轧制压下控制在55～70mm；
⑸轧后在台车炉进行带温球化退火处理：轧后圆钢在冷床上空冷至300℃以下，带温装入台车退火炉进行球化退火，带温退火入炉温度50～300℃，升温速度40～100℃/小时，升温至860±20℃后保温15～17小时，随炉冷至500℃后出炉空冷，炉冷速度10～20℃/小时。
2.如权利要求1所述的H13圆钢连铸连轧制造工艺，其特征在于：所述H13圆钢直径为Φ50mm～Φ150mm。
3.如权利要求1或2所述的H13圆钢连铸连轧制造工艺，其特征在于：包括：
⑴连铸：采用320mm×400mm以上断面的弧形方坯连铸机生产，采用超弱冷冷却，比水量为0.21L/Kg，结晶器电磁搅拌参数：570A*2Hz，轻压下模式为前三个压下辊分别压下2mm-2mm-2mm，后四个压下辊压下量全部为0mm，拉速：0.51m/min，过热度为10℃；
⑵连铸后热装热送至加热炉：铸坯经全封闭保温车热送至加热炉，热送温度控制在300℃；
⑶高温扩散加热：在步进式加热炉进行高温扩散加热，不供热段温度300℃，预热段温度750℃，加热Ⅰ段温度950℃，加热Ⅱ段温度1230℃，均热段温度1230℃，钢坯在加热Ⅱ段和均热段的总时间8小时，钢坯总加热时间10小时；
⑷轧制：轧机初轧采用大小压下结合的方式，前3道次压下控制在20mm，后3道轧制压下控制在55mm；
⑸轧后在台车炉进行带温球化退火处理：轧后圆钢在冷床上空冷至300℃以下，带温装入台车退火炉进行球化退火，带温退火入炉温度50℃，升温速度40℃/小时，升温至840℃后保温15小时，随炉冷至500℃后出炉空冷，炉冷速度10℃/小时。
4.如权利要求1或2所述的H13圆钢连铸连轧制造工艺，其特征在于：包括：
⑴连铸：采用320mm×400mm以上断面的弧形方坯连铸机生产，采用超弱冷冷却，比水量为0.25L/Kg，结晶器电磁搅拌参数：570A*2Hz，轻压下模式为前三个压下辊分别压下2mm-2mm-2mm，后四个压下辊压下量全部为0mm，拉速：0.6m/min，过热度为35℃；
⑵连铸后热装热送至加热炉：铸坯经全封闭保温车热送至加热炉，热送温度控制在700℃；
⑶高温扩散加热：在步进式加热炉进行高温扩散加热，不供热段温度800℃，预热段温度1000℃，加热Ⅰ段温度1220℃，加热Ⅱ段温度1290℃，均热段温度1280℃，钢坯在加热Ⅱ段和均热段的总时间9小时，钢坯总加热时间12小时；
⑷轧制：轧机初轧采用大小压下结合的方式，前3道次压下控制在40mm，后3道轧制压下控制在70mm；
⑸轧后在台车炉进行带温球化退火处理：轧后圆钢在冷床上空冷至300℃以下，带温装入台车退火炉进行球化退火，带温退火入炉温度300℃，升温速度100℃/小时，升温至880℃后保温17小时，随炉冷至500℃后出炉空冷，炉冷速度20℃/小时。
5.如权利要求1或2所述的H13圆钢连铸连轧制造工艺，其特征在于：包括：
⑴连铸：采用320mm×400mm以上断面的弧形方坯连铸机生产，采用超弱冷冷却，比水量为0.23L/Kg，结晶器电磁搅拌参数：570A*2Hz，轻压下模式为前三个压下辊分别压下2mm-2mm-2mm，后四个压下辊压下量全部为0mm，拉速：0.55m/min，过热度为25℃；
⑵连铸后热装热送至加热炉：铸坯经全封闭保温车热送至加热炉，热送温度控制在500℃；
⑶高温扩散加热：在步进式加热炉进行高温扩散加热，不供热段温度600℃，预热段温度9000℃，加热Ⅰ段温度1120℃，加热Ⅱ段温度1260℃，均热段温度1250℃，钢坯在加热Ⅱ段和均热段的总时间8小时，钢坯总加热时间11小时；
⑷轧制：轧机初轧采用大小压下结合的方式，前3道次压下控制在30mm，后3道轧制压下控制在60mm；
⑸轧后在台车炉进行带温球化退火处理：轧后圆钢在冷床上空冷至300℃以下，带温装入台车退火炉进行球化退火，带温退火入炉温度200℃，升温速度70℃/小时，升温至860℃后保温16小时，随炉冷至500℃后出炉空冷，炉冷速度15℃/小时。
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