CN109234495A - 一种低圧缩比高探伤要求SM4Gr2MnNi模具钢板的连铸生产工艺 - Google Patents

一种低圧缩比高探伤要求SM4Gr2MnNi模具钢板的连铸生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低圧缩比高探伤要求SM4Gr2MnNi模具钢板的连铸生产工艺，流程为转炉炼钢→精炼→真空脱气→450mm连铸坯→热送→加热→开坯轧制→加热→二次轧制→热处理→探伤→精整→检验→入库。开坯轧制过程中，通过快速冷却表面，提升表面强度，且保证坯料芯部温度高于表面，提高芯部的变形率。采用粗轧机单机架低速大压下工艺，开坯轧制过程中，低速大压下轧制4‑6道次，单道次压下量30‑60mm，总压下率达到30％以上，形成开坯材。通过二次轧制工艺，有效改善钢板内部质量，提升材料的致密度。所生产的SM4Cr2MnNi钢板最大厚度达到250mm，最小压缩比为1.8，探伤满足NB/T 47013.3 I级要求。

Description

一种低圧缩比高探伤要求SM4Gr2MnNi模具钢板的连铸生产 工艺
技术领域
本发明一种模具钢制造方法，具体涉及一种低压缩比高探伤要求SM4Cr2MnNi模具钢板的生产工艺。
背景技术
SM4Cr2MnNi是目前国内市场上需求量较大的高镜面预硬化塑料模具钢材，该钢种淬透性强，材质拥有较好的抛光性能和光蚀刻花性。该材料一般用于制造模芯，所以对材料的致密度要求较高，国内市场上以连铸坯成材产品厚度一般≤100mm，对于厚度＞100mm的材料通常选择钢锭成材，这导致成本大幅度提高，且由于钢锭头尾成分差异大，导致材料整体性能存在明显差异，影响用户的加工使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种低压缩比高探伤要求SM4Cr2MnNi模具钢板的连铸生产工艺，相比钢锭成材显著提高了生产效率、降低了生产成本，旨在保证钢板各项性能指标的前提下，获得最大厚度达到250mm的高探伤要求SM4Cr2MnNi塑料模具钢板，在保证材料外观尺寸满足要求的前提下，提高了钢板致密度，延长了材料使用寿命。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种低圧缩比高探伤要求SM4Gr2MnNi模具钢板，钢板的化学成分百分重量比为：C：0.35～0.45，Si：0.20～0.40，Mn：1.30～1.60，Cr：1.80～2.10，Mo：0.15～0.25，Ni：0.90～1.20，P≤0.025，S≤0.025，其余为Fe和不可避免的杂质。为保证厚板芯部性能的稳定性，合金元素均按照中上限设定目标值。
的连铸生产工艺，步骤如下：
(1)钢水冶炼：包括转炉炼钢、精炼和真空脱气，采用洁净钢冶炼方式，在保证P≤0.015％、S≤0.005％的基础上，严格控制钢水中的夹杂物含量，要求A、B、C、D夹杂物总和不大于4.0级；保证极限真空时间满足钢水真空结束后H≤1.0ppm；
(2)连铸：在钢水凝固末端采用动态轻压下技术，减缓坯料芯部因钢水凝固收缩产生的孔洞缺陷和偏析，提高坯料内部质量，提高坯料内部质量。要求坯料低倍质量满足中心偏析不大于B类1.0级，中心疏松不大于1.0级，无其他角裂或三角区裂纹等缺陷，坯料热送；
(3)加热：钢坯进炉保温一段时间后缓慢加热，分段设定加热速率，加热至1220-1260℃，保温5-10h；
(4)开坯轧制：坯料不进行展宽轧制，采用粗轧机单机架全纵向低速大压下轧制工艺，轧前对坯料表面进行快速降温，形成表面和心部的温度差，然后开始轧制，轧成开坯材；
具体操作是在坯料出炉后经高压水除鳞，进粗轧机经除鳞喷水装置喷水使坯料表面快速降温，待坯料表面温度900-950℃，此时坯料心部温度接近1000℃，坯料表面快速降温的目的是使坯料表面强度提升，大压下轧制时表面变形量减小，而芯部温度保持在1000℃左右，大压下轧制时有利于实现坯料芯部的大变形。
开始大压下轧制，单道次压下量30-60mm，在保证设备安全的前提下，低速大压下轧制4-6道次，总压下率达到30％以上，形成开坯材。
(5)二次轧制：开坯材冷却至600℃以下，带温装加热炉，快速加热至1220-1260℃保温4-8h，出炉后高压水除鳞，在满足钢板厚度尺寸的前提下继续进行粗轧机低速大压下轧制，开轧温度1040-1060℃，单道次压下量30-60mm，大压下道次结束后使用立辊轧制，避免钢板边部突起，提高成材率。粗轧机轧制结束后留10-30mm的厚度余量，经精轧机轧至目标钢板尺寸；
(6)缓冷：热轧钢板高温下线堆缓冷，堆缓冷时间≥48h；
(7)热处理：经正火和回火热处理工艺得到预硬性塑料模具厚板。
优选地，步骤(2)连铸坯厚度为450mm，钢板成品厚度为100mm—250mm，最小压缩比为1.8。
优选地，步骤(5)中精轧过程中或精轧结束后适当增加1-2次平整道次，保证钢板平直度≤5mm/m。
6、根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于：步骤(7)，正火温度850-880℃，保温1.5-2.5min/mm，回火温度550-600℃，保温3.0-4.0min/mm。
优选地，步骤(3)钢板热送加热，低温段以50-60℃/h速度升温至820-880℃，保温4-6小时；中温段以70-80℃/h速度升温至980-1040℃，保温2-6小时；高温段以100℃/h的速度快速升温至1220-1260℃，保温5-10小时。分段设定加热速率，目的是防止450mm厚板坯因内外温度差异形成热应力，导致应力裂纹产生，高温段适当延长保温时间有助于坯料芯部偏析元素的扩散，为最终SM4Cr2MnNi塑料模具钢厚板的性能均匀性打下基础。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明开坯轧制过程中，通过快速冷却表面，提升表面强度，且保证坯料芯部温度高于表面，提高芯部的变形率。
本发明开坯轧制过程中，低速大压下轧制4-6道次，单道次压下量30-60mm，总压下率达到30％以上，形成开坯材。
本发明进一步通过二次轧制工艺，有效改善钢板内部质量，提升材料的致密度。
本发明生产的SM4Cr2MnNi钢板最大厚度达到250mm，最小压缩比为1.8，探伤满足NB/T 47013.3I级要求。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本申请开发了一套低压缩比连铸工艺在获得高探伤要求SM4Cr2MnNi的前提下，坯料成材率达到90％以上，较模铸钢锭成材率大幅度提高，降低了生产成本，缩短了生产周期。
附图说明
图1为本发明实施例中低压缩比高探伤要求250mm厚SM4Cr2MnNi模具厚板沿板厚方向表面的500倍组织形态图；
图2为本发明实施例中低压缩比高探伤要求250mm厚SM4Cr2MnNi模具厚板沿板厚方向1/2处的500倍组织形态图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本实施例涉及的适于低压缩比高探伤要求SM4Cr2MnNi塑料模具钢板的厚度为250mm，压缩比为1.8，其化学成分按质量百分比计为：C：0.43％，Si：0.25％，Mn：1.55％，P：0.013％，S：0.005％，Cr：2.00％，Mo：0.20％，Ni：1.15％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
该钢板的制造工艺如下：
生产工艺流程：转炉炼钢→精炼→真空脱气→450mm连铸坯→热送→加热→开坯轧制→加热→二次轧制→热处理→探伤→精整→检验→入库。
主要工序的具体操作如下：
精炼以及真空脱气处理，降低钢中五大有害元素，且采用轻压下技术，保证450mm连铸坯的内部质量，在保证P≤0.015％、S≤0.005％的基础上，严格控制钢水中的夹杂物含量，要求A、B、C、D夹杂物总和不大于4.0级钢水真空结束后H≤1.0ppm。
坯料下线热送至轧钢厂加热，低温段以60℃/h速度升温至850℃，保温4小时；中温段以80℃/h速度升温至1000℃，保温2小时；高温段快速升温至1240℃，保温5小时。
开坯轧制，坯料不进行展宽轧制，采用粗轧机单机架全纵向低速大压下轧制工艺。坯料出炉后进行高压水除鳞，并经除鳞喷水装置喷水使坯料表面快速冷却至940℃进行打压下轧制，四道次大压下量分别为40mm、40mm、40mm、30mm。
开坯材冷却至600℃以下进加热炉以100℃/h速度加热至1240℃，保温4小时。
二次轧制，出炉后经高压水除鳞，继续进行粗轧机低速大压下轧制，开轧温度1050℃，单道次大压下量40mm，预留30mm的压下量，经精轧机轧至250mm，平整1道次。钢板高温下线堆缓冷60h。
缓冷结束后的钢板利用台车炉对钢板进行正火+回火热处理，设定正火温度860℃，保温时间2min/mm，回火温度580℃，保温时间3.5min/mm。
经由上述制造工艺制得的250mm厚的SM4Cr2MnNi钢板外观板型良好，整板硬度均匀，综合性能优异，探伤满足NB/T 47013.3I级，其主要性能详见表1。
实施例2
本实施例涉及的适于低压缩比高探伤要求SM4Cr2MnNi塑料模具钢板的厚度为200mm，压缩比为2.25，其化学成分按质量百分比计为：C：0.43％，Si：0.25％，Mn：1.50％，P：0.012％，S：0.005％，Cr：1.95％，Mo：0.20％，Ni：1.10％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
该钢板的制造工艺如下：
生产工艺流程：转炉炼钢→精炼→真空脱气→450mm连铸坯→热送→加热→开坯轧制→加热→二次轧制→热处理→探伤→精整→检验→入库。
主要工序的具体操作如下：
精炼以及真空脱气处理，降低钢中五大有害元素，且采用轻压下技术，保证450mm连铸坯的内部质量。
坯料下线热送至轧钢厂加热，低温段以70℃/h速度升温至850℃，保温4小时；中温段以80℃/h速度升温至1000℃，保温2小时；高温段快速升温至1240℃，保温5.5小时。
开坯轧制，坯料不进行展宽轧制，采用粗轧机单机架全纵向低速大压下轧制工艺。出炉后坯料经高压水除鳞，采用除鳞喷水喷头继续喷水使坯料表面快速冷却至950℃，此时坯料心部温度为1000℃，四次轧制的大压下量分别为30mm、30mm、40mm、50mm。
开坯材冷却至600℃以下进加热炉以100℃/h速度加热至1240℃，保温4.5小时。
二次轧制，采用高压水除鳞，继续采用粗轧机进行低速打压下轧制工艺，开轧温度1050℃，大压下量分别为30mm、40mm，经精轧机轧至200mm，平整2道次。钢板高温下线堆缓冷60h。
缓冷结束后的钢板利用台车炉对钢板进行正火+回火热处理，设定正火温度860℃，保温时间2min/mm，回火温度590℃，保温时间3.5min/mm。
经由上述制造工艺制得的200mm厚的SM4Cr2MnNi钢板外观板型良好，整板硬度均匀，综合性能优异，探伤满足NB/T 47013.3I级，其主要性能详见表1。
实施例3
本实施例涉及的适于低压缩比高探伤要求SM4Cr2MnNi塑料模具钢板的厚度为180mm，压缩比为2.5，其化学成分按质量百分比计为：C：0.42％，Si：0.25％，Mn：1.50％，P：0.013％，S：0.004％，Cr：1.90％，Mo：0.20％，Ni：1.10％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
该钢板的制造工艺如下：
生产工艺流程：转炉炼钢→精炼→真空脱气→450mm连铸坯→热送→加热→开坯轧制→加热→二次轧制→热处理→探伤→精整→检验→入库。
主要工序的具体操作如下：
精炼以及真空脱气处理，降低钢中五大有害元素，且采用轻压下技术，保证450mm连铸坯的内部质量，参见实施例1的钢水冶炼要求。
坯料下线热送至轧钢厂加热，低温段以60℃/h速度升温至850℃，保温4小时；中温段以80℃/h速度升温至1000℃，保温2小时；高温段快速升温至1240℃，保温5小时。
开坯轧制，坯料不进行展宽轧制，采用粗轧机单机架全纵向低速大压下轧制工艺。出炉后高压水除鳞，继续喷水使表面快速冷却至930℃，四次大压下量分别为30mm、30mm、50mm、50mm。
开坯材冷却至600℃以下进加热炉以100℃/h速度加热至1220℃，保温4.5小时。
二次轧制，开坯材出炉后经高压水出炉继续采用粗轧机进行低速大压下轧制，开轧温度1050℃，大压下量分别为40mm、50mm，经精轧机轧至180mm，平整1道次。钢板高温下线堆缓冷48h。
缓冷结束后的钢板利用台车炉对钢板进行正火+回火热处理，设定正火温度860℃，保温时间2min/mm，回火温度600℃，保温时间3.5min/mm。
经由上述制造工艺制得的180mm厚的SM4Cr2MnNi钢板外观板型良好，整板硬度均匀，综合性能优异，探伤满足NB/T 47013.3I级，其主要性能详见表1。
表1各实施例所生产钢板的硬度情况
上述实施例1-3所有钢板产品符合高探伤要求，由表1可以看出产品在厚度方向上具有高度均匀性，完全符合SM4Cr2MnNi塑料模具钢板的生产要求。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种低圧缩比高探伤要求SM4Gr2MnNi模具钢板的连铸生产工艺，其特征在于：步骤如下：
(1)钢水冶炼：包括转炉炼钢、精炼和真空脱气，采用洁净钢冶炼方式，在保证P≤0.015％、S≤0.005％的基础上，严格控制钢水中的夹杂物含量，要求A、B、C、D夹杂物总和不大于4.0级；保证极限真空时间满足钢水真空结束后H≤1.0ppm；
(2)连铸：在钢水凝固末端采用动态轻压下技术，减缓坯料芯部因钢水凝固收缩产生的孔洞缺陷和偏析，提高坯料内部质量，要求坯料低倍质量满足中心偏析不大于B类1.0级，中心疏松不大于1.0级，无其他角裂或三角区裂纹缺陷，坯料热送；
(3)加热：钢坯进炉保温一段时间后缓慢加热，分段设定加热速率，加热至1220-1260℃，保温5-10h；
(4)开坯轧制：坯料不进行展宽轧制，采用粗轧机单机架全纵向低速大压下轧制工艺，轧前对坯料表面进行快速降温，形成表面和心部的温度差，然后开始轧制，轧成开坯材；
(5)二次轧制：开坯材冷却至600℃以下，带温装加热炉，快速加热至1220-1260℃保温4-8h，出炉后高压水除鳞，在满足钢板厚度尺寸的前提下继续进行粗轧机低速大压下轧制，单道次压下量30-60mm，大压下道次结束后使用立辊轧制，粗轧机轧制结束后留10-30mm的厚度余量，经精轧机轧至目标钢板尺寸；
(6)缓冷：热轧钢板高温下线堆缓冷，堆缓冷时间≥48h；
(7)热处理：经正火和回火热处理工艺得到预硬性塑料模具厚板。
2.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于：步骤(2)连铸坯厚度为450mm，钢板成品厚度为100mm—250mm。
3.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于：步骤(4)是在坯料出炉后经高压水除鳞，进粗轧机经除鳞喷水装置喷水使坯料表面快速降温，待坯料表面温度900-950℃，此时坯料心部温度接近1000℃，开始大压下轧制，单道次压下量30-60mm，在保证设备安全的前提下，低速大压下轧制4-6道次，总压下率达到30％以上，形成开坯材。
4.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于：步骤(5)粗轧机的开轧温度1040-1060℃。
5.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于：步骤(5)中精轧过程中或精轧结束后适当增加1-2次平整道次，保证钢板平直度≤5mm/m。
6.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于：步骤(7)，正火温度850-880℃，保温1.5-2.5min/mm，回火温度550-600℃，保温3.0-4.0min/mm。
7.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于：步骤(3)钢板热送加热，低温段以50-60℃/h速度升温至820-880℃，保温4-6小时；中温段以70-80℃/h速度升温至980-1040℃，保温2-6小时；高温段以100℃/h的速度快速升温至1220-1260℃，保温5-10小时。
8.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于：步骤(1)钢水冶炼终点的化学成分满足C：0.35～0.45，Si：0.20～0.40，Mn：1.30～1.60，Cr：1.80～2.10，Mo：0.15～0.25，Ni：0.90～1.20，P≤0.025，S≤0.025，其余为Fe和不可避免的杂质。
9.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于：所得钢板的最大厚度达到250mm，探伤满足NB/T 47013.3I级要求。
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