CN109468544B - 高碳高铬冷作模具钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冷作模具钢生产技术领域，具体涉及高碳高铬冷作模具钢及其制备方法。本发明要解决的技术问题是现有高碳高铬冷作模具钢制备方法生产批量小。本发明提供了一种高碳高铬冷作模具钢，由以下重量百分比的成分组成：C1.42～1.60％、Si≤0.40％、Mn≤0.40％、P≤0.030％、S≤0.015％、Ni≤0.25％、Cr11.00～13.00％、Mo0.80～1.20％、V0.70～1.10％、Co≤1.00％，余量为Fe。高碳高铬冷作模具钢的制备方法包括a、配料；b、冶炼、精炼、真空处理和模铸；c、开坯；d、后处理得到高碳高铬冷作模具钢。本发明方法可批量生产，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明属于冷作模具钢生产技术领域，具体涉及高碳高铬冷作模具钢的制备方法。
背景技术
随着工业技术的发展，国内外制造广泛地采用无切削、少切削加工工艺，如精密冲压、精密锻造、压力铸造、冷挤压、热挤压及等温超塑成形等新工艺代替了传统的切削加工。模具已成为重要的成型工具，家用电器行业约80％的零部件，机电行业约70％的零部件均采用模具成型，如塑料、橡胶、陶瓷、建材、耐火材料制品大部分都依靠模具成型。近年来，随着模具工业的迅速发展，模具钢发展也极为迅速。模具材料基本分为热作模具钢、冷作模具钢、塑料模具钢和特殊模具钢四大系列。冷作模具钢是应用范围最广的，产值历来居制造业之首。冷作模具钢用于制造冲裁、冲压、冷挤压、冷镦、拉伸和压印模具。对冷作模具钢的性能要求主是耐磨性、韧性和红硬性以及良好的工艺性能。
目前，通用的冷作模具钢可分为三种类型：①低合金冷作模具钢：以O1(9CrWMnV)为代表；②中合金冷作模具钢：以A2(Cr5Mo1V)为代表；③高碳高合金冷作模具钢：以D2(Cr12Mo1V1)钢为代表。其中高碳合金冷作模具钢产量约占模具钢总产量的17％，占合金模具钢总产量的34％。
高碳高铬冷作模具钢属莱氏体钢。具有高的淬透性、淬硬性、耐磨性，高温抗氧化性能好，淬火和抛光后抗腐蚀能力好，热处理变形小，适宜制造各种高精度、长寿命的冷作模具、刀具和量具，例如形状复杂的冲孔凹模、冷挤压模、滚丝刀、搓丝切刀和精密量具等。
现有国内生产高碳铬冷作模具钢主要是采用电炉冶炼，LF加热调整成分和温度后经真空处理，然后浇铸成钢锭，还要进行电渣重熔，采用锻造开坯，再得到所需要规格的模具钢材，但是该方法生产工艺复杂、生产效率低，导致生产批量小。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有制备高碳高铬冷作模具钢的方法生产批量小。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是提供了一种高碳高铬冷作模具钢，由以下重量百分比的成分组成：C1.42～1.60％、Si≤0.40％、Mn≤0.40％、P≤0.030％、S≤0.015％、Ni≤0.25％、Cr11.00～13.00％、Mo0.80～1.20％、V0.70～1.10％、Co≤1.00％，余量为Fe。
本发明还提供了高碳高铬冷作模具钢的制备方法，包括如下步骤：
a、配料：以高碳高铬冷作模具钢的返回料作为原料，返回料的配入量为45％～65％，加入碳钢、废钢、钼铁和铬铁合金，使C含量配至1.6～1.9％，Mn含量配至0.40％以内，Cr含量配至11.30～12.0％，Si含量配至0.50～0.8％，P含量配至0.025％以下；所述配入量为返回料占配料总量的质量百分数；
b、冶炼、精炼、真空处理和模铸：采用返回吹氧法冶炼，冶炼结束后出钢，经LF炉精炼、VD真空处理后喂CaSi丝0.4kg/t钢、加稀土0.5kg/t钢进行变质处理后用氩气搅拌吹20min-30min，采用方或扁锭型进行浇铸得到钢锭，动模到下一工序；所述稀土是含稀土元素的矿石，稀土元素为镧系元素和钪、钇；
c、开坯：将步骤b所得钢锭先加热至1180℃保温3～5h，再升温到1210℃后进行轧制，并采用两火轧制开坯得到所需规格尺寸的板坯；
d、后处理：将步骤c所得板坯经第一次退火后空冷，轧制得到板材、再经第二次退火后空冷得到高碳高铬冷作模具钢。
其中，上述高碳高铬冷作模具钢的制备方法中，步骤b中，所述冶炼结束后出钢的温度为1620～1650℃。
其中，上述高碳高铬冷作模具钢的制备方法中，步骤b中，所述浇铸采用惰性气体保护，浇铸的温度为1490～1510℃。
其中，上述高碳高铬冷作模具钢的制备方法中，步骤b中，当模铸3t的方或扁锭型时，模铸后待120min再动模；当模铸3.2t的方或扁锭型时，模铸后待135min后再动模。
其中，上述高碳高铬冷作模具钢的制备方法中，步骤c中，当步骤b中所得钢锭的单支重量为3t时，将钢锭加热至1180℃保温3h～4h；当步骤b中所得钢锭的单支重量为3.2t时，将钢锭加热至1180℃保温4h～5h。
其中，上述高碳高铬冷作模具钢的制备方法中，步骤d中，所述第一次退火是将板坯在750～770℃保温6h后以20℃/h冷却到450℃，空冷至室温。
其中，上述高碳高铬冷作模具钢的制备方法中，步骤d中，经第一次退火后空冷至室温的板坯置于三段步进式加热炉加热至1150℃轧制得到板材。
其中，上述高碳高铬冷作模具钢的制备方法中，所述第二次退火是将板材在870～880℃保温6h后以20℃/h冷却到450℃，空冷至室温。
本发明的有益效果是：
本发明方法采用返回吹氧法冶炼钢水、钢水出钢后经LF炉精炼、VD真空处理、模铸、采用两火轧制成板坯，再轧制得到高碳高铬冷作模具钢，不需要经过电渣重熔，提高了生产效率，可进行批量生产，在保证产品质量的条件下，降低了生产成本。本发明方法在钢水冶炼出钢后经LF炉精炼，脱氧、脱硫、调整合金元素，LF精炼后进行VD真空处理，然后喂CaSi丝0.4kg/t、加稀土0.5kg/t变质处理、用氩气搅拌静吹20min-30min，提高了钢质的纯净度，使有害元素P、S含量低。本发明方法制备得到的高碳高铬冷作模具钢具有一定的耐磨性和强韧性和较高的硬度。本发明方法制备得到的高碳高铬冷作模具钢具有一定的应用前景。
具体实施方式
为了解决现有生产高碳高铬冷作模具钢生产批量小的问题，发明人采用以轧制工艺代替锻造工艺生产高碳高铬冷作模具钢的生产线，且制备过程不需要经过电渣重熔，提高了生产效率，可以进行大批量生产，并且降低了成本。
具体的，本发明公开了一种高碳高铬冷作模具钢，由以下重量百分比的成分组成：C1.42-1.60％、Si≤0.40％、Mn≤0.40％、P≤0.030％、S≤0.015％、Ni≤0.25％、Cr11.00-13.00％、Mo0.80-1.20％、V0.70-1.10％、Co≤1.00％，余量为Fe。
本发明还提供了高碳高铬冷作模具钢的制备方法，包括如下步骤：
a、配料：以高碳高铬冷作模具钢的返回料作为原料，返回料的配入量为45％～65％，加入碳钢、废钢、钼铁和铬铁合金，使C含量配至1.6～1.9％，Mn含量配至0.40％以内，Cr含量配至11.30～12.0％，Si含量配至0.50～0.8％，P含量配至0.025％以下；所述配入量为返回料占配料总量的质量百分数；
b、冶炼、精炼、真空处理和模铸：采用返回吹氧法冶炼，冶炼结束后出钢，经LF炉精炼、VD真空处理后喂CaSi丝0.4kg/t钢、加稀土0.5kg/t钢进行变质处理后用氩气搅拌吹20min-30min，采用方或扁锭型进行浇铸得到钢锭，动模到下一工序；所述稀土是含稀土元素的矿石，稀土元素为镧系元素和钪、钇；
c、开坯：将步骤b所得钢锭先加热至1180℃保温3～5h，再升温到1210℃后进行轧制，并采用两火轧制开坯得到所需规格尺寸的板坯；
d、后处理：将步骤c所得板坯经第一次退火后空冷，轧制得到板材、再经第二次退火后空冷得到高碳高铬冷作模具钢。
在本发明中，步骤a中所述原料是以本发明钢种的返回料作为原料，当本发明钢种的返回料生产不够时，还可以使用与本发明成分接近的废钢作为原料进行冶炼，可以降低成本。所述返回料是在钢的模铸、轧制过程中产生的，包括不合格的铸锭或渣钢，铸锭切头、切尾产生的头尾料，车皮产生的切屑料，锯切过程产生的切屑等。本发明在EBT炉采用返回吹氧法进行冶炼，降低了成本。本发明加入碳钢；废钢中P含量小于0.030％、S含量小于0.015％；加入的合金为低P、Mn的铬铁和低P含量的钼铁使C含量配至1.6～1.9％，Mn含量配至0.40％以内，Cr含量配至11.30～12.0％，Si含量配至0.50～0.8％，P含量配至0.025％以下。本发明中，在LF炉精炼过程中进行脱氧、脱硫，加入合金调整合金元素。
其中，上述高碳高铬冷作模具钢的制备方法中，步骤b中，所述冶炼结束后出钢的温度为1620～1650℃。
其中，上述高碳高铬冷作模具钢的制备方法中，步骤b中，为了提高钢水的纯净度，采用返回吹氧法冶炼结束后经LF炉精炼、VD真空处理后喂CaSi丝0.4kg/t钢、加稀土0.5kg/t钢进行变质处理后用氩气搅拌吹20min-30min。
其中，上述高碳高铬冷作模具钢的制备方法中，步骤b中，所述浇铸采用惰性气体保护，浇铸的温度为1490～1510℃。本发明中浇铸的温度是根据钢中的元素对凝固点的影响系数来确定的，不同的钢水浇铸温度不同，在本发明中浇铸的温度控制在1490～1510℃。
进一步的，所述惰性气体为氩气。
其中，上述高碳高铬冷作模具钢的制备方法中，步骤b中，当模铸3t的方或扁锭型时，模铸后待120min再动模；当模铸3.2t的方或扁锭型时，模铸后待135min后再动模。在本发明中，模铸是将钢水浇铸到一定形状的钢锭模中，液态的钢水到固态的钢锭需要一定的时间，待完全形成固态钢锭时再动模至下一工序。
其中，上述高碳高铬冷作模具钢的制备方法中，步骤c中，当步骤b中所得钢锭的单支重量为3t时，将钢锭加热至1180℃保温3h～4h；当步骤b中所得钢锭的单支重量为3.2t时，将钢锭加热至1180℃保温4h～5h。为了使钢锭加热过程中的组织成分均匀，3.2t重量的钢锭保温时间较长。
在本发明步骤c中，采用两火轧制可以减少坯料裂纹，两火轧制是指开始轧制后，钢锭的温度会降低，中间再回炉加热至1210℃，因此钢锭从锭型尺寸到所需规格尺寸的轧制过程有两次加热过程。在本发明中，钢锭在1180℃进行保温，在此温度下可以提高开坯后高碳高铬冷作模具钢的产品质量。
其中，上述高碳高铬冷作模具钢的制备方法中，步骤d中，所述第一次退火是将板坯在750～770℃保温6h后以20℃/h冷却到450℃，空冷至室温。
其中，上述高碳高铬冷作模具钢的制备方法中，步骤d中，经第一次退火后空冷至室温的板坯置于三段步进式加热炉加热至1150℃轧制得到板材。
其中，上述高碳高铬冷作模具钢的制备方法中，所述第二次退火是将板材在870～880℃保温6h后以20℃/h冷却到450℃，空冷至室温。在本发明中，退火的目的在于消除钢锭的内应力，使钢锭的组织、成分均匀化，防止产品出现开裂变形现象。
下面将通过具体的实施例对本发明作进一步地详细阐述。
实施例1
本实施例中高碳高铬冷作模具钢的制备方法：
a、配料：以高碳高铬冷作模具钢及类似钢种的返回料作为原料，返回料的配入量为50％，再加入碳钢、废钢、钼铁和铬铁合金，使C含量配至1.8％，Mn含量配至0.38％，Cr含量配至11.52％，Si含量配至0.60％；P含量配至0.022％。
b、冶炼、精炼、真空处理和模铸：配料后在EBT炉采用返回吹氧法熔炼初炼钢水，冶炼结束后出钢，出钢温度为1620℃，在LF炉精炼，脱氧、脱硫、调整合金元素，LF精炼后进行VD真空处理，VD精炼后进行喂CaSi丝0.4kg/t、加稀土0.5kg/t变质处理、用氩气搅拌静吹20min-30min，然后采用3t的扁锭型进行浇铸，浇铸时采用带氩气保护的长水口，浇铸温度为1490℃，浇铸完成后120min动模至下一工序。
c、开坯：将钢锭装入加热炉，缓慢加热至1180℃后保温3h，再升温至1210℃后轧制开坯，得到板坯。
d、后处理：所得板坯在750℃保温6h，以20℃/h冷却到450℃，空冷；然后在三段进步式加热炉升温至1150℃进行轧制得到板材；再在870℃保温6h，以20℃/h冷却到450℃，空冷得到高碳高铬冷作模具钢。
本实施例中制备得到高碳高铬冷作模具钢含有以下重量百分比的成分：C1.44％、Si0.26％、Mn0.33％、P0.023％、S0.004％、Cr11.43％、Mo0.85％、V0.74％。
实施例2
本实施例中高碳高铬冷作模具钢的制备方法：
a、配料：以高碳高铬冷作模具钢及类似钢种的返回料作为原料，返回料的配入量为55％，再加入碳钢、废钢、钼铁和铬铁合金，使C含量配至1.87％，Mn含量配至0.35％，Cr含量配至11.82％，Si含量配至0.70％；P含量配至0.024％。
b、冶炼、精炼、真空处理和模铸：配料后在EBT炉采用返回吹氧法熔炼初炼钢水，冶炼结束后出钢，出钢温度为1650℃，在LF炉精炼，脱氧、脱硫、调整合金元素，LF精炼后进行VD真空处理，VD精炼后进行喂CaSi丝0.4kg/t、加稀土0.5kg/t变质处理、用氩气搅拌静吹20min-30min，然后采用3.2t的扁锭型进行浇铸，浇铸时采用带氩气保护的长水口，浇铸温度为1510℃，浇铸完成后135min动模至下一工序。
c、开坯：将钢锭装入加热炉，缓慢加热至1180℃后保温4h，再升温至1210℃后轧制开坯，得到板坯。
d、后处理：所得板坯在770℃保温6h，以20℃/h冷却到450℃，空冷；然后在三段进步式加热炉升温至1150℃进行轧制得到板材；再在880℃保温6h，以20℃/h冷却到450℃，空冷得到高碳高铬冷作模具钢。
本实施例中制备得到高碳高铬冷作模具钢含有以下重量百分比的成分：C1.46％、Si0.26％、Mn0.35％、P0.022％、S0.003％、Cr11.58％、Mo0.87％、V0.77％。
表1为实施例1～2制备得到的高碳高铬冷作模具钢的性能检测结果。
表1性能检测结果
由实施例1～2可知，本发明方法制备得到的高碳高铬冷作模具钢的强度和硬度均能达到客户所需的协议标准，可以保证产品质量稳定。本发明方法能够降低高碳高铬冷作模具钢的生产成本，具有一定的应用前景。
Claims (6)
1.高碳高铬冷作模具钢，由以下重量百分比的成分组成：C1.42～1.60％、Si≤0.40％、Mn≤0.40％、P≤0.030％、S≤0.015％、Ni≤0.25％、Cr11.00～13.00％、Mo0.80～1.20％、V0.70～1.10％、Co≤1.00％，余量为Fe；所述高碳高铬冷作模具钢的制备方法如下：
a、配料：以高碳高铬冷作模具钢的返回料作为原料，返回料的配入量为45％～65％，加入碳钢、废钢、钼铁和铬铁合金，使C含量配至1.6～1.9％，Mn含量配至0.40％以下，Cr含量配至11.30～12.0％，Si含量配至0.50～0.8％，P含量配至0.025％以下；所述配入量为返回料占配料总量的质量百分数；
b、冶炼、精炼、真空处理和模铸：采用返回吹氧法冶炼，冶炼结束后出钢，经LF炉精炼、VD真空处理后喂CaSi丝0.4kg/t钢、加稀土0.5kg/t钢进行变质处理后用氩气搅拌吹20min-30min，采用方或扁锭型进行浇铸得到钢锭，动模到下一工序；所述稀土是含稀土元素的矿石，稀土元素为镧系元素和钪、钇；
c、开坯：将步骤b所得钢锭先加热至1180℃保温3～5h，再升温到1210℃后进行轧制，并采用两火轧制开坯得到所需规格尺寸的板坯；
d、后处理：将步骤c所得板坯经第一次退火后空冷，轧制得到板材、再经第二次退火后空冷得到高碳高铬冷作模具钢；所述第一次退火是将板坯在750～770℃保温6h后以20℃/h冷却到450℃，空冷至室温；经第一次退火后空冷至室温的板坯置于三段步进式加热炉加热至1150℃轧制得到板材；所述第二次退火是将板材在870～880℃保温6h后以20℃/h冷却到450℃，空冷至室温。
2.高碳高铬冷作模具钢的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
a、配料：以由以下重量百分比成分组成：C1.42～1.60％、Si≤0.40％、Mn≤0.40％、P≤0.030％、S≤0.015％、Ni≤0.25％、Cr11.00～13.00％、Mo0.80～1.20％、V0.70～1.10％、Co≤1.00％，余量为Fe的高碳高铬冷作模具钢的返回料作为原料，返回料的配入量为45％～65％，加入碳钢、废钢、钼铁和铬铁合金，使C含量配至1.6～1.9％，Mn含量配至0.40％以下，Cr含量配至11.30～12.0％，Si含量配至0.50～0.8％，P含量配至0.025％以下；所述配入量为返回料占配料总量的质量百分数；
b、冶炼、精炼、真空处理和模铸：采用返回吹氧法冶炼，冶炼结束后出钢，经LF炉精炼、VD真空处理后喂CaSi丝0.4kg/t钢、加稀土0.5kg/t钢进行变质处理后用氩气搅拌吹20min-30min，采用方或扁锭型进行浇铸得到钢锭，动模到下一工序；所述稀土是含稀土元素的矿石，稀土元素为镧系元素和钪、钇；
c、开坯：将步骤b所得钢锭先加热至1180℃保温3～5h，再升温到1210℃后进行轧制，并采用两火轧制开坯得到所需规格尺寸的板坯；
d、后处理：将步骤c所得板坯经第一次退火后空冷，轧制得到板材、再经第二次退火后空冷得到高碳高铬冷作模具钢；所述第一次退火是将板坯在750～770℃保温6h后以20℃/h冷却到450℃，空冷至室温；经第一次退火后空冷至室温的板坯置于三段步进式加热炉加热至1150℃轧制得到板材；所述第二次退火是将板材在870～880℃保温6h后以20℃/h冷却到450℃，空冷至室温。
3.根据权利要求2所述的高碳高铬冷作模具钢的制备方法，其特征在于：步骤b中，冶炼结束后出钢的温度为1620～1650℃。
4.根据权利要求2或3所述的高碳高铬冷作模具钢的制备方法，其特征在于：步骤b中，所述浇铸采用惰性气体保护，浇铸的温度为1490～1510℃。
5.根据权利要求2所述的高碳高铬冷作模具钢的制备方法，其特征在于：步骤b中，当模铸3t的方或扁锭型时，模铸后待120min再动模；当模铸3.2t的方或扁锭型时，模铸后待135min后再动模。
6.根据权利要求2所述的高碳高铬冷作模具钢的制备方法，其特征在于：步骤c中，当步骤b中所得钢锭的单支重量为3t时，将钢锭加热至1180℃保温3h～4h；当步骤b中所得钢锭的单支重量为3.2t时，将钢锭加热至1180℃保温4h～5h。
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