CN109536833A - 一种优质合金工具钢42CrMo4调质钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种优质合金工具钢42CrMo4调质钢板，通过KR铁水预处理、转炉冶炼、吹氩处理、LF精炼、VD精炼、连铸、加热、轧制、堆冷、热处理工艺等步骤制得，在保证客户要求42CrMo4成分的基础上，冶炼过程中，严格控制钢中P、S等有害元素，保证钢水的纯净度基本达到洁净钢水平。在轧制过程中，采取高温低速、大压下量均匀组织、保证探伤质量；采用高温堆冷扩散钢板中有害气体，巩固探伤；为防止钢板火切和时效开裂，钢板在调质处理前先进行730℃高温回火处理；通过控制炼钢低倍质量达到C类0.5级别，良好的低倍质量保证了钢板淬火后不会产生炸裂，经过合适的回火温度，最终满足客户要求的42CrMo4钢板性能。

Description

一种优质合金工具钢42CrMo4调质钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于优质合金工具钢生产技术领域，具体涉及到一种优质合金工具钢42CrMo4调质钢板及其生产方法。
背景技术
市场目前42CrMo4等合金高强度工具钢多为回火(T)交货，仅对小样进行调质试验，交货后客户切割小块再进行调质处理，这种方式给客户带来不便，提高了客户的成本，对市场的需求不能尽快满足。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种优质合金工具钢42CrMo4调质钢板，能在大板制成交付客户前进行调质处理，避免客户收货后切割小块再处理，为客户带来了方便，降低了客户的成本，对整个市场的需求有了保证。
本发明的另一目的在于提供一种优质合金工具钢42CrMo4调质钢板的生产方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种优质合金工具钢42CrMo4调质钢板，其厚度为50-150mm，包含如下质量百分比的化学成分：0.39％≤C≤0.25％、0.2％≤Si≤0.30％、0.75％≤Mn≤0.85％、P≤0.018％、S≤0.005％、0.95％≤Cr≤1.05％、0.18％≤Mo≤0.25％、0.02％≤Als≤0.04％、0.741≤CEV≤0.004％，其它为Fe和微量元素：Ti≤0.01％，B≤0.0.00075％，As≤0.012％，N≤0.008％，Cu≤0.04％，其中CEV＝C+Mn/6+(Mo+V+Cr)/5+(Ni+Cu)/15。
优选的是，上述调质钢板包含如下质量百分比的化学成分：C0.42％、Si 0.25％、Mn 0.8％、P≤0.015％、S≤0.003％、Cr 1.0％、0.95％≤Cr≤1.5％、0.18％≤Mo≤0.25％、0.02％≤Als≤0.04％、0.741≤CEV≤0.004％
本发明采用的上述技术方案中，C、Si、Mn是提高钢板强度的关键元素，C含量决定了42CrMo4的冶炼、加热、轧制、热处理的过程工艺制度，该钢种高含量的C元素也使其碳当量增高，脆性大幅提高，切割和淬火过程极易产生开裂现象，Cr能细化晶粒，提高钢的强度极限、屈服极限和硬度，在热处理时不降低塑性且能提高淬透性，Mo同样能细化晶粒，提高钢的抗拉强度极限、硬度，使钢具有较好的延伸率和冲击韧性，适量的Cr、Mo、B可以显著增加42CrMo4的淬透性，将奥氏体过冷过程中珠光体的转变推迟，合理的成分配比是生产出优质高强度合金工具钢的基础，保证钢板强度、硬度、淬透性的同时兼顾有良好塑性。
一种优质合金工具钢42CrMo4调质钢板的生产方法，其特征在于包括以下步骤：
1)冶炼：钢水中的杂质成分，包括S、P及各类氧化物夹杂等易在钢水的凝固过程中产生严重的偏析，对钢的焊接性能、冲击韧性、冷热脆性造成严重影响，需严格控制在优质钢要求范围内，较好的内部质量获得，并确保符合一级探伤标准，洁净钢的冶炼是根本，主要从两个方面来确保，一是钢水中非金属夹杂物的总级别必须在4.0以内，二是严格控制钢水中五大有害元素的含量。LF炉外精炼具有微调成分、氩气搅拌、泡沫渣埋弧加热、还原气氛白渣等，VD到站1668℃，预抽5min至真空，保压20min破空，软吹5min后1586℃离站，定氢0.79ppm符合标准；要求在67Pa的真空度下，保压时间≥20min，同时要求保压过程钢水翻腾效果良好；VD离站温度：1570～1575℃；
2)加热：加热工艺既要确保微合金化元素在奥氏体区的充分固溶，又要避免脱碳、过热、过烧等缺陷产生的可能性，加热温度控制：一阶段加热＜950℃，二阶段加热1220-1240℃，均热段1200-1220℃；
3)轧制：轧制时采用高温低速大压下工艺，开轧温度控制＞1050℃，二阶段开轧温度860-900℃，终轧温度820-860℃；较高的轧制温度可以使再结晶发生提供良好的温度条件，为大压下做好铺垫，压下量变形程度越大，形核区驱动力、密度越大，反复再结晶后晶粒就变的越细小；轧制速度的降低使塑性变形有较多的时间在整个体积内均匀的传播开，有利于变形渗透到中心，使变形更均匀，低速轧制还有利于裂纹、疏松、孔隙等缺陷的消除及夹杂物的球化；大的压下量能有效改变铸态组织，保证钢板的压缩比，使钢材得到均匀致密的组织结构，直接影响着成品钢板的冲击韧性和探伤质量；
4)缓冷：缓冷温度越高越好，有助于钢板内部氢气等有害气体进行高温扩散，堆冷温度定为≥450℃，堆冷时间≥48h，以保证内部质量；
5)热处理：根据公式计算出42CrMo4相变点：AC3＝777℃，AC1＝730℃；采用880℃奥氏体化温度，加热系数1.8-2.0min/mm，快速淬火冷却至常温，冷却速度定为：50mm厚冷速10℃/S，90mm厚冷速3.5℃/S，150mm厚冷速1.5℃/S，满足冷却后获得理想的平整组织；回火工艺中加热温度585～640℃，加热系数4.0min/mm，空冷，从而获得一种优质合金工具钢42CrMo4调质钢板。
本发明采用了上述技术方案，在保证客户要求42CrMo4成分的基础上，冶炼过程中，严格控制钢中P(磷)、S(硫)等有害元素，保证钢水的纯净度基本达到洁净钢水平，在后续加热过程中，严控加热温度，使钢坯均匀烧透；在轧制过程中，采取高温、低速、大压下量来均匀组织、保证探伤质量；采用高温堆冷扩散钢板中有害气体，巩固探伤；为防止钢板火切和时效开裂，钢板在调质处理前先进行730℃高温回火处理；通过控制炼钢低倍质量达到C类0.5级别，良好的低倍质量保证了钢板淬火后不会产生炸裂，经过合适的回火温度，最终满足客户要求的42CrMo4钢板性能。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的技术特征作进一步描述。
本发明的实施例是生产一种优质合金工具钢42CrMo4调质钢板，其厚度为50-150mm，包含如下质量百分比的化学成分：0.39％≤C≤0.25％、0.2％≤Si≤0.30％、0.75％≤Mn≤0.85％、P≤0.018％、S≤0.005％、0.95％≤Cr≤1.05％、0.18％≤Mo≤0.25％、0.02％≤Als≤0.04％、0.741≤CEV≤0.004％，其它为Fe和微量元素：Ti≤0.01％，B≤0.0.00075％，As≤0.012％，N≤0.008％，Cu≤0.04％，其中CEV＝C+Mn/6+(Mo+V+Cr)/5+(Ni+Cu)/15。
本发明采用的上述技术方案中，C、Si、Mn是提高钢板强度的关键元素，C含量决定了42CrMo4的冶炼、加热、轧制、热处理的过程工艺制度，该钢种高含量的C元素也使其碳当量增高，脆性大幅提高，切割和淬火过程极易产生开裂现象，Cr能细化晶粒，提高钢的强度极限、屈服极限和硬度，在热处理时不降低塑性且能提高淬透性，Mo同样能细化晶粒，提高钢的抗拉强度极限、硬度，使钢具有较好的延伸率和冲击韧性，适量的Cr、Mo、B可以显著增加42CrMo4的淬透性，将奥氏体过冷过程中珠光体的转变推迟，合理的成分配比是生产出优质高强度合金工具钢的基础，保证钢板强度、硬度、淬透性的同时兼顾有良好塑性。
上述实施例通过以下步骤来实现：1)冶炼：钢水中的杂质成分，包括S、P及各类氧化物夹杂等易在钢水的凝固过程中产生严重的偏析，对钢的焊接性能、冲击韧性、冷热脆性造成严重影响，需严格控制在优质钢要求范围内，较好的内部质量获得，并确保符合一级探伤标准，洁净钢的冶炼是根本，主要从两个方面来确保，一是钢水中非金属夹杂物的总级别必须在4.0以内，二是严格控制钢水中五大有害元素的含量。LF炉外精炼具有微调成分、氩气搅拌、泡沫渣埋弧加热、还原气氛白渣等，VD到站1668℃，预抽5min至真空，保压20min破空，软吹5min后1586℃离站，定氢0.79ppm符合标准；要求在67Pa的真空度下，保压时间≥20min，同时要求保压过程钢水翻腾效果良好；VD离站温度：1570～1575℃；
2)加热：加热工艺既要确保微合金化元素在奥氏体区的充分固溶，又要避免脱碳、过热、过烧等缺陷产生的可能性，加热温度控制：一阶段加热＜950℃，二阶段加热1220-1240℃，均热段1200-1220℃；
3)轧制：轧制时采用高温低速大压下工艺，开轧温度控制＞1050℃，二阶段开轧温度860-900℃，终轧温度820-860℃；较高的轧制温度可以使再结晶发生提供良好的温度条件，为大压下做好铺垫，压下量变形程度越大，形核区驱动力、密度越大，反复再结晶后晶粒就变的越细小；轧制速度的降低使塑性变形有较多的时间在整个体积内均匀的传播开，有利于变形渗透到中心，使变形更均匀，低速轧制还有利于裂纹、疏松、孔隙等缺陷的消除及夹杂物的球化；大的压下量能有效改变铸态组织，保证钢板的压缩比，使钢材得到均匀致密的组织结构，直接影响着成品钢板的冲击韧性和探伤质量；
4)缓冷：缓冷温度越高越好，有助于钢板内部氢气等有害气体进行高温扩散，堆冷温度定为≥450℃，堆冷时间≥48h，以保证内部质量；
5)热处理：根据公式计算出42CrMo4相变点：AC3＝777℃，AC1＝730℃；采用880℃奥氏体化温度，加热系数1.8-2.0min/mm，快速淬火冷却至常温，冷却速度定为：50mm厚冷速10℃/S，90mm厚冷速3.5℃/S，150mm厚冷速1.5℃/S，满足冷却后获得理想的平整组织；回火工艺中加热温度585～640℃，加热系数4.0min/mm，空冷，从而获得一种优质合金工具钢42CrMo4调质钢板。
上述生产步骤中的热处理工艺，为防止钢板火切和时效开裂，钢板在调质处理前先进行高温回火，用于去除钢板内应力；高温回火的工艺参数，其中：加热温度达到730℃，保温系数T＝4.0min/mm，出炉后空冷至常温，然后按客户要求尺寸进行切边，头部保留取样尺寸。
经过高温回火后的高温回火后的调质处理工艺参数(针对不同后的钢板)
由于本发明通过KR铁水预处理、转炉冶炼、吹氩处理、LF精炼、VD精炼、连铸、加热、轧制、堆冷、热处理工艺，在保证客户要求42CrMo4成分的基础上，冶炼过程中，严格控制钢中P(磷)、S(硫)等有害元素，保证钢水的纯净度基本达到洁净钢水平。在后续加热过程中，严控加热温度，使钢坯均匀烧透；在轧制过程中，采取高温、低速、大压下量来均匀组织、保证探伤质量；采用高温堆冷扩散钢板中有害气体，巩固探伤；为防止钢板火切和时效开裂，钢板在调质处理前先进行730℃高温回火处理；通过控制炼钢低倍质量达到C类0.5级别，良好的低倍质量保证了钢板淬火后不会产生炸裂，经过合适的回火温度，最终满足客户要求的42CrMo4钢板性能。
对上述生产方法制成的调质钢板进行机械力学性能分析：
客户要求性能参数表
经过调质处理制成的50-150mm优质合金高强度工具钢42CrMo4机械力学性能参数表：
对上述生产处的各厚度的调质钢板进行性能分析：本次批量生产50-150mm厚42CrMo4共计6批，采用热轧+高温回火+调质处理，其中：屈服强度、抗拉强度、伸长率、V型冲击功均控制在规定范围内；完全满足客户要求调质42CrMo4的性能；
外检及探伤：研制的钢板外检正品率100％，按JB/T 47030标准进行探伤合三级率100％，达到了预期效果。
结合前期热处理此类钢的经验，钢板低倍质量需达到C类0.5级别；若低倍质量级别过低，钢板心部则产生偏析，应力集中，淬火时奥氏体晶粒快速转变为马氏体，心部因合金元素偏析富集应力集中，会从心部向周围扩散释放，使淬火钢板极易出现炸裂；因此铸坯低倍质量是保证此钢生产工艺的必备条件。
以上所描述的仅为本发明的较佳实施例，上述具体实施例不是对本发明的限制，凡本领域的普通技术人员根据以上描述所做的润饰、修改或等同替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种优质合金工具钢42CrMo4调质钢板，其特征在于：其厚度为50-150mm，包含如下质量百分比的化学成分：0.39%≤C≤0.25%、0.2%≤Si≤0.30%、0.75%≤Mn≤0.85%、P≤0.018%、S≤0.005%、0.95%≤Cr≤1.05%、0.18%≤Mo≤0.25%、0.02%≤Als≤0.04%、0.741≤CEV≤0.004%，其它为Fe和微量元素：Ti≤0.01%，B≤0.0.00075%，As≤0.012%， N≤0.008%，Cu≤0.04%，其中CEV=C+Mn/6+(Mo+V+Cr)/5+(Ni+Cu)/15。
2.根据上述权利要求1所述的优质合金工具钢42CrMo4调质钢板，其特征在于：上述调质钢板包含如下质量百分比的化学成分：C 0.42%、Si 0.25%、Mn 0.8%、P≤0.015%、S≤0.003%、Cr 1.0%、0.95%≤Cr≤1.5%、0.18%≤Mo≤0.25%、0.02%≤Als≤0.04%、0.741≤CEV≤0.004%。
3.一种优质合金工具钢42CrMo4调质钢板的生产方法，其特征在于包括以下步骤：
1）冶炼：钢水中的杂质成分，包括S、P及各类氧化物夹杂等易在钢水的凝固过程中产生严重的偏析，对钢的焊接性能、冲击韧性、冷热脆性造成严重影响，需严格控制在优质钢要求范围内，较好的内部质量获得，并确保符合一级探伤标准，洁净钢的冶炼是根本，主要从两个方面来确保，一是钢水中非金属夹杂物的总级别必须在4.0以内，二是严格控制钢水中五大有害元素的含量，LF炉外精炼具有微调成分、氩气搅拌、泡沫渣埋弧加热、还原气氛白渣等，VD到站1668℃，预抽5min至真空，保压20min破空，软吹5min后1586℃离站，定氢0.79ppm符合标准；要求在67Pa的真空度下，保压时间≥20min，同时要求保压过程钢水翻腾效果良好；VD离站温度:1570 1575℃；
2）加热：加热工艺既要确保微合金化元素在奥氏体区的充分固溶，又要避免脱碳、过热、过烧等缺陷产生的可能性，加热温度控制：一阶段加热＜950℃，二阶段加热1220-1240℃，均热段1200 1220℃；
3）轧制：轧制时采用高温低速大压下工艺，开轧温度控制＞1050℃，二阶段开轧温度860-900℃，终轧温度820-860℃；较高的轧制温度可以使再结晶发生提供良好的温度条件，为大压下做好铺垫，压下量变形程度越大，形核区驱动力、密度越大，反复再结晶后晶粒就变的越细小；轧制速度的降低使塑性变形有较多的时间在整个体积内均匀的传播开，有利于变形渗透到中心，使变形更均匀，低速轧制还有利于裂纹、疏松、孔隙等缺陷的消除及夹杂物的球化；大的压下量能有效改变铸态组织，保证钢板的压缩比，使钢材得到均匀致密的组织结构，直接影响着成品钢板的冲击韧性和探伤质量；
4）缓冷：缓冷温度越高越好，有助于钢板内部氢气等有害气体进行高温扩散，堆冷温度定为≥450℃，堆冷时间≥48h，以保证内部质量；
5）热处理：根据公式计算出42CrMo4相变点:AC3=777℃，AC1=730℃；采用880℃奥氏体化温度，加热系数1.8-2.0 min/mm，快速淬火冷却至常温，冷却速度定为：50mm厚冷速10℃/S，90mm厚冷速3.5℃/S，150mm厚冷速1.5℃/S，满足冷却后获得理想的平整组织；回火工艺中加热温度585～640℃，加热系数4.0 min/mm，空冷，从而获得一种优质合金工具钢42CrMo4调质钢板。
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