CN110157981A - 提高nsm30塑料模具钢截面硬度均匀性的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种提高NSM30塑料模具钢截面硬度均匀性的生产方法,具体工艺为:转炉炼钢→LF精炼→RH真空处理→320mm连铸坯→加热→轧制→回火,钢坯加热过程中,通过降低加热炉均热段温度,减少钢坯在均热段的时间,钢坯从加热炉出钢后于辊道上进行待温,降低钢坯表面温度,保证芯部温度高于表面温度,以增加加热后钢坯芯部‑表面温差。轧钢过程保持单道次大压下的原则,以达到钢板芯部的最大变形,从而提高钢材厚度方向性能的均匀性,经回火热处理后性能满足要求。本发明所生产的NSM30钢板截面硬度差在25HBW以内。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域,涉及到一种提高NSM30塑料模具钢截面硬度均匀性的生产工艺。
背景技术
NSM30是一种预硬型合金塑料模具钢,适用于塑料模具型腔粗糙度要求较高的大、中型塑料模具的加工制造,用于制作大尺寸、长寿命、高档次的塑料模具。由于塑料模具钢的使用要求高,传统的塑料模具钢采用电渣+锻造或模铸+锻造方式生产,虽然产品内部质量好、塑模成型次数高,但生产周期长、价格高。近年来随着连铸设备控制能力和精度的提升,能够生产高质量的铸坯,轧钢机的轧制力达到12000吨,可实现单道次大的压下量,使得通过炼钢-连铸-轧钢-回火的工艺路线生产塑料模具钢成为可能。
NSM30塑料模具钢加入合金元素Cr、Mo等,大大提高了防锈性能和抛光性能,由于该钢主要用于制作高精密塑料模具。因此要求钢质纯净,组织致密,钢板硬度范围窄,且均匀度要求高,同时具有良好的可加工性和耐磨性。因此,基于炼钢-连铸-轧钢-回火的生产工艺,通过合理的轧制手段,开发一种提高NSM30模具钢截面硬度均匀性的生产工艺,不仅可以缩短生产周期,提高钢板的成材率,降低生产成本,而且也能满足客户质量要求及市场需求,具有重要的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高NSM30塑料模具钢截面硬度均匀性的轧制工艺,基于炼钢-连铸-轧钢-回火生产工艺,通过合理的轧制手段,提高NSM30塑料模具钢的性能均匀性,可有效提高模具的使用寿命。
本发明的技术方案是:
一种提高NSM30塑料模具钢截面硬度均匀性的生产方法,其特征在于包括如下步骤:
步骤一炼钢:包括转炉炼钢、LF精炼、RH真空脱气;
步骤二连铸:中间包采用无碳覆盖剂,浇注保护渣采用中碳钢保护渣,在钢水凝固末端采用动态轻压下技术,减缓钢坯芯部因钢水凝固收缩产生的孔洞缺陷和偏析,提高钢坯内部质量;
步骤三加热:预热段缓慢加热,加热段快速升温,降低均热段温度,减少钢坯在均热段时间,增加钢坯在加热段时间,增加加热后钢坯芯部-表面温差;
步骤四轧制:钢坯出炉后经高压水除鳞,在辊道上进行待温,降低钢坯表面温度,保证芯部温度高于表面温度;采用低速大压下技术,粗轧前三道次单道次压下量40mm~60mm;
步骤五回火热处理。
本发明进一步的技术方案是:
步骤一中,转炉炼钢采用洁净钢冶炼方式,转炉出钢后,钢水采用铝块脱氧,待脱氧达到预期效果(Al:0.015~0.040%)后加入合金。LF精炼时间保证40分钟以上,RH脱气真空度≤5mbar保持20分钟以上。
步骤二中,连铸钢水过热度为5℃~30℃;
步骤三中,钢坯入炉温度≥200℃,预热段缓慢加热,以50℃/h~70℃/h速度升温至850℃~900℃,加热段以90℃/h~100℃/h的速度升温至1200℃~1250℃,均热段温度由1200℃~1250℃降低到1150℃~1180℃,均热段在炉时间由原工艺的60min~80min减少到30min~50min,增加加热后钢坯“芯部-表面”温差,在炉总时间为5h~7h;
步骤五中,回火温度500℃~600℃,保温系数2.0min/mm~4.0min/mm。
本发明生产方法生产的NSM30塑料模具钢,其特征在于其化学成分按质量百分比计为:C:0.30%~0.40%、Si:0.30%~0.50%、Mn:1.0%~1.6%、Cr:1.30%~2.00%、Mo:0.10%~0.30%、P≤0.020%、S≤0.015%、Al≤0.050%,余量为铁;钢板硬度值为270~330HBW,钢板截面硬度差在25HBW以内。
本发明的优点及有益效果是:
本发明基于转炉炼钢→LF精炼→RH真空处理→320mm连铸坯→加热→轧制→回火→探伤→精整→检验→入库的生产工艺,钢坯加热过程中,通过降低加热炉均热段温度,减少钢坯在均热段的时间,均热段温度由1200℃~1250℃降低到1150℃~1180℃,均热段在炉时间由原工艺的60min~80min减少到30min~50min,以使得加热后钢坯芯部-表面的温差增大。钢坯从加热炉出钢后于辊道上进行待温,降低钢坯表面温度,保证芯部温度高于表面温度。钢坯芯部的温度高于表面温度,钢坯芯部的变形抗力会低于表面的变形抗力,在轧制力的作用下,能使得变形渗透到芯部,从而提高钢材性能均匀性。轧钢过程保持单道次大压下的原则,以达到钢板芯部的最大变形,从而提高钢材厚度方向性能的均匀性,经回火热处理后性能满足要求,提高NSM30塑料模具钢的性能均匀性,降低生产成本,缩短生产周期,提高钢板的成材率。本发明用320mm厚的连铸坯所生产NSM30钢板最大厚度为170mm,最小压缩比为1.88,探伤达到GB/T 2970Ⅰ级探伤标准,钢板截面硬度差在25HBW以内。
附图说明
图1为实施例1的170mm厚NSM30塑料模具钢沿厚度方向表面SEM组织图;
图2为实施例1的170mm厚NSM30塑料模具钢沿厚度方向1/4处SEM组织图;
图3为实施例1的170mm厚NSM30塑料模具钢沿厚度方向1/2处SEM组织图。
具体实施方式
实施例1
选取320mm厚的NSM30钢坯,钢板厚度为170mm,压缩比为1.88,其化学成分及质量百分含量为:C:0.35%、Si:0.42%、Mn:1.20%、Cr:1.45%、Mo:0.18%、P:0.016%、S:0.005%、Al:0.035%,余量为铁。
本实施例提高NSM30塑料模具钢截面硬度均匀性的轧制工艺包括以下步骤:
(1)采用洁净钢冶炼方式,降低钢中S和P含量,LF精炼时间40min以上,RH真空处理,真空度≤5mbar保持20min以上,RH真空处理结束后H≤1.0ppm。连铸采用轻压下技术,保证320mm连铸坯的内部质量。连铸钢水过热度为5℃~30℃。
(2)钢坯入炉温度≥200℃,预热段缓慢加热,以65℃/h速度升温至860℃,加热段以95℃/h的速度升温至1232℃,均热段温度降低到1175℃,钢坯均热段在炉时间41min,在炉总时间为357min。
(3)钢坯出钢后待温5.5min,采用粗轧机单机架低速大压下轧制工艺(轧制速度为1.0m/s),第一道次压下量55mm,第二道次压下量50mm,第三道次压下量45mm。
(4)缓冷结束后的钢板进行回火热处理,回火温度550℃,保温系数3.5min/mm,回火后空冷。
经由上述制造工艺制得的170mm厚NSM30模具钢板外观板型良好,截面硬度均匀,综合性能优异,探伤满足sep1921 GB/T 2970Ⅰ级,其主要性能详见表1。
由图1、图2、图3可知,按照实例1工艺生产的NSM30塑料模具钢表面、1/4位置和1/2位置的组织均为回火贝氏体组织,不同位置的组织没有明显差别,沿厚度方向组织均匀。
实施例2
选取320mm厚的NSM30坯料,钢板厚度为140mm,压缩比为2.28,其化学成分及质量百分含量为:C:0.33%、Si:0.39%、Mn:1.26%、Cr:1.48%、Mo:0.22%、P:0.012%、S:0.003%、Al:0.030%,余量为铁。
本实施例提高NSM30塑料模具钢截面硬度均匀性的轧制工艺包括以下步骤:
(1)采用洁净钢冶炼方式,降低钢中S和P含量,LF精炼时间40min以上,RH真空处理,真空度≤5mbar保持20min以上,RH真空处理结束后H≤1.0ppm。连铸采用轻压下技术,保证320mm连铸坯的内部质量。连铸钢水过热度为5℃~30℃。
(2)钢坯入炉温度≥200℃,预热段缓慢加热,以65℃/h速度升温至870℃,加热段以95℃/h的速度快速升温至1226℃,均热段温度降低到1165℃,钢坯均热段在炉时间32min,在炉总时间为334min。
(3)钢坯出钢后待温4.5min,采用粗轧机单机架低速大压下轧制工艺(轧制速度为1.1m/s),第一道次压下量55mm,第二道次压下量50mm,第三道次压下量40mm,第四道次压下量30mm,第五道次压下量5mm。
(4)缓冷结束后的钢板进行回火热处理,回火温度550℃,保温系数3.5min/mm,回火后空冷。
经由上述制造工艺制得的140mm厚NSM30模具钢板外观板型良好,截面硬度均匀,综合性能优异,探伤满足sep1921 GB/T 2970Ⅰ级,其主要性能详见表1。
实施例3
选取320mm厚的NSM30坯料,钢板厚度为120mm,压缩比为2.67,其化学成分及质量百分含量为:C:0.35%、Si:0.42%、Mn:1.20%、Cr:1.45%、Mo:0.18%、P:0.016%、S:0.005%、Al:0.035%,余量为铁。
本实施例提高NSM30塑料模具钢截面硬度均匀性的轧制工艺包括以下步骤:
(1)采用洁净钢冶炼方式,降低钢中S和P含量,LF精炼时间40min以上,RH真空处理,真空度≤5mbar保持20min以上,RH真空处理结束后H≤1.0ppm。连铸采用轻压下技术,保证320mm连铸坯的内部质量。连铸钢水过热度为5℃~30℃。
(2)钢坯入炉温度≥200℃,预热段缓慢加热,以65℃/h速度升温至865℃,加热段以95℃/h的速度快速升温至1216℃,均热段温度降低到1173℃,钢坯均热段在炉时间31min,在炉总时间为337min。
(3)钢坯出钢后待温3.5min,采用粗轧机单机架低速大压下轧制工艺(轧制速度为1.2m/s),第一道次压下量55mm,第二道次压下量50mm,第三道次压下量40mm,第四道次压下量35mm,第五道次压下量20mm。
(4)缓冷结束后的钢板进行回火热处理,回火温度550℃,保温系数3.5min/mm,回火后空冷。
经由上述制造工艺制得的120mm厚NSM30模具钢板外观板型良好,截面硬度均匀,综合性能优异,探伤满足sep1921 GB/T 2970Ⅰ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
对比例1
选取320mm厚的NSM30钢坯,钢板厚度为170mm,压缩比为1.88,其化学成分及质量百分含量为:C:0.35%、Si:0.42%、Mn:1.20%、Cr:1.45%、Mo:0.18%、P:0.016%、S:0.005%、Al:0.035%,余量为铁。
本对比例NSM30塑料模具钢的轧制工艺包括以下步骤:
(1)采用洁净钢冶炼方式,降低钢中S和P含量,LF精炼时间40min以上,RH真空处理,真空度≤5mbar保持20min以上,RH真空处理结束后H≤1.0ppm。连铸采用轻压下技术,保证320mm连铸坯的内部质量。
(2)钢坯入炉温度≥200℃,预热段缓慢加热,以65℃/h速度升温至860℃,加热段以95℃/h的速度升温至1232℃,均热段温度为1230℃,钢坯均热段在炉时间71min,在炉总时间为380min。
(3)钢坯出钢后轧制,采用粗轧机单机架压下轧制工艺(轧制速度为1.5m/s),第一道次压下量50mm,第二道次压下量45mm,第三道次压下量35mm,第四道次压下量20mm,第五道次空过。
(4)缓冷结束后的钢板进行回火热处理,回火温度550℃,保温系数3.5min/mm,回火后空冷。
经由上述制造工艺制得的170mm厚NSM30模具钢与实施例1对比可知,同一炉次的连铸坯料在加热工序中,保持均热段温度与加热段一致,增加在均热段的加热时间,轧制后不进行待温直接轧制;轧制工序中增大轧制速度,同时未采用单道次大压下轧制工艺。生产的钢板截面硬度最大差值为43HBW,使得钢板截面硬度的不均匀性增加,比实施例1的钢板截面硬度的最大差值增大了31HBW。钢板外观板型良好,探伤满足sep1921 GB/T 2970Ⅰ级,其主要性能详见表2。
对比例2
选取320mm厚的NSM30钢坯,钢板厚度为140mm,压缩比为2.28,其化学成分及质量百分含量为:C:0.33%、Si:0.39%、Mn:1.26%、Cr:1.48%、Mo:0.22%、P:0.012%、S:0.003%、Al:0.030%,余量为铁。
本对比例NSM30塑料模具钢的轧制工艺包括以下步骤:
(1)采用洁净钢冶炼方式,降低钢中S和P含量,LF精炼时间40min以上,RH真空处理,真空度≤5mbar保持20min以上,RH真空处理结束后H≤1.0ppm。连铸采用轻压下技术,保证320mm连铸坯的内部质量。
(2)钢坯入炉温度≥200℃,预热段缓慢加热,以65℃/h速度升温至860℃,加热段以95℃/h的速度升温至1222℃,均热段温度为1221℃,钢坯均热段在炉时间62min,在炉总时间为365min。
(3)钢坯出钢后轧制,采用粗轧机单机架压下轧制工艺(轧制速度为1.5m/s),第一道次压下量50mm,第二道次压下量45mm,第三道次压下量35mm,第四道次压下量30mm,第五道次压下量20mm。
(4)缓冷结束后的钢板进行回火热处理,回火温度550℃,保温系数3.5min/mm,回火后空冷。
经由上述制造工艺制得的140mm厚NSM30模具钢与实施例2对比可知,同一炉次的连铸坯料在加热工序中,保持均热段温度与加热段一致,增加在均热段的加热时间,轧制后不进行待温后直接轧制;轧制工序中增大轧制速度,同时未采用单道次大压下轧制工艺。生产的钢板截面硬度最大差值为38HBW,使得截面硬度的不均匀性增加,比实施例2的钢板截面硬度的最大差值增大了27HBW。钢板外观板型良好,探伤满足sep1921 GB/T 2970Ⅰ级,其主要性能详见表2。
表2对比例所生产钢板的硬度情况
上述实施例1~实例3,对比例1~对比例2所有钢板产品均符合探伤要求。与表2相比较,由表1可以看出上述实施例1~实例3所有钢板产品在厚度方向截面硬度具有高度均匀性,完全符合NSM30塑料模具钢板的生产要求。
Claims (10)
1.一种提高NSM30塑料模具钢截面硬度均匀性的生产方法,其特征在于包括如下步骤:
步骤一炼钢:包括转炉炼钢、LF精炼、RH真空脱气;
步骤二连铸:中间包采用无碳覆盖剂,浇注保护渣采用中碳钢保护渣,在钢水凝固末端采用动态轻压下技术,减缓钢坯芯部因钢水凝固收缩产生的孔洞缺陷和偏析,提高钢坯内部质量;
步骤三加热:预热段缓慢加热,加热段快速升温,降低均热段温度,减少钢坯在均热段时间,使得加热后钢坯芯部-表面的温差增大;
步骤四轧制:钢坯出炉后经高压水除鳞,在辊道上进行待温,降低钢坯表面温度,保证芯部温度高于表面温度;采用低速大压下技术,粗轧前三道次单道次压下量40mm~60mm;
步骤五回火热处理。
2.如权利要求1所述提高NSM30塑料模具钢截面硬度均匀性的生产方法,其特征在于:钢坯辊道上待温时间为2min~10min。
3.如权利要求1所述提高NSM30塑料模具钢截面硬度均匀性的生产方法,其特征在于:转炉炼钢采用洁净钢冶炼方式,转炉出钢后,钢水采用铝块脱氧,脱氧后加入合金;LF精炼时间保证40分钟以上,RH脱气真空度≤5mbar保持20分钟以上。
4.如权利要求1所述提高NSM30塑料模具钢截面硬度均匀性的生产方法,其特征在于:连铸钢水过热度为5℃~30℃。
5.如权利要求1所述提高NSM30塑料模具钢截面硬度均匀性的生产方法,其特征在于:钢坯入炉温度≥200℃,预热段以50℃/h~70℃/h速度升温至850℃~900℃;加热段以90℃/h~100℃/h的速度升温至1200℃~1250℃;均热段温度由1200℃~1250℃降低到1150℃~1180℃,在炉时间30min~50min,在炉总时间为5h~7h。
6.如权利要求1所述提高NSM30塑料模具钢截面硬度均匀性的生产方法,其特征在于:回火温度500℃~600℃,保温系数2.0min/mm~4.0min/mm。
7.如权利要求1所述提高NSM30塑料模具钢截面硬度均匀性的生产方法,其特征在于:步骤四中轧制速度为1.0m/s~1.2m/s。
8.如权利要求1所述方法生产的NSM30塑料模具钢,其特征在于其化学成分按质量百分比计为:C:0.30%~0.40%、Si:0.30%~0.50%、Mn:1.0%~1.6%、Cr:1.30%~2.00%、Mo:0.10%~0.30%、P≤0.020%、S≤0.015%、Al≤0.050%,余量为铁;钢板硬度值为270~330HBW,钢板截面硬度差在25HBW以内。
9.如权利要求8所述的NSM30塑料模具钢,其特征在于所述塑料模具钢坯料厚度为320mm,成品材厚度为100mm~170mm,宽度≥1000mm。
10.如权利要求8所述的NSM30塑料模具钢,其特征在于探伤达到GB/T 2970 Ⅰ级探伤标准。
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