CN110157981B - 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

提高NSM30塑料模具钢截面硬度均匀性的生产方法
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
Figure BDA0002055982970000051
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
Figure BDA0002055982970000061
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 (7)

1.一种提高NSM30塑料模具钢截面硬度均匀性的生产方法，其特征在于所述NSM30塑料模具钢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；所述生产方法包括如下步骤：
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；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；
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，轧制速度为1.0m/s ~1.2m/s；
步骤五 回火热处理：回火温度500℃~600℃，保温系数2.0min/mm~4.0min/mm。
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2 min ~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。
6.如权利要求5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。
7.如权利要求5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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