CN110218935B - 一种具有三维等向性能的热作模具钢及其制备方法 - Google Patents
一种具有三维等向性能的热作模具钢及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110218935B CN110218935B CN201910398089.4A CN201910398089A CN110218935B CN 110218935 B CN110218935 B CN 110218935B CN 201910398089 A CN201910398089 A CN 201910398089A CN 110218935 B CN110218935 B CN 110218935B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- controlled
- equal
- hot
- die steel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 106
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 106
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 10
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 30
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 22
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 16
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 10
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 7
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 3
- 238000003892 spreading Methods 0.000 claims description 2
- 230000007480 spreading Effects 0.000 claims description 2
- 229910000760 Hardened steel Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 6
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 6
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 6
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 5
- 238000004512 die casting Methods 0.000 description 5
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003178 Mo2C Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000001914 calming effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000002436 steel type Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
- C21D8/0205—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips of ferrous alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
- C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
- C21D8/0226—Hot rolling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
- C21D8/0247—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment
- C21D8/0263—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment following hot rolling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/04—Making ferrous alloys by melting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/46—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
本发明提供了一种具有三维等向性能的热作模具钢及其制备方法,该模具钢的成分按重量百分比计如下：C：0.28％～0.31％，Si：0.55％～0.75％，Mn：1.00％～1.20％，P≤0.015％，S≤0.015％，V：1.20％‑2.00％，Cr：4.00％‑4.50％，Ni：0.20％‑1.00％，Als：0.01％‑0.03％，W：0.20％‑0.30％，Cu：0.05％‑0.10％，Ca：≤0.05％，[O]≤20ppm、[H]≤3ppm、[N]≤70ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。制备方法，其特征在于：包括冶炼－大板坯连铸－加热－轧制－高温预处理－调质处理,新成分体系下的成分设计，采用连铸+热轧工艺生产宽幅大板生产，产品兼具经济性和高性能。
Description
技术领域
本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种具有三维等向性能的热作模具钢制备方法。
背景技术
模具制造业未来的趋势是将向大型、精密、长寿命、高效率方向发展，开发更多具有优异性能的，更高效、更绿色的短流程的新型生产模式和模具钢成为未来的重要攻关方向。
热作模具钢主要用于制造Al、Mg等高温固态或高温液态金属压制成型的模具，也用于高精密的塑胶模具等用途。因此热作模具钢的工作环境一般比较恶劣，而对于材料成分、组织以及应用性能等要求极高。受成分、使用方式和要求影响，热作模具钢的成本往往较高，终端用户对模具钢的要求也十分苛刻，而我国材料同国外先进企业相比，在稳定性上差距较大。
模具行业被称为制造业之母，可以说制造业水平的提升同模具钢的质量及技术革新息息相关。世界各国主要采用三种方式提高模具钢的质量，一是通过优化模具钢的成分和开发新钢种，二是改进模具钢的生产流程和优化工艺控制技术，三是针对特定用途的装备技术改造和综合利用。如发明《高合金热作模具钢的制备工艺》(申请号：201611205030.1)、发明《一种热作模具钢锻件的制造工艺》(申请号：201710203441.5)等。
目前国内外热作模具钢产品主要采用大型模铸锭、电渣锭进行锻造方式生产，发明《一种高韧性、高等向性大截面热作模具钢的生产方法》(申请号：201510689315.6)公开的技术方案中采用电渣重熔后的钢锭两次均质，两次锻造，用于消除钢坯中的液析碳化物以及枝晶偏析所产生的带状组织，工艺复杂，能源消耗高。
从成分设计角度，综合国内外热作模具钢研究现状，主要有2个方向：一是通过提高Mo、Ni元素以提高压铸模具钢的淬透性，从而将压铸模具钢截面做得更大，进口材料如8407等，又如发明《高热强性热作模具钢材料》(申请号：200610116358.6)采用电渣和多次均匀化、退火、锻造工艺生产，而由于加入了接近传统材料2倍左右的高温热强性贵金属元素Mo，在得到良好性能的背后，材料成本大幅提高；二是通过降低C、Mn含量来限制钢的偏析，获得高韧性和优良的焊接性和高热导率；通过加入碳化物形成元素Cr、V、W等获得不同的二次硬化效果，降低Mo含量，使得高温下强度不降或增加。如发明《一种低铬低成本热作模具钢》(申请号：200810101339.5) 引入了另一种贵金属W，且Mo的含量并未显著减少，反而增加了原材料成本。
发明《一种热作模具钢板及其制备方法》(申请号： 201610459770.1)提出了采用模铸钢锭-轧制的一种解决方案，但是从生产形式上和性能方面并未看出轧制工艺对模铸方式决定的材料固有的偏析组织、初生相控制的有效手段，仅仅是在流程进行了简化，而且同样采用了高Mo的高成本成分设计。
综上，面对大型化的模具钢发展，现有工艺成本极高，采用连铸工艺可以解决上述问题，但是由于热作模具钢产品高碳高合金的特点，限制了大板坯的发展。此外国内外模具钢普遍存在高成本，长流程、工艺复杂等问题，且受模铸材等原始凝固组织影响，性能可靠性、稳定性不佳。此外对于目前要求等向性能的热作模具产品，往往仅要求二维双向等向性能，尚无三维性能的控制手段，且现有技术均是针对锻件产品而开发，对于连铸+轧制钢板尚无解决方案。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种具有三维等向性能的热作模具钢及其制备方法，新成分体系下的成分设计，采用连铸+热轧工艺生产宽幅大板生产，产品兼具经济性和高性能，制备方法短流程、高效、绿色。所述的三维等向钢中，X：垂直于轧向； Y：平行于轧向；Z：垂直于轧制平面。
本发明目的是这样实现的：
一种具有三维等向性能的热作模具钢，所述模具钢的成分按重量百分比计如下：C：0.28％～0.31％，Si：0.55％～0.75％，Mn： 1.00％～1.20％，P≤0.015％，S≤0.015％，V：1.20％-2.00％；Cr： 4.00％-4.50％；Ni：0.20％-1.00％；Als：0.01％-0.03％，W：0.20％-0.30％， Cu：0.05-0.10％,Ca：≤0.05％，同时要求钢中气体含量[O]≤20ppm、 [H]≤3ppm、[N]≤70ppm，余量为Fe及不可避免杂质。
所述模具钢中V/W≥6.8。
所述模具钢中Si：0.65％～0.75％
本发明模具钢成分设计理由如下：
C：热作模具钢中的碳含量是决定其硬度的最主要元素，在某种程度上C是最经济的合金化元素。碳含量太低，将不利于马氏体组织的获得，钢的硬度将不能够保证，碳含量过高时，会使碳化物不均匀性增加，严重影响其韧性以及退火后的组织状态。本发明选择加入碳含量为0.28％～0.31％。
Si：对铁素体进行置换固溶强化非常有效，置换固溶强化一般引起铁的球面对称畸变，它能与刃形位错产生弹性交互作用。降低C 在铁素体中的扩散速度，在热作模具钢中，Si固溶在碳化物中起到稳定碳化物的作用。但是过高的Si不仅对于热作模具钢中的偏析(带状组织等)有不利影响(导致等向性能的下降)，此外对于奥氏体晶粒度也有有害的作用并且极易产生粗大的柱状晶粒，导致表面钢坯表面以及内部裂纹的产生，这对于连续铸造是不利的。过多的Si对于热作模具钢的热导率有不利影响。出于Si的综合影响，一般钢中均将其控制在脱氧范围之内。综合考虑到过低的Si对切削性的削弱作用，本发明控制Si在0.55％-0.75％，优选的在0.65％-0.75％
Mn：一般用于固溶强化和稳定奥氏体的作用，本发明采用了无 Mo的设计理念，因此Mn的作用被进一步挖掘，选择加入Mn含量为1.00％～1.20％。
Cr：铬可以增加钢的淬透性，提高回火稳定性，并产生二次硬化现象；铬是中强碳化物形成元素，在钢中与碳可以形成碳化物，也可溶于固溶体与Fe3C中，铬对钢的耐磨损性、高温强度、热态硬度、韧度都有有利的影响，同时它溶入基体中会显著改善钢的耐蚀性能。但含量过高时，可使组织粗化，本发明选择加入Cr含量为 4.00％～4.50％。
Cu：本发明微量Cu的纳米析出有助于提升钢的韧性，加入含量为0.05-0.10％。
P、S、Ca：过多会影响钢的均质性及纯净度，但考虑到生产成本，本发明选择加入P≤0.015％，S≤0.015％，Ca≤0.05％。此外气体含量需要精确控制，减少游离态原子对钢板性能的有害影响，控制钢中的[O]≤20ppm、[H]≤3ppm、[N]≤70ppm。
Als：Al主要作为脱氧镇静元素加入，在本专利中不作为强化元素，因此不宜过高，控制在0.01％-0.03％。
本发明中较常规钢中增加了0.20％-1.00％的Ni，用于“微 W-Ni-V”体系钢的晶粒度及提高强韧性。
W、V：W的高温强化作用优于Mo，V的弥散强化作用优于Mo，且W+V的组合加入，在本发明热作模具钢成分设计体系中，分别以 WC和VC的形式存在，相对于Mo6C、Mo2C更加的经济，对于碳化物的形成更加的高效。热作工具钢中的合金碳化物结构、稳定性与相应的合金元素d电子壳层和S电子壳层的电子缺欠程度相关。随着电子缺欠程度下降，金属原子半径随之减小、碳和金属元素的原子半径比增加，合金间隙相有向合金间隙化合物转化的趋势，而相应的碳化物稳定性减弱，其相应的奥氏体中溶解温度降低，相应的硬度值下降。我们的工作表明VC及WC具有相对较宽的工艺窗口内具有较强的二次析出效应，这不仅是此类热作钢调质工艺窗口的常用范围，且该温度窗口远优传统材料如H13等钢种常用的使用环境温度。Mo的主要碳化物组成形式为M6C，二次强化作用及经济性上远低于V和W。出于上述考虑和发现，本发明选择加入V含量为：1.20％-2.00％，W 含量为：0.20％-0.30％。为保证碳化物的以MC的最佳组合方式析出， V/W≥6.8。
Als：本发明中钢中酸溶铝的含量控制在0.01％-0.03％，Al主要作为冶炼过程脱氧核心元素加入。
进一步，所述模具钢钢板成品厚度为≤120mm。
本发明技术方案之二是提供一种具有三维等向性能的热作模具钢的制备方法，包括冶炼－大板坯连铸－加热－轧制－高温预处理－调质处理；
大板坯连铸：
为保证连铸坯拉制成功，并得到良好的连铸坯质量，大板坯厚度 H(垂直于轧向)控制在0.10mm≤H≤0.40mm，大板坯宽度(垂直于轧制平面)W控制范围在1200mm≤W≤2000mm；大板坯规格宽厚积 X需要满足0.200m3≤X≤0.38m3；
连铸采用8-12℃低过热度浇铸；
同时采用弱冷的方式进行生产，弱冷终冷控制温度范围在 700-900℃，冷却速率控制在5-15℃/s，持续时间不大于1min；所述连铸坯出连铸弯矫段后，对连铸坯表层组织进行冷却，终冷控制温度范围在700-900℃，冷却速率控制在5-15℃/s，持续时间不大于1min；目的一方面在于细化表层晶粒，使得表层组织更快的进入相转变区，利用不同组织的热导率差异增加表面组织的韧性，进而提升抗裂能力。另一方面表层相变组织同连铸坯内部组织变形能力存在的差异有助于后续铸坯压下的控制，进而有助于对内部缩孔以及偏析组织的控制。
所述的铸坯压下4-13mm。
保护渣渣耗0.6-1kg/t。
加热：所述连铸坯料下线不进行退火和堆垛，直装入炉，入炉温度550-750℃，优选在700-750℃入炉，，总保温时间不大于12h。
加热分为四个阶段，第一加热段温度控制在800-950℃，保温时间1-2h，第二加热段温度控制在980-1180℃，保温时间1-2h，第三加热段温度控制在950-1100℃，保温时间2-4h，第四加热段温度控制在1200-1280℃，保温时间2-4h。该加热制度作用有三，降低所述连铸坯料的裂纹敏感性，“2-4段加热”采用“M”式加热方法，不仅可以减小偏析组织对后续材料综合组织性能的遗传性影响，而且这种预处理方式可为热加工和退火过程组织的弥散析出打下基础，更重要的是可以显著提高Z向性能，提高Z向同X、Y方向各向同性。
轧制：控制开轧温度为1150-1200℃，前三道次压下率在 15％-30％，首道次压下量应大于30mm，并且全过程平均道次压下量控制在20mm以上，目的是利用高温大压下，促使低合金钢充分进行高温再结晶，使奥氏体晶粒充分细化，达到晶粒细化的作用，并为后续的组织控制打下基础。前三道次每次轧制后钢板表面进行表层一次硬化，硬化冷速控制在20-40℃/s，硬化后温度应≥950℃，用于提高 Z向快速变形，且有助于材料向X以及Y方向的延展；终轧温度控制在900-1050℃；轧后进入ACC冷却，冷却速率控制在5-10℃/s，终冷温度520-550℃。
使用上述轧制工艺方式生产的钢板还需采用大比例宽展轧制的方法进行生产，在展宽到目标尺寸之前，优选横-纵轧制方式控制，目的是最大程度的碾压钢板内部初生第二相组织以及优化横向晶粒组织，促进X\Y方向各向同性。要求变形率因子K≥1.4，优选的K≥1.9，K＝Kw/KL，Kw：宽展方向变形率，％；KL：轧制方向变形率，％。
高温预处理：控冷后钢板应随即进行高温预处理，入炉温度应控制在400-500℃。预处理温度控制在850-910℃。
调质处理：淬火温度控制在980-1100℃，升温速率应控制在 1-1.5min/mm范围之内，保温时间3-6min/mm，淬火后钢板表面温度控制在300-350℃。回火温度控制在610-750℃，保温1-4h。
进一步，轧制工艺中，在展宽到目标尺寸之前，采用横-纵-横- 纵-横.....的轧制方式，变形率因子K≥1.9。
进一步，在高温预处理中，入炉钢板快速升到目标温度，升温速率应控制在1-2min/mm范围之内，净保温时间6-10min/mm，冷却至 550-710℃以下出炉堆垛空冷。
进一步，根据实际需求和用途，在调质处理中，采取2-3次回火，回火温度每次降低10-20℃。
按照上述方法的钢板不仅具有极佳的均质性及硬度，且形成三维方向极佳的等向性能。
本发明的有益效果在于：本发明面对制造业大型、精密、长寿命、高效率方向发展，提出“低C低Si高Mn”的连铸模具钢计理念，通过V、Ni、Cr、W等元素的合理组合，结合在上述成分设计基础上轧制及热处理工艺的针对性设计，提供了一种新型热作模具钢以及适合热作模具钢生产短流程(较锻件的生产周期降低60％以上)、高效、绿色的制备方法及新型生产工艺流程，产品各项性能优异，达到常规电渣锻件产品水平，此外产品较锻材等常规品种，具有优良的三维等向性能，极具推广价值。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行冶炼－大板坯连铸－加热－轧制－高温预处理－调质处理；
(1)大板坯连铸：
连铸采用的低过热度浇铸，所述低过热度为8-12℃；
同时采用弱冷的方式进行生产，弱冷冷却速率控制在5-15℃/s，持续时间不大于1min，弱冷终冷控制温度范围在700-900℃，；
所述的铸坯压下4-13mm；
大板坯厚度H控制在0.10mm≤H≤0.40mm，大板坯宽度W控制范围在1200mm≤W≤2000mm；大板坯规格宽厚积X需要满足 0.200m2≤X≤0.38m2；
(2)加热：所述连铸坯料下线直装入炉，入炉温度550-750℃，总保温时间不大于12h；
加热分为四个阶段，第一加热段温度控制在800-950℃，保温时间1-2h，第二加热段温度控制在980-1180℃，保温时间1-2h，第三加热段温度控制在950-1100℃，保温时间2-4h，第四加热段温度控制在1200-1280℃，保温时间2-4h；
(3)轧制：
开轧温度为1150-1200℃，前三道次压下率在15％-30％，首道次压下量应大于30mm，并且全过程平均道次压下量控制在20mm以上；前三道次每次轧制后钢板表面进行表层冷却硬化，硬化冷速控制在 20-40℃/s，硬化后温度应≥950℃；终轧温度控制在900-1050℃；轧后进入ACC冷却，冷却速率控制在5-10℃/s，终冷温度520-550℃；
同时采用大比例宽展轧制的方法进行生产，要求变形率因子K≥ 1.4，K＝Kw/KL，Kw：宽展方向变形率，％；KL：轧制方向变形率，％；
(4)高温预处理：控冷后钢板应随即进行高温预处理，入炉温度应控制在400-500℃；预处理温度控制在850-910℃；
(5)调质处理：淬火温度控制在980-1100℃，升温速率应控制在1-1.5min/mm范围之内，保温时间3-6min/mm，淬火后钢板表面温度控制在300-350℃；回火温度控制在610-750℃，保温1-4h。
进一步，在步骤(2)加热中，入炉温度为700-750℃。
进一步，在步骤(3)轧制中，在展宽到目标尺寸之前，采用横- 纵-横-纵-横.....的轧制方式，变形率因子K≥1.9。
进一步，在步骤(4)高温预处理中，入炉钢板快速升到目标温度，升温速率应控制在1-2min/mm范围之内，净保温时间 6-10min/mm，冷却至550-710℃以下出炉堆垛空冷。
进一步，在步骤(5)调质处理中，采取2-3次回火时，回火温度每次降低10-20℃。
本发明实施例钢的成分见表1。本发明实施例钢连铸主要工艺参数见表2。本发明实施例钢加热主要工艺参数见表3。本发明实施例钢轧制主要工艺参数见表4。本发明实施例钢高温预处理主要工艺参数见表5。本发明实施例钢调质主要工艺参数见表6。本发明实施例钢的性能见表7。
表1本发明实施例钢的成分
表2本发明实施例钢连铸主要工艺参数
表3本发明实施例钢加热主要工艺参数
表4本发明实施例钢轧制主要工艺参数
表5本发明实施例钢高温预处理主要工艺参数
表6本发明实施例钢调质主要工艺参数
表7本发明实施例钢的性能
为了表述本发明，在上述中通过实施例对本发明恰当且充分地进行了说明，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (9)
1.一种具有三维等向性能的热作模具钢，其特征在于，该模具钢的成分按重量百分比计如下：C：0.28％～0.31％，Si：0.55％～0.75％，Mn：1.00％～1.20％，P≤0.015％，S≤0.015％，V：1.20％-2.00％，Cr：4.00％-4.50％，Ni：0.20％-1.00％，Als：0.01％-0.03％，W：0.20％-0.30％，Cu：0.05％-0.10％，Ca：≤0.05％，[O]≤20ppm、[H]≤3ppm、[N]≤70ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种具有三维等向性能的热作模具钢，其特征在于，所述模具钢中V/W≥6.8。
3.根据权利要求1所述的一种具有三维等向性能的热作模具钢，其特征在于，所述模具钢中Si：0.65％～0.75％。
4.根据权利要求1所述的一种具有三维等向性能的热作模具钢，其特征在于，所述模具钢钢板成品厚度为≤120mm。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的一种具有三维等向性能的热作模具钢的制备方法，其特征在于：包括冶炼－大板坯连铸－加热－轧制－高温预处理－调质处理；
(1)大板坯连铸：
连铸采用的低过热度浇铸，所述低过热度为8-12℃；
连铸坯冷却速率控制在5-15℃/s，持续时间不大于1min，终冷控制温度范围在700-900℃；
所述的铸坯压下4-13mm；
所述大板坯厚度H控制在100mm≤H≤400mm，大板坯宽度W控制范围在1200mm≤W≤2000mm；大板坯规格宽厚积X需要满足0.2m2≤X≤0.38m2；
(2)加热：所述连铸坯料下线直装入炉，入炉温度550-750℃，总保温时间不大于12h；
加热分为四个阶段，第一加热段温度控制在800-950℃，保温时间1-2h，第二加热段温度控制在980-1180℃，保温时间1-2h，第三加热段温度控制在950-1100℃，保温时间2-4h，第四加热段温度控制在1200-1280℃，保温时间2-4h；
(3)轧制：
开轧温度为1150-1200℃，前三道次压下率在15％-30％，首道次压下量应大于30mm，并且全过程平均道次压下量控制在20mm以上；前三道次每次轧制后钢板表面进行表层冷却硬化，硬化冷速控制在20-40℃/s，硬化后钢板表面温度≥950℃；终轧温度控制在900-1050℃；轧后进入ACC冷却，冷却速率控制在5-10℃/s，终冷温度520-550℃；
轧制过程中采用大比例宽展轧制的方法进行生产，要求变形率因子K≥1.4，K＝Kw/KL，Kw：宽展方向变形率，％；KL：轧制方向变形率，％；
(4)高温预处理：控冷后钢板应随即进行高温预处理，入炉温度应控制在400-500℃；预处理温度控制在850-910℃；
(5)调质处理：淬火温度控制在980-1100℃，升温速率应控制在1-1.5min/mm范围之内，保温时间3-6min/mm，淬火后钢板表面温度控制在300-350℃；回火温度控制在610-750℃，保温1-4h。
6.根据权利要求5所述的一种具有三维等向性能的热作模具钢的制备方法，其特征在于，在步骤(2)加热中，入炉温度为700-750℃。
7.根据权利要求5所述的一种具有三维等向性能的热作模具钢的制备方法，其特征在于，在步骤(3)轧制中，在展宽到目标尺寸之前，采用横-纵交叉轧制方式，变形率因子K≥1.9。
8.根据权利要求5所述的一种具有三维等向性能的热作模具钢的制备方法，其特征在于，在步骤(4)高温预处理中，入炉钢板快速升到目标温度，升温速率应控制在1-2min/mm范围之内，净保温时间6-10min/mm，冷却至550-710℃以下出炉堆垛空冷。
9.根据权利要求5所述的一种具有三维等向性能的热作模具钢的制备方法，其特征在于，在步骤(5)调质处理中，采取2-3次回火时，回火温度每次降低10-20℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910398089.4A CN110218935B (zh) | 2019-05-14 | 2019-05-14 | 一种具有三维等向性能的热作模具钢及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910398089.4A CN110218935B (zh) | 2019-05-14 | 2019-05-14 | 一种具有三维等向性能的热作模具钢及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110218935A CN110218935A (zh) | 2019-09-10 |
| CN110218935B true CN110218935B (zh) | 2020-09-01 |
Family
ID=67821056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910398089.4A Active CN110218935B (zh) | 2019-05-14 | 2019-05-14 | 一种具有三维等向性能的热作模具钢及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110218935B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111850399B (zh) * | 2020-07-07 | 2021-09-14 | 鞍钢股份有限公司 | 具有良好耐磨性耐蚀塑料模具钢及其制备方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106544592A (zh) * | 2016-11-01 | 2017-03-29 | 辽宁乾金金属材料开发有限公司 | 强韧性热作模具钢及其生产方法 |
| CN107177796A (zh) * | 2017-04-24 | 2017-09-19 | 江阴兴澄特种钢铁有限公司 | 100‑260mm厚调质态预硬化塑料模具钢板及其制造方法 |
| CN107557667A (zh) * | 2017-09-15 | 2018-01-09 | 张家港市广大机械锻造有限公司 | 一种大型压铸模用高性能热作模具钢及其制造工艺 |
| CN108220766A (zh) * | 2016-12-13 | 2018-06-29 | 鞍钢股份有限公司 | 一种Cr-V系热作模具钢及其制备方法 |
| CN109112391A (zh) * | 2017-06-26 | 2019-01-01 | 鞍钢股份有限公司 | 一种热作模具钢及其制备方法 |
| CN109487166A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-03-19 | 北京科技大学 | 一种高温高强低碳热模钢及其制备方法 |
| CN109695001A (zh) * | 2017-10-20 | 2019-04-30 | 鞍钢股份有限公司 | 一种新型稀土热作模具钢及其制备方法 |
-
2019
- 2019-05-14 CN CN201910398089.4A patent/CN110218935B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106544592A (zh) * | 2016-11-01 | 2017-03-29 | 辽宁乾金金属材料开发有限公司 | 强韧性热作模具钢及其生产方法 |
| CN108220766A (zh) * | 2016-12-13 | 2018-06-29 | 鞍钢股份有限公司 | 一种Cr-V系热作模具钢及其制备方法 |
| CN107177796A (zh) * | 2017-04-24 | 2017-09-19 | 江阴兴澄特种钢铁有限公司 | 100‑260mm厚调质态预硬化塑料模具钢板及其制造方法 |
| CN109112391A (zh) * | 2017-06-26 | 2019-01-01 | 鞍钢股份有限公司 | 一种热作模具钢及其制备方法 |
| CN107557667A (zh) * | 2017-09-15 | 2018-01-09 | 张家港市广大机械锻造有限公司 | 一种大型压铸模用高性能热作模具钢及其制造工艺 |
| CN109695001A (zh) * | 2017-10-20 | 2019-04-30 | 鞍钢股份有限公司 | 一种新型稀土热作模具钢及其制备方法 |
| CN109487166A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-03-19 | 北京科技大学 | 一种高温高强低碳热模钢及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110218935A (zh) | 2019-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113278896B (zh) | 一种Fe-Mn-Al-C系高强度低密度钢及其制备方法 | |
| CN110230009B (zh) | 一种具有良好切削性能的热作模具钢及其制备方法 | |
| CN110172641B (zh) | 一种细晶高强韧热作模具钢及其制备方法 | |
| CN103276298B (zh) | 高硬高韧冷热兼作模具钢及其生产方法 | |
| CN106947908B (zh) | 一种连铸电渣生产4Cr5MoSiV1模具用钢的方法 | |
| CN103526111B (zh) | 屈服强度900MPa级热轧板带钢及其制备方法 | |
| CN108220766B (zh) | 一种Cr-V系热作模具钢及其制备方法 | |
| CN110129678B (zh) | 一种经济型细晶高强韧热作模具钢及其制备方法 | |
| CN107641763B (zh) | 一种高强塑积的低密度高锰钢 | |
| CN102400036B (zh) | 一种高延伸率和高扩孔率的孪晶诱发塑性钢及其制造方法 | |
| CN103397250B (zh) | 大单重特厚q460级别高强度结构钢板及制造方法 | |
| CN110195186B (zh) | 一种特厚热轧高合金热作模具钢及其制备方法 | |
| CN102304668B (zh) | 一种高性能特厚钢板的制造方法 | |
| CN110616361A (zh) | 一种免退火渗氮用钢的生产方法 | |
| CN108486506B (zh) | 一种高性能低密度钢板的制备方法及应用 | |
| CN106756618A (zh) | 100mm厚Q420GJCD控轧态高强度结构用钢板 | |
| CN104120368A (zh) | 一种汽车车架用高强度奥氏体不锈钢及其制造方法 | |
| CN104846277A (zh) | 屈服强度≥460MPa且抗层状撕裂性能建筑用钢及其制造方法 | |
| CN112267072A (zh) | 一种经济型薄规格q355b钢板及其制备方法 | |
| CN102409261A (zh) | 一种屈服强度1000MPa级高强韧钢板及其生产方法 | |
| CN107557690A (zh) | 一种耐低温和抗层状撕裂的特厚钢板及其制造方法 | |
| CN103710640B (zh) | 一种经济节约型调质处理690MPa级高强高韧钢板 | |
| CN114892094A (zh) | 一种预硬型镜面塑料模具钢及其生产方法 | |
| CN110218935B (zh) | 一种具有三维等向性能的热作模具钢及其制备方法 | |
| CN105603303B (zh) | 一种高强度超厚钢板 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |