CN110539140B - 一种预硬型塑料模具用特厚钢板的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种预硬型塑料模具用特厚钢板的生产方法，包括：1)复合坯料选择；2)复合坯料加工；3)复合坯预热；4)解垛及二次清理组坯；5)焊接；6)复合坯加热；7)复合坯轧制：8)钢板缓冷；9)热处理；本发明采用连铸坯为基础原料生产厚度100～400mm、探伤合格率高、结合强度高、性能优良的预硬型塑料模具钢板的生产方法，其成本低廉、成材率高、可操作性强。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料加工技术领域，尤其涉及一种预硬型塑料模具用特厚钢板的生产方法。
背景技术
塑料模具用钢是目前用量最大的模具钢种，其中，预硬型塑料模具钢是近年适应用户需求而快速发展起来的塑料模具钢专用钢种，交货前由钢厂预先热处理，用户可直接用来开模，避免了模具加工以后再进行淬火、回火热处理操作所造成的变形、开裂、脱碳等缺陷，符合模具钢制品化的发展趋势，大大提高了模具制造厂的生产效率，现已成为市场主流产品。随着汽车及家电工业的飞速发展，一模多腔、模具大型化等趋势对预硬型塑料模具钢的厚度规格提出更高的要求。
目前，生产特厚预硬型塑料模具钢板主要采用模铸法和电渣重熔法。模铸法具有内部组织洁净度高和可以生产大尺寸铸锭的优点，采用这种轧制方法虽然可以保证一定的压缩比，但是由于模铸工艺的先天性缺陷而存在一系列问题，如大型模铸钢锭内部偏析很难避免，质量无法保证，以及钢锭浇注工序长、能耗大，还会对环境造成一定污染，另外其轧制成材率低(一般不超过70％)；电渣重熔法可得到具有更高洁净度的内部组织并消除铸锭心部偏析，具有非常高的内部质量，但是这种生产工艺效率低，需将钢坯二次熔化，消耗大量能源，生产成本过高。
真空复合轧制技术是一种生产特厚钢板的新方法，相对于传统的模铸法，大大提高了轧后产品的内部组织及性能，解决了因连铸坯厚度限制和压下比制约，生产特厚钢板厚度受限的问题，且轧制坯料广泛，利于大批量生产，可以大大提高成材率。目前，国内一些钢厂通过真空复合轧制技术已经能制造出高质量的普通低碳钢(Q235)和低强度级别的合金钢(Q345)特厚钢板。然而在利用真空复合技术生产1.2311等具有较高碳含量及合金含量的塑料模具用特厚钢板过程中，由于焊缝高的裂纹敏感性，极易发生焊缝开裂甚至引起基坯开裂，无法进行后续的轧制复合，最终导致塑料模具特厚板的成品率急剧降低。另外，由于复合钢板在生产过程中复合界面氧化、加热及轧制工艺设计不合理等原因，导致复合钢板结合强度低，在使用过程中极易发生分层，严重影响复合钢板的用户应用。
公开号为CN102896466 A的中国专利公开了“一种150-400mm厚塑料模具用钢板的生产方法”，经气体保护焊、埋弧焊和真空电子束组合焊接工艺或全真空电子束焊接形成大厚度坯料，然后经加热、轧制、缓冷、热处理工序，生产的塑料模具用钢板超声波探伤合格率达98％以上，硬度分布均匀，具有优良加工性、耐磨性和抛光性，适于各类塑料模具制造。但是其所述的气体保护焊工艺极易产生表面氧化，影响焊接效果，复合强度难以保障，不仅与一般的复合坯一样需要对表面进行处理，还要额外对两块甚至多块坯料进行坡口加工，对于单块重量达到10～20吨的钢坯来说，无论是吊运、对齐、加工都是十分困难的。其采用三种焊接组合的方式，工艺复杂，操作困难，且对于同时进行气保焊、埋弧焊、真空复合焊的三条边，由于反复焊接，积累焊接应力、组织应力、热应力等更大，极易开裂。
公开号为CN101590596A的中国专利公开了“一种累积叠轧焊工艺制造特厚板坯的方法”，其将同种材料同样尺寸的连铸坯叠合在一起，四周缝隙在真空下焊接封闭，而后经加热、锻造、轧制等工序制得厚度最大到200mm的特厚板。但其工艺复杂，厚度规格也不能满足对特厚钢板需求。公开号为CN102240894A的中国专利公开了“一种特厚钢板的复合制造方法”，采用“高温氢气还原+热轧”方法生产特厚钢板，因其高温氢气还原工序操作复杂，具有一定危险性，降低了工艺过程的可操作性，并且会增加特厚钢板的制造成本。公开号为CN103692166A的中国专利公开了“一种特厚合金钢板的制备方法”提供了一种特厚合金钢板的制备方法：将两块长宽尺寸相匹配的合金钢连铸板坯进行表面处理，然后进行组坯、焊接，获得特厚合金钢板坯料，但其需要两把焊枪，并配备专用组坯设备，增加了开发成本。公开号为CN103028897A的中国专利公开了“一种冷裂纹敏感性高的特厚钢板生产方法”同样需要双电子束枪布置方式用于铸坯预热，来解决合金钢焊接裂纹敏感性问题。公开号为CN105252237A的中国专利公开了“一种CrMnNiMo系特厚模具复合坯的生产方法”试图采用对称点焊法固定复合坯来防止焊接开裂，并不能从根本上解决中碳高合金模具钢种内应力、热应力引起的焊接开裂问题，也未考虑复合钢板结合强度的问题。
发明内容
本发明提供了一种采用连铸坯为基础原料生产厚度100～400mm、探伤合格率高、结合强度高、性能优良的预硬型塑料模具钢板的生产方法，其成本低廉、成材率高、可操作性强。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种预硬型塑料模具用特厚钢板的生产方法，所述预硬型塑料模具用特厚钢板的厚度为150～400mm，化学成分中含有0.35％～0.42wt％的C、1.10％～2.10wt％的Cr以及0.15％～0.25wt％的Mo；其生产方法包括如下步骤：
1)复合坯料选择；
以连铸坯作为待复合坯料，连铸坯下线后堆垛缓冷，堆垛温度≥500℃，堆垛时间不小于48h，同一组待复合坯料的长度尺寸差、宽度尺寸差均不大于10mm；
2)复合坯料加工；
对连铸坯的待复合表面及四个侧面进行铣磨加工，去除氧化层和锈层，铣磨加工后连铸坯对角线尺寸偏差≤5mm，板面平直度≤1mm/m，组坯间隙≤0.5mm；表面粗糙度Ra≤12.5μm；
3)复合坯预热；
将加工完成的连铸坯待复合面组齐对正，上下叠放在一起，并采用至少2块热坯，以“上下夹持”的方式对复合坯进行预热，热坯表面中心温度450℃～600℃，预热时间2～4h；
4)解垛及二次清理组坯；
当复合坯侧面温度为250～350℃时解垛，吹扫净连铸坯待复合面及四个侧面，之后重新叠放、对正组坯，将复合坯送入真空室，此时复合坯侧面温度≥100℃；
5)焊接；
真空泵提前加热，真空室门关闭后立即进行抽真空作业，至真空度＜1.0×10-2Pa开始焊接；采取分段点焊—连续焊接的焊接工序；首先对复合坯的四个边进行平均分段点焊，长边点焊8～12个点，短边点焊4～6个点，焊接电流100～250mA；连续焊接电流300～600mA，焊接速度260～480mm/min，焊接熔深35～80mm；
6)复合坯加热；
焊接完成后立即破空，直接将复合坯吊运至加热炉进行加热；入炉前在复合坯上表面覆盖一层厚度0.8～1.2mm的普碳钢冷轧板；复合坯采取700℃以下装炉，分段升温的加热工艺，700℃以下温度段保温5～7h，700～1230℃温度段保温6～9h，1200℃±20℃均热段保温7～12h；
7)复合坯轧制：
轧制开始前先安排2个道次空过并开除鳞水进行除鳞，确保钢坯上表面的冷轧板清除干净；开轧温度1120～1180℃；轧制开始后的前2个道次采用小压下量慢辊速轧制，压下量控制在10～20mm；之后采用大压下慢辊速轧制，道次压下量不小于40mm；辊速控制在0.8～1.5m/s；终轧温度不小于900℃；
8)钢板缓冷；
轧后钢板冷却至300～400℃时，下线堆垛缓冷，缓冷时间≥24h；
9)热处理；
热处理采用回火工艺；装炉温度≤300℃，回火温度530℃～590℃，升温速率60～80℃/h，净保温时间6～10h。
所述步骤1)中，连铸坯自连铸后的成品坯料上截取，截取位置距成品坯料的头部、尾部的距离至少为5m。
所述步骤7)中，轧制前将辊道间下喷水打开，如轧制过程中钢板发生上翘，则将钢板移至下喷水处进行冷却。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)解决了以中碳高合金为主要成分特点的塑料模具钢钢种特性存在的焊接开裂、复合界面预热氧化、复合轧制开裂、探伤合格率低、结合强度低、特厚规格钢板截面硬度均匀性差等问题，实现了中碳合金模具钢种复合轧制生产；
2)本发明所述工艺过程可操作性强，利用热坯料预热，有利于节约能源，控制生产成本；
3)采用本发明所述生产方法使钢板成材率达到90％以上，复合钢板有效面积探伤合格率100％，150～400mm各厚度规格复合钢板的结合强度均达到700MPa以上，达到基体抗拉强度的80％以上，截面硬度均匀性达到≤5HRC，率先实现了采用连铸坯复合生产150～400mm特厚规格预硬塑料模具钢板。
附图说明
图1是本发明实施例1所生产复合钢板的复合界面金相组织照片。
图2是本发明实施例2所生产复合钢板的复合界面金相组织照片。
具体实施方式
本发明所述一种预硬型塑料模具用特厚钢板的生产方法，所述预硬型塑料模具用特厚钢板的厚度为150～400mm，化学成分中含有0.35％～0.42wt％的C、1.10％～2.10wt％的Cr以及0.15％～0.25wt％的Mo；其生产方法包括如下步骤：
1)复合坯料选择；
以连铸坯作为待复合坯料，连铸坯下线后堆垛缓冷，堆垛温度≥500℃，堆垛时间不小于48h，同一组待复合坯料的长度尺寸差、宽度尺寸差均不大于10mm；
2)复合坯料加工；
对连铸坯的待复合表面及四个侧面进行铣磨加工，去除氧化层和锈层，铣磨加工后连铸坯对角线尺寸偏差≤5mm，板面平直度≤1mm/m，组坯间隙≤0.5mm；表面粗糙度Ra≤12.5μm；
3)复合坯预热；
将加工完成的连铸坯待复合面组齐对正，上下叠放在一起，并采用至少2块热坯，以“上下夹持”的方式对复合坯进行预热，热坯表面中心温度450℃～600℃，预热时间2～4h；
4)解垛及二次清理组坯；
当复合坯侧面温度为250～350℃时解垛，吹扫净连铸坯待复合面及四个侧面，之后重新叠放、对正组坯，将复合坯送入真空室，此时复合坯侧面温度≥100℃；
5)焊接；
真空泵提前加热，真空室门关闭后立即进行抽真空作业，至真空度＜1.0×10-2Pa开始焊接；采取分段点焊—连续焊接的焊接工序；首先对复合坯的四个边进行平均分段点焊，长边点焊8～12个点，短边点焊4～6个点，焊接电流100～250mA；连续焊接电流300～600mA，焊接速度260～480mm/min，焊接熔深35～80mm；
6)复合坯加热；
焊接完成后立即破空，直接将复合坯吊运至加热炉进行加热；入炉前在复合坯上表面覆盖一层厚度0.8～1.2mm的普碳钢冷轧板；复合坯采取700℃以下装炉，分段升温的加热工艺，700℃以下温度段保温5～7h，700～1230℃温度段保温6～9h，1200℃±20℃均热段保温7～12h；
7)复合坯轧制：
轧制开始前先安排2个道次空过并开除鳞水进行除鳞，确保钢坯上表面的冷轧板清除干净；开轧温度1120～1180℃；轧制开始后的前2个道次采用小压下量慢辊速轧制，压下量控制在10～20mm；之后采用大压下慢辊速轧制，道次压下量不小于40mm；辊速控制在0.8～1.5m/s；终轧温度不小于900℃；
8)钢板缓冷；
轧后钢板冷却至300～400℃时，下线堆垛缓冷，缓冷时间≥24h；
9)热处理；
热处理采用回火工艺；装炉温度≤300℃，回火温度530℃～590℃，升温速率60～80℃/h，净保温时间6～10h。
所述步骤1)中，连铸坯自连铸后的成品坯料上截取，截取位置距成品坯料的头部、尾部的距离至少为5m。
所述步骤7)中，轧制前将辊道间下喷水打开，如轧制过程中钢板发生上翘，则将钢板移至下喷水处进行冷却。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例1】
本实施例中，一种预硬型塑料模具用特厚钢板的生产方法具体实施方式如下：
选取4组经下线堆垛缓冷的连铸坯，每组两块尺寸、规格相同，坯料规格及化学成分见表1。
表1各实施例钢坯料规格及化学成分(％)
坯料经铣磨加工后进行预热、组坯、焊接、加热、轧制、热处理。各工序工艺参数见表2-表4。
表2各实施例预热及焊接工艺
表3各实施例加热工艺
表4各实施例轧制及回火工艺
各实施例性能检验结果见表5，从表5可以看到采用本技术方案生产的复合钢板结合强度达到基体的80％以上，且厚度截面均匀性在5HRC范围内，完全满足模具钢用户使用需求。
表5各实施例性能检验结果
如图1所示，实施例1所生产的预硬型塑料模具用特厚钢板的金相组织为细小的回火索氏体，碳化物分布较为弥散均匀，复合界面实现了良好的冶金结合。
如图2所示，实施例2所生产的预硬型塑料模具用特厚钢板的金相组织为细小的回火索氏体，碳化物分布较为弥散均匀，复合界面实现了良好的冶金结合。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种预硬型塑料模具用特厚钢板的生产方法，其特征在于，所述预硬型塑料模具用特厚钢板的厚度为150～400mm，化学成分中含有0.35％～0.42wt％的C、1.10％～2.10wt％的Cr以及0.15％～0.25wt％的Mo；其生产方法包括如下步骤：
1)复合坯料选择；
以连铸坯作为待复合坯料，连铸坯下线后堆垛缓冷，堆垛温度≥500℃，堆垛时间不小于48h，同一组待复合坯料的长度尺寸差、宽度尺寸差均不大于10mm；
2)复合坯料加工；
对连铸坯的待复合表面及四个侧面进行铣磨加工，去除氧化层和锈层，铣磨加工后连铸坯对角线尺寸偏差≤5mm，板面平直度≤1mm/m，组坯间隙≤0.5mm；表面粗糙度Ra≤12.5μm；
3)复合坯预热；
将加工完成的连铸坯待复合面组齐对正，上下叠放在一起，并采用至少2块热坯，以“上下夹持”的方式对复合坯进行预热，热坯表面中心温度450℃～600℃，预热时间2～4h；
4)解垛及二次清理组坯；
当复合坯侧面温度为250～350℃时解垛，吹扫净连铸坯待复合面及四个侧面，之后重新叠放、对正组坯，将复合坯送入真空室，此时复合坯侧面温度≥100℃；
5)焊接；
真空泵提前加热，真空室门关闭后立即进行抽真空作业，至真空度＜1.0×10-2Pa开始焊接；采取分段点焊—连续焊接的焊接工序；首先对复合坯的四个边进行平均分段点焊，长边点焊8～12个点，短边点焊4～6个点，焊接电流100～250mA；连续焊接电流300～600mA，焊接速度260～480mm/min，焊接熔深35～80mm；
6)复合坯加热；
焊接完成后立即破空，直接将复合坯吊运至加热炉进行加热；入炉前在复合坯上表面覆盖一层厚度0.8～1.2mm的普碳钢冷轧板；复合坯采取700℃以下装炉，分段升温的加热工艺，700℃以下温度段保温5～7h，700～1230℃温度段保温6～9h，1200℃±20℃均热段保温7～12h；
7)复合坯轧制：
轧制开始前先安排2个道次空过并开除鳞水进行除鳞，确保钢坯上表面的冷轧板清除干净；开轧温度1120～1180℃；轧制开始后的前2个道次采用小压下量慢辊速轧制，压下量控制在10～20mm；之后采用大压下慢辊速轧制，道次压下量不小于40mm；辊速控制在0.8～1.5m/s；终轧温度不小于900℃；
8)钢板缓冷；
轧后钢板冷却至300～400℃时，下线堆垛缓冷，缓冷时间≥24h；
9)热处理；
热处理采用回火工艺；装炉温度≤300℃，回火温度530℃～590℃，升温速率60～80℃/h，净保温时间6～10h。
2.根据权利要求1所述的一种预硬型塑料模具用特厚钢板的生产方法，其特征在于，所述步骤1)中，连铸坯自连铸后的成品坯料上截取，截取位置距成品坯料的头部、尾部的距离至少为5m。
3.根据权利要求1所述的一种预硬型塑料模具用特厚钢板的生产方法，其特征在于，所述步骤7)中，轧制前将辊道间下喷水打开，如轧制过程中钢板发生上翘，则将钢板移至下喷水处进行冷却。
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