CN113843283A - 一种大规格冷作模具钢坯的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大规格冷作模具钢坯的制备方法，属于冶金技术领域，提供一种工艺流程更简单、成本更低的用于大规格冷作模具钢坯的制备方法，本发明所述冷作模具钢坯为Cr12系列高碳高合金冷作模具钢，铸锭重量为3.5～8.5t，并采用一火轧制开坯方式，具体包括如下工艺流程：电炉→LF→VD→模铸→红送→轧制→退火→喷丸。本发明可减轻铸锭内部疏松、缩孔类缺陷的数量、尺寸及碳化物的偏析程度，同时可使铸锭内部疏松、缩孔类缺陷充分压合，对碳化物进行有效破碎，从而有效地提高了钢坯内部质量，成功实现了大规格冷作模具钢采用轧制开坯代替锻造开坯，本发明简化了生产工艺，提高了成材率，并有效地降低了生产成本。

Description

一种大规格冷作模具钢坯的制备方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种大规格冷作模具钢坯的制备方法。
背景技术
冷作模具钢主要用于冷冲压模具、冷挤压模具、冷镦模具、冷拉拔模具等的制作，这些模具在使用时一般需要高硬度、高耐磨性、足够的韧性、良好的抗疲劳性以及抗咬合黏结能力等。因此，一般冷作模具钢多采用高碳高铬的基础成分设计，较为典型的钢种如Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1、D2、SKD11等，其碳含量均高达1.40％以上，铬含量为11.00％～13.00％。由于冷作模具钢的含碳量、含铬量均较高，易形成发达的莱氏体组织，使其在铸态便存有不均匀的组织及较低熔点的共晶偏析区，加工过程表现为塑性低，变形抗力高，对裂纹十分敏感，加上钢种熔点偏低，裂纹敏感性强，造成此类钢种生产难度非常大。
目前多数钢铁企业生产该类产品时，一般采用小锭多道次轧制或大锭+锻造开坯后再进行轧制的方式生产。然而，由于铸锭+锻造开坯的成本较高的原因，部分钢企尝试采用铸锭+轧制开坯取代铸锭+锻造开坯。如专利申请号为“201110003513.4”、发明名称为“高碳高合金冷作模具钢大铸锭轧制开坯的生产方法”的发明专利申请提出了“冶炼浇铸2—5t铸锭→两火加热轧制开坯”生产工艺，所述工艺具有的优点是：生产组织便捷、冶金制造成本比锻压开坯低。然而，其缺点则在于：①铸锭锭型为2—5t，锭小；②采用两火加热轧制，虽然解决了大锭的轧制开坯问题，但轧制过程需第一次轧制后回炉加热后再进行第二次轧制，导致轧制工艺过于复杂，成本仍较高。这样，该工艺仍未解决大锭型轧制开坯，且开坯过程制造成本较高问题。专利申请号为“201410836938.7”、发明名称为“一种冷作模具钢的生产方法”的发明专利申请提出了“冷作模具钢采用轧制开坯取代锻造开坯”生产工艺，所述工艺具有优点是：即能简化生产工艺、降低生产成本，又能提高冷作模具钢的理化性能和产品成坯率。然而，其缺点则在于：①轧制的单道次压下率为1.82-2.73％，优选为2.02-2.53％，单道次压下量过小，若遇大锭则轧制道次相当多，轧制时间较长，温降较快，此时必须配合多火次轧制，否则将出现轧卡、开裂等；②针对Cr12MoV钢最多只能开＜150mm坯。这样，该工艺仍未考虑轧制工艺的简化，未解决轧制大规格坯时可能出现的开裂及不能充分压合导致的内部质量差问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种工艺流程更简单、成本更低的用于大规格冷作模具钢坯的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大规格冷作模具钢坯的制备方法，所述冷作模具钢坯为Cr12系列高碳高合金冷作模具钢，所述大规格冷作模具钢坯为厚度≥180mm的钢坯，且铸锭重量为3.5～8.5t，并采用一火轧制开坯方式，具体包括如下工艺流程：电炉→LF→VD→模铸→红送→轧制→退火→喷丸。
进一步的是：所述电炉工艺指电炉熔炼，优选为40tEF炉，出钢温度为1600～1660℃，更优选为1620～1640℃。
进一步的是：所述LF工艺指LF加热炉熔炼，优选为40tLF炉，出钢温度为1520～1580℃，更优选为1540～1560℃。
进一步的是：所述VD工艺指VD真空炉熔炼，优选为40tVD炉，极限真空度≤100MPa，极限真空下保持时间≥25min，极限真空下氩气流量为100～150L/min，并且在破空前将氩气流量调整到10～30L/min进行软吹处理，软吹时间控制在25～40min，吊包温度为1450～1460℃。
进一步的是：所述模铸工艺中，模铸保护渣质量百分比的成分为：CaO：27～31％，SiO2：25～29％，Al2O3：7～11％，Fe2O3：16～19％，Na2O：4～8％，CaF2：8～12％，及其它不可避免的杂质。
进一步的是：所述模铸工艺中，浇注前需对锭模进行烘烤，模温控制在150～200℃，浇注温度为1445～1455℃，动模时间≥120min。
进一步的是：所述红送工艺中，钢锭入炉温度为600～800℃，以≤150℃/min的速率升温至1080℃，保温3～7h后继续升温至1210℃，保温2～5h后出炉。
进一步的是：所述轧制工艺中，轧制采用一火成材，三孔轧制的方式进行轧制；其中，第一孔轧制10～13道次，道次压下量控制在5～7％；第二孔轧制8～12道次，道次压下量控制在20～35％；第三孔轧制3～5道次，道次压下量控制在4～6％。
进一步的是：所述退火工艺中，退火温度为860℃，保温时间10～25h，退火后炉冷至室温。
进一步的是：所述喷丸工序需采用丸球喷丸处理，然后再进行表面探伤。
本发明的有益效果是：本发明为了降低冷作模具钢生产成本，解决大规格冷作模具钢只能锻造开坯或采用轧制开坯需多火轧制、道次变形量小、及易开裂且内部质量差导致探伤不合格的技术问题，本发明可对铸锭质量进行有效控制，可减轻铸锭内部疏松、缩孔类缺陷的数量、尺寸及碳化物的偏析程度，同时本发明结合轧制方法的合理改进，可使铸锭内部疏松、缩孔类缺陷充分压合，对碳化物进行有效破碎，从而有效地提高了钢坯内部质量，成功实现了大规格冷作模具钢采用轧制开坯代替锻造开坯，本发明简化了生产工艺，提高了成材率，并有效地降低了生产成本。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步说明。
需要说明若本发明中有涉及数量的用语，如“多”、“多个”、“若干”等，具体指的是两个及两个以上。
本发明所述的一种大规格冷作模具钢坯的制备方法，所述冷作模具钢坯为Cr12系列高碳高合金冷作模具钢，所述大规格冷作模具钢坯为厚度≥180mm的钢坯，且铸锭重量为3.5～8.5t，并采用一火轧制开坯方式，具体包括如下工艺流程：电炉→LF→VD→模铸→红送→轧制→退火→喷丸。其中，Cr12系列高碳高合金冷作模具钢，具体指的是Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1、D2、SKD11等；而“一火轧制开坯方式”，则指的是只进行一次红送的加热处理后轧制成型，也即下文中提到的“一火成材，三孔轧制”。
实施例1
一种大规格冷作模具钢坯的制备方法，对Cr12MoV钢进行熔炼，所述电炉出钢温度为1632℃；LF炉出钢温度为1550℃；VD炉极限真空度为67MPa，真空下保温时间为33min，极限真空下氩气流量为128L/min，软吹压流量为20L/min，软吹压时间为28min，吊包温度为1453℃；模铸保护渣的成分为：CaO：30％，SiO2：27％，Al2O3：10％，Fe2O3：17％，Na2O：7％，CaF2：9％；浇注前铸模温度为160℃，浇注温度为1451℃，铸锭重量为3.5t，动模时间为120min；红送入炉温度为650℃，以100℃/h的升温速率升至1080℃保温3h，然后继续升温至1210℃保温2h；轧制采用一火成材，三孔轧制，第一孔轧制11道次，道次压下量为5～7％，第二孔轧制9道次，道次压下量为25～35％，第三孔轧制3道次，道次压下量为4～6％；退火温度为860℃，保温10h，退火后炉冷至室温；轧坯规格为180×180mm方。按照GB/T226-2015《钢的低倍组织及缺陷酸蚀检测法》的标准进行低倍检测，锭型偏析及中心疏松均为0.5级。喷丸处理后对表面进行探伤，探伤结果完全满足GB/T4162-2008《锻轧钢棒超声检测方法》的标准B级要求。
实施例2
一种大规格冷作模具钢坯的制备方法，对SKD11钢进行熔炼，所述电炉出钢温度为1635℃；LF炉出钢温度为1554℃；VD炉极限真空度为67MPa，真空下保温时间为30min，极限真空下氩气流量为120L/min，软吹压流量为20L/min，软吹压时间为30min，吊包温度为1451℃；模铸保护渣的成分为：CaO：29％，SiO2：28％，Al2O3：10％，Fe2O3：16％，Na2O：6％，CaF2：11％；浇注前铸模温度为180℃，浇注温度为1453℃，铸锭重量为7.85t，动模时间为150min；红送入炉温度为700℃，以100℃/h的升温速率升至1080℃保温6h，然后继续升温至1210℃保温5h；轧制采用一火成材，三孔轧制，第一孔轧制13道次，道次压下量为5～7％，第二孔轧制12道次，道次压下量为25～35％，第三孔轧制5道次，道次压下量为4～6％；退火温度为860℃，保温18h，退火后炉冷至室温；轧坯规格为240×240mm方。按照GB/T226-2015《钢的低倍组织及缺陷酸蚀检测法》的标准进行低倍检测，锭型偏析及中心疏松均为0.5级。喷丸处理后对表面进行探伤，探伤结果完全满足GB/T4162-2008《锻轧钢棒超声检测方法》的标准B级要求。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种大规格冷作模具钢坯的制备方法，其特征在于：所述冷作模具钢坯为Cr12系列高碳高合金冷作模具钢，所述大规格冷作模具钢坯为厚度≥180mm的钢坯，且铸锭重量为3.5～8.5t，并采用一火轧制开坯方式，具体包括如下工艺流程：电炉→LF→VD→模铸→红送→轧制→退火→喷丸。
2.如权利要求1所述的一种大规格冷作模具钢坯的制备方法，其特征在于：所述电炉工艺指电炉熔炼，优选为40tEF炉，出钢温度为1600～1660℃，更优选为1620～1640℃。
3.如权利要求1所述的一种大规格冷作模具钢坯的制备方法，其特征在于：所述LF工艺指LF加热炉熔炼，优选为40tLF炉，出钢温度为1520～1580℃，更优选为1540～1560℃。
4.如权利要求1所述的一种大规格冷作模具钢坯的制备方法，其特征在于：所述VD工艺指VD真空炉熔炼，优选为40tVD炉，极限真空度≤100MPa，极限真空下保持时间≥25min，极限真空下氩气流量为100～150L/min，并且在破空前将氩气流量调整到10～30L/min进行软吹处理，软吹时间控制在25～40min，吊包温度为1450～1460℃。
5.如权利要求1所述的一种大规格冷作模具钢坯的制备方法，其特征在于：所述模铸工艺中，模铸保护渣质量百分比的成分为：CaO：27～31％，SiO2：25～29％，Al2O3：7～11％，Fe2O3：16～19％，Na2O：4～8％，CaF2：8～12％，及其它不可避免的杂质。
6.如权利要求1所述的一种大规格冷作模具钢坯的制备方法，其特征在于：所述模铸工艺中，浇注前需对锭模进行烘烤，模温控制在150～200℃，浇注温度为1445～1455℃，动模时间≥120min。
7.如权利要求1所述的一种大规格冷作模具钢坯的制备方法，其特征在于：所述红送工艺中，钢锭入炉温度为600～800℃，以≤150℃/min的速率升温至1080℃，保温3～7h后继续升温至1210℃，保温2～5h后出炉。
8.如权利要求1所述的一种大规格冷作模具钢坯的制备方法，其特征在于：所述轧制工艺中，轧制采用一火成材，三孔轧制的方式进行轧制；其中，第一孔轧制10～13道次，道次压下量控制在5～7％；第二孔轧制8～12道次，道次压下量控制在20～35％；第三孔轧制3～5道次，道次压下量控制在4～6％。
9.如权利要求1所述的一种大规格冷作模具钢坯的制备方法，其特征在于：所述退火工艺中，退火温度为860℃，保温时间10～25h，退火后炉冷至室温。
10.如权利要求1至9中任意一项所述的一种大规格冷作模具钢坯的制备方法，其特征在于：所述喷丸工序需采用丸球喷丸处理，然后再进行表面探伤。
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