CN115958072A - 一种冷作模具钢及其轧制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷作模具钢及其轧制方法，涉及材料成型技术领域，所述方法包括：将待轧坯料进行阶梯升温热处理；选择合适尺寸的厚板，并将加热后的厚板均匀覆盖在轧辊上进行预升温处理；利用预升温后的所述轧辊对升温热处理后的所述待轧坯料进行轧制工艺；将所述轧制工艺后的冷作模具钢进行退火处理，炉冷后即得到冷作模具钢。本发明通过对轧制工艺的改进，提升轧辊温度及温度均匀性，减少钢材轧制时表面及棱角位置温降，避免表面及棱角位置因温降过快，轧制应力增加导致的表面及棱角位置拉裂情况。达到轧材表面无肉眼可见裂纹，从而可以低成本、高效率的生产高质量、高合格率的冷作模具钢。

Description

一种冷作模具钢及其轧制方法

技术领域

本发明涉及材料成型技术领域，尤其涉及一种冷作模具钢及其轧制方法。

背景技术

模具是工业生产的基础，被称为“工业之母”，模具钢生产水平的高低，已经成为了衡量一个国家制造业水平高低的重要指标，依托于模具钢生产的各类模具决定着产品质量及其经济效益。冷作模具钢是指金属在冷变形所用的模具钢，目前广泛应用的冷作模具钢主要以C12型模具钢为主，其含碳量较高，同时含有很高的Cr含量。由于工业技术的发展，零部件生产的急缺大断面、形状复杂、可以长时间承受大冲击载荷的模具，所以需要大批量的生产满足力学性能要求的冷作模具扁钢。通过轧制技术可以大批量的生产冷作模具扁钢，但是在实际生产中，容易发生轧制材表面拉裂，角裂等现象，大幅降低生产合格率。

专利CN1483523A，公开了一种“Cr12MoV轧制开坯的生产方法”，采用“均热炉加热钢锭+初轧机二火轧制”的开坯工艺。(1)均热炉一火加热：钢锭重≤1.5吨；入炉温度≤500℃保温2小时；升温速度≤80℃/h；1180℃保温4小时；保温时钢锭翻身，阴阳面温差≤30℃；(2)初轧机一火开坯：轧制前，关闭轧辊的冷却水；轧辊预热，温度150℃；辊速≤10转/分；终轧温度≥1050℃；轧制压下量≤20mm，且保持同方向轧制；轧件回炉加热；(3)二火加热：1170℃保温1.5小时；(4)二火开坯：轧辊预热；辊速≤10转/分；轧件的终轧温度≥1050℃；压下量≤40mm。该发明采用常规加热、保温、轧制的方法，没有对轧材表面控冷措施，易出现表面拉裂及角裂缺陷。

专利CN111826589A，公开了一种“具有高强度高耐蚀性的塑料模具钢及其制备方法”，所述模具钢钢的成分按重量百分比计如下：C：0.20％-0.30％，Si：0.52％-0.65％，Mn：0.65％-0.80％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr：11.0％-12.0％，Mo：0.20％-0.40％，Sn：0.06％-0.09％，Nb：0.10％-0.20％，B：0.001％-0.002％，余量为Fe及不可避免杂质。制备方法包括铁水预处理—冶炼—LF—RH—连铸—板坯加热—轧制—矫直—缓冷—热处理；应用该发明生产的模具钢硬度37-40HRC，同板硬度差≤2HRC，心部横向抗拉强度≥1020MPa，屈服强度≥860MPa，延伸率≥20％，心部横向冲击性能≥18J，同时具有优异的耐蚀性能。该发明采用连铸坯轧板，适用于碳含量较低的钢种，对于冷作模具钢类碳含量较高钢种不适用。

因此，针对现有的生产工艺的不足，提供一种低成本、高效率的生产工艺，生产高质量、高合格率的冷作模具钢是亟待解决的重要问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种冷作模具及其轧制方法，通过改进轧制工艺，提供合适的退火制度等手段，可以低成本、高效率的生产高质量、高合格率的冷作模具钢。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

根据本公开的一个方面，提供一种冷作模具钢的轧制方法，所述方法包括如下步骤：

将待轧坯料进行阶梯升温热处理；

选择合适尺寸的厚板，并将加热后的厚板均匀覆盖在轧辊上进行预升温处理；

利用预升温后的所述轧辊对升温热处理后的所述待轧坯料进行轧制工艺；

将所述轧制工艺后的冷作模具钢进行退火处理，炉冷后即得到冷作模具钢。

在一种可能的实施方式中，所述阶梯升温热处理工艺包括：

50-60分钟之内从20℃升温至550℃，并保温1h-1.5h；

25-30分钟之内从550℃升温至800℃，并保温1h-1.5h；

50-60分钟之内从800℃升温至1180℃，保温3h-3.5h。

在一种可能的实施方式中，所述厚板的加热条件包括：

温度为1130℃～1230℃；保温时间为5h～10h。

在一种可能的实施方式中，所述厚板均匀覆盖在轧辊上的时间为2h-2.5h。

在一种可能的实施方式中，所述轧制工艺包括10道次轧制；其中，

1-4道次为第一阶段轧制；

5-8道次为第二阶段轧制；

9-10道次为第三阶段轧制。

在一种可能的实施方式中，所述第一阶段轧制中，轧制力为1900-2200kN，压下率为5％-10％，辊间距为75-110mm。

在一种可能的实施方式中，所述第二阶段轧制中，轧制力为2500-2800kN，压下率为12％-15％，辊间距为50-70mm。

在一种可能的实施方式中，所述第三阶段轧制中，轧制力为2500-2600kN，压下率为10％-12％，辊间距为40-45mm。

在一种可能的实施方式中，所述退火处理包括：

退火制度为800-900℃，保温时间为10h-15h。

根据本公开的一个方面，提供一种冷作模具钢，所述冷作模具钢的化学成分及质量百分含量包括：

C：1.45％～1.70％；Si≤0.40％；Mn≤0.40％；Cr：11.00％～12.50％；Mo：0.40％～0.60％；V：0.15％～0.30％；余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明的技术效果和优点：

通过对轧制工艺的改进，提升轧辊温度及温度均匀性，减少钢材轧制时表面及棱角位置温降，避免表面及棱角位置因温降过快，轧制应力增加导致的表面及棱角位置拉裂情况。达到轧材表面无肉眼可见裂纹，从而可以低成本、高效率的生产高质量、高合格率的冷作模具钢。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本发明示例性实施例的一种冷作模具钢的轧制方法流程图；

图2为本发明示例性实施例1的一种冷作模具钢的表面状态图；

图3为本发明示例性对比例的一种冷作模具钢的表面状态图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的步骤。例如，有的步骤还可以分解，而有的步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

图1为本发明示例性实施例的一种冷作模具钢的轧制方法流程图，如图1所示，本发明示例性实施例提供了一种冷作模具钢的轧制方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1、将待轧坯料进行阶梯升温热处理。为使坯料受热均匀，应严格避免坯料叠放，同时尽量使坯料靠近加热炉内部。具体阶梯升温热处理工艺如下：50-60分钟之内从20℃升温至550℃，并保温1h-1.5h；25-30分钟之内从550℃升温至800℃，并保温1h-1.5h；50-60分钟之内从800℃升温至1180℃，并保温3h-3.5h。多段升温工艺可以使待轧坯料在升温过程中缓慢膨胀，温度均匀，不至于因升温过快发生内裂。

步骤S2、开始轧制前，轧辊的准备工作，包括：选择合适尺寸的厚板，并将加热后的厚板均匀覆盖在轧辊上进行预升温处理。首先根据轧机实际总长度，选择的厚板长度应小于轧机实际总长度；厚板的宽度应大于轧辊长度30-40mm之间，厚板的厚度应为60-80mm之间；然后提前将合适尺寸的厚板加热至1130℃～1230℃，保温5h～10h。将厚板均匀覆盖在轧辊上，对轧辊进行预升温处理，覆盖时间为2h-2.5h。

步骤S3、轧制工艺。总共进行10道次轧制，1-4道次为第一阶段轧制，5-8道次为第二阶段轧制，9-10道次为第三阶段轧制。第一阶段轧制，轧制力为1900-2200kN，压下率为5％-10％，辊缝为75-110mm。第二阶段轧制，轧制力为2500-2800kN，压下率为12％-15％，辊缝为50-70mm。第三阶段轧制，轧制力为2500-2600kN，压下率为10％-12％，辊缝为40-45mm。

步骤S4、去应力退火处理。将轧制后的冷作模具钢进行退火处理，退火制度为800-900℃，保温10h-15h。随炉冷却后即可出炉，得到冷作模具钢。所获钢材表面无肉眼可见的拉裂或角裂缺陷。

基于上述轧制方法，本发明示例性实施例提供了一种冷作模具钢，其化学成分及质量百分含量包括：

C：1.45％～1.70％；Si≤0.40％；Mn≤0.40％；Cr：11.00％～12.50％；Mo：0.40％～0.60％；V：0.15％～0.30％；余量为Fe和不可避免的杂质。

实施例1

本发明示例性实施例1提供了一种冷作模具钢的轧制方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1、将待轧坯料进行阶梯升温热处理。为使坯料受热均匀，应严格避免坯料叠放，同时尽量使坯料靠近加热炉内部。具体阶梯升温热处理工艺如下：55分钟之内从20℃升温至550℃，并保温1h；30分钟之内从550℃升温至800℃，并保温1.5h；60分钟之内从800℃升温至1180℃，并保温3h。

步骤S2、开始轧制前，轧辊的准备工作。对轧辊进行升温。首先根据轧机实际总长度和轧辊长度，选取长度为2000mm，宽度大于轧辊长度35mm之间，厚度为75mm的厚板，提前将厚板加热至1180℃，保温6h。将厚板均匀覆盖在轧辊上，对轧辊进行升温处理，覆盖时间为2.5h。

步骤S3、轧制工艺。总共进行10道次轧制，1-4道次为第一阶段轧制，5-8道次为第二阶段轧制，9-10道次为第三阶段轧制。第一阶段轧制中，1-4道次的轧制力分别为1900kN、1950kN、2000kN和2100kN，对应的压下率分别为5.0％、6.2％、7.0％和10.0％，对应的辊间距分别为75mm、90mm、95mm和110mm。第二阶段轧制中，5-8道次的轧制力分别为2500kN、2600kN、2700kN和2800kN，对应的压下率分别为12％、13.1％、14％和15％，对应的辊间距分别为50mm、57mm、60mm和70mm。第三阶段轧制中，9-10道次的轧制力分别为2500kN和2550kN，对应的压下率分别为10.8％和12％，对应的辊间距分别为43mm和45mm。

步骤S4、去应力退火处理。将轧制后的冷作模具钢进行退火处理，退火制度为850℃保温15h。随炉冷却后即可出炉，得到冷作模具钢。

本发明示例性实施例1提供了一种冷作模具钢，其化学成分及质量百分含量包括：

C：1.48％；Si：0.35％；Mn：0.33％；Cr：11.57％，Mo：0.48％；V：0.26％；余量为Fe和不可避免的杂质。

图2为本发明示例性实施例1的一种冷作模具钢的表面状态图，如图2所示，所获钢材表面质量良好，表面无肉眼可见拉裂或角裂。

实施例2

本发明示例性实施例2提供了一种冷作模具钢的轧制方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1、将待轧坯料进行阶梯升温热处理。为使坯料受热均匀，应严格避免坯料叠放，同时尽量使坯料靠近加热炉内部。具体阶梯升温热处理工艺如下：55分钟之内从20℃升温至550℃，并保温1.2h；30分钟之内从550升温至800摄氏度，保温1.5h；60分钟之内从800升温至1180℃，保温3.2h。

步骤S2、开始轧制前，轧辊的准备工作，包括：选择合适尺寸的厚板，并将加热后的厚板均匀覆盖在轧辊上进行预升温处理。首先根据轧机实际总长度和轧辊长度，选择长度2200mm，宽度大于轧辊长度35mm之间，厚度为65mm的厚板，提前将厚板加热至1130℃，保温10h。将厚板均匀覆盖在轧辊上，对轧辊进行升温处理，覆盖时间为2.5h。

步骤S3、轧制工艺。总共进行10道次轧制，1-4道次为第一阶段轧制，5-8道次为第二阶段轧制，9-10道次为第三阶段轧制。第一阶段轧制中，1-4道次的轧制力分别为1925kN、2000kN、2155kN和2195kN，对应的压下率分别为6％、7.5％、9％和9.5％，对应的辊间距分别为78mm、90mm、100mm和108mm。第二阶段轧制中，5-8道次的轧制力分别为2575kN、2650kN、2750kN和2760kN，对应的压下率分别为12.5％、13％、14.2％和14.8％，对应的辊间距分别为56mm、67mm、68mm和70mm。第三阶段轧制中，9-10道次的轧制力分别为2554kN和2588kN，对应的压下率分别为11％和11.6％，对应的辊间距分别为42mm和44mm。

步骤S4、去应力退火处理。将轧制后的冷作模具钢进行退火处理，退火制度为880℃，保温10h左右。随炉冷却后即可出炉，得到冷作模具钢。

本发明示例性实施例2提供了一种冷作模具钢，其化学成分及质量百分含量包括：

C：1.65％；Si：0.33％；Mn：0.23％；Cr：11.70％；Mo：0.55％；V：0.24％；余量为Fe和不可避免的杂质。

所获钢材表面质量良好，表面无肉眼可见拉裂或角裂缺陷。

实施例3

本发明示例性实施例3提供了一种冷作模具钢的轧制方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1、将待轧坯料进行阶梯升温热处理。为使坯料受热均匀，应严格避免坯料叠放，同时尽量使坯料靠近加热炉内部。具体阶梯升温热处理工艺如下：60分钟之内从20℃升温至550℃，并保温1.4h；30分钟之内从550℃升温至800℃，并保温1.3h；55分钟之内从800℃升温至1180℃，并保温3.4h。

步骤S2、开始轧制前，轧辊的准备工作，包括：选择合适尺寸的厚板，并将加热后的厚板均匀覆盖在轧辊上进行预升温处理。首先根据轧机实际总长度和轧辊长度，选择长度为1800mm，宽度大于轧辊长度38mm之间，厚度为80mm的厚板，提前将厚板加热至1230℃，保温5h。将厚板均匀覆盖在轧辊上，对轧辊进行升温处理，覆盖时间为2.4h。

步骤S3、轧制工艺。总共进行10道次轧制，1-4道次为第一阶段轧制，5-8道次为第二阶段轧制，9-10道次为第三阶段轧制。第一阶段轧制中，轧制力分别为1931kN、1980kN、2012kN和2100kN，对应的压下率分别为6.7％、7.8％、9.5％和9.8％，对应的辊间距分别为80mm、86mm、98mm和102mm。第二阶段轧制中，5-8道次的轧制力分别为2590kN、2614kN、2788kN和2790kN，对应的压下率分别为13.2％、14％、14.2％和14.8％，对应的辊间距分别为58mm、61mm、65mm和68mm。第三阶段轧制中，9-10道次的轧制力分别为2576kN和2590kN，对应的压下率分别为11.2％和11.7％，对应的辊间距分别为42mm和43mm。

步骤S4、去应力退火处理。将轧制后的冷作模具钢进行退火处理，退火制度为815℃，保温13h左右。随炉冷却后即可出炉，得到冷作模具钢.

本发明示例性实施例3提供了一种冷作模具钢，其化学成分及质量百分含量包括：

C：1.67％；Si：0.25％；Mn：0.28％；Cr：12.50％；Mo：0.55％；V：0.28％；余量为Fe和不可避免的杂质。

所获钢材表面质量良好，表面无肉眼可见的拉裂或角裂缺陷。

对比例

对比实施例提供了一种冷作模具钢的轧制方法，具体包括以下步骤：

步骤S1、将待轧坯料进行阶梯升温热处理。为使坯料受热均匀，应严格避免坯料叠放，同时尽量使坯料靠近加热炉内部。具体阶梯升温热处理工艺如下：60分钟之内从20℃升温至800℃，并保温1.5h；60分钟之内从800℃升温至1180℃，并保温3h。

步骤S2、将加热坯料通过传送辊道红送至轧机位置，根据预先调整好的辊间距进行轧制。

步骤S3、轧制工艺。总共进行10道次轧制，1-4道次为第一阶段轧制，5-8道次为第二阶段轧制，9-10道次为第三阶段轧制。第一阶段轧制中，轧制力分别为1945kN、1980kN、2010kN和2105kN，对应的压下率分别为6.5％、7.5％、9.5％和9.5％，对应的辊间距分别为80mm、85mm、95mm和100mm。第二阶段轧制中，5-8道次的轧制力分别为2590kN、2615kN、2780kN和2790kN，对应的压下率分别为13.0％、14.0％、14.5％和15.0％，对应的辊间距分别为55mm、60mm、65mm和70mm。第三阶段轧制中，9-10道次的轧制力分别为2570kN和2590kN，对应的压下率分别为11.0％和11.5％，对应的辊间距分别为40mm和45mm。

步骤S4、去应力退火处理。将轧制后的冷作模具钢进行退火处理，退火制度为865℃，保温20h。随炉冷却后即可出炉，得到冷作模具钢.

本发明对比例提供了一种冷作模具钢，其化学成分及质量百分含量包括：

C：1.56％；Si：0.34％；Mn：0.41％；Cr：12.70％；Mo：0.55％；V：0.31％；余量为Fe和不可避免的杂质。

图3为本发明示例性对比例的一种冷作模具钢的表面状态图，所获钢材表面如图3所示，外表面有肉眼可见拉裂及角裂缺陷。

通过实施例1-3以及对比例可知，通过对轧制工艺的改进，提升轧辊温度及温度均匀性，减少钢材轧制时表面及棱角位置温降，避免表面及棱角位置因温降过快，轧制应力增加导致的表面及棱角位置拉裂情况。轧制的钢材表面无肉眼可见裂纹，提高了产品成材率，降低了生产成本。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，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。

Claims (10)

1.一种冷作模具钢的轧制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

将待轧坯料进行阶梯升温热处理；

选择合适尺寸的厚板，并将加热后的厚板均匀覆盖在轧辊上进行预升温处理；

利用预升温后的所述轧辊对升温热处理后的所述待轧坯料进行轧制工艺；

将所述轧制工艺后的冷作模具钢进行退火处理，炉冷后即得到冷作模具钢。

2.根据权利要求1所述的一种冷作模具钢的轧制方法，其特征在于，所述阶梯升温热处理工艺包括：

50-60分钟之内从20℃升温至550℃，并保温1h-1.5h；

25-30分钟之内从550℃升温至800℃，并保温1h-1.5h；

50-60分钟之内从800℃升温至1180℃，保温3h-3.5h。

3.根据权利要求1所述的一种冷作模具钢的轧制方法，其特征在于，所述厚板的加热条件包括：

温度为1130℃～1230℃；保温时间为5h～10h。

4.根据权利要求1所述的一种冷作模具钢的轧制方法，其特征在于，所述厚板均匀覆盖在轧辊上的时间为2h-2.5h。

5.根据权利要求1所述的一种冷作模具钢的轧制方法，其特征在于，所述轧制工艺包括10道次轧制；其中，

1-4道次为第一阶段轧制；

5-8道次为第二阶段轧制；

9-10道次为第三阶段轧制。

6.根据权利要求5所述的一种冷作模具钢的轧制方法，其特征在于，所述第一阶段轧制中，轧制力为1900-2200kN，压下率为5％-10％，辊间距为75-110mm。

7.根据权利要求5所述的一种冷作模具钢的轧制方法，其特征在于，所述第二阶段轧制中，轧制力为2500-2800kN，压下率为12％-15％，辊间距为50-70mm。

8.根据权利要求5所述的一种冷作模具钢的轧制方法，其特征在于，所述第三阶段轧制中，轧制力为2500-2600kN，压下率为10％-12％，辊间距为40-45mm。

9.根据权利要求1所述的一种冷作模具钢的轧制方法，其特征在于，所述退火处理包括：

退火制度为800-900℃，保温时间为10h-15h。

10.一种冷作模具钢，采用如权利要求1-9任意一项所述的方法轧制而成，其特征在于，所述冷作模具钢的化学成分及质量百分含量包括：

C：1.45％～1.70％；Si≤0.40％；Mn≤0.40％；Cr：11.00％～12.50％；Mo：0.40％～0.60％；V：0.15％～0.30％；余量为Fe和不可避免的杂质。

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