CN1676653A - 新型耐腐蚀、耐磨损塑料模具钢 4Cr16Mo及其镜面大模块的制备生产方法 - Google Patents

新型耐腐蚀、耐磨损塑料模具钢 4Cr16Mo及其镜面大模块的制备生产方法 Download PDF

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Abstract

新型耐腐蚀、耐磨损塑料模具钢4Cr16Mo及其镜面大模块的制备生产方法，其特征在于化学成分(重量％)为：0.33～0.43％C，0.30～1.00％Mn，0.30～1.00％Si，S≤0.045％，P≤0.045％，14～18％Cr，0.10～1.00％Ni，0.80～1.50％Mo；其余为Fe。采用电炉初炼→炉外真空处理加电渣重熔的双精炼，及必要的模铸钢锭、电渣锭去应力退火，冶炼出成分均匀的电渣锭；然后采用热加工锻造工艺及必要的模块去应力退火，将电渣锭加工成大模块(厚度500mm；宽度1200mm；长度2500mm)；最后采用特殊的热处理模块调质处理工艺，生产出高耐腐蚀、高耐磨损性能(硬度范围30～40HR，C波动＜4HRC)的塑料模具钢大模块。本发明生产的4Cr16Mo镜面大模块，质量稳定，性能达到标准(夹杂物A≤2.0，B≤2.0，C细≤2.0，C粗≤1.5，D≤2.0)要求。经济效益和社会效益显著。

Description

新型耐腐蚀、耐磨损塑料模具钢 4Cr16Mo及其镜面大模块的制备生产方法
技术领域
本发明涉及冶金行业模具钢的成分合金化设计，尤其是用于耐腐蚀、耐磨损的塑料模具钢及其模块的生产方法。
背景技术
模具钢是特殊的合金钢，一般可分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具用钢三大类。塑料模具用钢主要用于生产批量较大、模具尺寸较大、形状复杂、尺寸精度及表面粗糙度要求较高的塑料成形模具或模架；热作模具钢主要用于制造在高温状态下对金属进行热加工用的模具，包括热锻模具(如5CrNiMo模块用钢)等。因此，制造模块锻件的模具钢，通常包括塑料模具用钢及部分热作模具钢(如5CrNiMo模具钢)。模块是塑料模具钢的常规产品，主要用于塑料制品的模具制造。以聚氯乙稀(PVC)或聚苯乙烯(ABS)+抗燃剂为原料的塑料制品，在热成形过程中，会分解出具有腐蚀性的氯气和二氧化硫等气体，因此，生产该类型塑料制品的模具，其模具材料(钢材)必须具有较强的耐蚀性能。
我国塑料模具钢研究起步较晚，耐腐蚀模具材料的研究更是贫乏，目前国内耐腐蚀塑料模具钢的基本钢号主要是9Cr18、Cr18MoV、4Cr13、1Cr17Ni2等钢铁品种，生产实践中，上述钢号存在如下缺陷：(1)属于莱氏体钢的9Cr18、Cr18MoV，由于碳含量较高，铸态组织中有一次和二次复合碳化物，如(Fe、Cr)7C3，故模块生产中必须通过大压缩量锻造才能使粗大碳化物均匀分布(否则组织中将出现碳化物链状分布)；而大型模块的规格尺寸较大，即使采用反复墩粗、拔长的锻造工艺，也难以保证材料心部碳化物的完全破碎和碳化物均匀分布(影响模块的耐腐蚀、耐磨损性能)。(2)属过共析钢的4Cr13(当Cr含量在12％时，S点左移，也就是共析点左移，共析含碳量移至0.4％)，钢的热处理淬火温度在1060-1100℃以上时，碳化物也不能完全固溶，淬火后马氏体中难以达到11％-12％左右铬含量；由于含Cr量不高，满足不了耐蚀性能所需的成分质量分数，造成钢的耐腐蚀性能差，只能抗一般大气和水蒸汽腐蚀(虽经热处理后获得较高硬度和耐磨性，但只能用于耐蚀性能一般的塑料模具制造)。(3)属于马氏体型不锈耐酸钢的1Cr17Ni2钢，用于氧化酸类及有一定温度、浓度的硝酸，大部分有机酸及盐类水溶液等工况条件时，有良好的耐蚀性；但存在脆性倾向，热加工工艺复杂，化学成分偏析及微观波动对钢组织性能有较大影响，焊接性能差等缺点。
综上所述，用于制造具有高耐蚀性、高耐磨性大模块的冲压模、压铸模等塑料模具钢，适用的国内耐腐蚀塑料模具钢基本钢号中，普遍存在加工困难、质量稳定性差或耐蚀性和耐磨性不能兼备的缺陷；另外，检索了国内外相关资料，对于耐腐蚀、耐磨损塑料模具钢(硬度范围：HRC30-40，硬度波动4HRC)的模块，大模块(厚度：200-500mm；宽度：800-1200mm；长度＞2500mm)的热处理工艺未见报道。因此，对于耐腐蚀的塑料模具钢，模具行业大多使用价格昂贵的进口材料(或选择类似国外钢号化学成分的国内材料)，来制造模具，以满足耐蚀性、耐磨损塑料模具的高性能要求。
发明内容
本发明目的在于提供一种合适的新型耐腐蚀、耐磨损塑料模具钢4Cr16Mo及其大模块的生产方法，通过钢的合金化成份设计(同时兼顾了耐蚀性和耐磨性)，炉外真空处理加电渣重熔的双精炼冶炼工艺，特殊的热处理模块成品调质处理工艺，以及必要的模铸钢锭、电渣锭、模块去应力退火工艺方法，生产出高耐腐蚀、高耐磨损性能的塑料模具钢大模块，满足模具行业对耐腐蚀塑料模具钢的大模块国产化需求。
本发明开发的新型耐腐蚀、耐磨损塑料模具钢4Cr16Mo，其特征在于钢的化学元素成分(重量％)是：0.33～0.43％C，0.30～1.00％Mn，0.30～1.00％Si，S≤0.045％，P≤0.045％，14～18％Cr，0.10～1.00％Ni，0.80～1.50％Mo；其余为Fe。
测定的4Cr16Mo连续冷却转变曲线是：Ac3＝960℃，Ac1＝800℃，Ms＝190℃。
钢的最佳化学元素成分(重量％)是：0.35～0.41％C，0.50～0.80％Mn，0.50～0.80％Si，S≤0.015％，P≤0.025％，15～16％Cr，0.10～0.60％Ni，1.00～1.30％Mo；其余为Fe。
成分范围设计思路是：
提高耐蚀性的钢中Cr含量必须＞12％。即使模块淬火温度在1060～1100℃以上，提高耐磨损的Cr23C6碳化物也难于完全固溶，因此，为保证淬火马氏体中铬含量＞12％，Cr含量必须大于4Cr13钢的Cr含量(12～14％)标准规定要求。
钢中具有一定量的Mo含量，使钢中含有合适碳化物，提高耐磨性。一方面，添加Mo，是基于在钢中形成M6C型碳化物，通过M6C析出，增加Cr的固溶度，提高材料耐磨性；另一方面，添加Mo，可在回火后引起弥散硬化，有利提高产品二次硬度和热稳定性，并提高钢的回火脆性温度，避免回火脆性发生。
考虑Cr、Mo综合作用，确定Cr：14-18％、Mo：0.80～1.50％。
C含量：0.33-0.43％。由于合金元素的作用，S点左移，也就是共析点左移，共析含碳量移至0.4％以下，过高的C含量将形成莱氏体，粗大碳化物分布不均，对性能不利；另外，对塑料模具钢的大模块而言，硬度30HRC以上已经满足使用要求，而硬度波动范围却是必须重视的。
S降低钢的横向塑性，确定S：小于0.045％。
P降低钢的塑性，确定P：小于0.045％。
Ni含量：0.10～1.00％。Ni的少量加入，能够提高钢的韧性，改善模块热疲劳性能，并提高淬透性。
本发明设计的耐腐蚀、耐磨损4Cr16Mo塑料模具钢，属马氏体不锈钢，可用于制造具有优秀耐蚀性能、高耐磨性的冲压模、压铸模等的塑料模具大模块。由于相变应力大，4Cr16Mo马氏体不锈钢大模块生产制造过程中，在模块锻造前，预防钢锭相变应力诱导产生裂纹，成为钢锭、电渣锭热处理的重要任务；而锻后热处理目的是消除白点、改善模块横向性能，细化晶粒、实现组织均匀化，满足模具镜面抛光要求；最终通过调质处理达到所要求的性能，使大模块截面硬度波动小。因此，热处理是确保不锈钢大模块使用性能的关键所在。
本发明开发的4Cr16Mo镜面大模块的制备生产方法，其特征是采用冶炼、锻造和模块调质处理的三个阶段，生产制造出耐腐蚀、耐磨损4Cr16Mo塑料模具钢(调质处理后硬度波动小于4HRC，硬度范围30～40HRC)的镜面大模块(厚度200～500mm；宽度800～1200mm；长度＞2500mm)成品；
第一，冶炼阶段，采用炉外真空处理加电渣重熔的双精炼工艺，及必要的模铸钢锭、电渣锭去应力退火，冶炼出成分均匀、稳定的4Cr16Mo电渣锭；具体生产方法是电炉(EF)初炼—→炉外真空处理(LFV炉或LF+VD炉精炼)，钢液模铸—→模铸钢锭去应力退火—→电渣重熔—→电渣锭去应力退火；
(1)电炉(EF)初炼，熔炼成分基本到位的4Cr16Mo钢，操作要点：
按常规的不锈返回吹氧法熔炼钢液；
含Cr合金是低P的Cr不锈钢返回料(降低生产成本)；
FF炉出钢时成分到位；
(2)炉外真空处理，采用LFV炉或LF+VD炉精炼，对高温钢液进行成分微调和脱气处理；钢液模铸，操作要点：
真空前适当插Al；
全程底吹氩搅拌，去除钢液中的的有害夹杂物；
真空度≤140Pa(66.7Pa)进行脱气处理，真空脱气时间15～20分钟，使钢液中的O含量≤25ppm、H含量≤2ppm(O、H是钢液中的有害气体，且后续的电渣重熔并没有脱气功能，O含量过高，会导致钢材夹杂物总量的增加，降低模具的疲劳寿命；H含量过高，会引起氢致裂纹，导致报废。另外，H含量4ppm时，扩H退火的时间长，生产效率低)；
钢液模铸：浇铸过热度40～70℃，也就是说出钢温度控制在1530～1540℃(减少钢锭偏析)；钢锭脱模温度控制在600～700℃(650℃左右)；钢锭热装退火；
(3)模铸钢锭退火
钢锭脱模后，依据连续冷却转变曲线(图3；Ac3＝960℃，Ac1＝800℃，Ms＝190℃；根据连续冷却转变曲线，650～790℃温度区间是铁素体+碳化物的混和组织。)的钢锭热装退火(消除组织应力，避免裂纹产生为目的)工艺是：退火炉起始温度600～700℃；表面温度550～700℃(此时心部温度约在800～900℃之间，存在热应力)的钢锭，以30～80℃/小时的加热速度缓慢升温至700～790℃(Ar1≈Ac1+30～35℃＝830～835℃，在热装退火条件下，在670～800℃温度区间内，过冷奥氏体发生钢的组织转变，形成铁素体+碳化物的混和组织。)，加热保温时间3.5～4.5小时(消除钢锭表面和心部内外温度差)；再在700～790℃保温18～22小时(消除钢的马氏体转变组织应力)；随后以10～50℃/小时的降温速度炉冷至400℃出炉(减少热应力)；
(4)电渣重熔炉精炼，将模铸钢锭熔炼为成分均匀的电渣锭(减缓较严重的模铸钢锭成分偏析现象)，提高产品的耐腐蚀、耐磨损性能，操作要点：
结晶器：Φ900/980mm；
渣系：CaF2∶Al2O3＝(65～75)∶(25～35)，渣量350～450kg/锭，液渣起弧；
电渣锭重量12.0～12.5吨(来料均衡电渣Φ900/980二支；满足4Cr16Mo钢大模块的钢铁料要求)；
电渣重熔至0.45～0.55支时，关小底水箱冷却水，溶池保持相对平稳；
脱模温度650～750℃；
脱模后热送退火；
(5)电渣锭退火
电渣锭(经过真空精炼、电渣重熔后的电渣锭，杂质含量低，成分分布均匀)采用热装不完全退火工艺(目的有二：A、消除组织应力，避免裂纹产生；B、溶解凝固时析出的粗大碳化物，细化组织。)：电渣锭脱模后热送退火，脱模温度650～750℃(心部温度800℃左右，此时钢锭组织是过冷奥氏体加一次碳化物)，退火炉温度控制550～650℃，保温时间4.5～5.5小时(消除内外温差)；再以40～60℃/小时的速度升温加热到840～900℃(略高于Ac1、Ar1温度，低于Ac3、Ar3温度，以获得奥氏体加碳化物的均衡组织；一般来说，略高于Ar1温度10～20℃，温度过高，钢的组织晶粒粗大)不完全退火，保温12～16小时(长时间保温，消融或减少一次碳化物尺寸)；再以30～60℃/小时的冷却速度冷却至700～790℃保温23～28小时(促使奥氏体转变为铁素体+二次碳化物，细化组织)；随后以30～60℃/小时的冷却速度冷却至350℃出炉(消除热应力)；
第二，锻造阶段，采用热加工锻造工艺及必要的模块去应力退火，将电渣锭锻造成成品尺寸的大模块(厚度200～500mm；宽度800～1200mm；长度＞2500mm)；具体生产方法是模块热加工锻造—→模块成品退火；
(1)电渣锭锻前加热；
锻前的加热工艺(直接影响锻后材料的碳化物分布和大小)是：电渣锭进炉后以350～400℃的温度保温4.5～5.5小时(确保内外温度的均匀化)；再以40～60℃/小时的速度缓慢加热至830～880℃后，保温4.5～5.5小时(均匀电渣锭内外温差减少热应力，形成奥氏体+碳化物组织，并为高温段缩短保温时间减少电渣锭表面脱碳创造条件)；然后以100～120℃/小时的加热速度，快速升温至1150～1200℃保温2.5～3.5小时(完成均温和碳化物的完全溶解)，出炉热加工锻造；
(2)热加工锻造：按常规热加工锻造方法，将电渣锭锻造成成品尺寸的大模块；锻造过程中，锻件若需要回炉加热，回炉加热时间控制在2～3小时；
(3)模块成品退火，采用锻后直接热装退火工艺：退火炉在550-650℃的温度范围内保温待料；待锻后模块进炉完毕后，以50～80℃/小时的速度升温至850～890℃保温9～12小时(长时间保温，实现锻后组织的均匀化)；随后，炉冷(冷却速度40～60℃/小时)至700～790℃保温20～30小时(长时间保温，促使奥氏体转变为铁素体+二次碳化物，细化组织)；最后以20～40℃/小时的冷却速度冷却至350℃出炉(消除热应力)；
第三，模块调质处理阶段，采用特殊的热处理工艺，对模块进行调质处理(淬火+回火)工艺，生产出质量优的大模块成品(调质处理后硬度波动小于4HRC，硬度范围30～40HRC)：
(1)模块淬火工艺(图1)：630～700℃、850～900℃两次保温(是为了模块内外均温，减少热应力，并且减少高温段的均热、保温时间提供必要条件)；随后以70～100℃/小时速度升温至1010～1050℃(模块在880℃完成奥氏体化，因此后续的加热速度可以适当提高；选择1010～1050℃作为淬火温度，是出于尽可能多的溶解碳化物和避免淬后残余奥氏体过多的综合考虑)，1010～1050℃保温时间按常规的经验公式t(h)＝0.015h/mm*模块厚度(mm)+6.5h计算；
淬火剂是F-2000(淬火剂的选择直接影响模块的成品质量，根据4Cr16Mo的连续冷却转变曲线，在650℃以上过冷奥氏体相对稳定，应慢冷以减少热应力，在400-650℃的中温区应快冷以保证奥氏体不分解，鉴于上述理由，选择F-2000淬火剂)；淬火时间(通过淬火时间控制模块的出油温度)以经验公式t(分钟)＝0.5*模块厚度(mm)-24计算；模块出油温度(出油温度的确定是基于确保淬透和保留适当残余奥氏体避免组织应力形成裂纹的双重考虑)控制在出油4.5～5.5分钟模块表面温度160～200℃；
(2)参照4Cr16Mo的回火温度-硬度曲线(图4)制订的模块回火工艺(图2)是：模块淬火后立即进炉回火；回火加热时，在140～160℃保温3～6小时(目的在于：1、此时马氏体中只有少量的碳化物析出，由于点阵的正方度因碳化物的析出而减小，消除了部分的内应力；2、待料，便于后续淬火模块进炉，有利于连续化生产)；随后，升温至确定的550～600℃温度范围内(根据用户硬度要求，回火温度在550-600℃范围内确定合适的温度，波动不得大于±10℃)保温后空冷；回火组织为隐针马氏体+粒状碳化物。
和现有技术相比，本发明具有下列优点：
1、成分设计合理，能够满足塑料模具耐腐蚀、耐磨性兼备的高要求；
2、生产工艺合理，可操作性强；
3、耐腐蚀、耐磨损性能好；
4、模块产品质量稳定，合格率高，满足要求耐腐蚀、耐磨损的镜面大模块的高标准使用要求；
5、马氏体不锈钢耐腐蚀大模块4Cr16Mo的热处理工艺科学合理，是国内高合金马氏体大模块调质处理零的突破。
附图说明
图1是4Cr16Mo模块热处理调质处理的淬火工艺图
图2是4Cr16Mo模块热处理调质处理的回火工艺图
图3是4Cr16Mo连续冷却转变曲线图
图4是4Cr16Mo回火温度-硬度曲线图
具体实施方案
某钢铁公司实施本发明专利，冶炼4炉次新型耐腐蚀、耐磨损塑料模具钢4Cr16Mo钢(化学成分：0.35～0.41％C，0.50～0.80％Mn，0.50～0.80％Si，S≤0.015％，P≤0.025％，15～16％Cr，0.10～0.60％Ni，1.00～1.30％Mo；其余为Fe。测定的4Cr16Mo连续冷却转变曲线是：Ac3＝960℃，Ac1＝800℃，Ms＝190℃。)；其大模块的生产制备方法，在于采用冶炼、锻造和成品调质处理的三个阶段，生产制造出耐腐蚀、耐磨损4Cr16Mo塑料模具钢(调质处理后硬度波动小于4HRC，硬度范围30～40HRC)的镜面大模块(厚度：200～500mm；宽度：800～1200mm；长度＞2500mm)成品：
第一，冶炼阶段，采用炉外真空处理加电渣重熔的双精炼工艺，及必要的模铸钢锭、电渣锭去应力退火，冶炼出成分均匀、稳定的4Cr16Mo电渣锭：(1)电炉(EF)初炼，熔炼成分基本到位的4Cr16Mo钢，操作要点：按常规的不锈返回吹氧法熔炼钢液；含Cr合金是低P的Cr不锈钢返回料；EF炉出钢时成分到位；(2)炉外真空处理(LFV炉精炼)，对高温钢液进行成分微调和脱气处理；钢液模铸，操作要点：真空前适当插Al；全程底吹氩搅拌，去除钢液中的的有害夹杂物；真空度66.7Pa进行脱气处理，真空脱气时间15～20分钟；钢液模铸的浇铸过热度40～70℃；钢锭脱模温度控制在600～700℃；钢锭热装退火；(3)模铸钢锭去应力退火：退火炉起始温度600～700℃；表面温度550～700℃的钢锭，以30～80℃/小时的加热速度缓慢升温至720～750℃，加热保温时间4小时；再在720～750℃保温20小时；随后以30～50℃/小时的降温速度炉冷至400℃出炉；(4)电渣重熔炉精炼，将模铸钢锭熔炼为成分均匀的电渣锭，提高产品的耐腐蚀、耐磨损性能，操作要点：结晶器：Φ900/980mm；渣系：CaF2∶Al2O3＝70∶30，渣量350～450kg/锭，液渣起弧；电渣锭重量是12.0～12.5吨；电渣重熔至1/2支时，关小底水箱冷却水，溶池保持相对平稳；脱模温度650～750℃；脱模后热送退火；(5)电渣锭热装不完全退火工艺：电渣锭脱模后热送退火，退火炉温度控制600℃，保温时间5小时；再以50℃/小时的速度升温加热到850～870℃不完全退火保温14小时；再以50℃/小时的冷却速度冷却至720～750℃保温25小时；随后以50℃/小时的冷却速度冷却至350℃出炉。
第二，锻造阶段，采用热加工锻造工艺及必要的模块去应力退火，将电渣锭锻造成成品尺寸(厚度：200～500mm；宽度：800～1200mm；长度＞2500mm)的大模块：(1)电渣锭锻前加热工艺是：电渣锭进炉后以350～400℃的温度保温5小时；以30～60℃/小时的速度缓慢加热至840～870℃)，保温5小时；再以100～120℃/小时的速度快速升温至1170～1190℃，保温3小时；出炉锻造；(2)热加工锻造：按常规热加工锻造方法，将电渣锭锻造成成品尺寸的大模块；热加工锻造过程中，锻件若需要回炉加热，回炉加热时间控制在2～3小时；(3)模块成品退火，采用锻后直接热装退火工艺：退火炉在550～650℃的温度范围内保温待料；待锻后模块进炉完毕后，以50～80℃/小时的速度升温至850～890℃，保温10小时；炉冷至720～750℃，保温25小时；随后以20～40℃/小时的冷却速度冷却至350℃出炉。
第三，模块调质处理阶段，采用特殊的热处理工艺，对模块进行调质处理(淬火+回火)工艺，生产出质量优的大模块成品(调质处理后硬度波动小于4HRC，硬度范围30～40HRC)：(1)图1模块淬火工艺：(630～670℃)、(860～880℃)两次保温；最后以70～100℃/小时速度升温至1020～1040℃，保温时间按经验公式t(h)＝0.015h/mm*模块厚度(mm)+6.5h计算；选择F-2000作为淬火剂；淬火时间以经验公式t(分钟)＝0.5*模块厚度(mm)-24计算；模块出油温度控制在出油5分钟，模块表面温度180℃；(2)参照图4的4Cr16Mo的回火温度-硬度曲线制订的模块回火工艺图2：模块淬火后立即进炉回火；回火加热时，在150℃保温3～6小时；随后，升温至580～590℃温度保温后空冷，590℃温度根据用户硬度要求确定；回火组织为隐针马氏体+粒状碳化物。
上述方法制备生产的耐腐蚀、耐磨损4Cr16Mo塑料模具钢(调质处理后硬度波动小于4HRC，硬度范围30～40HRC)的镜面大模块，大模块成品规格200～500mm厚、800～1200mm宽、2500～3000mm长，模块质量稳定(见表1、表2)，达到用户使用标准(超声波探伤，最低满足∮4.0平底孔、夹杂物A≤2.0，B≤2.0，C细≤2.0，C粗≤1.5，D≤2.0)，满足模具镜面抛光要求。用户反映：该耐腐蚀4Cr16Mo镜面大模块优于国内同类产品，产品质量可于国际知名品牌相媲美。经济效益和社会效益显著。
                            实物硬度                              表1
  炉号               1#                2#
  规格mm     153*800     283*800     203*800     253*800
  HRC     32、35     33、37     31、34     34、32
                                   实物夹杂物评级                                      表2
   炉号     A细     A粗     B细     B粗   C细   C粗     D细   D粗
1#     0.5     0.5     1.5     0.5   0   0     0.5   0
    0.5     0.5     1.0     0.5   0   0     0.5   0
2#     0.5     0.5     1.5     0.5   0   0     0.5   0
    0.5     0.5     1.0     0.5   0   0     0.5   0

Claims (3)

1、新型耐腐蚀、耐磨损塑料模具钢4Cr16Mo，其特征在于钢的化学元素成分(重量％)是：0.33～0.43％C，0.30～1.00％Mn，0.30～1.00％Si，S≤0.045％，P≤0.045％，14～18％Cr，0.10～1.00％Ni，0.80～1.50％Mo；其余为Fe。
2、根据权利要求1所述的新型耐腐蚀、耐磨损塑料模具钢4Cr16Mo，其特征在于钢的最佳化学元素成分(重量％)是：0.35～0.41％C，0.50～0.80％Mn，0.50～0.80％Si，S≤0.015％，P≤0.025％，15～16％Cr，0.10～0.60％Ni，1.00～1.30％Mo；其余为Fe。
3、4Cr16Mo钢镜面大模块的制备生产方法，其特征是采用冶炼、锻造和模块调质处理的三个阶段，生产制造出耐腐蚀、耐磨损4Cr16Mo塑料模具钢的镜面大模块成品；大模块成品调质处理后硬度波动小于4HRC，硬度范围30～40HRC；大模块成品规格是厚度200～500mm、宽度800～1200mm、长度＞2500mm；
第一，冶炼阶段，采用炉外真空处理加电渣重熔的双精炼工艺，及必要的模铸钢锭、电渣锭去应力退火，冶炼出成分均匀、稳定的4Cr16Mo电渣锭；具体生产方法是电炉初炼—→炉外真空处理精炼钢液，钢液模铸—→模铸钢锭去应力退火—→电渣重熔—→电渣锭去应力退火：
(1)EF电炉初炼，熔炼成分基本到位的4Cr16Mo钢，操作要点：
按常规的不锈返回吹氧法熔炼钢液；
含Cr合金是低P的Cr不锈钢返回料；
EF炉出钢时成分到位；
(2)炉外真空处理，采用LFV炉或LF+VD炉精炼，对高温钢液进行成分微调和脱气处理；钢液模铸，操作要点：
真空前适当插Al；
全程底吹氩搅拌，去除钢液中的的有害夹杂物；
真空度≤140Pa进行脱气处理，真空脱气时间15～20分钟，使钢液中的O含量≤25ppm、H含量≤2ppm；
钢液模铸：浇铸过热度40～70℃，也就是说出钢温度控制在1530～1540℃；
钢锭脱模温度控制在600～700℃；钢锭热装退火；
(3)模铸钢锭退火：采用热装退火，退火炉起始温度600～700℃；表面温度550～700℃的钢锭，以30～80℃/小时的加热速度缓慢升温至700～790℃，加热保温时间3.5～4.5小时；再在700～790℃保温18～22小时；随后以10～50℃/小时的降温速度炉冷至400℃出炉；
(4)电渣重熔炉精炼，将模铸钢锭熔炼为成分均匀的电渣锭，操作要点：
结晶器：Φ900/980mm；
渣系：CaF2∶Al2O3＝(65～75)∶(25～35)，渣量350～450kg/锭，液渣起弧；电渣锭重量12.0～12.5吨；
电渣重熔至0.45～0.55支时，关小底水箱冷却水，溶池保持相对平稳；
脱模温度650～750℃；
脱模后热送退火；
(5)电渣锭退火：采用热装不完全退火工艺，电渣锭脱模后热送退火，脱模温度650～750℃，退火炉温度550～650℃，保温时间4.5～5.5小时；再以40～60℃/小时的速度升温加热到840～900℃不完全退火，保温12～16小时；再以30～60℃/小时的冷却速度冷却至700～790℃保温23～28小时；随后以30～60℃/小时的冷却速度冷却至350℃出炉；
第二，锻造阶段，采用热加工锻造工艺及必要的模块去应力退火，将电渣锭锻造成成品尺寸的大模块，大模块规格是厚度200～500mm、宽度800～1200mm、长度＞2500mm；具体生产方法是模块热加工锻造—→模块成品退火：
(1)电渣锭锻前加热工艺是：电渣锭进炉后以350～400℃的温度保温4.5～5.5小时；再以40～60℃/小时的速度缓慢加热至830～880℃后，保温4.5～5.5小时；然后以100～120℃/小时的加热速度，快速升温至1150～1200℃保温2.5～3.5小时，出炉热加工锻造；
(2)热加工锻造：按常规热加工锻造方法，将电渣锭锻造成成品尺寸的大模块；锻造过程中，锻件若需要回炉加热，回炉加热时间控制在2～3小时；
(3)模块成品退火，采用锻后直接热装退火工艺：退火炉在550～650℃的温度范围内保温待料；待锻后模块进炉完毕后，以50～80℃/小时的速度升温至850～890℃保温9～12小时；随后，炉冷至700～790℃保温20～30小时；最后以20～40℃/小时的冷却速度冷却至350℃出炉；
第三，模块调质处理阶段，采用特殊的热处理工艺，对模块进行淬火+回火的调质处理工艺，生产出质量优的大模块成品；调质处理后的大模块成品硬度波动小于4HRC、硬度范围30～40HRC：
(1)模块淬火工艺：630～700℃、850～900℃两次保温；随后以70～100℃/小时速度升温至1010～1050℃的淬火温度，1010～1050℃保温时间按常规的经验公式t(h)＝0.015h/mm*模块厚度(mm)+6.5h计算；
淬火剂是F-2000；淬火时间以经验公式t(分钟)＝0.5*模块厚度(mm)-24计算；模块出油温度控制在出油4.5～5.5分钟模块表面温度160～200℃；
(2)模块回火工艺是：模块淬火后立即进炉回火；回火加热时，在140～160℃保温3～6小时；随后，升温至确定的550～600℃温度范围内，保温后，空冷；回火组织为隐针马氏体+粒状碳化物。
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