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CN108070792A - 一种200-350mm厚高探伤要求中碳合金模具钢板及其制造方法 - Google Patents

一种200-350mm厚高探伤要求中碳合金模具钢板及其制造方法 Download PDF

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黄军
李经涛
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吴扬
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Abstract

本发明涉及一种200‑350mm厚高探伤要求中碳合金模具钢板，钢板化学成分(wt％)为C：0.35～0.45，Si≤0.50，Mn：0.80～2.50，Cr：1.50～3.00，Mo：0.10～0.50，Nb：0.05～0.20，P≤0.020，S≤0.010，其余为Fe和不可避免的杂质，保证碳当量在0.90～1.20之间，钢板的探伤级别满足＜ф3.0mm缺陷当量，夹杂物A+B+C+D+Ds总级别为2.0‑2.5。工艺流程为炼钢→连铸→基坯复合→复合坯加热→复合坯轧制→钢板缓冷→钢板热处理→精整→检验→入库。中碳合金模具钢在满足大厚度的前提下，又具有极低的表面和心部硬度差。整个钢板的心部探伤级别＜ф3.0mm缺陷当量。

Description

一种200-350mm厚高探伤要求中碳合金模具钢板及其制造 方法
技术领域
本发明属于特种钢板冶金制造领域，具体涉及一种大厚度的模具钢板的制造方法。
背景技术
近些年，高质量要求的塑料模具钢板需求量较大，尤其是应用于汽车、白色家电等行业的大规格塑料模具钢板，但是目前大规格的塑料模具钢板基本采用钢锭成材，材质均匀性差且内部致密度不高，特别是钢锭近帽口处成材的钢板往往探伤质量较差，偏析严重。对于厚度＜200mm的钢板，国内钢企成材方式较多，如ф1000mm大圆坯、大厚度连铸板坯等，质量明显提升，特别是厚度≤150mm的塑料模具钢板，基本满足了GB/T2970I级探伤要求。而对于厚度≥200mm的塑料模具钢，除采用钢锭成材以外，鞍钢和济钢等企业开发复合坯成材工艺，并取得一定的研究成果。
公布号为CN102896466A的发明专利涉及“一种150～400mm厚塑料模具用钢板的生产方法”，提供了一种采用300mm断面钢坯作为基坯两坯复合，通过真空电子束焊接工艺或全真空电子束焊接形成大厚度坯料，然后轧制成材的方法。以300mm厚连铸板坯两坯复合轧制150～400mm厚钢板，压缩比小，钢板内部质量不能满足行业高端模具发展需要。
公布号为CN105312843A的发明专利涉及“一种高碳特厚模具复合坯的制备方法”，提供了一种高碳钢复合方法，未提及后续的加工以及热处理工艺。
基于以上现有技术，申请人提出一种厚度为200-350mm的高探伤要求中碳合金模具钢板及其制造方法，采用370mm或450mm断面连铸坯作为基坯，根据成品厚度选择两坯或者三坯复合，最终复合坯厚度为710-1080mm，通过真空电子束焊接、复合坯加热、轧制和预硬化处理工序，生产厚度为＞200-350mm的中碳合金模具钢板，钢板探伤缺陷＜ф3.0mm当量要求。
我国高质量的模具钢板长期依赖于进口，造成国内企业的模具原料成本居高不下。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种高探伤要求中碳合金模具钢板及其制造方法，旨在保证钢板板型、力学性能的前提下，获得最大厚度200-350mm的高探伤要求塑料模具钢板。克服现有模铸钢锭成材厚板批次性能差异大、有害元素多、生产成本高的问题。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种200-350mm厚高探伤要求中碳合金模具钢板，该钢板的化学成分按重量百分比％计为C：0.35～0.45，Si≤0.50，Mn：0.80～2.50，Cr：1.50～3.00，Mo：0.10～0.50，Nb：0.05～0.20，P≤0.020，S≤0.010，其余为Fe和不可避免的杂质，保证碳当量在0.90～1.20之间，钢板的探伤级别满足＜ф3.0mm缺陷当量，夹杂物A+B+C+D+Ds总级别为2.0-2.5。
上述钢板的生产工艺流程为炼钢→连铸→基坯复合→复合坯加热→复合坯轧制→钢板缓冷→钢板热处理→精整→检验→入库。
主要工序的具体操作如下，
(1)炼钢，精准控制钢中合金元素，保证碳当量在0.90-1.20之间，精确控制成分一方面因钢板性能需要，另一方面因后续连铸坯复合需要；强化LF炉精炼环节，充分脱氧脱硫；发挥RH炉真空脱气处理的作用，降低钢中H、N含量；优化吹氩以及钙处理操作，促进夹杂物变性上浮；
(2)连铸，以直弧连铸机连铸370～450mm厚板坯，利用中间包感应加热技术实现低过热度、恒拉速操作，并全程氩气保护浇铸；采用动态轻压下控制铸坯凝固末端压下量≥8mm，减轻坯料疏松以及偏析，提升内部质量，铸坯下线加罩堆缓冷，缓冷时间≥72小时；
(3)复合，选用优质连铸板坯进行复合，坯料质量必须满足：中心偏析C类0.5级；中心疏松0.5级；无其他三角区裂纹等缺陷，根据最终钢板厚度选择两坯或三坯复合，保证钢板轧制压缩比≥3.0，连铸坯必须带温复合，复合坯最终厚度为710～1080mm；
(4)加热，复合坯进均热炉加热，采用分段加热方式：600℃以下装钢，闷钢1-4小时；低温段以≤100℃/h速度升温至830±10℃，保温2-4小时；中温段以≤150℃/h速度升温至1000±10℃，保温1-3h；高温段不限制升温速度，升温至1240-1270℃，保温5-7小时；
(5)轧制，采用全纵向低速大压下轧制工艺，设计开轧温度1000～1100℃，采用粗轧机单机架低速大压下工艺轧制，前六道次单道次压下量控制在50-100mm，终轧温度≥900℃；
(6)热处理，优选台车炉对钢板进行正火(快速冷却)+回火热处理，台车炉采用高炉煤气加热，可降低热处理成本；台车炉空间较连续热处理炉小，内部温度易于调控，便于满足小批量不同温度要求钢板的热处理。设定正火温度850～900℃，保温时间2～4min/mm，正火钢板入淬火池加速冷却至650±50℃后出水空冷至室温；回火温度550～650℃，保温时间3.5～4.5min/mm，得到中碳合金模具钢板。正火后加速冷却的主要目的是提高厚板芯部的冷却速度，减小钢板全厚度的硬度差异，回火的目的是根据不同用户需求将钢板硬度调节到合理的范围以内。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明涉及一种高探伤要求中碳合金模具钢板，采用连铸板坯复合轧制成材，钢板最大厚度达到350mm，热处理后钢板板型及综合性能良好，探伤缺陷＜ф3.0mm缺陷当量。
本发明炼钢严格控制合金成分含量，确保碳当量控制在0.9-1.2之间。
本发明连铸过程中利用中间包感应加热技术，实现低过热度恒拉速浇铸，并全程氩气保护浇铸，实现连铸坯低倍质量满足：中心偏析C类0.5级；中心疏松0.5级；无其他三角区裂纹等缺陷。
本发明采用复合坯根据合同钢板厚度选择370mm或450mm连铸坯实现两坯或者三坯复合，复合坯料厚度710-1080mm。
本发明采用全纵向低速大压下轧制工艺，而没有不采用控轧工艺，保证每道次压下率，有助于复合界面以及铸坯芯部疏松的焊合，保证成材钢板的高探伤要求。
与现有技术相比，本发明的优点在于：所涉及工艺获得的高探伤要求中碳合金模具钢板，质量优于模铸钢锭成材的同规格厚板，且成材率高，较模铸钢锭成材率提高15％以上，大幅度降低了生产成本，提高了性价比。
本发明生产的厚度为200-350mm的高探伤要求塑料模具钢板，生产效率高，生产周期短。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本实施例涉及的适于高探伤要求中碳合金模具钢板的厚度为350mm，其化学成分按质量百分比计为：C：0.40％，Si：0.30％，Mn：1.60％，P：0.005％，S：0.002％，Cr：2.0％，Mo：0.28％，Nb：0.08％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
该350mm厚的适于高探伤要求中碳合金模具钢板的制造工艺为，按上述钢板成品的化学成分配置冶炼原料并依次进行KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气以获得纯净度较高的钢水，钢水经直弧连铸机连铸出厚度为370mm的连铸板坯，连铸过程中保证低过热度、恒拉速操作，并且采用轻压下技术，连铸坯低倍组织达到：中心偏析C类0.5级，中心疏松0.5级，无其他缺陷，连铸坯下线后加罩缓冷72小时；出罩后连铸坯带温三坯复合，复合坯厚度1080mm；将复合坯入均热炉焖钢2小时后，低温段以70℃/h速度升温至830℃，保温4小时；中温段以90℃/h速度升温至1000℃，保温2小时；高温段不限制升温速度，升温至1260℃，保温6小时；出炉后经20MPa高压水除鳞，然后进行大压下轧制，开轧温度控制在1080℃，前六道次压下量分别为55mm、57mm、58mm、60mm、60mm、60mm，终轧温度为920℃；钢板冷却至室温后经台车炉热处理，正火加热温度880±10℃，保温时间3.0min/mm，钢板出炉后吊至淬火池快速冷却至680℃，后空冷至室温；回火温度560℃，保温时间3.8min/mm，回火后空冷至室温即获得350mm厚钢板成品。
经由上述制造工艺制得的350mm厚的钢板外观板型良好，性能均匀，有害元素少，夹杂物水平低，探伤缺陷＜ф3.0mm缺陷当量，其主要性能详见表1。
实施例2
本实施例涉及的适于高探伤要求中碳合金模具钢板的厚度为200mm，其化学成分按质量百分比计为：C：0.40％，Si：0.25％，Mn：1.58％，P：0.005％，S：0.003％，Cr：1.9％，Mo：0.25％，Nb：0.09％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
该200mm厚的适于高探伤要求中碳合金模具钢板的制造工艺为，按上述钢板成品的化学成分配置冶炼原料并依次进行KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气以获得纯净度较高的钢水，钢水经直弧连铸机连铸出厚度为450mm的连铸板坯，连铸过程中保证低过热度、恒拉速操作，并且采用轻压下技术，连铸坯低倍达到：中心偏析C类0.5级，中心疏松0.5级，无其他缺陷，连铸坯下线后加罩缓冷72小时；出罩后连铸坯带温两坯复合，复合坯厚度870mm；将复合坯入均热炉焖钢2小时后，低温段以60℃/h速度升温至830℃，保温3小时；中温段以80℃/h速度升温至1000℃，保温1.5小时；高温段不限制升温速度，升温至1260℃，保温5小时；出炉后经20MPa高压水除鳞，然后进行大压下轧制，开轧温度控制在1080℃，前六道次压下量分别为55mm、55mm、55mm、60mm、60mm、60mm，终轧温度为940℃；钢板冷却至室温后经台车炉热处理，正火加热温度880±10℃，保温时间3.0min/mm，钢板出炉后吊至淬火池快速冷却至650℃，后空冷至室温；回火温度580℃，保温时间4.0min/mm，回火后空冷至室温即获得200mm厚钢板成品。
经由上述制造工艺制得的200mm厚的钢板外观板型良好，性能均匀，有害元素少，夹杂物水平低，探伤缺陷＜ф3.0mm缺陷当量，其主要性能详见表1。
实施例3
本实施例涉及的适于高探伤要求中碳合金模具钢板的厚度为300mm，其化学成分按质量百分比计为：C：0.41％，Si：0.28％，Mn：1.62％，P：0.005％，S：0.002％，Cr：1.90％，Mo：0.28％，Nb：0.12％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
该300mm厚的适于高探伤要求中碳合金模具钢板的制造工艺为，按上述钢板成品的化学成分配置冶炼原料并依次进行KR铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气以获得纯净度较高的钢水，钢水经直弧连铸机连铸出厚度为370mm的连铸板坯，连铸过程中保证低过热度、恒拉速操作，并且采用轻压下技术，连铸坯低倍达到：中心偏析C类0.5级，中心疏松0.5级，无其他缺陷，连铸坯下线后加罩缓冷80小时；出罩后连铸坯带温三坯复合，复合坯厚度1080mm；将复合坯入均热炉焖钢3小时后，低温段以60℃/h速度升温至830℃，保温4小时；中温段以80℃/h速度升温至1000℃，保温3小时；高温段不限制升温速度，升温至1260℃，保温7小时；出炉后经20MPa高压水除鳞，然后进行大压下轧制，开轧温度控制在1090℃，前六道次压下量分别为58mm、60mm、60mm、62mm、62mm、60mm，终轧温度为930℃；钢板冷却至室温后经台车炉热处理，正火加热温度880±10℃，保温时间3.2min/mm，钢板出炉后吊至淬火池快速冷却至660℃，后空冷至室温；回火温度550℃，保温时间3.8min/mm，回火后空冷至室温即获得300mm厚钢板成品。
经由上述制造工艺制得的300mm厚的钢板外观板型良好，性能均匀，有害元素少，夹杂物水平低，探伤缺陷＜ф3.0mm缺陷当量，其主要性能详见表1。
表1各实施例所生产钢板的硬度及探伤情况
夹杂物种类少，级别低。从表1中的检测数据可以看出，采用本申请生产的中碳合金模具钢在满足大厚度的前提下，又具有极低的表面和心部硬度差。整个钢板的心部探伤级别＜ф3.0mm缺陷当量。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种200-350mm厚高探伤要求中碳合金模具钢板，其特征在于：该钢板的化学成分按重量百分比％计为C：0.35～0.45，Si≤0.50，Mn：0.80～2.50，Cr：1.50～3.00，Mo：0.10～0.50，Nb：0.05～0.20，P≤0.020，S≤0.010，其余为Fe和不可避免的杂质，保证碳当量在0.90～1.20之间，钢板的探伤级别满足＜ф3.0mm缺陷当量，夹杂物A+B+C+D+Ds总级别为2.0-2.5。
2.一种200-350mm厚高探伤要求中碳合金模具钢板的制造方法，其特征在于：工艺流程为炼钢→连铸→基坯复合→复合坯加热→复合坯轧制→钢板缓冷→钢板热处理→精整→检验→入库。
3.根据权利要求2所述的200-350mm厚高探伤要求中碳合金模具钢板的制造方法，其特征在于：连铸坯基坯复合采用的连铸坯中心偏析C类0.5级；中心疏松0.5级；无其他三角区裂纹等缺陷，连铸坯必须带温复合，复合坯的厚度须保证钢板轧制压缩比≥3.0。
4.根据权利要求2所述的200-350mm厚高探伤要求中碳合金模具钢板的制造方法，其特征在于：钢板热处理采用的是正火(快速冷却)+回火热处理。
5.根据权利要求2所述的200-350mm厚高探伤要求中碳合金模具钢板的制造方法，其特征在于：主要工序的具体操作如下，
(1)炼钢，精准控制钢中合金元素，保证碳当量在0.90-1.20之间，精确控制成分一方面因钢板性能需要，另一方面因后续连铸坯复合需要；强化LF炉精炼环节，充分脱氧脱硫；发挥RH炉真空脱气处理的作用，降低钢中H、N含量；优化吹氩以及钙处理操作，促进夹杂物变性上浮；
(2)连铸，以直弧连铸机连铸370～450mm厚板坯，利用中间包感应加热技术实现低过热度、恒拉速操作，并全程氩气保护浇铸；采用动态轻压下控制铸坯凝固末端压下量≥8mm，减轻坯料疏松以及偏析，提升内部质量，铸坯下线加罩堆缓冷，缓冷时间≥72小时；
(3)复合，选用优质连铸板坯进行复合，坯料质量必须满足：中心偏析C类0.5级；中心疏松0.5级；无其他三角区裂纹，根据最终钢板厚度选择两坯或三坯复合，保证钢板轧制压缩比≥3.0，连铸坯必须带温复合，复合坯最终厚度为710～1080mm；
(4)加热，复合坯进均热炉加热，采用分段加热方式：600℃以下装钢，闷钢1-4小时；低温段以≤100℃/h速度升温至830±10℃，保温2-4小时；中温段以≤150℃/h速度升温至1000±10℃，保温1-3h；高温段不限制升温速度，升温至1240-1270℃，保温5-7小时；
(5)轧制，采用全纵向低速大压下轧制工艺，设计开轧温度1000～1100℃，采用粗轧机单机架低速大压下工艺轧制，前六道次单道次压下量控制在50-100mm，终轧温度≥900℃；
(6)热处理，优选台车炉对钢板进行正火(快速冷却)+回火热处理，台车炉采用高炉煤气加热，可降低热处理成本；正火温度850～900℃，保温时间2～4min/mm，正火钢板入淬火池加速冷却至650±50℃后，出水空冷至室温；回火温度550～650℃，保温时间3.5～4.5min/mm，得到中碳合金模具钢板。
6.根据权利要求2或5所述的200-350mm厚高探伤要求中碳合金模具钢板的制造方法，其特征在于：炼钢的化学成分按重量百分比％计为C：0.35～0.45，Si≤0.50，Mn：0.80～2.50，Cr：1.50～3.00，Mo：0.10～0.50，Nb：0.05～0.20，P≤0.020，S≤0.010，其余为Fe和不可避免的杂质，保证碳当量在0.90～1.20之间。
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