CN104550238B - 一种冷作模具钢的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冷作模具钢的生产方法，该方法包括以下步骤：(1)将电炉钢锭进行带模带帽红送，然后依次进行脱帽脱模、装炉和加热；(2)将经加热后得到的钢锭进行初轧开坯，其中，所述初轧开坯过程为多孔多道次可逆轧制。采用本发明的生产冷作模具钢的方法，即能够简化生产工艺、降低生产成本，又能够提高冷作模具钢的理化性能和产品成坯率。

Description

一种冷作模具钢的生产方法
技术领域
本发明涉及一种冷作模具钢的生产方法。
背景技术
由于Cr12型冷作模具钢中碳和铬的含量都很高，且还含有少量的钼和钒，因此，在生产开坯时，其变形抗力较大以及变形温度范围较窄。以上的原料特性使其开坯的方法受到了一定的限制，目前，国内常用的冷作模具钢的开坯方法多为将经退火后的钢锭送锻造厂进行锻造开坯，该方法一般要经过多火锻造才能够完成，然而，多火的锻造方式常会造成钢锭温度不均，从而造成钢锭表面裂纹的产生，成坯率降低，因此可以看出，采用锻造方法生产冷作模具钢具有工艺复杂、生产成本高和成坯率低等缺陷。
此外，为使冷作模具钢进一步具有更好的力学性能，例如较高的韧性和较好的耐磨性，目前国内常采用退火的处理方式对经锻造方法获得的冷作模具钢进行热处理，应当理解的是，退火的热处理工艺具有生产工艺复杂和生产成本高等缺陷。
因此，目前急需开发一种工艺简单、生产成本低、理化性能好以及成坯率高的冷作模具钢的生产方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中生产冷作模具钢的方法工艺复杂、生产成本高和成坯率低的问题，提供一种工艺简单、生产成本低、理化性能好以及成坯率高的冷作模具钢的生产方法。
本发明提供一种冷作模具钢的生产方法，该方法包括以下步骤：
(1)将电炉钢锭进行带模带帽红送，然后依次进行脱帽脱模、装炉和加热；
(2)将经加热后得到的钢锭进行初轧开坯，其中，所述初轧开坯过程为多孔多道次可逆轧制。
本发明的生产方法与现有技术相比的优势在于：
(1)省去了一步或两步退火工艺，且采用了相对较快的初轧开坯方式代替传统的多火次锻造的方式，从而大大简化了生产工艺，且降低了生产成本；
(2)由于采取带模带帽红送钢锭，与传统的冷锭加热相比，可以减少预热时间，且提高升温速度，可以大大缩短加热时间，达到节能降耗的目的。
(3)在整个工艺过程中，通过采用特定的加热程序，可以使钢锭在初轧开坯过程之前具有较为均匀的温度，从而在保证得到的冷作模具钢具有极好的理化性能的前提下，大大提高产品的成坯率。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
根据本发明，提供一种冷作模具钢的生产方法，该方法包括以下步骤：
(1)将电炉钢锭进行带模带帽红送，然后依次进行脱帽脱模、装炉和加热；
(2)将经加热后得到的钢锭进行初轧开坯，其中，所述初轧开坯过程为多孔多道次可逆轧制。
在本发明中，所述电炉钢锭的制备方法可以采用本领域常规的方法。例如，所述电炉钢锭的制备方法可以包括：将废钢、合金等原辅材料在电炉中进行初炼以获得钢水，将所述钢水出钢到钢包中，在出钢过程中对钢水进行预脱氧合金化和增碳，接着在LF精炼炉中进行合金微调和调温，然后真空精炼，将得到的钢水浇铸成型。
在本发明中，所述电炉钢锭中，碳的含量可以为1.47-1.70重量％，铬的含量可以为11.00-12.50重量％。所述电炉钢锭中碳的含量和铬的含量可以通过在所述预脱氧合金化和增碳步骤中控制增碳剂以及合金的加入量来进行调节。
在本发明中，所述电炉并没有特别的限定，可以为本领域常规使用的电炉，例如可以为EBT电炉或EF电炉。
上述电炉钢锭浇铸成型后，优选进行动模，以使所述电炉钢锭具有较为均匀的温度，进一步优选地，所述动模时间为80-90min。所述动模时间是指钢锭浇注完毕开始到可以移动钢锭锭模的时间。
在步骤(1)中，对所述电炉钢锭进行带模带帽红送的时间并没有特别的限定，为进一步确保加热过程前电炉钢锭具有较高和较为均匀的表面温度，以减少预热时间，且提高升温速度，可以大大缩短加热时间，达到节能降耗的目的，优选所述电炉钢锭进行带模带帽红送的时间为小于等于150min。
在步骤(1)中，对所述脱帽脱模过程和所述装炉过程的总时间并没有特别的限定，为进一步确保加热过程前电炉钢锭具有较高和较为均匀的表面温度，优选所述脱帽脱模过程和所述装炉过程的总时间为35-50min，更优选为40-45min。
所述带模带帽红送是指在不脱模、不脱帽的情况下，使凝固后的电炉钢锭未完全冷却直接输送至初轧厂的工序。所述脱帽是指将钢锭的保温帽摘下的工序，所述脱模是指将钢锭从钢锭模中拔出的工序，所述装炉是指将钢锭装入均热炉内的工序。所述帽是指对钢锭进行绝热保温，保证锭身组织致密不出现缩孔和疏松的装置。
根据本发明，在步骤(1)中，通过采用特定的加热方式，可以使钢锭在初轧开坯过程之前具有较为均匀的表面温度，从而更好地防止初轧开坯过程冷作模具钢坯表面裂纹的产生，进而显著地提高了产品的成坯率，具体地，可以根据加热过程前钢锭表面温度的不同确定加热方式。
根据本发明的一种实施方式，在步骤(1)中，在实施装炉之后且在实施加热之前，当钢锭的表面温度为小于400℃时，所述加热过程可以依次包括保温一段、加热一段、加热二段、保温二段、加热三段、保温三段、加热四段和保温四段；优选情况下，所述保温一段的保温温度为小于等于300℃，保温时间为40-60min；所述加热一段的加热速度为30-40℃/h，所述钢锭加热至500-540℃；所述加热二段的加热速度为50-60℃/h；所述保温二段的保温温度为800℃，保温时间为30-60min；所述加热三段的加热速度为大于等于300℃/h；所述保温三段的保温温度为1180±10℃，保温时间为90-110min；所述加热四段的加热速度为大于等于300℃/h；所述保温四段的保温温度为1210±10℃，保温时间为120-180min。
根据本发明的一种实施方式，在步骤(1)中，在实施装炉之后且在实施加热之前，钢锭的表面温度为400-600℃，所述加热过程可以依次包括保温一段、加热一段、保温二段、加热二段和保温三段；优选情况下，所述保温一段的保温温度为800℃±10℃，保温时间为40-60min；所述加热一段的加热速度为140-150℃/h；所述保温二段的保温温度为1180±10℃，保温时间为100-120min；所述加热二段的加热速度为大于等于300℃/h；所述保温三段的保温温度为1210±10℃，保温时间为120-180min。
根据本发明的一种实施方式，在步骤(1)中，在实施装炉之后且在实施加热之前，钢锭的表面温度为大于600℃且小于等于700℃，所述加热过程可以依次包括保温一段、加热一段、保温二段、加热二段和保温三段；优选情况下，所述保温一段的保温温度为900℃±10℃，保温时间为20-30min；所述加热一段的加热速度为小于等于160-180℃/h；所述保温二段的保温温度为1180±10℃，保温时间为100-120min；所述加热二段的加热速度为大于等于300℃/h；所述保温三段的保温温度为1210±10℃，保温时间为120-180min。
根据本发明的一种实施方式，在步骤(1)中，在实施装炉之后且在实施加热之前，钢锭的表面温度为大于700℃且小于等于800℃，所述加热过程可以依次包括保温一段、加热一段、保温二段、加热二段和保温三段；优选情况下，所述保温一段的保温温度为950℃±10℃，保温时间为20-30min；所述加热一段的加热速度为大于等于300℃/h；所述保温二段的保温温度为1180±10℃，保温时间为80-90min；所述加热二段的加热速度为大于等于300℃/h；所述保温三段的保温温度为1210±10℃，保温时间为120-180min。
根据本发明的一种实施方式，在步骤(1)中，在实施装炉之后且在实施加热之前，钢锭的表面温度为大于800℃，所述加热过程可以依次包括加热一段、保温一段、加热二段和保温二段；优选情况下，所述所述加热一段的加热速度为大于等于300℃/h；所述保温一段的保温温度为1180±10℃，保温时间为80-90min；所述加热二段的加热速度为大于等于300℃/h；所述保温三段的保温温度为1210±10℃，保温时间为120-180min。
在本发明中，所述钢锭加热过程采用上部单侧烧嘴均热炉进行。
根据本发明，为避免初轧开坯过程中断辊和电机堵转等现象的发生，从而进一步提高产品的成坯率，在步骤(2)中，所述多孔多道次可逆轧制中，其单道次的压下率可以为1.82-2.73％，优选为2.02-2.53％。
在本发明中，在所述冷作模具钢中，碳的含量可以为1.47-1.70重量％，铬的含量可以为11.00-12.50重量％；优选所述冷作模具钢为Cr12钢、Cr12MoV钢或Cr12Mo1V1钢。
根据本发明的一种实施方式，当所述冷作模具钢为Cr12MoV钢，断面尺寸为：方坯≤150mm、扁坯厚度≤90mm和宽度≤630mm时，该方法还可以包括将步骤(2)得到的钢坯进行缓冷处理，所述缓冷处理过程中钢坯入坑入罩的温度可以为≥650℃。
根据本发明的一种实施方式，当所述冷作模具钢为Cr12钢、Cr12MoV钢或Cr12Mo1V1钢，断面尺寸为：方坯＞150mm、扁坯厚度＞90mm和宽度＞630mm时，该方法还可以包括将步骤(2)得到的钢坯进行退火处理，所述退火处理的保温温度可以为870±10℃，保温时间可以为6h；优选情况下，该方法还可以包括在所述退火处理前对钢坯进行缓冷处理，所述缓冷处理过程中钢坯入坑入罩的温度可以为≥650℃。
所述钢坯入坑入罩是指将热轧后的钢坯装入缓冷坑或缓冷罩的工序。
根据本发明，所述冷作模具钢的生产方法还可以包括将经缓冷处理或退火处理后得到的冷作模具钢进行扒皮和精整。所述扒皮和精整的方法可以为本领域常规使用的扒皮和精整方法，在此不在赘述。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的生产冷作模具钢的方法
将经VOD精炼炉制备的电炉钢锭进行带模带帽红送，该钢锭为Cr12钢锭，然后将电炉钢锭依次进行脱帽脱模、装炉和加热，控制脱帽脱模过程和装炉过程的总时间为35min，在实施装炉之后且在实施加热之前，钢锭的表面温度为850-880℃，将钢锭在均热炉中加热，依次进行加热一段，加热速度为400℃/h；保温一段，保温温度为1180℃，保温时间为90min；加热二段，加热速度为450℃/h；保温二段，保温温度为1210℃，时间为120min。将经加热后得到的钢锭进行多孔多道次可逆轧制，控制单道次的压下率为2.73％。经轧制的冷作模具钢坯的断面尺寸为方坯＞150mm、扁坯厚度＞90mm和宽度＞630mm；然后对得到的冷作模具钢坯进行缓冷处理，所述缓冷处理过程中钢坯入坑入罩的温度为650℃；然后进行退火处理，所述退火处理的保温温度为870℃，保温时间为10h。然后进行扒皮和精整，得到冷作模具钢X1。
连续生产100炉批冷作模具钢，初轧开坯过程中很少出现裂纹，产品成坯率为81.2％。
实施例2
本实施例用于说明本发明提供的生产冷作模具钢的方法
将经VOD精炼炉制备的钢锭进行带模带帽红送，该电炉钢锭为Cr12MoV钢锭，将电炉钢锭依次进行脱帽脱模、装炉和加热，控制脱帽脱模过程和装炉过程的总时间为40min，在实施装炉之后且在实施加热之前，钢锭的表面温度为750-770℃；将钢锭在均热炉中加热，依次进行保温一段，保温温度为950℃，保温时间为20min；加热一段，加热速度为300℃/h；保温二段，保温温度为1180℃，时间为90min；加热二段，加热速度为450℃/h；保温三段，温度为1210℃，时间为120min。将经加热后得到的钢锭进行多孔多道次轧制，控制单道次压下率为2.02％。经轧制的冷作模具钢坯的断面尺寸为方坯≤150mm，扁坯厚度≤90mm，宽度≤630mm；然后对得到的冷作模具钢坯进行缓冷处理，所述缓冷处理过程中钢坯入坑入罩的温度为690℃，然后进行扒皮和精整，得到冷作模具钢X2。
连续生产100炉批冷作模具钢，初轧开坯过程中很少出现裂纹，产品成坯率为80.5％。
实施例3
本实施例用于说明本发明提供的生产冷作模具钢的方法
将经VOD精炼炉制备的电炉钢锭进行带模带帽红送，该电炉钢锭为Cr12钢锭，然后将电炉钢锭依次进行脱帽脱模和装炉，控制脱帽脱模过程和装炉过程的总时间为45min，在实施装炉之后且在实施加热之前，钢锭的表面温度为650-680℃，将钢锭在均热炉中加热，依次进行保温一段，保温温度为900℃，保温时间为30min；加热一段，加热速度为≤180℃/min；保温二段，保温温度为1180℃，保温时间为120min；加热二段，加热速度为180℃/h；保温三段，保温温度为1220℃，保温时间为130min；将经加热后得到的钢锭进行多孔多道次轧制，控制单道次压下率为1.82％。经轧制的冷作模具钢坯的断面尺寸为方坯＞150mm、扁坯厚度＞90mm和宽度＞630mm；然后对得到的冷作模具钢坯进行缓冷处理，所述缓冷处理过程中钢坯入坑入罩的温度为670℃；然后进行退火处理，所述退火处理的保温温度为880℃，保温时间为12h。然后进行扒皮和精整，得到冷作模具钢X3。
连续生产100炉批冷作模具钢，初轧开坯过程中很少出现裂纹，产品成坯率为80.0％。
实施例4
本实施例用于说明本发明提供的生产冷作模具钢的方法
将经VOD精炼炉制备的电炉钢锭进行带模带帽红送，该电炉钢锭为Cr12钢锭，然后将电炉钢锭依次进行脱帽脱模和装炉，控制脱帽脱模过程和装炉过程的总时间为55min，在实施装炉之后且在实施加热之前，钢锭的表面温度为450-500℃，将钢锭在均热炉中加热，依次进行保温一段，保温温度为800℃，保温时间为40min；加热一段，加热速度为150℃/min；保温二段，保温温度为1180℃，保温时间为120min；加热二段，加热速度为300℃/h；保温三段，保温温度为1220℃，保温时间为130min；将经加热后得到的钢锭进行多孔多道次轧制，控制单道次压下率为1.82％。经轧制的冷作模具钢坯的断面尺寸为方坯＞150mm、扁坯厚度＞90mm和宽度＞630mm；然后对得到的冷作模具钢坯进行缓冷处理，所述缓冷处理过程中钢坯入坑入罩的温度为700℃；然后进行退火处理，所述退火处理的保温温度为860℃，保温时间为8h。然后进行扒皮和精整，得到冷作模具钢X4。
连续生产100炉批冷作模具钢，初轧开坯过程中很少出现裂纹，产品成坯率为79.0％。
实施例5
本实施例用于说明本发明提供的生产冷作模具钢的方法
将经VOD精炼炉制备的电炉钢锭进行带模带帽红送，该电炉钢锭为Cr12钢锭，然后将电炉钢锭依次进行脱帽脱模和装炉，控制脱帽脱模过程和装炉过程的总时间为65min，在实施装炉之后且在实施加热之前，钢锭的表面温度为300-350℃，将钢锭在均热炉中加热，依次进行保温一段，保温温度为300℃，保温时间为60min；加热一段，加热速度为40℃/min，加热至540℃；加热二段，加热速度为50℃/h；保温二段，保温温度为800℃，保温时间为60min；加热三段，加热速度为300℃/h；保温三段，保温温度为1190℃，保温时间为90min；加热四段的加热速度为400℃/h；保温四段的保温温度为1200℃，保温时间为160min。将经加热后得到的钢锭进行多孔多道次轧制，控制单道次压下率为2.53％。经轧制的冷作模具钢坯的断面尺寸为方坯＞150mm、扁坯厚度＞90mm和宽度＞630mm；然后对得到的冷作模具钢坯进行缓冷处理，所述缓冷处理过程中钢坯入坑入罩的温度为650℃；然后进行退火处理，所述退火处理的保温温度为870℃，保温时间为12h。然后进行扒皮和精整，得到冷作模具钢X5。
连续生产100炉批冷作模具钢，初轧开坯过程中很少出现裂纹，产品成坯率为79.50％。
对比例1
本对比例用于说明参比的生产冷作模具钢的方法
按照实施例1的方法生产冷作模具钢，所不同的是，采用将电炉钢锭冷却至室温的方式代替对电炉钢锭进行带模带帽红送的方式，得到冷作模具钢Y1。
连续生产100炉批冷作模具钢，初轧开坯过程中易出现裂纹，产品成坯率为75.0％。
测试例1-5
测试例1-5用于说明本发明提供的冷作模具钢的测试。
(1)夹杂物的测试：
按照GB/T10561-2005规定的方法分别对实施例1-5所得的冷作模具钢X1-X5进行夹杂物的测试，所得的结果如表1所示。
(2)低倍组织及共晶碳化物不均匀度的测试：
按照＝GB/T226-1991规定的方法分别对实施例1-5所得的冷作模具钢X1-X5进行低倍组织的测试，按照GB/T14979-1994规定的方法分别对实施例1-5所得的冷作模具钢X1-X5进行共晶碳化物不均匀度的测试，所得的结果如表2所示。
(3)按照GB/T230-1991规定的方法分别对实施例1-5所得的冷作模具钢X1-X5进行淬火硬度的测试，所得的结果如表3所示。
对比测试例1
对比测试例1用于说明参比的冷作模具钢的测试。
按照测试例1-5的方法对冷作模具钢的性能进行测试，所不同的是，所述冷作模具钢是由对比例1生产得到的冷作模具钢Y1，所得结果如表1、表2和表3所示。
表2
表3
通过比较实施例1-5与对比例1的测试结果可以看出，采用本发明的方法得到的冷作模具钢的理化性能够满足冷作模具钢的要求，且产品成坯率较高，可高达79％以上。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种冷作模具钢的生产方法，该方法包括以下步骤：
(1)将电炉钢锭进行带模带帽红送，然后依次进行脱帽脱模、装炉和加热；
(2)将经加热后得到的钢锭进行初轧开坯，其中，所述初轧开坯过程为多孔多道次可逆轧制。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，在实施装炉之后且在实施加热之前，钢锭的表面温度为小于400℃，所述加热过程依次包括保温一段、加热一段、加热二段、保温二段、加热三段、保温三段、加热四段和保温四段。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述保温一段的保温温度为小于等于300℃，保温时间为40-60min；所述加热一段的加热速度为30-40℃/h，所述钢锭加热至500-540℃；所述加热二段的加热速度为50-60℃/h；所述保温二段的保温温度为800℃，保温时间为30-60min；所述加热三段的加热速度为大于等于300℃/h；所述保温三段的保温温度为1180±10℃，保温时间为90-110min；所述加热四段的加热速度为大于等于300℃/h；所述保温四段的保温温度为1210±10℃，保温时间为120-180min。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，在实施装炉之后且在实施加热之前，钢锭的表面温度为400-600℃，所述加热过程依次包括保温一段、加热一段、保温二段、加热二段和保温三段。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述保温一段的保温温度为800℃±10℃，保温时间为40-60min；所述加热一段的加热速度为140-150℃/h；所述保温二段的保温温度为1180±10℃，保温时间为100-120min；所述加热二段的加热速度为大于等于300℃/h；所述保温三段的保温温度为1210±10℃，保温时间为120-180min。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，在实施装炉之后且在实施加热之前，钢锭的表面温度为大于600℃且小于等于700℃，所述加热过程依次包括保温一段、加热一段、保温二段、加热二段和保温三段。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述保温一段的保温温度为900℃±10℃，保温时间为20-30min；所述加热一段的加热速度为小于等于160-180℃/h；所述保温二段的保温温度为1180±10℃，保温时间为100-120min；所述加热二段的加热速度为大于等于300℃/h；所述保温三段的保温温度为1210±10℃，保温时间为120-180min。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，在实施装炉之后且在实施加热之前，钢锭的表面温度为大于700℃且小于等于800℃，所述加热过程依次包括保温一段、加热一段、保温二段、加热二段和保温三段。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述保温一段的保温温度为950℃±10℃，保温时间为20-30min；所述加热一段的加热速度为大于等于300℃/h；所述保温二段的保温温度为1180±10℃，保温时间为80-90min；所述加热二段的加热速度为大于等于300℃/h；所述保温三段的保温温度为1210±10℃，保温时间为120-180min。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，在实施装炉之后且在实施加热之前，钢锭的表面温度为大于800℃，所述加热过程依次包括加热一段、保温一段、加热二段和保温二段。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述加热一段的加热速度为大于等于300℃/h；所述保温一段的保温温度为1180±10℃，保温时间为80-90min；所述加热二段的加热速度为大于等于300℃/h；所述保温二段的保温温度为1210±10℃，保温时间为120-180min。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(2)中，所述多孔多道次可逆轧制的单道次压下率为1.82-2.73％。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(2)中，所述多孔多道次可逆轧制的单道次压下率为2.02-2.53％。
14.根据权利要求1-13中任意一项所述的方法，其中，在所述冷作模具钢中，碳的含量为1.47-1.70重量％，铬的含量为11.00-12.50重量％。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述冷作模具钢为Cr12钢、Cr12MoV钢或Cr12Mo1V1钢。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述冷作模具钢为Cr12MoV钢，断面尺寸为：方坯≤150mm、扁坯厚度≤90mm和宽度≤630mm，该方法还包括将步骤(2)得到的钢坯进行缓冷处理，所述缓冷处理过程中钢坯入坑入罩的温度为≥650℃。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述冷作模具钢的断面尺寸为方坯＞150mm、扁坯厚度＞90mm和宽度＞630mm，该方法还包括将步骤(2)得到的钢坯进行退火处理，所述退火处理的保温温度为870±10℃，保温时间为7-12h。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，该方法还包括在所述退火处理前对钢坯进行缓冷处理，所述缓冷处理过程中钢坯入坑入罩的温度为≥650℃。
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