CN107447156B - 热作模具钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热作模具钢及其生产方法，所述生产方法包括以下步骤：钢水经过电炉氧化法冶炼成电极棒，然后在Ar气氛下电渣重熔成电渣锭；每吨钢水中加入12kg的脱磷剂；电渣锭加热至1230～1280℃，电渣锭墩粗到1/2高度再拔长后的锭身回炉于温度1250～1290℃加热40～50h，再墩粗拔长回炉于温度1180～1200℃加热；按照变形量为30～35％、加热温度为1160～1170℃的条件电液锤锻造；锻造后两端热切平整，喷雾冷却至300～350℃入炉进行正火和球化退火，得到所述的热作模具钢。热作模具钢的晶粒度非常致密，达到9级以上；7*10mm试样硬度达46HRC时，冲击功≥220J。

Description

热作模具钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种热作模具钢及其生产方法。
背景技术
1.2344属于一种耐压热作模具钢，该钢经电渣重熔，材质均匀，淬透性良好，具有良好的机械加工性能及抛光性能，高韧性及可塑性，良好的高、低温耐磨性以及抗高温疲劳和耐热性。
1.2344材料一般用在压铸模、挤压模或热压模具上。常规化学成分(％)C：0.38-0.42，Si：0.8-1.2，Mn：0.30-0.50，P≤0.030，S≤0.010，Cr：4.80-5.50，Mo：1.20-1.50，V：0.90-1.10。
目前国内常规生产工艺为中频炉(冶炼电极棒)+电渣重熔(普通电渣)+锻造(电液锤)+球化退火。此种生产工艺对母材的H、O、N气体和P控制非常差，钢中H含量一般在3-4PPM，O含量一般在20-30PPM，N含量一般在150PPM以上，P含量一般只能控制在0.020-0.030％之间；对其成品材料检测，按照NADCA(北美压铸协会)中1.2344对应评级，其球化组织只能达到AS7-AS9(约占60％)，其余40％不符合合格球化组织要求，基本在AS10-AS16之间，晶粒度仅在6-7级左右，7*10mm。热处理试样硬度达到46HRC后期无缺口冲击仅能达到120-150J。
1.2344现有生产技术生产出材料主要存在以下缺点：
1、气体含量高，导致其高倍显微镜下夹杂物含量较高，按照GB/T10561评级一般在A粗1,A细1；B粗1.5,B细1.5；C粗0.5，C细0.5；D粗0.5，D细1；Ds0.5。
2、球化组织不均匀，碳化物颗粒较大，分布不均，按照NADAC评级图一般在AS9左右。
3、晶粒度较大，一般在6级左右。
4、P含量高对冲击功影响较大。
5、冲击功低，7*10mm试样硬度达到46HRC后，其冲击功仅能为120-150j。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的问题，提供一种热作模具钢及其生产方法。
为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：
一种热作模具钢的生产方法，包括以下步骤：
步骤A：钢水经过电炉氧化法冶炼成电极棒，然后在Ar气氛下电渣重熔成电渣锭；每吨钢水中加入12kg的脱磷剂，所述的脱磷剂由下述质量份的组分组成：CaO，60～65份，CaF2，14～17份；FeO，8～11份；发泡剂，12～16份；
步骤B：电渣锭加热至1230～1280℃，电渣锭墩粗到1/2高度再拔长后的锭身回炉于温度1250～1290℃加热40～50h，再墩粗拔长回炉于温度1180～1200℃加热，加热完成后转入电液锤锻造成型炉中；
步骤C：按照变形量为30～35％、加热温度为1160～1170℃的条件电液锤锻造；锻造后两端热切平整，喷雾冷却至300～350℃入炉进行正火和球化退火，得到所述的热作模具钢。
进一步的技术方案是，所述的脱磷剂由下述质量份的组分组成：CaO，61.5份，CaF2，15.3份；FeO，9.2份；发泡剂，14份。
进一步的技术方案是，所述的发泡剂由下述质量百分比的组分组成：Na2CO3：13～18％；Al2O3：30～38％；CaF2：22～26％；其余CaO。
进一步的技术方案是，所述的发泡剂由下述质量百分比的组分组成：Na2CO3：15％；Al2O3：35.8％；CaF2：24％；其余CaO。
进一步的技术方案是，所述的钢水中元素质量百分比如下：C：0.38～0.42；Si：0.8～1.2；Mn：0.30～0.50；P≤0.015；S≤0.010；Cr：4.90～5.50；Mo：1.30～1.50；V：0.90～1.10。
进一步的技术方案是，步骤B中所述的加热时间为按照锭身直径每mm加热0.3～0.4min。
进一步的技术方案是，步骤C中所述的锻造加热时间小于1h。
进一步的技术方案是，所述的退火正火的过程为锻造后的锻材300～350℃入炉后以升温速率小于60℃/h升温至400～410℃，并在此温度下保温2～4h；接着以升温速率小于80℃/h升温至600～620℃，并在此温度下保温2～4h；然后以升温速率小于120℃/h升温至1025～1035℃，在此温度下的保温时间为锻材厚度的1.5～2.0倍，保温时间的单位为min；再冷却至室温。
进一步的技术方案是，所述的球化退火的过程为正火后的锻材以升温速率小于80℃/h升温至850～870℃，在此温度下的保温时间为正火后的锻材厚度的2.5～3.5倍，保温时间的单位为min；接着以降温速率小于20℃/h炉冷至400～420℃；然后空冷至室温。
本发明还提供了所述的热作模具钢的生产方法生产而得的热作模具钢，其成分分析如下：C：0.38-0.42，Si：0.8-1.2，Mn：0.30-0.50，P≤0.015，S≤0.010，Cr：4.90-5.50，Mo：1.30-1.50，V：0.90-1.10；球化组织评级达到AS1-AS5；晶粒度达到9级以上；7*10mm试样硬度达46HRC时，冲击功≥220J。
下面对本发明做进一步的解释和说明。
钢水采用电炉氧化法冶炼电极棒和Ar气保护气氛下电渣重熔工艺冶炼而成，降低了钢中H、O、P含量，降低钢液中夹杂物含量。
在钢水中加入脱磷剂，脱磷剂由下述质量份的组分组成：CaO，60～65份，CaF2，14～17份；FeO，8～11份；发泡剂，12～16份。所述的发泡剂由下述质量百分比的组分组成：Na2CO3：13～18％；Al2O3：30～38％；CaF2：22～26％；其余CaO。脱磷剂能脱掉40～60％的P，将P含量尽可能降低，能够提高材料的冲击功，在实际应用中会大大提高其使用寿命。
电渣锭加热至1230～1280℃，电渣锭墩粗到1/2高度再拔长后的锭身回炉于温度1250～1290℃加热40～50h，再墩粗拔长回炉于温度1180～1200℃加热，此过程为均质化加热，其主要是解决组织均匀，细化碳化物让其弥散分布在基体中。
步骤B加热完成后转入电液锤锻造成型炉后温度降至700℃左右，需要快速加热至温度1160-1170℃在电液锤锻造成型，变形量为30～35％，锻造一次成型，在电液锤中的加热时间小于1小时，此步骤是为了让晶粒更加细小和均匀。
正火和球化退火能进一步降低碳化物的析出，显微组织更好。
热作模具钢的成分分析方法参照GB/T222，GB/T223，GB/720066。
热作模具钢的晶粒度检测方法参照GB/T6394-2002。
热作模具钢的球化组织检测方法参照北美模具压铸协会NADAC 207-90《压力铸造模具用高级H13钢的验收标准》AS1-AS9合格。
热作模具钢的拉力检测方法参照GB/T228.1-2010。
热作模具钢的冲击实验检测方法参照GB/T229-2007。
热作模具钢的洛氏硬度检测方法参照GB/T230.1-2009。
热作模具钢的布氏硬度检测方法参照GB/T231.2009。
本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：
1、提高钢水纯净度，高倍夹杂物达到以下A粗0.5，A细0.5；B粗0.5，B细0.5；C粗0，C细0；D粗0，D细0.5；Ds0。
2、按照北美压铸协会(NADAC)对球化组织评级达到AS1-AS5范围内，组织均匀。
3、晶粒度非常致密，达到9级以上。
4、P含量≤0.010％，S≤0.002％
5、7*10mm试样硬度达46HRC时，冲击功≥220J。
具体实施方式
下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。
实施例1：
钢水经过电炉氧化法冶炼成∮540mm电极棒4支，单支重量5.4吨，然后在Ar气氛下电渣重熔成∮700mm电渣锭4支，单支重量5.3吨；每吨钢水中加入12kg的脱磷剂，所述的脱磷剂由下述质量份的组分组成：CaO，61.5份，CaF2，15.3份；FeO，9.2份；发泡剂，14份。发泡剂由下述质量百分比的组分组成：Na2CO3：15％；Al2O3：358％；CaF2：24％；其余CaO。
电渣锭的取样成分为C：0.41，Si：0.11，Mn：0.49，P：0.009，S：0.002，Cr:5.13，Mo：1.41，V：0.99。
电渣锭加热至1250℃，电渣锭墩粗到1/2高度再拔长至∮580mm的锭身回炉于温度1260℃加热40～50h，再墩粗拔长回炉于温度1190℃加热，加热完成后转入电液锤锻造成型炉中；
按照变形量为30～35％、加热温度为1160～1170℃的条件电液锤锻造；锻造后两端热切平整，喷雾冷却至300～350℃入炉进行正火和球化退火，得到所述的热作模具钢。
退火正火的过程为锻材300～350℃入炉后以升温速率小于60℃/h升温至400℃，并在此温度下保温2～4h；接着以升温速率小于80℃/h升温至600℃，并在此温度下保温2～4h；然后以升温速率小于120℃/h升温至1030℃，在此温度下的保温时间为锻材厚度的1.5～2.0倍，保温时间的单位为min；再冷却至室温。
球化退火的过程为正火后的锻材以升温速率小于80℃/h升温至860℃，在此温度下的保温时间为正火后的锻材厚度的2.5～3.5倍，保温时间的单位为min；接着以降温速率小于20℃/h炉冷至400℃；然后空冷至室温。
热作模具钢的检测结果如下：
1、气体含量：H：1.5PPM，O：13PPM，N：45PPM。
2、高倍夹杂物：A粗0，A细0.5；B粗0.5，B细0.5；C粗0，C细0；D粗0，D细0.5；Ds 0。
3、球化组织，按NADAC评级为AS5
4、晶粒度：9.5级
5、性能：45HRC，7mm*10mm试样两组无缺口冲击功，第一组235J，240J，238J；第二组227J,234J,250J。
6、用户做成压铸模平均寿命在5-6万次左右。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (6)

1.一种热作模具钢的生产方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤A：钢水经过电炉氧化法冶炼成电极棒，然后在Ar气氛下电渣重熔成电渣锭；每吨钢水中加入12kg的脱磷剂，所述的脱磷剂由下述质量份的组分组成：CaO，60～65份，CaF2，14～17份；FeO，8～11份；发泡剂，12～16份；所述的发泡剂由下述质量百分比的组分组成：Na2CO3：13～18％；Al2O3：30～38％；CaF2：22～26％；其余CaO；
步骤B：电渣锭加热至1230～1280℃，电渣锭墩粗到1/2高度再拔长后的锭身回炉于温度1250～1290℃加热40～50h，再墩粗拔长回炉于温度1180～1200℃加热，加热时间为按照锭身直径每mm加热0.3～0.4min，加热完成后转入电液锤锻造成型炉中；
步骤C：按照变形量为30～35％、加热温度为1160～1170℃的条件电液锤锻造，锻造加热时间小于1h；锻造后两端热切平整，喷雾冷却至300～350℃入炉进行正火和球化退火，得到所述的热作模具钢。
2.根据权利要求1所述的热作模具钢的生产方法，其特征在于所述的脱磷剂由下述质量份的组分组成：CaO，61.5份，CaF2，15.3份；FeO，9.2份；发泡剂，14份。
3.根据权利要求1所述的热作模具钢的生产方法，其特征在于所述的发泡剂由下述质量百分比的组分组成：Na2CO3：15％；Al2O3：35.8％；CaF2：24％；其余CaO。
4.根据权利要求1所述的热作模具钢的生产方法，其特征在于所述的钢水中元素质量百分比如下：C：0.38～0.42；Si：0.8～1.2；Mn：0.30～0.50；P≤0.015；S≤0.010；Cr：4.90～5.50；Mo：1.30～1.50；V：0.90～1.10。
5.根据权利要求1所述的热作模具钢的生产方法，其特征在于所述的正火的过程为锻造后的锻材300～350℃入炉后以升温速率小于60℃/h升温至400～410℃，并在此温度下保温2～4h；接着以升温速率小于80℃/h升温至600～620℃，并在此温度下保温2～4h；然后以升温速率小于120℃/h升温至1025～1035℃，在此温度下的保温时间为锻材厚度的1.5～2.0倍，保温时间的单位为min；再冷却至室温。
6.根据权利要求1所述的热作模具钢的生产方法，其特征在于所述的球化退火的过程为正火后的锻材以升温速率小于80℃/h升温至850～870℃，在此温度下的保温时间为正火后的锻材厚度的2.5～3.5倍，保温时间的单位为min；接着以降温速率小于20℃/h炉冷至400～420℃；然后空冷至室温。
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