CN108754336A - 一种特厚模具钢1.2311厚板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特厚模具钢1.2311厚板及其生产方法，属于特厚模具钢技术领域，包含如下质量百分比的化学成分：C：0.4%～0.44%、Si：0.3～0.5%、Mn：1.45～1.55%、P≤0.015%、S≤0.005%、Cr：1.5%～1.7%、Mo：3.5%～4.5%、V：0.025%‑0.035%，其它为Fe和残留元素；工艺流程为：铁水（KR脱硫）→转炉（氩站）→LF精炼→VD真空处理→模铸浇注→钢锭清理（水冷模铸锭在脱模后的8h内清理完毕）→钢锭在清理完毕后的5h内送轧装炉→轧制→堆冷→热处理→精整→外检→入库。该发明制备的特厚模具钢1.2311厚板均具备高的抛光性能，良好的加工性，优良的强韧性，硬度均符合310‑340HB的技术要求，组织致密，外观良好，超声波检验无针孔、气眼等缺陷。

Description

一种特厚模具钢1.2311厚板及其生产方法

技术领域

本发明涉及特厚模具钢技术领域，具体涉及一种特厚模具钢1.2311厚板及其生产方法。

背景技术

1.2311是国际上广泛应用的塑料模具钢，该钢加入合金元素Cr、Mo、Ni等，大大提高了防锈性能和抛光性能，其抛光性能、强度、淬透性能等指标均高于P20。该钢适宜制造大型、特大型塑料模具，由于该钢主要用于制作高精密塑料模具，因此要求钢质纯净，组织致密，钢板硬度要求范围窄，且均匀度要求高，要求具有良好的可加工性和耐磨性，因此此类钢种生产难度大、工艺装备要求特殊，生产成本高。国内钢厂采用调质进行生产，工序复杂，容易在调质过程中和火切过程中造成开裂，对设备以及工艺设备要求较高，因此为确保特厚机械性能达到客户标准要求保证其使用寿命，开发一种400mm以上厚度1.2311磨具钢迫在眉睫。

公告号为CN105925889A的专利文献公开了一种特厚规格1.2311模具钢板，钢板以Fe为基础元素并包含如下组分：按质量百分比计C0.35~0.45%，Si0.20~0.40%，Mn1.30~1.60%，P≤0.020%，S≤0.010%，Cr1.80~2.00%，Mo0.15~0.25%，Al0.01~0.05%，Ni≤0.30%，Cu≤0.25%，B0.001~0.002%及不可避免的杂质元素；碳当量0.98~1.1。该钢板的制造工艺包括坯料冶炼、连铸圆坯、加热、高压水除鳞、轧制、矫直、缓冷、探伤、回火等工序，该发明制造的1.2311模具钢板厚度仅为160-250mm，钢板的平均表面硬度30~36HRC，芯部硬度为≥28HRC，且该发明的制备过程中并没有吹氩、真空处理、正火快冷等工艺，生产出的厚板内部缺陷比较严重，产品合格率较低。

公告号为CN105803299A的专利文献公开了一种特厚高纯净度塑料模具钢板的生产方法，包括冶炼、连铸、电渣重熔、加热、轧制、退火和热处理工序；所述钢板化学成分的重量百分比含量为：C：0.35%~0.40%、Si：0.20%~0.45%、Mn：1.10%~1.50%、P≤0.020%、S≤0.010%、Ni：0.05~1.25%、Cr：1.8%~2.00%、Mo：0.20%~0.50%、TAl0.020%~0.050%，余量为Fe和不可避免的杂质。该发明采用电渣重熔处理，生产出的钢板厚度有限，为420mm，该发明在生产过程中未进行铁水预处理、吹氩处理、VD精炼等工艺步骤，机械性能差。

发明内容

针对上述问题，本发明人经过反复试验摸索，获得了一种生产特厚1.2311模具钢生产方法，从而完成了本发明。

因此，本发明的目的在于提供一种降低生产成本生产1.2311厚板的工艺。

本发明的另一目的在于提供一种低成本1.2311厚板。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种特厚模具钢1.2311厚板，包含如下质量百分比的化学成分：C：0.4%～0.44%、Si：0.3～0.5%、Mn：1.45～1.55%、P≤0.015%、S≤0.005%、Cr：1.5%～1.7%、Mo：3.5%～4.5%、V：0.025%-0.035%，其它为Fe和残留元素。

进一步的，所述厚板的厚度为400-1000mm。

进一步的，一种所述的特厚模具钢1.2311厚板的生产方法，其工艺流程为：铁水（KR脱硫）→转炉（氩站）→LF精炼→VD真空处理→模铸浇注→钢锭清理（水冷模铸锭在脱模后的8h内清理完毕）→钢锭在清理完毕后的5h内送轧装炉→轧制→堆冷→热处理→精整→外检→入库；

KR铁水预处理工艺：到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度≤22mm，铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水S≤0.005%，保证脱硫周期≤20min、脱硫温降≤20℃；

转炉冶炼工艺：入炉铁水S≤0.005%、P≤0.015%，铁水温度≥1270℃，废钢严格采用优质边角料，造渣碱度R按2.5-4.0控制，出钢目标P≤0.01%、C≥0.4%、S≤0.005%，出钢温度大于或等于1660℃，出钢过程中向钢包内硅铝钡钙、锰铁合金、硅铁合金和石灰、萤石；

吹氩处理工艺：氩站一次性加入铝线，在氩站要求强吹氩3min，流量250-500NL/min，钢液面裸眼直径控制在400～500mm，离氩站温度大于或等于1560℃；

LF精炼工艺：精炼过程中全程吹氩，吹氩强度根据不同环节需要进行调节，加入精炼渣料，碱度按4.0-6.0控制，精炼脱氧剂以电石、铝粒、硅铁粉为主，加入量根据钢水中氧含量及造白渣情况适量加入，加热过程根据节奏富余和温度情况选择适当电流进行加热，加热时间按两次控制，一加热8-11min、二加热7-11min；

VD精炼工艺：VD真空度必须达到70Pa以下，保压时间必须≥22min，破真空后软吹2-5min或不吹，软吹过程中钢水不得裸露，正常在线包抽真空的分钟为：（抽真空前钢水温度—目标离站温度）/1.7；

模铸工艺：常规模浇注温度按照1550-1555℃进行控制，钢水到站后必须执行软吹氩工艺，吹氩时间控制在5-10min，吹氩结束后要求镇静5min后开浇，浇注结束后必须确保帽口保温效果；

加热工艺: 加热过程中，控制好加热速度和加热温度，在保温结束前3-4小时翻钢，翻钢结束后，升温至保温温度，按剩余保温时间保温后，出钢过程中，增加煤气流量，继续进行升温，出钢后，钳吊应停留在上钢辊道正上方；

轧制工艺： 以粗轧为主，精轧为辅；粗轧采用道次压下率逐步递增的措施，最大轧制道次压下率大于15%；粗轧阶段：道次压下率逐渐升高，精轧阶段：道次压下率逐渐降低；

堆冷工艺: 钢板轧制后进入缓冷坑进行回火扩氢工艺，然后采取台车炉加热至500℃并保温96h后出炉；

热处理工艺：先采用正火快冷，正火温度为830℃，保温时间为13h，返红温度为640-660℃；然后进行回火，回火温度为600℃，保温时间为26h。

进一步的，所述转炉冶炼工艺中，出钢前用挡渣塞挡前渣出钢，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，保证渣层厚度≤30mm，转炉出钢过程中要求全程吹氩。

进一步的，所述LF精炼工艺中，所述二加热过程中要求根据造渣情况，补加脱氧剂，离站前加入硅钙线，加硅钙线前必须关闭氩气，上钢温度1600±15℃。

进一步的，所述VD精炼工艺中，保证覆盖剂铺满钢液面，加覆盖剂前必须关闭氩气，上钢温度1550-1570℃。

进一步的，所述加热工艺中，加热温度为700-850℃，每小时升温60-100℃，保温温度为1300-1320℃。

本发明的有益效果是：为确保特厚机械性能达到客户标准要求保证其使用寿命，本公司通过理论分析、工艺模拟、试验研究、实际生产产品检测等手段进行关键使用性能的关键技术研究，成功开发了400mm以上厚度1.2311磨具钢，经进行性能检测完全满足协议性能要求，其化学成分要求和力学性能要求见下表。

本发明采用铁水（KR脱硫）→转炉（氩站）→LF精炼→VD真空处理→模铸浇注→钢锭清理（水冷模铸锭在脱模后的8h内清理完毕）→钢锭在清理完毕后的5h内送轧装炉→轧制→堆冷→热处理→精整→外检→入库。

生产过程通过KR铁水脱硫、转炉、LF精炼、VD真空处理、模铸浇注，转炉过程转炉废钢采取边角料，铁水装入量误差按±1t来控制，出钢碳控制在≥0.05%，出钢P≤0.012%，S≤0.015%，出钢温度≥1660℃，避免出钢下渣。

吹氩工艺，降低空气中气体杂质的混入，保证材质的纯度，大大减少厚板内部和表面的缺陷。

LF精炼采用大渣量造渣工艺，要求精炼一加热结束炉渣必须变白或黄白，白渣保持时间≥35min，合金在精炼二加热过程中加入。要求精炼结束的终渣为流动性良好、粘度合适的泡沫白渣，精炼总时间要求控制在60min以上。

VD真空精炼：VD保压时间按照≥22min执行，优选在67Pa的真空度下，保压过程钢水翻腾效果良好。

加热工艺: 加热过程中，该钢种合金含量较高，导热性差，需特别控制好加热速度和加热温度，防止钢锭炸裂和脱碳现象,在保温结束前3-4小时翻钢，翻钢结束后，升温至保温温度，按剩余保温时间保温后，出钢过程中，增加煤气流量，继续进行升温，用以弥补因出钢过程所导致的热量损失，保证炉门关闭后炉内温度达到保温温度要求。出钢后，钳吊应停留在上钢辊道正上方，以保证当钢锭轧制翘钢后能够及时对其翻钢或回炉，降低温度损失，加热确保微合金化元素在奥氏体区的充分固溶，开坯阶段采取高温低速大压下工艺，充分破碎钢锭中的枝晶，变形程度越大，形核区密度和驱动力越大，反复再结晶后晶粒就越细小。

轧制工艺： 以粗轧为主，精轧为辅。粗轧采用道次压下率逐步递增的措施，最大轧制道次压下率大于15%，这样有利于特厚板心部缺陷的压合。粗轧阶段：道次压下率逐渐升高，有利于保证在较小的总压下量条件下，心部缺陷得到压合。精轧阶段：道次压下率逐渐降低，这有利于特厚板的板型控制，减轻矫直机的压力。

堆冷工艺: 钢板轧制后进入缓冷坑进行回火扩氢工艺，其主要目的为随着钢板厚度的增加，空冷过程中排氢效果越来越差，易造成钢板内部出现白点缺陷影响钢板内部质量，后采取台车炉加热至500℃并保温96h后出炉，氢含量减少内部质量优异，组织致密。

本发明在原有的1.2311模具用钢的成分基础上，适当调整钢中C、Mn、V、Mo、Cr等合金元素的含量和比例，并严格控制钢中P、S等影响钢板塑韧性的有害元素含量，同时严格控制轧钢的加热制度，轧制过程采用以粗轧为主，精轧为辅。粗轧采用道次压下率逐步递增的措施，最大轧制道次压下率大于15%，这样有利于特厚板心部缺陷的压合。粗轧阶段：道次压下率逐渐升高，有利于保证在较小的总压下量条件下，心部缺陷得到压合。精轧阶段：道次压下率逐渐降低，从而保证板型，热处理采用调质工艺从而保证了1.2311钢种特厚钢板的性能指标达到要求。采用本发明生成的特厚模具钢1.2311厚板，产品合格率达到97%以上，具备高的抛光性能，良好的加工性，优良的强韧性，硬度均符合310-340HB的技术要求，组织致密，外观良好，超声波检验无针孔、气眼等缺陷，机械性能良好，综合性能优异。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明采用的工艺流程为：铁水（KR脱硫）→转炉（氩站）→LF精炼→VD真空处理→模铸浇注→钢锭清理（水冷模铸锭在脱模后的8h内清理完毕）→钢锭在清理完毕后的5h内送轧装炉→轧制→堆冷→热处理→精整→外检→入库。

实施方式如下：

一种特厚模具钢1.2311厚板，保证厚度为400mm-1000mm，包含如下质量百分比的化学成分：C：0.4%～0.44%、Si：0.3～0.5%、Mn：1.45～1.55%、P≤0.015%、S≤0.005%、Cr：1.5%～1.7%、Mo：3.5%～4.5%、V：0.025%-0.035%，其它为Fe和残留元素。

KR铁水预处理工艺：到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度≤22mm，铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水S≤0.005%，保证脱硫周期≤20min、脱硫温降≤20℃；

转炉冶炼工艺：入炉铁水S≤0.005%、P≤0.015%，铁水温度≥1270℃，废钢严格采用优质边角料，造渣碱度R按2.5-4.0控制，出钢目标P≤0.01%、C≥0.4%、S≤0.005%，出钢温度大于或等于1660℃，出钢过程中向钢包内硅铝钡钙、锰铁合金、硅铁合金和石灰、萤石，出钢前用挡渣塞挡前渣出钢，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，保证渣层厚度≤30mm，转炉出钢过程中要求全程吹氩；

吹氩处理工艺：氩站一次性加入铝线，在氩站要求强吹氩3min，流量250-500NL/min，钢液面裸眼直径控制在400～500mm，离氩站温度大于或等于1560℃；

LF精炼工艺：精炼过程中全程吹氩，吹氩强度根据不同环节需要进行调节，加入精炼渣料，碱度按4.0-6.0控制，精炼脱氧剂以电石、铝粒、硅铁粉为主，加入量根据钢水中氧含量及造白渣情况适量加入，加热过程根据节奏富余和温度情况选择适当电流进行加热，加热时间按两次控制，一加热8-11min、二加热7-11min；LF精炼采用大渣量造渣工艺，要求精炼一加热结束炉渣必须变白或黄白，白渣保持时间≥35min，二加热过程中要求根据造渣情况，补加脱氧剂，离站前加入硅钙线，加硅钙线前必须关闭氩气，上钢温度1600±15℃。要求精炼结束的终渣为流动性良好、粘度合适的泡沫白渣，精炼总时间要求控制在60min以上。

VD精炼工艺：VD真空度必须达到70Pa以下，优选为67Pa，保压时间必须≥22min，破真空后软吹2-5min或不吹，软吹过程中钢水不得裸露，正常在线包抽真空的分钟为：（抽真空前钢水温度—目标离站温度）/1.7，保证覆盖剂铺满钢液面，加覆盖剂前必须关闭氩气，上钢温度1550-1570℃。

模铸工艺：常规模浇注温度按照1550-1555℃进行控制，钢水到站后必须执行软吹氩工艺，吹氩时间控制在5-10min，吹氩结束后要求镇静5min后开浇，浇注结束后必须确保帽口保温效果；

加热工艺: 加热过程中，控制好加热速度和加热温度，在保温结束前3-4小时翻钢，翻钢结束后，升温至保温温度，按剩余保温时间保温后，出钢过程中，增加煤气流量，继续进行升温，出钢后，钳吊应停留在上钢辊道正上方，加热温度为700-850℃，每小时升温60-100℃，保温温度为1300-1320℃。

轧制工艺： 以粗轧为主，精轧为辅；粗轧采用道次压下率逐步递增的措施，最大轧制道次压下率大于15%；粗轧阶段：道次压下率逐渐升高，精轧阶段：道次压下率逐渐降低；

堆冷工艺: 钢板轧制后进入缓冷坑进行回火扩氢工艺，然后采取台车炉加热至500℃并保温96h后出炉；

热处理工艺：先采用正火快冷，正火温度为830℃，保温时间为13h，返红温度为640-660℃；然后进行回火，回火温度为600℃，保温时间为26h。

对比例：

1、采用上述工艺步骤制备450mm厚的1.2311厚板，对比例1、2与实施例各制备50块，，对比例1和2与实施例不同的是热处理工艺中，返红温度不同，正火快冷工艺参数及硬度测试平均值，详见表1。

表1 正火快冷工艺参数及硬度

结果分析：从表1可以看出，450mm厚1.2311正火后快冷，不同的冷却速度得到的硬度不同，实施例正火后快冷后表面硬度和芯部硬度均在目标范围内，对比例1正火快冷后表面、芯部硬度均偏高，对比例2正火快冷后表面及芯部硬度均偏低。

2、取上述实施例中合格的30块厚板进行回火处理，其中，对比例3和4与实施例不同的是回火温度不同，回火工艺参数及硬度测试平均值，详见表2。

表2 回火工艺参数及硬度

结果分析：通过对实施例、对比例3、对比例4钢板快冷后采用不同的温度回火，实施例回火后表面及芯部硬度符合技术协议要求；对比例3回火后表面及芯部硬度偏高；对比例4回火后表面及芯部硬度偏低，对比例3和4均不符合协议要求。厚度450mm的1.2311采用830℃，保温13h，返红640-660摄氏度及600℃回火，保温26h，所得到的布氏硬度在协议要求范围内，硬度结果较为理想，达到预期效果。

对本公司按本发明生产400mm-1000mm厚的1.2311特厚模具钢，抽取各批次进行检测，均具备高的抛光性能，良好的加工性，优良的强韧性，硬度均符合310-340HB的技术要求，组织致密，外观平整，无裂纹，超声波检验无针孔、气眼等缺陷，耐冲击，综合性能优异。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种特厚模具钢1.2311厚板，其特征在于：包含如下质量百分比的化学成分：C：0.4%～0.44%、Si：0.3～0.5%、Mn：1.45～1.55%、P≤0.015%、S≤0.005%、Cr：1.5%～1.7%、Mo：3.5%～4.5%、V：0.025%-0.035%，其它为Fe和残留元素。

2.如权利要求1所述的一种特厚模具钢1.2311厚板，其特征在于：所述厚板的厚度为400-1000mm。

3.一种如权利要求2所述的特厚模具钢1.2311厚板的生产方法，其工艺流程为：铁水→转炉→LF精炼→VD真空处理→模铸浇注→钢锭清理→钢锭在清理完毕后的5h内送轧装炉→轧制→堆冷→热处理→精整→外检→入库；其特征在于：

KR铁水预处理工艺：到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度≤22mm，铁水经KR搅拌脱硫后保证铁水S≤0.005%，保证脱硫周期≤20min、脱硫温降≤20℃；

转炉冶炼工艺：入炉铁水S≤0.005%、P≤0.015%，铁水温度≥1270℃，废钢严格采用优质边角料，造渣碱度R按2.5-4.0控制，出钢目标P≤0.01%、C≥0.4%、S≤0.005%，出钢温度大于或等于1660℃，出钢过程中向钢包内硅铝钡钙、锰铁合金、硅铁合金和石灰、萤石；

吹氩处理工艺：氩站一次性加入铝线，在氩站要求强吹氩3min，流量250-500NL/min，钢液面裸眼直径控制在400～500mm，离氩站温度大于或等于1560℃；

LF精炼工艺：精炼过程中全程吹氩，吹氩强度根据不同环节需要进行调节，加入精炼渣料，碱度按4.0-6.0控制，精炼脱氧剂以电石、铝粒、硅铁粉为主，加入量根据钢水中氧含量及造白渣情况适量加入，加热过程根据节奏富余和温度情况选择适当电流进行加热，加热时间按两次控制，一加热8-11min、二加热7-11min；

VD精炼工艺：VD真空度必须达到70Pa以下，保压时间必须≥22min，破真空后软吹2-5min或不吹，软吹过程中钢水不得裸露，正常在线包抽真空的分钟为：（抽真空前钢水温度—目标离站温度）/1.7；

模铸工艺：常规模浇注温度按照1550-1555℃进行控制，钢水到站后必须执行软吹氩工艺，吹氩时间控制在5-10min，吹氩结束后要求镇静5min后开浇，浇注结束后必须确保帽口保温效果；

加热工艺: 加热过程中，控制好加热速度和加热温度，在保温结束前3-4小时翻钢，翻钢结束后，升温至保温温度，按剩余保温时间保温后，出钢过程中，增加煤气流量，继续进行升温，出钢后，钳吊应停留在上钢辊道正上方；

轧制工艺： 以粗轧为主，精轧为辅；粗轧采用道次压下率逐步递增的措施，最大轧制道次压下率大于15%；粗轧阶段：道次压下率逐渐升高，精轧阶段：道次压下率逐渐降低；

堆冷工艺: 钢板轧制后进入缓冷坑进行回火扩氢工艺，然后采取台车炉加热至500℃并保温96h后出炉；

热处理工艺：先采用正火快冷，正火温度为830℃，保温时间为13h，返红温度为640-660℃；然后进行回火，回火温度为600℃，保温时间为26h。

4.如权利要求3所述的一种特厚模具钢1.2311厚板的生产方法，其特征在于：所述转炉冶炼工艺中，出钢前用挡渣塞挡前渣出钢，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，保证渣层厚度≤30mm，转炉出钢过程中要求全程吹氩。

5.如权利要求3所述的一种特厚模具钢1.2311厚板的生产方法，其特征在于：所述LF精炼工艺中，所述二加热过程中要求根据造渣情况，补加脱氧剂，离站前加入硅钙线，加硅钙线前必须关闭氩气，上钢温度1600±15℃。

6.如权利要求3所述的一种特厚模具钢1.2311厚板的生产方法，其特征在于：所述VD精炼工艺中，保证覆盖剂铺满钢液面，加覆盖剂前必须关闭氩气，上钢温度1550-1570℃。

7.如权利要求3所述的一种特厚模具钢1.2311厚板的生产方法，其特征在于：所述加热工艺中，加热温度为700-850℃，每小时升温60-100℃，保温温度为1300-1320℃。