CN112226667B - 一种铬不锈预硬塑料模具钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铬不锈预硬塑料模具钢的制备方法，包括以下步骤：A)配料；所述配料的过程中加入石灰；B)将步骤A)得到的炉料在电炉中熔化，且在熔化的过程中加入Fe‑Si块和Al块；C)将步骤B)得到的钢液进行LF冶炼，以0.06wt％的量向所述钢液中喂入Al线；D)将步骤C)得到的钢液进行VD真空精炼，VD结束后禁止调Al；E)将步骤D)得到的钢液进行浇注，再开坯轧制；F)将开坯轧制后的钢坯依次进行加热、连轧轧制、空冷，得到铬不锈预硬塑料模具钢。本申请通过冶炼纯净度控制、钢锭高温加热及保证轧制开坯变形量、在线预硬化等技术控制，制造出了高品质预硬塑料模具钢。
Description
技术领域
本发明涉及模具钢技术领域，尤其涉及一种铬不锈预硬塑料模具钢的制备方法。
背景技术
随着塑料品种和塑料模具的发展，塑料模具钢品种和使用量也在增加。塑料模具钢一般是塑料模具用正火的45和40Cr经调质后制备得到，因而硬度低、耐磨性差、表面粗糙度值高，加工出来的塑料产品外观质量较差，而且模具使用寿命低。而精密塑料模具及硬度高塑料模具采用CrWMo、Cr12MoV等合金工具钢制造，不仅机械加工性能差，而且难以加工复杂的型腔，更无法解决热处理变形问题。因此，提供一种表面质量高的高品质塑料模具钢具有重要意义。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种铬不锈预硬塑料模具钢的制备方法，本申请提供的制备方法制备的模具钢的表面质量好、合格率高。
有鉴于此，本申请提供了一种铬不锈预硬塑料模具钢的制备方法，包括以下步骤：
A)按照如下成分配料：0.29～0.33wt％的C，0.50～0.80wt％的Si，12.5～14.0wt％的Cr、0.01～0.04wt％的Al，≤1.00wt％的Mn，≤0.005wt％的S，≤0.60wt％的Ni，≤0.02wt％的As，≤0.01wt％的Sn，≤0.01wt％的Pb，≤0.01wt％的Bi，≤0.0002wt％的H，≤0.0025wt％的O，As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.04wt％；所述配料的过程中加入石灰；
B)将步骤A)得到的炉料在电炉中熔化，且在熔化的过程中加入Fe-Si块和Al块；
C)将步骤B)得到的钢液进行LF冶炼，以0.06wt％的量向所述钢液中喂入Al线；
D)将步骤C)得到的钢液进行VD真空精炼，VD结束后禁止调Al；
E)将步骤D)得到的钢液进行浇注，再开坯轧制；
F)将开坯轧制后的钢坯依次进行加热、连轧轧制、空冷，得到铬不锈预硬塑料模具钢。
优选的，步骤A)中，所述配料采用的炉料为低P和低S废钢、本钢种，或相近钢种返回料、合金料。
优选的，步骤B)中，所述熔化后出钢的温度为1600～1700℃。
优选的，步骤C)中，所述LF熔炼中白渣的保持时间≥15min，所述LF冶炼结束时喂Al线调Al至0.06％。
优选的，步骤D)中，所述VD真空精炼的极限真空度≤70Pa下的保持时间大于等于1min。
优选的，步骤D)中，所述VD真空精炼的破空前1min，将Ar流量调至≤20L/min；吹氩时间≥25min，吊包浇注温度为1500～1600℃。
优选的，步骤D)中，所述VD真空精炼中[H]≤2.0ppm。
优选的，所述浇注的氩气流量为0.3～0.5MPa。
优选的，所述加热包括预热段、加热一段、加热二段和均热段；所述预热段的温度≤700℃，所述加热一段的温度为850～900℃，所述加热二段的温度为1000～1120℃，所述均热段的温度为1150～1200℃；所述加热的时间≥150min，所述均热段的时间≥45min。
优选的，所述连轧轧制的终轧温度≥950℃。
本申请提供了一种铬不锈预硬塑料模具钢的制备方法，其通过冶炼纯净度控制、钢锭高温加热及保证轧制开坯变形量、在线预硬化等技术控制，制造出了高品质预硬塑料模具钢CGS-313：探伤合格率GB/T 4162 B级别合格率≥95％；非金属夹杂物：A、C、D类夹杂物≤1.5级，B类夹杂物≤2.0级，合格率≥95％；预硬圆钢硬度差≤3HRC，合格率≥95％。
附图说明
图1为本发明制备的铬不锈预硬塑料模具钢的成品照片；
图2为本发明对比例2制备的成品预硬圆钢的照片；
图3为本发明对比例2制备的成品预硬圆钢的照片；
图4为本发明实施例制备的成品预硬圆钢的金相照片；
图5为本发明对比例制备的成品预硬圆钢的金相照片。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
为了提高模具钢的表面质量，提高合格率，本申请提供了一种铬不锈预硬塑料模具钢的制备方法，具体包括以下步骤：
A)按照如下成分配料：0.29～0.33wt％的C，0.50～0.80wt％的Si，12.5～14.0wt％的Cr、0.01～0.04wt％的Al，≤1.00wt％的Mn，≤0.005wt％的S，≤0.60wt％的Ni，≤0.02wt％的As，≤0.01wt％的Sn，≤0.01wt％的Pb，≤0.01wt％的Bi，≤0.0002wt％的H，≤0.0025wt％的O，As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.04wt％；所述配料的过程中加入石灰；
B)将步骤A)得到的炉料在电炉中熔化，且在熔化的过程中加入Fe-Si块和Al块；
C)将步骤B)得到的钢液进行LF冶炼，以0.06wt％的量向所述钢液中喂入Al线；
D)将步骤C)得到的钢液进行VD真空精炼，VD结束后禁止调Al；
E)将步骤D)得到的钢液进行浇注，再开坯轧制；
F)将开坯轧制后的钢坯依次进行加热、连轧轧制、空冷，得到铬不锈预硬塑料模具钢。
在上述制备过程中，本申请首先进行冶炼，在冶炼之前需要按照最终成分配料；在本申请中，配料的过程中以所述配料为基加1.9wt％～2.3wt％的石灰。所述配料的炉料由低P和低S废钢、本种钢，或相近钢种返钢料、合金料组成，配料中碳≥1.5％；P≤标准上限-0.005％；Si≤0.80％，以使得最终产品的成分可达到如下成分：0.29～0.33wt％的C，0.50～0.80wt％的Si，12.5～14.0wt％的Cr、0.01～0.04wt％的Al，≤1.00wt％的Mn，≤0.005wt％的S，≤0.60wt％的Ni，≤0.02wt％的As，≤0.01wt％的Sn，≤0.01wt％的Pb，≤0.01wt％的Bi，≤0.0002wt％的H，≤0.0025wt％的O，As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.04wt％；所述配料的过程中加入石灰。在上述成分控制方面主要对杂质元素(P、S、五害As+Sn+Pb+Sb+Bi)、气体(O、H)进行控制，提高纯净度。
在配料完成后，本申请则将配料后的炉料依次进行电炉熔炼、LF熔炼、VD熔炼和模铸。在电炉熔炼的过程中，则将配料后的炉料送电炉熔化，以保证电炉的脱气强度，采用Fe-Si和Al块保证脱氧效果，电炉熔炼结束出钢的温度为1600～1700℃，在具体实施例中，所述出钢的温度具体为1653～1688℃；每吨炉料加Fe-Si 9.4～10.2kg，每吨炉料加Al块1.87～2.50kg。
按照本发明，然后将电炉熔炼后的钢液进行LF熔炼，以0.06wt％的量向所述钢液中喂入Al线；在进行LF熔炼之前首先需要调整氩气流量，然后立即以0.06wt％的量向钢液中喂入铝线，喂线速度≥2.5m/s；LF炉处理时的白渣保持时间≥15分钟；LF处理结束时喂Al线调Al到0.06％，确保Al进入规格内控，VD结束后禁止调Al。电炉熔炼加入Fe-Si和Al块、喂铝线以及控制铝线含量用以对钢水进行脱氧，若Al的加入量较少脱氧效果不好，加入较多产生B类、D类夹杂物。
本申请然后将LF熔炼后的钢液进行VD真空精炼，在所述真空精炼的过程中，极限真空度≤67Pa下的保持时间≥15min；破空前1min，将Ar流量调至≤20L/min，破空后测温、取样；定[H]或取[H]样分析，[H]含量须符合[H]≤2.0ppm；软吹氩时间≥25min，吊包浇注温度1500～1600℃。
本申请然后将得到的钢液浇注，所述浇注在氩气保护气氛下进行，氩气的流量为0.3～0.5MPa。在浇注完成之后，则进行轧制开坯，所述轧制开坯首先加热开坯，所述加热的温度为1200～1500℃，时间为1.0～3.0h；更具体的，所述加热的温度为1200～1300℃，时间为1.5～3.0h。
在所述轧制开坯之后，则进行连轧轧制，所述加热包括预热段、加热一段、加热二段和均热段；所述预热段的温度≤700℃，所述加热一段的温度为850～900℃，所述加热二段的温度为1000～1120℃，所述均热段的温度为1150～1200℃；所述加热的时间≥150min，所述均热段的时间≥45min；采用上述几段加热，防止产生裂纹、对材料的偏析也能起到一定均质化效果，使组织均匀。所述连轧轧制的终轧温度控制≥950℃，成品圆钢轧后空冷，即得到成品模具钢。上述轧制开坯及连轧轧制温度、时间的控制，使材料在最佳的温度区内塑性变形，得到最佳的组织和性能。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的模具钢的制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
铬不锈预硬塑料模具钢的制备流程：炼钢总厂冶炼钢锭→825轧机开坯→连轧机组轧制圆钢→空冷→回火→探伤→检验；具体生产工艺如下：
1)材料冶炼采用电炉+LF+VD+模铸的工艺路线：
A)配料要求
(a)装料前炉底垫石灰795～814kg，然后装料；
(b)炉料35～45t由低P和低S废钢、本钢种或相近钢种返回料、合金料等组成，配料碳≥1.5％；P≤标准上限-0.005％；Si≤0.80％；
(c)配料应充分考虑电炉的留钢量和浇注时的注余量，按1.3～1.5t注余计算；
(d)化学成分要求，如表1所示：
表1 CGS-313化学成分要求数据表(wt％)
注：As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.04；
B)冶炼方法
(a)炉料送电熔化，过程保证电炉的脱气强度，采用375～405kgFe-Si(以炉料为基)与78～95kgAl块(以炉料为基)保证脱氧效果，出钢温度1653～1688℃；
(b)吊包至LF炉工位并要求：
(b1)调整好氩气流量，立即按0.06％向钢液喂入铝线(喂线速度≥2.5m/s)，喂完铝线后测温；
(b2)LF炉处理时的白渣保持时间≥15分钟；
(b3)LF处理结束时喂Al线调Al到0.06％，确保Al进入规格内控，VD结束后禁止调Al；
(c)VD真空精炼
(c1)入罐渣厚60～100mm、测温，调整氩气流量；
(c2)极限真空度≤67Pa下的保持时间≥15min；
(c3)破空前1min，将Ar流量调至≤20L/min，破空后测温、取样；
(c4)定[H]或取[H]样分析，[H]含量须符合[H]≤2.0ppm；
(c5)软吹氩时间≥25min，吊包浇注温度1542～1552℃；
(d)浇注
浇注时采用西保大锭保护渣和发热剂，浇注前需确认狭缝式氩气保护装置畅通，浇注时的氩气保护的氩气流量控制在0.3～0.5MPa之间，浇注钢锭红送轧钢厂；
2)轧制开坯工艺
钢锭加热开坯，保温温度为1207-1227℃，保温时间1.5-2.0h，用825轧机组轧制成180mm×180mm坯料，坯料退火后修磨表面以保证成品圆钢表面质量；
3)连轧轧制工艺
A)修磨后钢坯加热工艺，如表2所示：
表2连轧钢坯加热工艺数据表
用连轧机组轧制成材，终轧温度控制≥950℃，成品圆钢轧后空冷，采用便携式硬度计进行硬度检测，以保证硬度均匀性；
B)成品圆钢采用RODR1500辊底回火，其回火工艺如表3所示：
表3 RODR1500辊底回火工艺数据表
| 规格(mm) | 回火处理制度(温度根据用户具体需求，在范围内选定) |
| 16≤Φ＜30 | 575～625℃，9.0-10.0h，空冷 |
| 30≤Φ＜45 | 575～625℃，9.5-10.5h，空冷 |
| 45≤Φ＜60 | 575～625℃，10.0-11.0h，空冷 |
| 60≤Φ＜75 | 575～625℃，10.5-11.5h，空冷 |
| 75≤Φ≤90 | 575～625℃，11.0-12.0h，空冷 |
实施例
按照上述制备流程制备
及
的成品预硬圆钢：
化学成分具体如表4所示：
表4实施例中预硬圆钢的成分数据表
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Al | Ni |
| 0.305 | 0.565 | 0.315 | 0.015 | 0.001 | 12.85 | 0.037 | 0.11 |
| As | Sn | Pb | Sb | Bi | H | O | |
| 0.006 | 0.004 | 0.001 | 0.005 | 0.003 | 0.00005 | 0.0016 |
注：As+Sn+Pb+Sb+Bi＝0.019；
经过冶炼、轧制开坯以及连轧轧制之后，得到成品预硬圆钢，上述各工序的具体控制值如下：
1、冶炼方法
(a)炉料送电熔化，过程保证电炉的脱气强度，采用395kgFe-Si与85kgAl块保证脱氧效果，出钢温度1670℃；
(b)吊包至LF炉工位并要求：
(b1)调整好氩气流量，立即按0.06％向钢液喂入铝线(喂线速度≥2.5m/s)，喂完铝线后测温；
(b2)LF炉处理时的白渣保持时间20分钟；
(b3)LF处理结束时喂Al线调Al到0.06％，确保Al进入规格内控，VD结束后禁止调Al；
(c)VD真空精炼
(c1)入罐渣厚80mm、测温，调整氩气流量；
(c2)极限真空度≤67Pa下的保持时间20min；
(c3)破空前1min，将Ar流量调至≤20L/min，破空后测温、取样；
(c4)定[H]或取[H]样分析，[H]含量0.5ppm；
(c5)软吹氩时间30min，吊包浇注温度1554℃；
(d)浇注
浇注时采用西保大锭保护渣和发热剂，浇注前需确认狭缝式氩气保护装置畅通，浇注时的氩气保护的氩气流量控制在0.3～0.5MPa之间，浇注钢锭红送轧钢厂；
2)轧制开坯工艺
钢锭加热开坯，保温温度为1220℃，保温时间1.5h，用825轧机组轧制成180mm×180mm坯料，坯料退火后修磨表面以保证成品圆钢表面质量；
3)连轧轧制工艺
A)修磨后钢坯加热工艺，如表5所示：
表5连轧钢坯加热工艺数据表
用连轧机组轧制成材，终轧温度控制980℃，成品圆钢轧后空冷，采用便携式硬度计进行硬度检测，以保证硬度均匀性；
检测成品预硬圆钢的夹杂物，检测结果如表6所示；
表6不同尺寸的成品预硬圆钢的夹杂物数据表
| A粗 | A细 | B粗 | B细 | C粗 | C细 | D粗 | D细 | DS | |
| 1# | 0 | 0.5 | 0 | 1.0 | 0 | 0 | 0.5 | 1.0 | 1.0 |
| 2# | 0 | 0.5 | 0 | 1.0 | 0 | 0 | 0.5 | 1.0 | 0 |
经RODR1500辊底按如表7的工艺回火：
表7不同尺寸的成品预硬圆钢的回火工艺数据表
| 规格(mm) | 回火处理制度 |
| 30≤Φ＜45 | 600±10℃，9.5～10.5h，空冷 |
| 75≤Φ≤90 | 600±10℃，11.0～12.0h，空冷 |
经过上述回火处理后产品的硬度数据表如表8所示：
表8回火后成品的硬度数据表
由表8可知，同一截面硬度差≤3HRC。
对成品进行探伤检测，如图1所示，由图1可知，本实施例制备的成品的探伤合格率为100％。
对比例1
其他步骤与实施例相同，区别仅在于：脱氧剂Fe-Si与Al块的加入量分别为：Fe-Si355kg、Al块65kg，喂Al线调Al含量为0.037％，要求非金属夹杂易超标，如下表9所示：
表9对比例1制备的成品预硬圆钢的夹杂物数据表
| A粗 | A细 | B粗 | B细 | C粗 | C细 | D粗 | D细 | DS | |
| 1# | 0 | 0.5 | 1.0 | 3.0 | 0 | 0 | 0.5 | 1.0 | 2.0 |
| 2# | 0 | 0.5 | 0 | 2.0 | 0 | 0 | 0.5 | 1.0 | 1.5 |
对比例2
其他步骤与实施例相同，区别仅在于：冶炼吊包浇注温度1562℃，则成品预硬圆钢出现偏析，具体如表10所示：
表10对比例2制备的成品预硬圆钢的偏析度数据表
对比例3
其他步骤与实施例相同，区别仅在于：轧制的过程中，未进行开坯轧制，而是直接进行的连铸连轧，具体如表11所示，
表11对比例3制备的成品预硬圆钢的中心疏松数据表
对比例2和对比例3制备的成品预硬圆钢的照片具体如图2、图3所示。
对比例4
其他步骤与实施例相同，区别仅在于：钢锭加热开坯，保温温度为1160℃，保温时间70min；连轧钢坯总加热时间：120min，均热时间：30min。最终成品预硬圆钢的硬度不均匀，具体如表12所示，
表12对比例4制备的成品预硬圆钢的硬度数据表
图4和图5分别为实施例和对比例制备的成品预硬圆钢的金相照片(左侧图为边部组织，右侧图为心部组织)，由图可知，温度、时间控制达不到要求导致成品组织不均匀，晶粒粗大。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种铬不锈预硬塑料模具钢的制备方法，包括以下步骤：
A）按照如下成分配料：0.29~0.33wt%的C，0.50~0.80wt%的Si，12.5~14.0wt%的Cr、0.01~0.04wt%的Al，≤1.00wt%的Mn，≤0.005wt%的S，≤0.60wt%的Ni，≤0.02wt%的As，≤0.01wt%的Sn，≤0.01wt%的Pb，≤0.01wt%的Bi，≤0.0002wt%的H，≤0.0025wt%的O，As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.04wt%；所述配料的过程中加入石灰；
B）将步骤A）得到的炉料在电炉中熔化，且在熔化的过程中加入Fe-Si块和Al块；每吨炉料加Fe-Si 9.4~10.2kg，每吨炉料加Al块1.87~2.50kg
C）将步骤B）得到的钢液进行LF冶炼，以0.06wt%的量向所述钢液中喂入Al线；
D）将步骤C）得到的钢液进行VD真空精炼，VD结束后禁止调Al；所述VD真空精炼的吊包浇注温度1542~1552℃；
E）将步骤D）得到的钢液进行浇注，再开坯轧制；所述开坯轧制首先加热开坯，所述加热的温度为1200~1500℃，时间为1.0~3.0h；
F）将开坯轧制后的钢坯依次进行加热、连轧轧制、空冷，得到铬不锈预硬塑料模具钢；所述加热包括预热段、加热一段、加热二段和均热段；所述预热段的温度≤700℃，所述加热一段的温度为850~900℃，所述加热二段的温度为1000~1120℃，所述均热段的温度为1150~1200℃；所述加热的时间≥150min，所述均热段的时间≥45min。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A）中，所述配料采用的炉料为低P和低S废钢、本钢种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤B）中，所述熔化后出钢的温度为1600~1700℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤C）中，所述LF冶炼中白渣的保持时间≥15min，所述LF冶炼结束时喂Al线调Al至0.06%。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤D）中，所述VD真空精炼的极限真空度≤70Pa下的保持时间大于等于1min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤D）中，所述VD真空精炼的破空前1min，将Ar流量调至≤20L/min；吹氩时间≥25min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤D）中，所述VD真空精炼中[H]≤2.0ppm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浇注的氩气流量为0.3~0.5MPa。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述连轧轧制的终轧温度≥950℃。
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