一种热作模具钢中厚板制造方法与流程

1.本发明涉及热作模具钢h13热作模具钢中厚板加热、控轧控冷、退火热处理，属于金属热加工领域。


背景技术：

2.h13是目前市场上使用最为广泛的热作模具钢产品，其产品包括模块、锻圆、扁钢等，扁钢规格范围一般为“厚度≤100
×
宽度910≤
×
lmm”。与扁钢相比中厚板产品具有板面宽，模具制造企业下料方便、材料利用率高的优点，具有较大的市场需求。目前h13中厚板产品及中厚板制造方法在国内属于空白，为此本发明创新了一种高效、高质量的h13中厚板（厚度≤100
×
宽度≥1100
×
lmm）制造方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的就是针对上述问题，提供一种热作模具钢中厚板制造方法。
4.本发明的目的是这样实现的：一种热作模具钢中厚板制造方法，包括以下步骤：步骤一：冶炼。
5.步骤二：初轧机开坯：钢锭脱模后钢锭表面温度750
‑
870℃，入加热炉后随炉升温到1200
‑
1250℃均匀热保温3
‑
5小时；开轧温度：1180
‑
1200℃，终轧温度900
‑
1010℃；中间坯红转中板厂。
6.步骤三：中间坯加热：将700
‑
800℃的中间坯装入炉温为750
‑
800℃室式加热炉，以100
‑
120℃/h速度升温至1290
‑
1310℃保温5
‑
10小时，出炉。
7.步骤四：中厚板轧机轧制及控制冷却：
⑴ꢀ
间坯经高压水除鳞，并使快速降温至开轧温度1130
‑
1180℃；中厚板轧机展宽、纵轧，钢板终轧温度800
‑
950℃。
8.⑵ꢀ
对轧制成材的钢板喷水雾以10
‑
28℃/min冷却到400
‑
500℃进行空冷；钢板空冷到150
‑
210℃，吊装钢板入电罩式炉进行退火。
9.步骤五：电罩式炉氮基保护气氛退火。
10.电罩炉退火过程按20
‑
30m3/h流量送可控氮基气氛；加热升温速度15
‑
30℃/h，炉温达到780
‑
810℃保温15
‑
18小时后，停电并吊开外罩空冷，钢板温度200
‑
300℃时出炉。
11.进一步的讲，采用液压矫平机对退火后的钢板进行矫直。
12.本发明的有益效果是：本发明采用钢锭、中间坯红送、红装技术降低了能源消耗，缩短了中厚板周期；设计了“中间坯高效均质化加热工艺 钢板控轧冷均细化技术 电罩炉氮基气氛保护退火”工艺，实现了热作模具钢h13中厚板组织、晶粒度的均细化，同时可以显著改善热作模具钢中厚板表面质量，降低氧化脱碳层深度，减少模具加工的加工余量，提高材料利用率。
附图说明
13.下面结合附图对本发明作进一步的描述。
14.图1是本发明未均质化时h13中间坯的液析及退火组织影响图。
15.图2是本发明1250℃/5h均质化时h13中间坯的液析及退火组织影响图。
16.图3是本发明1300℃/5h 均质化时h13中间坯的液析及退火组织影响图。
17.图4是轧后堆冷退火组织图。
18.图5是控轧、控冷退火组织图。
具体实施方式
19.本发明创新目的在于实现热作模具钢中厚板高效率、高质量、高材料利用率批量化生产，填补热作模具钢中厚板制造方法及市场空白。
20.1、生产工艺流程设计：电转炉冶炼 lf钢包精炼 vd真空脱气—浇铸扁锭—红送初轧机开坯工序—钢锭红装—初轧机轧制开坯—坯料红送、红装—坯料高效均质化加热—高压水除鳞、开轧温度控制—中厚板轧机轧制成材—钢板喷雾冷却 空冷—电罩式炉氮基保护气氛退火。
21.2、生产工艺技术设计思路2.1、钢锭、中间坯红采用送、红装（钢锭、中间坯≥700℃）技术，取消了钢锭、中间坯退火工序，缩短中厚板生产周期，降低能耗。
22.2.2、中间坯采用高效均质化加热（1290
‑
1310℃保温5
‑
10h）工艺，代替钢锭均质化（1240
‑
1260℃保温25
‑
30小时），改善中厚板枝晶偏析、液析，实现中厚板的均质化。
23.热作模具钢h13钢锭在凝固过程中，会形成粗大柱状晶、严重的枝晶偏析以及一次碳化物（液析也称亚共晶碳化物）。通常采用钢锭高温扩散（1240
‑
1260℃保温25
‑
30小时）来达到均质化效果，但所需保温时间较长。
24.钢锭加热轧制成中间坯，原来发达的柱状晶、亚共晶碳化物(液析 )得到较大程度破碎、枝晶间距缩小，如果对中间坯高温扩散均质化，合金元素均质化扩散所需的距离大幅缩小，可以缩短高温扩散均质化保温时间。因此中间坯采用较高温度、短时间加热均质化具有可行性。图1为不同均质化温度对h13中间坯的液析（亚共晶碳化物）及退火组织影响。
25.3、钢板控轧控冷均细化技术：钢板控制轧制技术：经高效高温扩散加热的中间坯出炉后，采用高压水除鳞，并利用高压水快速将中间坯冷却到开轧温度范围（1130
‑
1180℃），2300mm二辊轧机将坯料展宽至所要求宽度（1100
‑
2100mm），然后纵轧。厚度40mm以上钢板在2300mm二辊轧机直接轧制成材，终轧温度≥900℃。厚度小于40mm以下钢板，二辊轧机轧到到60mm厚，送2300mm四辊万能轧机轧制成材，万能轧机开轧温度≥950℃，终轧温度≥850℃。
26.钢板控制冷却技术： h13终轧后的中厚板，如果在较高的终轧温度下堆冷、缓冷会使晶粒长大和晶界上析出二次碳化物而形成网状、链状碳化物，从而影响钢板组织均匀性及模具使用寿命。本技术通过对终轧后的钢板进行“喷水雾以10
‑
28℃/min冷却速度快冷到400
‑
500℃，然后空冷到150
‑
210℃”控冷技术来抑制钢板冷却过程碳化物析出和晶粒长大现象，实现钢板组织、晶粒度的均细化控制。
27.4、电罩式炉氮基保护气氛退火工艺
h13钢si元素含量较高，氧化脱碳倾向严重。采用常规退火工艺，氧化脱碳层厚度一般在1.2
‑
3mm，钢板表面氧化皮厚度在1.0mm以上，钢板单边机加工余量达3
‑
5mm，影响材料利用率。
28.本发明采用电罩式炉氮基保护气氛退火工艺，减轻退火过程钢板氧化脱碳现象，从而可减少模具加工的加工余量，提高中厚板材料利用率。
29.把控轧控冷后的钢板及时装入电罩式炉退火，退火全程采用氮基气氛保护，可控氮基气氛流量控制在20
‑
30m3/h；升温速度15
‑
30℃/h；升温到780
‑
810℃保温时15
‑
18小时后，吊开外罩，内罩保持氮基气氛保护钢板冷却到300℃，然后吊开内罩。最后钢板空冷到室温。
30.生产工艺流程：炼钢厂80吨电转炉 lf钢包精炼 vd真空脱气
→
浇注7.2吨扁锭
→
红送初轧工序
→
红装加热
→
1000mm初轧机开坯
→
红送中板厂
→
中板厂均质化加热
→
2300mm中厚板轧机轧制
→
控轧、控冷
→
电罩式炉氮基保护气氛退火。
31.1.冶炼。
32.2.初轧机开坯：钢锭脱模后钢锭表面温度750
‑
870℃，入加热炉后随炉升温到1200
‑
1250℃均热保温3
‑
5小时；开轧温度：1180
‑
1200℃，终轧温度900
‑
1010℃；中间坯红转中板厂。
33.3.中间坯均质化加热方法，对厚200
‑
300
×
宽1000
×
长2150mm中间坯红坯（坯温700
‑
800℃）以≥120℃加热速度升温到1290
‑
1310℃，在此温度区间保温5
‑
9小时，可以消除液析，改善组织均匀性。
34.4.中厚板控轧技术：中间坯出炉后采用高压水反复除鳞，并使中间坯温度快速降低到1130
‑
1180℃开始轧制，
⑵
采取展宽纵轧得到要求中厚板规格（厚20
‑
100
×
宽1100
‑
2100
×
长lmm）。钢板终轧温度控制在850℃以上。
35.5.中厚板控冷均细化技术：中厚板以喷水雾以10
‑
28℃/min速度快速冷却到400
‑
500℃，然后空冷到150
‑
210℃。本技术可以抑制钢板冷却过程碳化物析出和晶粒长大现象，杜绝网状、链状碳化物形成，实现钢板显微组织、晶粒度的均细化控制。
36.6.电罩式炉氮基保护气氛退火工艺：中厚板采用电罩炉氮基保护气氛退火：
⑴
钢板装炉后扣内罩、外罩并砂封，通氮气冷吹30分排出内罩里和内外罩之间的空气，然后内罩改送可控氮基气氛。可控氮基气氛流量控制在20
‑
30m3/h。当内罩排出气体成分氧含量≤0.1%时，开始送电升温。
37.(2）升温速度15
‑
30℃/h，温度到780
‑
810℃保温15
‑
18小时后，吊开外罩空冷，内罩里钢板在氮基保护气氛中冷却到200
‑
300℃，吊开内罩使钢板空冷到室温。
38.7. 压平机矫直：采用液压矫平机对退火后的钢板进行矫直，保证板面平直度达到≤1mm/m。
实施例
39.1、冶炼：采用“80电转炉 lf vd”冶炼h13钢、浇铸10支7.2吨扁锭；扁锭红送初轧工序。
40.表1 h13熔炼成品化学成分（质量百分比%）2、1000mm初轧机开坯：钢锭脱模后钢锭表面温度780℃，入加热炉后随炉升温到1250℃均热保温3小时。
41.开轧温度：1195℃，终轧温度960℃。中间坯轧制规格：230
×
1050
×
2150mm，中间坯红转中板厂。
42.3、中板厂中间坯高效均质化加热：中间坯装入炉温为800℃室式加热炉，坯料入炉温度780℃。以120℃/h速度升温至1300℃保温5小时后，出炉。
43.4、 2300mm中厚板轧机轧制：
⑴
出加热炉的钢坯经高压水反复除鳞，保证除净氧化皮，并使中间坯快速冷却至开轧温度1160℃。
44.⑵
二辊轧机坯料展宽至1600mm，然后纵轧。
45.①
二辊轧机直接轧制成80、75、70、65、60、55、50、45、40mm厚度钢板，终轧温度控制在930℃。
46.②
二辊轧机轧到60mm厚，送四辊万能轧机，开轧温度950℃，轧制成35、30、25、20 mm厚度钢板，终轧温度860℃。
47.5、四辊矫直机热钢板校直钢板经矫直机反复矫直，保证钢板不平度≤5mm/m。
48.6、钢板控制冷却：矫直后的钢板到达冷床后，喷水雾以18℃/min快速冷却到450℃然后进行空冷；钢板空冷到180℃，吊装钢板入电罩式炉进行退火。
49.7、电罩式炉氮基保护气氛退火
⑴
扣内罩，砂封，扣外罩后，通氮气冷吹30分排出内罩里和内外罩之间的空气。内罩改送可控氮基气氛，可控氮基气氛流量控制在25m3/h。
50.(2）内罩排出气体成分氧含量0.1%，开始送电升温。升温速度25℃/h，温度到800℃保温18小时后，停电并吊开外罩空冷，钢板空冷到300℃时，停吹氮基保护气氛，吊开内罩，钢板空冷到室温。
51.8、压平机矫直采用2500吨液压矫平机对退火后的钢板进行矫直，保证板面平直度达到≤1mm/m。
52.9、实施效果对比：表2实施效果采用上述方法生产热作模具钢中厚板具有生产周期短、能耗低的特点，热作模具钢中厚板退火组织均匀化、晶粒超细化、氧化及脱碳程度小、材料利用率高。
53.以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明所保护范围的结构特征并不限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围内。