CN104911321B - 一种塑料模具钢的特厚板生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种塑料模具钢的特厚板生产工艺，模具钢最大厚度能够达到250mm，该生产工艺采用合适的成分设计，属于中碳高合金钢，转炉炼钢，以φ1000mm大圆坯连铸成材，通过合理的加热方式、轧制工艺以及热处理制度得到内部质量优异，加工性能良好的预硬型塑料模具厚板。钢板组织均匀，性能均一，经超声波检测达到JB/4730.3‑2005标准І级，夹杂物级别低，钢板加工性能良好。

Description

一种塑料模具钢的特厚板生产工艺

技术领域

本发明涉及钢坯后处理工艺，具体涉及一种利用大圆坯成材的特厚塑料模具钢生产工艺。

背景技术

随着塑料工业发展的突飞猛进，塑料模具钢的需求量急剧增加，其中预硬型塑料模具钢市场需求量较大。由于预硬型塑料模具钢在厂家供货时就达到用户所要求的硬度和使用性能，用户得到材料后，可以直接加工成模具，不需要进行淬火、回火热处理就可以直接使用，这类钢避免了在模具加工以后再进行淬火、回火热处理操作所造成的变形、开裂、脱碳等缺陷，同时具有良好的强韧性，切削性能和抛光性能、尺寸精度等优点，预硬型塑料模具钢适宜制造形状复杂、精密的塑料模具，性价比较高。

塑料制品日益向大型、复杂、精密的方向发展，如洗衣机筒体、电冰箱内腔、大型彩电外壳等。为了适应塑料制品的尺寸日趋大型化、形状的复杂化，对塑料模具钢的要求也越来越严格，在希望塑料模具用钢规格增大的同时希望材料具有良好的切削加工性，镜面抛光性等。

目前国内市场上塑料模具钢板竞争激烈，但是钢板厚度集中在120mm以下，许多企业在炼钢和轧钢上着手，企图优化材料质量，提高产品竞争力，但是终究因受到连铸板坯厚度的限制，生产不出厚度更大且内部质量优异的塑料模具钢钢板。

对于塑料模具厚板，由于连铸板坯成材导致压缩比不够，坯料内部渗透变形不到位，使得钢板内部质量不能保证，容易出现砂眼、疏松的缺陷。专利号201010266549.7开发的“开合式水冷模铸机浇铸钢锭成材工艺”，使得塑料模具钢厚板的质量得到了提高，但是该工艺成本较高，工序复杂，生产周期较长。目前国内有一些企业采取传统的铸锭成材工艺，由于铸锭冒口位置质量差导致成材率低，且该工艺模耗高，浇铸难，由于钢液凝固慢导致缩孔、偏析等缺陷，轧制成型的钢板表面和芯部硬度差别大，影响客户的后续加工。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种塑料模具钢的特厚板及其生产工艺，以连铸ф1000mm大圆坯成材，通过优化合理的加热、轧制、热处理工艺，提高塑料模具钢特厚板的内部质量，钢板获得更大厚度的同时具有更好的硬度均匀性，塑料模具钢的厚度能够达到250mm。克服现有“模铸-铸锭开坯-可逆式轧机轧制或铸锭锻造成材工艺”的浇铸难、模耗高、成材率低、成本较高、工序复杂、生产周期较长等问题，尤其是提高成材率。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为，提供一种塑料模具的特厚板生产工艺，具体步骤如下：

以连铸ф1000mm大圆坯成材，使用直弧连铸机连铸φ1000mm大圆坯，在线切割成一定长度的坯料。控制钢水过热度10～20℃，实现低过热度连铸，结晶器内安装搅拌钢水的电磁搅拌装置，利用电磁搅拌设备，有助于钢水及时放热，降低坯料内外温度差，有助于消除结晶器表面钢水凝固结壳现象；二冷区布置雾化水冷却装置，通过向坯料表面喷洒雾化水冷却，有利于坯料表面均匀降温，提高表面质量；在钢水凝固末端采用电磁搅拌技术以及动态轻压下技术，减缓椭圆坯料芯部因钢水凝固收缩产生的孔洞缺陷以及偏析现象，提高坯料内部质量。

（1）连铸所得坯料热送至均热炉，设定装炉温度为600±10℃；若不具备热送条件，将坯料缓冷后再送至均热炉，缓冷坑底部垫热坯使坑温保持在大于50℃，坯料外层加盖石棉布，然后盖上保温盖，缓冷24～48h，坯料出坑表面温度控制在200～250℃，对入坑缓冷的坯料，设定装炉温度不低于150℃；

（2）加热，分段设定均热炉的升温速度：≤1000℃，升温速度为80～100℃/h；＞1000℃ ，升温速度50～70℃/h；最高加热温度1280℃，均热温度1260±10℃，该加热保温方式能够确保该成分坯料的合金元素充分固溶，且保证奥氏体晶粒度不过分粗大，保证椭圆坯料内外晶粒大小均匀，尽可能消除厚度方向的金相差异；

（3）轧制，采用异形坯轧制工艺，设计“纵轧→角轧→横轧→纵轧”工艺流程，开轧温度1050～1100℃，钢板轧制采用低速大压下工艺轧制，轧制大变形能够确保椭圆坯轧制变形能够渗透到铸坯中心部分，以尽可能地消除厚度方向上的变形差异；角轧前的纵轧阶段每道次压下量60～90mm，前四道次压下总量≥300mm，第五至第十道次采用15°角轧工艺进行坯料展宽，终轧温度≥900℃；

（4）缓冷，轧制完成后，将坯料空冷至300±50℃，钢板布置间距≥1.5m，然后下线堆缓冷，堆缓冷时间≥48h；

（5）正火+回火热处理，优选台车炉对钢板进行正火+回火热处理，台车炉空间小，内部温度均匀；钢板随炉升温，有助于减缓钢板热应力，保证钢板板型；台车炉采用高炉煤气加热，能够降低生产成本，正火温度850～880℃，保温时间2～4min/mm，回火温度550～600℃，保温时间3.5～4.5min/mm，得到预硬型塑料模具特厚板，正火有助于减缓塑料模具特厚板的内部偏析，均匀钢板组织，减小同板异处硬度差。

优选地，步骤（1）中，坯料从缓冷坑起坑后对坯料表面进行带温检查，对缺陷进行带温清理，火焰清理温度≥150℃，消除坯料表面缺陷，提高产品表面品质。

进一步地，轧制过程中采用3～5次高压水除鳞，保证钢板表面质量；使用立辊轧制，保证边部质量；轧制过程中适当增加2～3平整道次，确保钢板不平度≤3mm/m，以进一步提高钢板的平整度和表面质量，确保钢板表面无裂纹、结疤、气泡、缺陷、夹杂或麻点，在轧制过程中即可确保钢板的平直。

上述工艺尤其适应中碳合金模具钢板的生产，按质量百分比计，钢板中C：0.38～0.42%，Si：0.20～0.40%，Mn：1.40～1.60%，Cr：1.80～2.00%，Mo：0.18～0.25%，Als：0.01～0.04%，P≤0.015%，S≤0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明具有如下特点：

本发明所述预硬态塑料模具钢属于中碳合金钢，裂纹很敏感，极易产生心部和表面裂纹。为避免连铸φ1000mm大圆坯离线后因冷却速度过快产生组织变化应力，导致坯料内部存在微裂纹，铸坯首选热送热装，若不具备热送热装条件，铸坯必须做到高温下坑缓冷，并设定特定的缓冷条件以防止裂纹的出现。

本发明采用均热炉对大圆坯进行加热，保温效果好，炉内温度均匀。

本发明采用异形坯轧制工艺，钢板轧制采用低速大压下工艺轧制，确保轧制变形能够渗透到铸坯中心部分，消除最终所得钢板在厚度方向上的差异，确保组织结构均匀，该工艺能够实现大厚度钢板的轧制。

与现有技术相比，本发明的优点在于：所涉及工艺获得的特厚塑料模具钢板，生产成本低，生产效率高，生产周期短，较“模铸-铸锭开坯-可逆式轧机轧制或铸锭锻造成材工艺”生产的塑料模具钢板，大幅度提高了成材率，降低了生产成本。

本发明生产的特厚塑料模具钢板，最大厚度达250mm，钢板组织均匀，性能均一，经超声波检测达到JB/4730.3-2005标准 І 级，夹杂物级别低，钢板加工性能良好。

附图说明

图1为本发明实施例中预硬型塑料模具特厚板沿板厚方向表面的组织形态图；

图2为本发明实施例中预硬型塑料模具特厚板沿板厚方向 1/4处的组织形态图；

图3为本发明实施例中预硬型塑料模具特厚板沿板厚方向 1/2处的组织形态图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

一种塑料模具钢的特厚板生产工艺，模具钢最大厚度能够达到250mm，该生产工艺采用合适的成分设计，属于中碳合金钢，钢板的化学成分按质量百分比计为C：0.38～0.42%，Si：0.20～0.40%，Mn：1.40～1.60%，Cr：1.80～2.00%，Mo：0.18～0.25%，Als：0.01～0.04%，P≤0.015%，S≤0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质。转炉炼钢，以φ1000mm大圆坯连铸成材，通过合理的加热方式、轧制工艺以及热处理制度得到内部质量优异，加工性能良好的预硬型塑料模具特厚板。具体工艺步骤如下：

使用直弧连铸机连铸φ1000mm大圆坯，在线切割成2000mm左右的坯料。控制钢水过热度10～20℃，实现低过热度连铸，结晶器内安装搅拌钢水的电磁搅拌装置，利用电磁搅拌设备，有助于钢水及时放热，降低坯料内外温度差，有助于消除结晶器表面钢水凝固结壳现象；二冷区布置雾化水冷却装置，通过向坯料表面喷洒雾化水冷却，有利于坯料表面均匀降温，提高表面质量；在钢水凝固末端采用电磁搅拌技术以及动态轻压下技术，减缓椭圆坯料芯部因钢水凝固收缩产生的孔洞缺陷以及偏析现象，提高坯料内部质量。

（1）连铸所得坯料优选及时热送至均热炉，设定装炉温度为600±10℃；若不具备热送条件，将坯料缓冷后再送至均热炉，缓冷坑底部垫热坯使坑温保持在大于50℃，坯料外层加盖石棉布，然后盖上保温盖，缓冷24～48h，坯料出坑表面温度控制在200～250℃，坯料从缓冷坑起坑后对坯料表面进行带温检查，对缺陷进行带温清理，火焰清理温度≥150℃，消除坯料表面缺陷，提高产品表面品质，对入坑缓冷的坯料，设定装炉温度不低于150℃；

（2）加热，分段设定均热炉的升温速度：≤1000℃，升温速度为80～100℃/h；＞1000℃ ，升温速度50～70℃/h；最高加热温度1280℃，均热温度1260±10℃，该加热保温方式能够确保该成分坯料的合金元素充分固溶，且保证奥氏体晶粒度不过分粗大；

（3）轧制，采用异形坯轧制工艺，设计“纵轧→角轧→横轧→纵轧”工艺流程，开轧温度1050～1100℃，钢板轧制采用低速大压下工艺轧制，轧制大变形能够确保椭圆坯轧制变形能够渗透到铸坯中心部分，以尽可能地消除厚度方向上的变形差异；角轧前的纵轧阶段每道次压下量60～90mm，前四道次压下总量≥300mm，第五至第十道次采用15°角轧工艺进行坯料展宽，终轧温度≥900℃；轧制过程中采用3～5次高压水除鳞，保证钢板表面质量；使用立辊轧制，保证边部质量；轧制过程中适当增加2～3平整道次，确保钢板不平度≤3mm/m，以进一步提高钢板的平整度和表面质量；

（4）缓冷，轧制完成后，将坯料在线空冷至300±50℃，钢板布置间距≥1.5m，然后下线堆缓冷，堆缓冷时间≥48h；

（5）正火+回火热处理，利用台车炉对钢板进行正火+回火热处理，正火温度850～880℃，保温时间2min/mm，回火温度550～600℃，保温时间3.5min/mm，正火有助于减缓塑料模具特厚板的内部偏析，均匀钢板组织，减小同板异处硬度差，得到预硬型塑料模具特厚板。

上述工艺生产的预硬型塑料模具厚板锯切后无肉眼可见的砂眼。钢板外观表面光洁，无裂纹、结疤、气泡、折叠、夹杂、麻点等缺陷。如图1至图3所示，为模具特厚板不同厚度处的金相组织，特厚板组织在厚度方向上均匀，为回火贝氏体组织。特厚板结构偏析小，截面硬度分布均匀，整板硬度差不超过2HRC，切削加工性能好，抛光性能优异。特厚板最大厚度达到250mm，探伤满足JB/4730.3-2005标准 І 级，按照ASTM E45(A法)检验夹杂物，夹杂物总级别不大于2.5级，综合性能良好。利用该工艺生产特厚预硬型塑料模具厚钢，成材率可达88%以上，比模铸成材工艺提高8～11%，吨钢生产成本降低600元以上。

Claims (9)

1.一种塑料模具钢的特厚板生产工艺，其特征在于：以连铸ф1000mm大圆坯成材，步骤包括

（1）连铸所得坯料热送至均热炉，设定装炉温度为600±10℃；若不具备热送条件，将坯料缓冷后再送至均热炉，缓冷坑底部垫热坯使坑温保持在大于50℃，坯料外层加盖石棉布，然后盖上保温盖，缓冷24～48h，坯料出坑表面温度控制在200～250℃，对入坑缓冷的坯料，设定装炉温度不低于150℃；

（2）加热，分段设定升温速度：≤1000℃，升温速度为80～100℃/h；＞1000℃ ，升温速度50～70℃/h；最高加热温度1280℃，均热温度1260±10℃；

（3）轧制，采用“纵轧→角轧→横轧→纵轧”工艺流程，开轧温度1050～1100℃，钢板轧制采用低速大压下工艺轧制，角轧前的纵轧阶段每道次压下量60～90mm，前四道次压下总量≥300mm，第五至第十道次采用15°角轧工艺进行坯料展宽，终轧温度≥900℃；

（4）缓冷，轧制完成后，将坯料空冷至300±50℃，钢板间距≥1.5m，然后下线堆缓冷，堆缓冷时间≥48h；

（5）正火+回火热处理，正火温度850～880℃，保温时间2～4min/mm，回火温度550～600℃，保温时间3.5～4.5min/mm，得到预硬型塑料模具特厚板。

2.根据权利要求1所述的塑料模具钢的特厚板生产工艺，其特征在于：所述ф1000mm大圆坯采用直弧连铸机进行连铸，采用低过热度浇注，钢水过热度为10～20℃，结晶器内配置搅拌钢水的电磁搅拌装置以降低坯料内外温差；二冷区布置雾化水冷却装置对坯料表面进行雾化水冷；在钢水凝固末端采用电磁搅拌以及动态轻压下工艺。

3.根据权利要求1所述的塑料模具钢的特厚板生产工艺，其特征在于：步骤（5）采用台车炉对钢板进行正火+回火热处理。

4.根据权利要求1所述的塑料模具钢的特厚板生产工艺，其特征在于：步骤（1）中，坯料从缓冷坑起坑后对坯料表面带温检查，对缺陷进行带温清理，火焰清理温度≥150℃。

5.根据权利要求1所述的塑料模具钢的特厚板生产工艺，其特征在于：轧制过程中采用3～5次高压水除鳞，保证钢板表面质量。

6.根据权利要求1所述的塑料模具钢的特厚板生产工艺，其特征在于：轧制过程使用立辊轧制，保证边部质量。

7.根据权利要求1所述的塑料模具钢的特厚板生产工艺，其特征在于：轧制过程中适当增加2～3道次平整工艺，确保钢板不平度≤3mm/m。

8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的塑料模具钢的特厚板生产工艺，其特征在于：所得预硬型塑料模具特厚板的厚度达到250mm。

9.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的塑料模具钢的特厚板生产工艺，其特征在于：所得预硬型塑料模具特厚板为中碳合金钢，按质量百分比计，钢中C：0.38～0.42%，Si：0.20～0.40%，Mn：1.40～1.60%，Cr：1.80～2.00%，Mo：0.18～0.25%，Als：0.01～0.04%，P≤0.015%，S≤0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质。