[發明專利]Φ300mm～Φ700mm高碳高鉻冷作模具鋼鍛造圓鋼制造新工藝

有效

• 申請號: 201110362525.6
• 申請日: 2011-11-16
• 公開（公告）號: CN102418042A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 顧容;劉振天;楊清凱;王琳;汝亞彬;王海江;陳慶新;于丹;趙智剛;牟風
• 申請（專利權）人: 東北特殊鋼集團有限責任公司
• 主分類號: C22C38/24
• 分類號: C22C38/24;C21C7/10;C21C7/076;C22B9/18;C21D8/00;B21J5/06;B21J1/06
• 代理公司: 大連智慧專利事務所 21215
• 代理人: 孫宇宏

技術領域

本發明涉及冷作模具鋼鍛造圓鋼制造方法，具體涉及一種Φ300mm～Φ700mm高碳高鉻冷作模具鋼鍛造圓鋼制造新工藝。

背景技術

合金鋼模具鋼可分為冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼，其中冷作模具鋼主要用于制造在室溫條件下將金屬材料壓制成型的各種模具；冷作模具的種類很多、應用范圍廣，其產值占模具總產值的1/3左右。根據模具的工作條件和生產產品的批量，冷作模具鋼按性能可分為：淬透性低的碳素工具鋼T8～T12等、淬透性較高的9SiCr、CrWMn等、高韌性的6CrW2Si等、高淬透性高耐磨性和淬火變形小的高碳高鉻Cr12Mo1V1、Cr6WV等及粉末冶金的高合金冷作模具鋼等。

高碳高鉻冷作模具鋼屬于萊氏體鋼，由于鋼中含有大量Cr、Mo、V等碳化物形成元素，在凝固和共析轉變過程中會形成大量共晶碳化物，導致鋼材的熱塑性差，在鍛造加工過程中容易出現表面裂紋。同時，盡管經鍛造變形工序能夠破碎魚骨狀共晶碳化物，但受鍛造方向影響，大截面鋼材中的碳化物分布仍然是不均勻的；鋼中存在的大顆粒碳化物或碳化物分布不均勻嚴重時降低鋼的力學性能，并導致模具在熱處理過程中出現變形、開裂等質量問題，并且隨鍛材尺寸增大，共晶碳化物不均勻度愈發嚴重。因此共晶碳化物不均勻度是衡量高碳高鉻冷作模具鋼材實物質量水平的重要技術指標。

目前，國內外市場上的高碳高鉻型冷作模具鋼鍛材尺寸已增大至Φ300mm～Φ700mm，隨鍛材尺寸規格增大，只能采用更大型鋼錠和大鍛壓加工比。而大型鋼錠的鑄態組織碳化物偏析更為嚴重，如圖1所示，在大鍛壓加工比在鍛造過程中產生內裂和表面裂紋缺陷的幾率大大增加。

采用特殊的控制方法在鑄錠過程中減少碳化物的偏析程度，并通過熱加工進一步降低碳化物的不均勻性和探傷質量，是目前國內外特殊鋼材制造業亟待解決的課題。

目前國內市場上的國產高碳高鉻型冷作模具鋼鍛材最大尺寸規格僅為Φ250mm，按照GB/T1299-2000合金工具鋼標準交貨。標準規定直徑大于120mm的鋼材，共晶碳化物不均勻度合格級別一般不大于6級(或供需雙方協議)，鋼材的質量水平無法滿足用于制作大截面、重負荷、形狀復雜能經受大沖擊力的大型冷作模具需求。

目前國內外在高碳高鉻型冷作模具鋼大型鍛材生產中采用上下平砧法鍛造，該方法為對稱變形，便于控制壓下。受材料熱塑性影響，高碳高鉻型冷作模具鋼的道次變形量一般在3％～10％，容易產生拉應力，當拉應力超過材料臨界強度后，沿大顆粒碳化物尖角部分產生開裂。

發明內容

本發明的目的是公開一種Φ300mm～Φ700mm高碳高鉻冷作模具鋼鍛造圓鋼制造新工藝，以解決大型鋼錠的鑄態組織碳化物偏析惡化、造成大截面鍛材共晶碳化物不均勻度十分嚴重以及鍛造過程中的內裂和表面裂紋缺陷增加的問題。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

(1)鋼的化學成控制：C：1.4％～1.8％、Mn：0.40％～0.80％、Si：0.40％～0.80％、S：≤0.010％、P：≤0.030％、Cr：11.0％～13.0％、Mo：1.0％～1.5％、V：1.0％～1.5％、氧含量≤20×10-6，其余為Fe；部分牌號含有或W：0.6％～1.0％。

(2)鋼采用EAF+LF+VD或EAF+LF+VD+ESR方法冶煉，精煉鋼鋼錠：4t～9t；電渣鋼錠：Φ930mm～Φ1100mm。

①在采用EAF+LF+VD工藝生產4t～9t鋼錠或Φ700mm電極棒時，LF爐精煉用白渣法，在VD爐脫氣后喂鋁線，控制鋼水氧含量不大于20×10^-6。

②在Φ930mm和Φ1100mm大型電渣錠冶煉中，電極坯重熔輸入功率分別控制在1350KW～1450KW和1750KW～1850KW；充填階段輸入功率以不大于100kW/h的速度逐漸降低。

(3)大型鋼錠在鍛造前進行高溫擴散，擴散溫度為1170℃～1200℃，擴散時間根據錠型按4h～10h控制；

(4)采用多火次鍛造，分為三個步驟：

第一步，對稱變形鍛造：鋼錠按1140℃～1160℃加熱，再燒保溫時間按1.5h-3.0h控制；采用上下等寬平砧對鋼錠輕壓，該工序每道次變形量按3％～6％控制；終鍛溫度不低于850℃。

第二步，不對稱變形鍛造：鋼坯按1120℃～1140℃加熱，再燒保溫時間按1.5h-3.0h控制；對中間鋼坯采用上寬平砧、下平臺鍛造，該工序每道次變形量按15％～30％控制；終鍛溫度不低于850℃。