大截面、高硬度ZW872模具钢的制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及大截面(厚度≥600mm)、高硬度ZW872(38‑42HRC)模具钢的制备工艺。该模具钢具有以下特点：(1)成材率高：锻造采用抱钳，钢锭直接进行墩拔改善中心锻透效果，出成品前一火次冒口端压钳把，成材率最高至82％；(2)晶粒细小均匀：正火冷却采用高温区水空交替、中温区风冷，有效地细化晶粒，晶粒度级别达到≥6级；(3)硬度均匀：锻造前钢锭进行高温均质化，改善成分均匀性。预硬化处理过程中采用空冷、浸水组合冷却方式进行淬火控时冷却，降低心部与表面的温度梯度，减少心部与边缘冷却差异，回火过程电炉附偶检测炉温情况。本发明专利技术的ZW872模具钢硬度均匀，整个横截面硬度差≤2.5HRC。

Preparation of ZW872 Die Steel with Large Section and High Hardness

The present invention relates to the preparation process of ZW872 (38 42HRC) die steel with large cross section (thickness > 600 mm) and high hardness. The die steel has the following characteristics: (1) high yield: using clamp in forging, directly drawing ingot pier to improve the center forging penetration effect, the highest yield is 82%; (2) fine and uniform grains: using water-air alternation in high temperature zone and air-cooling in medium temperature zone to refine grains effectively, and the grain size reaches (> 6) uniform hardness: Before forging, ingots are homogenized at high temperature to improve composition uniformity. In the Pre-hardening process, air-cooled and immersed combined cooling method is used to quench and control the cooling time, to reduce the temperature gradient between the core and the surface, to reduce the difference between the core and the edge cooling, and to detect the temperature of the furnace in the tempering process. The ZW872 die steel of the invention has uniform hardness, and the hardness difference of the whole cross section is less than 2.5HRC.

【技术实现步骤摘要】
大截面、高硬度ZW872模具钢的制备工艺
本专利技术涉及一种大截面、高硬度ZW872模具钢的制备工艺，属模具钢制造

技术介绍
ZW872(本模具钢的具体牌号)为预硬化模具钢，是在5CrNiMo钢的基础上增加了Cr、Ni、Mo含量，并加入了少量的V，同时大幅度降低S、P含量。ZW872与常规5CrNiMo比较，即保留了5CrNiMo良好的强度、韧性、耐磨性，又对钢水的纯净度提高了要求。模具钢的性能主要取决于组织结构，大截面模具钢由于表面与心部冷却速度差异较大，模块整体性能差异就会比较大，不能满足加工及使用要求，因此，心部性能的控制是大截面模具钢生产的主要难点之一。尤其是当厚度、宽度超过一定的范围后表面与心部硬度差异就会更大，对于大截面模具钢生产来说，提高心部性能稳定，改善模具钢整体性能的均一性是生产的难点。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种大截面(厚度≥600mm)、高硬度(38-42HRC)ZW872模具钢及其生产方法，所述的生产方法通过采用抱钳锻造，直接墩拔，提高原料利用率；正火冷却采用高温区水空交替、中温区风冷方式获得细小晶粒；钢锭高温均质化使得成分均匀，预硬化处理过程中采用空冷、浸水组合冷却方式进行淬火控时冷却，降低心部与表面的温度梯度，减少心部与边缘冷却差异，降低截面硬度差异。本专利技术的第二目的在于提供一种大截面(厚度≥600mm)、高硬度(38-42HRC)ZW872模具钢，所述的模具钢具有硬度均匀，整个横截面硬度差≤2.5HRC；组织均匀，表面与心部组织差异小；晶粒细小均匀，晶粒度级别达到≥6级。高品质的ZW872模具钢生产工艺，包括如下工艺步骤：步骤A：电炉冶炼，按照大截面、高硬度ZW872模具钢的组分含量进行生铁和合金料的配料，在电炉中熔化冶炼，熔化冶炼温度1530-1560℃时，吹氧助熔；吹氧过程中控制0.10％≤C≤0.45％，P≤0.008％，吹氧助熔温度为1630-1660℃，进行氧化扒渣；所述氧化扒渣扒除80％以上的渣，扒渣后加入2kg/t的Si-Fe合金，29kg/t的石灰，5Kg/t的萤石，炉温为1660-1680℃时出钢，出钢过程中加3kg/t的Al。步骤B：LF精炼，将步骤A得到的钢液在LF炉中通氩气搅拌，送电升温，加入2.0-3.0kg/t的SiC粉扩散脱氧，且所述SiC粉少量多次添加，保持LF包内为还原气氛；加热10-15min，渣白后取样分析包内化学成分，根据分析结果调整成分；白渣时间≥20min，温度为1670-1700℃时出钢。步骤C：VD精炼，将步骤B得到的钢液从钢包移至VD炉，保持VD炉的真空度≤65Pa，保持时间10-20min，进行软吹，软吹时间10-15min，软吹时保持渣面微动不裸露钢水；然后吊包浇注得到钢锭，浇注温度为1550-1560℃。步骤D.高温均质化：将步骤C得到的钢锭加热，加热保持温度为1240-1280℃，保温25-35h。步骤E.锻造热加工：将步骤D处理后的钢锭降温至1100-1150℃范围内进行锻造加工，锻造采用抱钳直接进行墩拔，改善中心锻透效果，墩拔结束后冒口端压钳把，最后火次压机钳口夹持钳把将锻材锻制为成品，终锻温度≥850℃，总锻比＞6，墩粗比＞2。步骤F.正火：将步骤E处理的锻材，加热至正火温度850-890℃，保温10-20h后，出炉冷却；冷却工艺采用高温区水空交替、中温区风冷的方式，其中高温区水空冷却交替具体为：每次水冷15-30s，空冷返温2-4min，水空交替冷却至表面550℃，所述中温区风冷具体为风冷至表面300-350℃。步骤G.扩氢：将步骤F处理得到的锻材装炉进行扩氢退火，该钢属于白点敏感钢，扩氢方式采用起伏式，具体为：650℃保温20-30h，出炉空冷至表面250-300℃后入炉250℃保温10-20h，再升至650℃保温20-30h后炉冷，炉冷到300℃以下出炉。H.淬火：将步骤G处理得到的锻材加热到840-880℃后保温10-20h，然后采用空冷、浸水组合冷却方式进行淬火控时冷却，具体为：先在空气中预冷180-360s，待锻材表面740-760℃，然后放入25-40℃的水中进行冷却，第一次水冷至半径750-800℃，返温4-5min，返温至表面300-400℃，第二次水冷至芯部820-840℃，返温4-5min，返温至表面250-350℃，然后采用多道次水-空交替冷却，每道次水冷使芯部温度降低20-60℃，每次空冷4-5min，待锻件芯部冷至300-400℃时出水；其中所述半径为从锻材芯部到锻材表面位置的中点。步骤G：步骤I.回火：将步骤H处理得到的锻材，入回火炉在300-350℃保温5-10h后，再升温至550-580℃进行高温回火，保温时间为按厚度或直径计算为3-5min/mm，回火后冷却至室温。G.二次回火：将步骤I处理得到的锻材，入回火炉在300-350℃保温5-10h后，再升温至550-580℃进行高温回火，保温时间为按厚度或直径计算为3-5min/mm，回火后冷却至室温。所述大截面、高硬度ZW872模具钢按质量百分比含量计为：C为0.50-0.60％，Si为0.10-0.40％，Mn为0.65-0.95％，Cr为1.00-1.20％，Mo为0.45-0.55％，Ni为1.50-1.80％，V为0.07-0.12％，P≤0.015％，S≤0.005％，Fe余量。作为优选，所述大截面、高硬度ZW872模具钢按质量百分比含量计为：C为0.50-0.55％，Si为0.10-0.40％，Mn为0.65-0.95％，Cr为1.00-1.18％，Mo为0.45-0.5％，Ni为1.50-1.80％，V为0.07-0.12％，P≤0.015％，S≤0.005％，Fe余量。作为优选，步骤H中，待锻件芯部冷至300-400℃时出水，出水后进行空冷，空冷至锻件表面为150-250℃。作为优选，步骤I和步骤G中，锻件入回火炉后，在锻件头、中、尾部分别附热电偶，时刻检测锻件表面温度，确保锻件温度偏差在±3℃。作为优选，步骤I和步骤G中，锻件回火保温结束，采用出炉空冷的方式冷却至室温。作为优选，所述大截面、高硬度ZW872模具钢采用锭重≥30t的钢锭锻制而成，锻制成品厚度≥600mm，宽度≥1400mm。作为优选，步骤F中的所述采用多道次水-空交替冷却，具体为采用8-18道次水-空交替冷却。本专利技术的有益效果：大截面(厚度≥600mm)ZW872模具钢锻造采用抱钳直接进行墩拔，墩拔结束后冒口端压钳把，最后火次压机钳口夹持钳把锻材出成品。采用此工艺可减小模块端部圆角，减少头尾切除，提高原料利用率，成材率最高可达82％；大截面(厚度≥600mm)ZW872模具正火采用特定的高温区水空交替、中温区风冷。有效地细化晶粒，使大规格锻件晶粒度级别≥6级；大截面(厚度≥600mm)ZW872模具采用空冷、浸水组合冷却方式进行淬火控时冷却。有效降低心部与表面的温度梯度，改善组织均匀性及截面硬度均匀性，表面与心部组织差异小，整个横截面硬度差≤2.5HRC。附图说明图1为本专利技术模具钢的芯部金相组织；图2为本专利技术模具钢的表层金相组织；图3为本专利技术模具钢的晶粒度图4为本专利技术模具钢横截面沿宽度方向硬度变化曲线图5为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大截面、高硬度ZW872模具钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：步骤A：电炉冶炼，按照大截面、高硬度ZW872模具钢的组分含量进行生铁和合金料的配料，在电炉中熔化冶炼，熔化冶炼温度1530‑1560℃时，吹氧助熔；吹氧过程中控制0.10％≤C≤0.45％，P≤0.008％，吹氧助熔温度为1630‑1660℃，进行氧化扒渣；所述氧化扒渣扒除80％以上的渣，扒渣后加入2kg/t的Si‑Fe合金，29kg/t的石灰，5Kg/t的萤石，炉温为1660‑1680℃时出钢，出钢过程中加3kg/t的Al；步骤B：LF精炼，将步骤A得到的钢液在LF炉中通氩气搅拌，送电升温，加入2.0‑3.0kg/t的SiC粉扩散脱氧，且所述SiC粉少量多次添加，保持LF包内为还原气氛；加热10‑15min，渣白后取样分析包内化学成分，根据分析结果调整成分；白渣时间≥20min，温度为1670‑1700℃时出钢；步骤C：VD精炼，将步骤B得到的钢液从钢包移至VD炉，保持VD炉的真空度≤65Pa，保持时间10‑20min，进行软吹，软吹时间10‑15min，软吹时保持渣面微动不裸露钢水；然后吊包浇注得到钢锭，浇注温度为1550‑1560℃；步骤D.高温均质化：将步骤C得到的钢锭加热，加热保持温度为1240‑1280℃，保温25‑35h；步骤E.锻造热加工：将步骤D处理后的钢锭降温至1100‑1150℃范围内进行锻造加工，锻造采用抱钳直接进行墩拔，改善中心锻透效果，墩拔结束后冒口端压钳把，最后火次压机钳口夹持钳把将锻材锻制为成品，终锻温度≥850℃，总锻比＞6，墩粗比＞2；步骤F.正火：将步骤E处理的锻材，加热至正火温度850‑890℃，保温10‑20h后，出炉冷却；冷却工艺采用高温区水空交替、中温区风冷的方式，其中高温区水空冷却交替具体为：每次水冷15‑30s，空冷返温2‑4min，水空交替冷却至表面550℃，所述中温区风冷具体为风冷至表面300‑350℃；步骤G.扩氢：将步骤F处理得到的锻材装炉进行扩氢退火，该钢属于白点敏感钢，扩氢方式采用起伏式，具体为：650℃保温20‑30h，出炉空冷至表面250‑300℃后入炉250℃保温10‑20h，再升至650℃保温20‑30h后炉冷，炉冷到300℃以下出炉；步骤H.淬火：将步骤G处理得到的锻材加热到840‑880℃后保温10‑20h，然后采用空冷、浸水组合冷却方式进行淬火控时冷却，具体为：先在空气中预冷180‑360s，待锻材表面740‑760℃，然后放入25‑40℃的水中进行冷却，第一次水冷至半径750‑800℃，返温4‑5min，返温至表面300‑400℃，第二次水冷至芯部820‑840℃，返温4‑5min，返温至表面250‑350℃，然后采用多道次水‑空交替冷却，每道次水冷使芯部温度降低20‑60℃，每次空冷4‑5min，待锻件芯部冷至300‑400℃时出水；其中所述半径为从锻材芯部到锻材表面位置的中点；步骤I.回火：将步骤H处理得到的锻材，入回火炉在300‑350℃保温5‑10h后，再升温至550‑580℃进行高温回火，保温时间为按厚度或直径计算为3‑5min/mm，回火后冷却至室温；步骤G.二次回火：将步骤I处理得到的锻材，入回火炉在300‑350℃保温5‑10h后，再升温至550‑580℃进行高温回火，保温时间为按厚度或直径计算为3‑5min/mm，回火后冷却至室温。...

【技术特征摘要】
1.一种大截面、高硬度ZW872模具钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：步骤A：电炉冶炼，按照大截面、高硬度ZW872模具钢的组分含量进行生铁和合金料的配料，在电炉中熔化冶炼，熔化冶炼温度1530-1560℃时，吹氧助熔；吹氧过程中控制0.10％≤C≤0.45％，P≤0.008％，吹氧助熔温度为1630-1660℃，进行氧化扒渣；所述氧化扒渣扒除80％以上的渣，扒渣后加入2kg/t的Si-Fe合金，29kg/t的石灰，5Kg/t的萤石，炉温为1660-1680℃时出钢，出钢过程中加3kg/t的Al；步骤B：LF精炼，将步骤A得到的钢液在LF炉中通氩气搅拌，送电升温，加入2.0-3.0kg/t的SiC粉扩散脱氧，且所述SiC粉少量多次添加，保持LF包内为还原气氛；加热10-15min，渣白后取样分析包内化学成分，根据分析结果调整成分；白渣时间≥20min，温度为1670-1700℃时出钢；步骤C：VD精炼，将步骤B得到的钢液从钢包移至VD炉，保持VD炉的真空度≤65Pa，保持时间10-20min，进行软吹，软吹时间10-15min，软吹时保持渣面微动不裸露钢水；然后吊包浇注得到钢锭，浇注温度为1550-1560℃；步骤D.高温均质化：将步骤C得到的钢锭加热，加热保持温度为1240-1280℃，保温25-35h；步骤E.锻造热加工：将步骤D处理后的钢锭降温至1100-1150℃范围内进行锻造加工，锻造采用抱钳直接进行墩拔，改善中心锻透效果，墩拔结束后冒口端压钳把，最后火次压机钳口夹持钳把将锻材锻制为成品，终锻温度≥850℃，总锻比＞6，墩粗比＞2；步骤F.正火：将步骤E处理的锻材，加热至正火温度850-890℃，保温10-20h后，出炉冷却；冷却工艺采用高温区水空交替、中温区风冷的方式，其中高温区水空冷却交替具体为：每次水冷15-30s，空冷返温2-4min，水空交替冷却至表面550℃，所述中温区风冷具体为风冷至表面300-350℃；步骤G.扩氢：将步骤F处理得到的锻材装炉进行扩氢退火，该钢属于白点敏感钢，扩氢方式采用起伏式，具体为：650℃保温20-30h，出炉空冷至表面250-300℃后入炉250℃保温10-20h，再升至650℃保温20-30h后炉冷，炉冷到300℃以下出炉；步骤H.淬火：将步骤G处理得到的锻材加热到840-880℃后保温10-20h，然后采用空冷、浸水组合冷却方式进行淬火控时冷却，具体为：先在空气中预冷180-360s，待锻材表面740-760℃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹立军，冯明明，刘道献，赵伟东，张海英，刘海坤，蒋大鹏，陈海桐，邵智勇，潘成明，贺峰，关海龙，
申请(专利权)人：唐山志威科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13