一种高硬度碳素模架用钢制造技术

本发明专利技术涉及一种高硬度碳素模架用钢，化学成分按质量百分比计为C：0.42～0.51％，Si：0.17～0.37％，Mn：0.50～0.80％，S：≤0.025％，P：≤0.025％，Cr：0.30～0.40％，Al：0.02～0.05％，余量为Fe。该钢的钢板生产工艺中首先将钢坯加热至全部奥氏体化并充分保温，出炉后采用差温轧制工艺，分粗轧和精轧，粗轧轧制前先在钢板表面喷水冷却钢板表面，使钢板表面迅速硬化；粗轧时采用低速大压下工艺轧制；精轧的待温厚度1.6‑2.5h，轧制结束前增加2～3平整道次；轧制结束后高温下线空冷至室温。通过添加少量的Cr抑制多边形铁素体，提高了钢材的强度和硬度。

A High Hardness Carbon Frame Steel

【技术实现步骤摘要】
一种高硬度碳素模架用钢
本专利技术涉及合金特钢及其冶炼方法，尤其涉及一种模具钢。
技术介绍
模具是工业产品生产的基础工艺装备，广泛应用于家用电器、电子及汽车等各类行业。模具各部分用的钢材各有不同，模具中重要的标准件塑料模架一般采用45钢制造，45钢有一定的塑性、耐磨性，材料来源方便，应用范围广，但是45钢生产的模架硬度偏低，性能波动较大，耐用性较差，而且现在模具用钢规格越来越厚，市场上性能要求高的碳素钢板厚度一般都在150mm以下，不能满足客户要求。专利号为CN1076760C的专利公开了一种塑料模具模架钢及其制造方法，该钢通过增加2.1％以上的Mn元素，以及添加0.12％V合金化来提高模具钢板的硬度和强度，但该钢板是钢锭成材成材率低，而且合金成本较高，性价比低。专利CN108425067A专利技术了一种大厚度优质碳素模具钢板及其生产方法，该专利技术硬度高，冲击好，但是最大厚度只有150mm，且最高探伤级别只能合NB/T47013.3-2015Ⅲ级。综上，能够生产出一种综合力学性能优良，厚度范围大，且成本较低的优质模架用钢是本领域技术人员迫切需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种优质碳素模架用钢，对现有45钢的合金成分进行改良，尤其添加强度有益元素Cr，在工艺上利用连铸时的轻压下技术，再利用差温轧制及大压下轧制工艺细化钢板晶粒，最终获得一种整体致密度高、组织均匀、硬度分布均匀的优质碳素模架用钢。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案为：一种高硬度碳素模架用钢，钢板屈服强度320～480MPa，抗拉强度620～770MPa，表面布氏硬度200～230HBW，钢板探伤级别能满足NB/T47013.3-2015I级。化学成分按质量百分比计为C：0.42～0.51％，Si：0.17～0.37％，Mn：0.50～0.80％，S：≤0.025％，P：≤0.025％，Cr：0.30～0.40％，Al：0.02～0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。本申请的化学成分是在45钢的基础上改进获得，各元素及含量的设置依据如下C：碳在钢中起固溶强化和析出强化作用，是提高钢材硬度和强度最强力和最经济的元素。但是碳含量过高会降低钢板的延展性和韧性，不利于钢板的后续加工及使用，本专利技术控制碳的含量在0.42～0.51％，属于中碳钢范畴。Si：硅不仅是炼钢强脱氧元素，而且具有固溶强化作用，可提高材料的基体强度，本专利技术的Si含量范围确定为0.17～0.37％。Mn：锰是脱氧元素，通过固溶强化提高钢材的强度，Mn同时可以与钢中S形成MnS，减少热脆倾向；但Mn在钢中容易形成中心偏析，不利于钢板性能均匀性，而且Mn元素过高还能促进晶粒长大，所以要控制模具钢中Mn含量，本专利技术控制锰的范围在0.50-0.80％。Cr：铬能够抑制多边形铁素体和珠光体的形成，促进贝氏体或马氏体的转变，能显著提高钢材强度、硬度和耐磨性，但铬作为合金元素大量添加会增加钢板成本。本申请中添加的铬含量范围在0.30～0.40％。Al：铝是炼钢过程中重要的脱氧元素，可以与钢水中的N元素形成AlN，防止奥氏体晶粒粗大，起到细化晶粒的作用。本专利技术中铝含量控制在0.02～0.05％。P、S：钢水中的P、S在引凝固时容易产生偏析，P会增加钢材的冷脆性，S使钢产生热脆性。本专利技术P、S含量的范围确定为≤0.025％。此外，本申请高硬度优质碳素模架用钢的制造流程为：转炉冶炼→钢包精炼→真空处理→钢坯→钢坯加热→轧制→钢板缓冷→探伤→精整→性能检测→入库。若以370mm-450mm以上厚度的连铸坯作为钢坯，能够轧制成10-200mm厚的本专利技术的钢板(1)铁水经过脱硫预处理，并采用优质的原辅材料，降低钢水中的有害元素，真空脱气处理至少30分钟，并在破真空后软吹氩15min以上，降低钢水的H、N气体含量，使钢中非金属夹杂物充分上浮。(2)以连铸坯作为钢坯时，连铸过程中采用大包下渣检测、全程无氧化(氩气)保护浇注，来减少钢中的夹杂物数量，并且中间包选用优质耐材减少外来夹杂对钢水的污染。(3)连铸过程中浇注过热度不超过35℃，连铸过程中配合动态轻压下技术改善铸坯中心偏析和中心疏松，提高铸坯内部质量。(4)钢包精炼过程中采用喂Al线操作，保证钢中酸溶铝含量稳定变化。(5)将钢坯加热至全部奥氏体化，通过高温让C、Cr等元素充分且均匀的溶于奥氏体相中，改善铸坯中心偏析，为后续钢板组织细化和均匀工艺做准备。(6)出炉后采用差温轧制工艺，轧制分粗轧和精轧，粗轧轧制前先在钢板表面喷水冷却钢板表面，使钢板表面迅速硬化，保证轧制力渗透到钢板芯部；粗轧时采用低速大压下工艺轧制，后三道次压下量≥45mm，总压下率为50～70％，通过轧制破碎粗大的奥氏体晶粒，结合Cr元素有效地抑制多边形铁素体的形成，更好的实现组织细化和均匀性。精轧开轧温度在840-940℃，待温厚度1.6-2.5h，轧制结束前增加2～3平整道次，保证钢板良好的板形。(7)轧制结束后高温下线对缓冷至室温，不通过水冷快速冷却，通过时效处理释放钢板内部应力，保证轧后钢板的表面硬度。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：通过添加少量的Cr元素有效地抑制多边形铁素体的形成，更好的实现组织细化和均匀性，不仅提高了钢材的强度和硬度，而且成本经济，性价比高。工艺方面，可采用连铸坯作为钢坯轧制10-200mm厚成品钢板，成材率高，生产周期短。采用的差温轧制和大压下轧制工艺所生产的钢板力学性能良好，提高了心部的变形率，硬度分布均匀，钢板内部质量更高，心部更为致密，弥合了缺陷，使产品探伤级别满足NB/T47013.3-2015I级，提高了市场竞争力，可满足高标准用户的生产需求。附图说明图1为本专利技术钢板的金相组织图；图2为本专利技术实施例1和2的全厚度方向上的硬度分布图。具体实施方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。两个实施例对应的碳素模架用钢板的化学成分满足：C：0.42～0.51％，Si：0.17～0.37％，Mn：0.50～0.80％，S：≤0.025％，P：≤0.025％，Cr：0.30～0.40％，Al：0.02～0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。具体两个实施例和对比例的化学成分见表1。表1实施例和对比例化学成分(wt％)编号CSiMnPSCrAl实施例10.450.240.740.0100.0020.330.029实施例20.440.240.760.0110.0020.340.028对比例0.450.270.750.0140.0030.030.03实施例和对比例均采用连铸坯作为钢坯，钢板的制造流程：转炉冶炼→钢包精炼→真空脱气处理→连铸→铸坯加热→轧制→钢板缓冷→探伤→精整→性能检测→入库。铁水脱硫预处理，和优选的废钢一起进行转炉冶炼；钢包精炼采用专用的精炼渣，充分地去除钢水中的有害元素，并进行喂线操作，保证钢中酸溶铝Als含量；真空脱气处理30分钟，极限真空保持20min，破空后软吹氩15min，降低钢水的H、N元素含量，并使钢中非金属夹杂物充分上浮，消除夹杂物。连铸过程中采用大包下渣检测、氩气保护浇注等手段来减少钢中的夹杂物数量，中间包选用优质耐材减少外来夹杂对钢水的污染。连铸过程中设置浇注过热度15℃～35℃，并匹配合适的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高硬度碳素模架用钢，其特征在于：化学成分按质量百分比计为C：0.42～0.51%，Si：0.17～0.37%，Mn：0.50～0.80%，S：≤0.025%，P：≤0.025%，Cr：0.30～0.40%，Al：0.02～0.05%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

【技术特征摘要】
1.一种高硬度碳素模架用钢，其特征在于：化学成分按质量百分比计为C：0.42～0.51%，Si：0.17～0.37%，Mn：0.50～0.80%，S：≤0.025%，P：≤0.025%，Cr：0.30～0.40%，Al：0.02～0.05%，余量为Fe及不可避免的杂质元素。2.一种高硬度碳素模架用钢，其特征在于：钢板屈服强度320～480MPa，抗拉强度620～770MPa，表面布氏硬度200～230HBW，钢板探伤级别能满足NB/T47013.3-2015I级。3.一种高硬度碳素模架用钢，其特征在于：以连铸坯或铸造坯作为钢坯，将钢坯加热至全部奥氏体化，并保温，出炉后采用差温轧制工艺，轧制分粗轧和精轧，粗轧轧制前先在钢板表面喷水冷却钢板表面，使钢板表面迅速硬化；粗轧时采用低速大压下工艺轧制，后三道次压下量≥45mm，总压下率为50～70%；精轧开轧温度在840-940℃，待温厚度1.6-2.5h，轧制结束前增加2～3平整道次；轧制结束后高温下线对...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴扬，何广霞，许晓红，苗丕峰，黄军，葛恒贵，
申请(专利权)人：江阴兴澄特种钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32