一种连铸坯直锻生产模具钢的工艺方法技术

本发明专利技术提供了一种连铸坯直锻生产模具钢的工艺方法。具体为：对连铸坯进行预处理，在1280‑1320℃均质20h以上；对均质化后的连铸坯进行较小压下(10‑15％)比变形；然后以正常径锻的旋转进给的速度，从锻坯一端开始表面喷水冷却，形成硬壳，钢材表面温度处于920～980℃时，进行两道次大压下(总压下比45～50％)重锤径锻。之后设置4～5％小压下量的精整道次。终锻温度在850‑900℃；经过晶粒细化、退火，得到产品。本发明专利技术通过将连铸坯特殊处理、两次硬壳径锻，创造出有利于连铸坯中心缺陷捏合的动力学条件，彻底地消除了连铸坯中心的连续性疏松气孔等缺陷、分解液析碳化物以及由于枝晶偏析所产生的带状组织。

A process of die steel production by direct forging of continuous casting billet

The invention provides a process method for directly forging continuous casting billet to produce die steel. Specifically: the continuous casting billet is pretreated and homogenized at 1280 \u2011 1320 \u2103 for more than 20 hours; the homogenized continuous casting billet is subject to small reduction (10 \u2011 15%) and specific deformation; then the surface of the forging billet is cooled by water spraying from one end of the forging billet at the speed of normal radial forging rotary feed to form a hard shell. When the surface temperature of the steel is 920 ~ 980 \u2103, two times of large reduction (total reduction ratio 45 ~ 50%) are carried out Radial forging. After that, set 4-5% small reduction for finishing passes. The final forging temperature is 850-900 \u2103, and the products are obtained after grain refinement and annealing. By special treatment of continuous casting slab and two times of radial forging of hard shell, the invention creates a dynamic condition favorable for the kneading of defects in the center of continuous casting slab, completely eliminates defects such as continuous porosity in the center of continuous casting slab, decomposition liquid precipitation carbide and strip structure due to dendrite segregation.

【技术实现步骤摘要】
一种连铸坯直锻生产模具钢的工艺方法
本专利技术涉及特钢生产领域，具体而言，涉及一种连铸坯直锻生产高质量模具钢的工艺方法。
技术介绍
目前广泛使用的模具钢，主要是采用铸锭或电渣锭经均质化—锻造制成的。连铸坯由于其中心连续性(贯穿性)疏松、缩孔等缺陷，常规加热→锻造→晶粒细化→退火工艺不能够生产出探伤无缺陷的模具钢材料。而比较铸锭和电渣锭，连铸坯内部液析碳化物较小、组织相对均匀、成材率高成本低的优势没有发挥出来。使用本专利技术以连铸坯为原材料，经连铸坯锯切，截面特殊的预处理→高温均质化→轻锻锻件表面→表面水冷→重锤强力径锻→锻造余温晶粒细化→球化退火→精整入库，能够生产出高质量、低成本的模具钢较大规格圆钢。利用连铸坯液析碳化物尺寸小，分布相对均匀的优势，采用特别的预处理、均质化、锻造工艺生产出高韧性、高等向性的大截面模具钢，以此为原材料制造高质量、长寿命的大型模具是现代汽车、电子家电、轨道交通运输业发展的需求。模具钢通常含有Cr、Mo、V等提高钢材红硬性的合金元素，在凝固过程中产生液析碳化物和由于枝晶偏析出现的带状组织，这种现象在大截面铸锭、电渣锭的中心尤其严重。液析碳化物和枝晶偏析使得钢材的韧性和各向同向性大大降低，研究表明：超过3μm的液析碳化物每平方毫米从1个增加至2个，钢材的延展性就要降低近一倍。可见，采用这种组织的模具材料不能满足压铸、挤出与精密锻造等严酷作业环境的要求，模具寿命很低，甚至发生模具整体开裂现象。本专利技术采用连铸坯直锻生产模具钢锻材，充分利用连铸坯快速结晶液析碳化物尺寸小、分布相对均匀的优势，经特殊的连铸坯预处理、高温均质化、特殊的锻造工艺，消除连铸坯中心连续性缺陷并分解扩散合金元素，生产出高韧性、高等向性的模具钢。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于采用连铸坯为原材料、提供一种高质量模具钢低成本的生产工艺方法，所述的生产方法通过锯切连铸坯预处理，均质化和特殊锻造的组合工艺，彻底消除了连铸坯中心的连续疏松、缩孔以及钢坯中的液析碳化物以及由于枝晶偏析所产生的带状组织，获得了高韧性、高延展性、高等向性的模具钢。本专利技术的第二目的在于提供一种高韧性、高等向性模具钢，所述的模具钢具有韧性高、延展性高、等向性高等优点，与此同时，由于连铸坯成材率高、成本低，从而使得本专利技术在获得高质量模具钢的同时降低成本。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下工艺技术方案：一种连铸坯直锻生产模具钢的工艺方法，包括下列步骤：步骤A：对锯切连铸坯进行端面封堵，置入加热炉内进行高温均质化：连铸坯中心达到1280-1320℃后均质保温20h；步骤B：将从炉内取出的连铸坯，装入径锻机钳口，并在空气预冷至表面温度1200-1220℃，预冷时间约3-5分钟，开锻；步骤C：首先进行两个道次的轻锤径锻，致使表面密实；创造硬壳强力径锻的条件，单道次压下比5-7.5％(25-35mm)，总压下比10-15％；步骤D：调整径锻机进入重锤强力锻造程序，并将锻件退到预先设置的水喷嘴处(距离锻锤2～3米处)，将锻件以正常锻造的进给速度和旋转速度通过喷水冷却；步骤E：喷水量以3～5m3/分钟，以正常进给旋转锻件到达锻锤时表面温度为920～980℃为宜；步骤F：进行两次重锤强力径锻，总压下比为45～50％；重锤道次，单道次下压量可设为20-25％变形量，两个重锤道次即可；步骤G：两次重锤强力径锻后，轻锤径锻获得高质量表面；为保表面质量设置4～5％压下量的预精整道次和精整道次；步骤H：精整后的锻件，迅速置入水槽，按产品的尺寸规格进行进出水快速冷却，当锻件表面温度低于250℃时，停止入水，完成晶粒细化。步骤I：出水后的锻件，迅速装入预热温度为400℃的退火炉内，进行退火工艺。上述生产方法能够彻底消除连铸坯中的中心连续性疏松、缩孔、液析碳化物以及由于枝晶偏析所产生的带状组织，从而提高钢的韧性、延展性和等向性等模具性能。其消除原理是：首先针对连铸坯心部长度方向连续性缩孔、疏松，在锯切后加热高温均质化过程中造成心部缩孔、疏松表面的再氧化，从而阻碍了这些缺陷的锻压焊合。在入炉加热前，对锯切端面进行封堵。封堵层厚度为3-5毫米，防止高温均质化过程中，空气通过疏松进入连铸坯内部。在加热炉内进行高温均质化、连铸坯心部到达指定温度并保温至少20小时间后，首先经轻锤径锻压实连铸坯表面层，创造大压下比强力径锻的条件，喷水急冷将连铸坯表面温度降至920～980℃，心部温度仍然处于高温(1150℃以上)的情况下，进行大压下比强力径锻。目的是利用表面低温变形抗力大、有效传递应力到中心部位，将高温低变形抗力小的心部在大压下比的条件下产生剧烈的心部变形，从而使得心部疏松与缩孔压实。以上过程中，每一步工序的温度、时间对于是否能够焊合疏松、缩孔，消除液析碳化物以及由于枝晶偏析所产生的带状组织至关重要。例如，在步骤A和B中，端面封堵质量直接关系到是否能够彻底阻断空气中的氧气进入连铸坯内部；均质化过程若温度低于下限则液析碳化物不能分解，不能有效扩散致使均质化效果很差，高于上限可能造成晶间熔化；若均质化时间过短则不能够实现碳与合金元素，如Cr，Mo，V等元素充分扩散均匀；大压比时强力径锻的表面与心部温度差过低都无法使得锻坯内部产生足够的变形量，从而不能焊合心部缺陷。由此可见，上述生产方法有效地封堵连铸坯截面、通过高温均质化分解液析碳化物并扩散分解后富集的合金元素(包括碳元素)。通过晶粒细化使得高温均质化形成的过大的奥氏体晶体转变成为细小马氏体组织，在随后进行的球化退火过程中形成铁素体与细小球形碳化物，为客户进行模具热处理做好组织准备。在与现有技术相当的均质化时间内获得了韧性、延展性、等向性更高的模具钢。该生产方法可用于制作多种型号的模具钢，例如H13(4Cr5MoSiV1)、H11(4Cr5MoSiV)、1.2714(5CrNiMo)、4Cr5Mo2V、4Cr13，Cr12MoV等。优选地，锯切连铸坯端面封堵过程中，封堵层要求能够充分阻止空气中的氧通过端部缺陷进入钢坯内部。端部封堵完成的钢坯装入加热炉内，入炉时炉内温度不得超过450℃，随炉升温至均质化温度，升温速度不超过200℃/小时。均质化温度：1300℃；均质化时间：心部到达均质化温度后20小时。优选地，在钢坯表面温度为1220～1240℃时进行小压下比表面压实，密实的表面为随后进行的硬壳强力径锻创造条件，1～2个道次的轻锤径锻，单道次压下比5～7.5％，总压下比10～15％。优选地，将完成表面压实的钢坯推出到预先设置的距离锻锤2～3米的喷水处。调整径锻进入重锤强力锻造程序，开启喷水强制冷却钢坯表面，钢坯以重锤程序的进给速度和旋转速度通过强制冷却喷水区。喷水量以3～5m3/分钟，采用4～6个喷水嘴，每个喷水嘴直径≤6毫米，喷水覆盖0.5～0.8延长米。调整喷水量，以进给旋转锻件到达锻锤时表面温度为920～980℃为宜。优选地，所述两道次重锤强力径锻，单道次压下比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连铸坯直锻生产模具钢的工艺方法，其特征在于，包括下列步骤：/n步骤A：对锯切连铸坯进行端面封堵，置入加热炉内进行高温均质化：连铸坯中心达到1280-1320℃后均质保温20h以上；/n步骤B：将从炉内取出的连铸坯，装入径锻机钳口，并在空气预冷至表面温度1200-1220℃，预冷时间约3-5分钟，开锻；/n步骤C：首先进行两个道次的轻锤径锻，致使表面密实；创造硬壳强力径锻的条件，单道次压下比5-7.5％，总压下比10-15％；/n步骤D：调整径锻机进入重锤强力锻造程序，并将锻件退到预先设置的水喷嘴处，将锻件以正常锻造的进给速度和旋转速度通过喷水冷却；/n步骤E：喷水量以3～5m

【技术特征摘要】
1.一种连铸坯直锻生产模具钢的工艺方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤A：对锯切连铸坯进行端面封堵，置入加热炉内进行高温均质化：连铸坯中心达到1280-1320℃后均质保温20h以上；
步骤B：将从炉内取出的连铸坯，装入径锻机钳口，并在空气预冷至表面温度1200-1220℃，预冷时间约3-5分钟，开锻；
步骤C：首先进行两个道次的轻锤径锻，致使表面密实；创造硬壳强力径锻的条件，单道次压下比5-7.5％，总压下比10-15％；
步骤D：调整径锻机进入重锤强力锻造程序，并将锻件退到预先设置的水喷嘴处，将锻件以正常锻造的进给速度和旋转速度通过喷水冷却；
步骤E：喷水量以3～5m3/分钟，以正常进给旋转锻件到达锻锤时表面温度为920～980℃为宜；
步骤F：进行两次重锤强力径锻，总压下比为45～50％；单道次下压量设为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚彬，冯英育，庞于思，朱喜达，黎斌，
申请(专利权)人：江阴华润制钢有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32