一种高韧性、高均匀性、高纯净、大尺寸压铸用热作模具钢及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高韧性、高均匀性、高纯净、大尺寸压铸用热作模具钢的制备方法，通过电极坯冶炼、电渣重熔、锻造和热处理的优化，对生产过程的严格把控，达到制备合格大尺寸热作模具扁钢的目的。从铁水+废钢冶炼电极坯来大幅度提高电极坯纯净度；优化电渣重熔工艺提高夹杂物去除能力、减少铸造偏析；通过超高温高温扩散和三向锻造工艺改善偏析，提高致密度、均匀性；锻后等温正火控制网状碳化物和奥氏体晶粒度；固溶处理、球化退火控制碳化物溶解和析出提高均匀度；保证钢中合金元素的均匀分布及坯料芯部的充分变形，结合锻后冷却和等温正火消除网状碳化物并细化奥氏体晶粒；固溶处理+球化退火工艺的合理应用保证碳化物均匀性及球化均匀性。化均匀性。化均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种高韧性、高均匀性、高纯净、大尺寸压铸用热作模具钢及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种模具钢及其制备方法，特别是一种高韧性、高均匀性、高纯净、大尺寸压铸用热作模具钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]根据《节能与新能源汽车技术路线图2.0》，2035年我国传统能源乘用车油耗需降至4.0L/km；乘用车(含新能源)油耗需降至2.0L/km；货车及客车油耗需较2019年分别下降至少15％及20％。根据“布勒中国”数据，汽车整备质量每减少100kg，百公里油耗可降低0.3
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0.6L，严格的油耗及排放标准将催生巨大的轻量化应用市场。
[0003]当前汽车行业正加速“新能源化”，新能源汽车渗透率迅速攀升，汽车轻量化市场将加速扩张。部分车型为追求极致的轻量化效果甚至采用了全铝车身设计，如特斯拉Model3、ModelY、奥迪A8、R8、劳斯莱斯幻影、奔驰SLS、本田NSX、捷豹XFL、蔚来ES8等。
[0004]全铝车身的需求催生压铸行业的大型化。由于压铸机的大型化、配套的模具尺寸也大型化，所需的压铸模具钢材料尺寸厚度达到500
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750mm，宽度1000
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1500mm，单重达到10
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18t。同时由于单个模具价值的大幅增加，为了保证模具的安全性，对材料纯净度、组织均匀性、强韧性等提出更高的要求。由于生产大规格高品质模具钢需要，5000t及以上快锻机、15t以上氩气气体保护电渣重熔炉及配套热处理设备成为了必需配置。这就导致目前国内绝大部分模具钢生产企业不具备相关能力，且生产过程存在问题如下问题：
[0005]冶炼过程：电极坯冶炼、电渣重熔锭过程中，成分偏析严重；
[0006]加热：长时间、超高温导致晶粒粗化严重；
[0007]锻造：锻造设备能力不足导致锻透性变差；
[0008]热处理：热处理淬火和退火过程中，加热和冷却均匀性不易控制。
[0009]综合性能达标：V型冲击功、球化组织不容易达标。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于提供一种高韧性、高均匀性、高纯净、大尺寸压铸用热作模具钢的制备方法，通过电极坯冶炼、电渣重熔、锻造和热处理工艺的优化，同时对生产过程的严格把控，达到制备合格大尺寸热作模具扁钢的目的。
[0011]为达到上述专利技术的目的，一种高韧性、高均匀性、高纯净、大尺寸压铸用热作模具钢的制备方法，主要步骤如下：
[0012]S1、电炉冶炼：
[0013]按照热作模具钢的组分含量进行高炉铁水、剪切炉料及大包余钢的配料，其中高炉铁水的重量占比≥80％，添加CaO、CaF2、铝块、白云石，在电炉中熔化冶炼；扒渣后加入CaO、促净剂、铝块后出钢，出钢温度≥1620℃；
[0014]其中，热作模具钢的组分含量为，按质量百分比，C0.33％～0.38％、Mn0.30％～
0.50％、Si0.80％～1.10％、S≤0.001％、P≤0.008％、Cr4.90％～5.10％、Mo1.30％～1.60％、V0.50％～0.70％、Ni0.25％～0.45％、其余为Fe，且残余气体含量为，H≤1.5ppm、O≤10ppm、N≤60ppm；残余有害元素Cu≤0.05％，Ti、Sn、Pb均≤0.002％；低C、低P以及高Ni提高韧性，低Si可以降低钢水凝固偏析，提高均匀性。
[0015]S2、钢包精炼炉精炼：
[0016]LF钢包精炼炉座包加热，采用Fe
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Si粉及Si
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C粉渣面扩散脱氧，适量添加CaO；精炼时间≥35分钟，白渣时间≥20分钟；
[0017]S3、真空精炼炉精炼：
[0018]真空精炼炉逐级进泵，真空度达67Pa，保真空时间≥10分钟，确保残余气体H≤1.5pp m，真空脱气结束以后，取样分析，成分合格后吹入氩气至吊包，软吹氩气的时间为≥15mi n；
[0019]S4、连铸电极坯：
[0020]过热度第一炉20～35℃，连浇炉18～30℃；连铸拉速0.12～0.14m/min；
[0021]S5、电极坯退火：
[0022]将步骤S4中连铸的电极坯火焰切割分段后进行退火，台车炉预热≥500℃，时间≥2h，缓慢升温至860～880℃进行再结晶退火，保温时间≥35h，炉冷至300℃后出炉；
[0023]连铸后冷却凝固成马氏体、贝氏体、珠光体、残余奥氏体，重新加热到AC1
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AC3温度区长时间保温，原有组织重新相变成奥氏体+碳化物，随后缓冷重新相变形成马氏体、贝氏体、珠光体、残余奥氏体混合组织。经过电极坯退火对前期形成的变形且不规则形状奥氏体重新奥氏体化，形成等轴晶奥氏体，既消除了不均匀性，同时消除了组织应力，避免后续冷却到室温后由于应力过大而开裂。
[0024]S6、电渣重熔：
[0025]采用步骤S5得到的电极坯，表面车床车光处理，采用氟化钙、氧化铝、氧化钙、氧化镁四元渣系进行冶炼，得到电渣锭，然后停电炉冷80～100min后送锻造工序；
[0026]S7、锻造：
[0027]将步骤S6中得到的电渣锭进行超高温均质化扩散控制，超高温均质化的加热温度≥1280℃，保温30～45h进行扩散均质化，然后经X、Y和Z三个方向多向镦粗拔长开坯，最后一火进行拔长至成品尺寸；
[0028]S8、等温正火处理：
[0029]将步骤S7中得到的锻材进行等温正火处理；
[0030]S9、超细化处理。
[0031]可选的，在步骤S2中，合金成分调整选用金属锰、高碳铬铁、低碳铬铁、钼铁、钒铁和镍铁中的一种或几种。
[0032]优选地，在步骤S4中，采用结晶器段、铸流段、连铸末端三段式电磁搅拌，两段式水冷；连铸坯表面温度≤800℃。通过三段式电磁搅拌，可以扩大铸坯等轴晶带，减少柱状晶区。扩大和细化等轴晶带可以增加铸坯抗裂性、消除中心缩孔、减轻中心疏松和中心偏析；改善铸坯表层质量，从而有利于防止表面裂纹；改善铸坯中的夹杂物分布。消除或减轻夹杂物在铸坯内弧侧的聚集；消除铸坯缩孔改善中心疏松和中心偏析；改变铸坯中搅拌带的树枝晶形态。
[0033]优选地，在步骤S6中，15吨至25吨的锭型采用恒熔速控制：电渣冶炼稳态阶段的起点熔速值为10～13.5kg/min，终点熔速值为8.0～10.0kg/min。
[0034]恒熔速是保证整个冶炼过程中冶金化学反应稳定，钢水质量稳定；
[0035]低熔速是控制金属液熔滴的大小，获得合适的比表面积。既达到了预熔渣和钢液充分接触和反应，达到去除夹杂物的目的。同时维持钢液熔池的温度，易于熔池中的夹杂物上浮到渣金界面，被渣俘获去除。
[0036]但熔速不能过低，那样熔池温度过低降低了冶金化学反应速率，同时熔滴过大后，比表面积会降低，减弱夹杂物去除能力。同时电渣锭表面质量会大幅恶化。
[0037]具体地，在步骤S7中，锻造过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高韧性、高均匀性、高纯净、大尺寸压铸用热作模具钢的制备方法，其特征在于，主要步骤如下：S1、电炉冶炼：按照热作模具钢的组分含量进行高炉铁水、剪切炉料及大包余钢的配料，其中高炉铁水的重量占比≥80％，添加CaO、CaF2、铝块、白云石，在电炉中熔化冶炼；扒渣后加入CaO、促净剂、铝块后出钢，出钢温度≥1620℃；其中，热作模具钢的组分含量为，按质量百分比，C0.33％～0.38％、Mn0.30％～0.50％、Si0.80％～1.10％、S≤0.001％、P≤0.008％、Cr4.90％～5.10％、Mo1.30％～1.60％、V0.50％～0.70％、Ni0.25％～0.45％、其余为Fe，且残余气体含量为，H≤1.5ppm、O≤10ppm、N≤60ppm；残余有害元素Cu≤0.05％，Ti、Sn、Pb均≤0.002％；S2、钢包精炼炉精炼：LF钢包精炼炉座包加热，采用Fe
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Si粉及Si
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C粉渣面扩散脱氧，适量添加CaO；精炼时间≥35分钟，白渣时间≥20分钟；S3、真空精炼炉精炼：真空精炼炉逐级进泵，真空度达67Pa，保真空时间≥10分钟，确保残余气体H≤1.5pp m，真空脱气结束以后，取样分析，成分合格后吹入氩气至吊包，软吹氩气的时间为≥15mi n；S4、连铸电极坯：过热度第一炉20～35℃，连浇炉18～30℃；连铸拉速0.12～0.14m/min；S5、电极坯退火：将步骤S4中连铸的电极坯火焰切割分段后进行退火，台车炉预热≥500℃，时间≥2h，缓慢升温至860～880℃进行再结晶退火，保温时间≥35h，炉冷至300℃后出炉；S6、电渣重熔：采用步骤S5得到的电极坯，表面车床车光处理，采用氟化钙、氧化铝、氧化钙、氧化镁四元渣系进行冶炼，得到电渣锭，然后停电炉冷80～100min后送锻造工序；S7、锻造：将步骤S6中得到的电渣锭进行超高温均质化扩散控制，超高温均质化的加热温度≥1280℃，保温30～45h进行扩散均质化，然后经X、Y和Z三个方向多向镦粗拔长开坯，最后一火进行拔长至成品尺寸；S8、等温正火处理：将步骤S7中得到的锻材进行等温正火处理；S9、超细化处理。2.据权利要求1所述的一种高韧性、高均匀性、高纯净、大尺寸压铸用热作模具钢的...

【专利技术属性】
技术研发人员：关海龙，偶正伟，朱伟峰，王光伟，丁海峰，苏旭廷，单俊，周鹏，钱晓亮，
申请(专利权)人：江苏宏晟模具钢材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：