本發(fā)明涉及冷作模具鋼軋制扁鋼制造方法,具體涉及一種高合金鋼D2的軋制方法。
背景技術(shù):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(yīng)用范圍廣,其產(chǎn)值占模具總產(chǎn)值的1/3左右。根據(jù)模具的工作條件和生產(chǎn)產(chǎn)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D2類高碳高鉻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(zhuǎn)變過程中會形成大量共晶碳化物,導(dǎo)致鋼材的熱塑性差,在軋制變形過程中容易出現(xiàn)表面、角部裂紋及內(nèi)部裂紋等缺陷。目前,國內(nèi)生產(chǎn)廠對D2類高碳高鉻型冷作模具鋼一般均采用鍛錘或壓機進行生產(chǎn),很少采用軋制工藝生產(chǎn),即使采用軋制工藝生產(chǎn)也因為表面裂紋(見圖1)或內(nèi)部探傷不合,成材率低而不能大批量規(guī)模生產(chǎn);國外廠家也在進行軋制開坯試驗,但沒有資料詳細介紹,這是目前國內(nèi)、外特殊鋼材制造業(yè)一直很關(guān)注的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素:本發(fā)明的目的是公開一種高合金鋼D2的軋制方法,目的是解決高合金鋼D2鋼錠在軋制過程中易出現(xiàn)表面及角部裂紋,內(nèi)部探傷不合格,易出現(xiàn)內(nèi)部裂紋及中心孔洞等缺陷問題,使得高合金鋼D2能夠順利軋制。成品材按SEP1921中3組超聲波探傷,質(zhì)量等級滿足E/e級。為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:⑴鋼的化學(xué)成分控制:C:1.4%~1.6%、Mn:≤0.60%、Si:≤0.60%、S:≤0.030%、P:≤0.030%、Cr:11.0%~13.0%、Mo:0.70%~1.20%、V:0.50%~1.10%,其余為Fe;為使該方法順利實施軋制過程中不出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象,適當控制P元素含量在0.022%以下;⑵鋼采用EAF+LF+VD方法冶煉,澆注1.7t鋼錠;①EAF冶煉過程中采取適當提前吹氧助熔、適當加礦、調(diào)整好爐渣的堿度和流動性,流渣和換渣操作,降低P元素含量;②在LF爐精煉過程中:采用白渣法,保持時間≥30min;③在VD爐真空度≤1mbar,保持時間≥15min;④澆注前軟吹A(chǔ)r氣10min~15min,澆注溫度為1460℃~1470℃;⑶鋼錠在軋制前進行高溫擴散退火均質(zhì)化處理,擴散溫度為1150℃~1200℃,擴散時間控制在15h~17h;⑷采用850軋機軋制,分為三個步驟:第一步,小變形量軋制:鋼錠經(jīng)擴散退火后,頭四道次采用小變形量對鋼錠進行軋制,該工序每道次變形量按3%~6%控制;第二步,大變形量軋制:承接第一步對鋼錠繼續(xù)軋制,軋制時采取大變形量軋兩道次,該工序每道次變形量按20%~30%控制;第三步,小變形量軋制并控制軋制速度:承接第二步,對成品及成品前一道次輥速控制在40r/min~60r/min,該工序軋9~11道次,每道次變形量在5%~12%;終軋溫度不低于900℃;⑸成品材260mm~310mm×100mm扁鋼軋后紅送退火,退火溫度為850℃~900℃。本發(fā)明通過上述工藝方案實現(xiàn)了D2類高合金鋼以軋制生產(chǎn)替代鍛制生產(chǎn)。通過采用加強EAF脫P、LF精煉、VD脫氣等煉鋼工藝措施提高了鋼水潔凈度,直接改善了鋼錠的可軋性。軋制前對鋼錠進行高溫均質(zhì)化處理,改善共晶碳化物偏析和鋼的熱加工塑性;并通過對鋼錠軋制過程中不同變形量及軋制速度的控制,破碎大顆粒碳化物和改善共晶碳化物不均勻度、防止軋制過程中出現(xiàn)表面裂紋及內(nèi)部裂紋等缺陷,生產(chǎn)出表面無缺陷,并且按SEP1921中3組超聲波探傷,質(zhì)量等級達到E/e級良好水平的成品。主要工藝措施如下:①化學(xué)成分優(yōu)化設(shè)計高碳高鉻冷作模具鋼中的C、Cr、Mo、V是強碳化物形成元素,在退火態(tài)鋼中含有16%~18%的碳化物。在保證材料性能的基礎(chǔ)上,通過調(diào)整、控制上述元素的含量,能夠有效控制碳化物的數(shù)量及形態(tài);同時低控制P含量,提高可軋性;②EAF、LF、VD爐各冶煉環(huán)節(jié)的工藝控制通過加強EAF爐中的去P操作,加強LF爐白渣操作,VD爐的脫氣操作及后續(xù)的澆注操作,使鋼水獲得較高的冶金質(zhì)量,為后續(xù)軋制順利奠定基礎(chǔ);③鋼錠高溫均質(zhì)化處理工藝參數(shù)的控制將鋼錠加熱至略低于固相線的溫度下長時間保溫,能夠消除鑄錠在凝固過程中產(chǎn)生的枝晶偏析及區(qū)域偏析,使成分和組織均勻化。通過對高碳高鉻冷作模具鋼鑄態(tài)組織高溫擴散溫度和時間的交叉試驗,確定1150℃~1200℃為合理的擴散溫度,擴散時間按15h~17h控制;④軋制工藝參數(shù)的控制在軋制過程中采取對不同階段壓下量的控制及成品和成品前一道次輥速的控制,實現(xiàn)D2類鋼的軋制生產(chǎn),確保鋼材表面、角部沒有裂紋產(chǎn)生,內(nèi)部也沒有內(nèi)裂及中心孔洞等缺陷;⑤軋制鋼材退火后按SEP1921中3組超聲波探傷,質(zhì)量等級滿足E/e級。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有下列優(yōu)點:使用該方法生產(chǎn)改變了以往D2類鋼以鍛制生產(chǎn)的為主的工藝路線,改為軋制生產(chǎn)可大大提高生產(chǎn)率,降低生產(chǎn)成本;采用嚴格的冶煉工藝、澆注工藝及成分控制等獲得冶金較好的鋼錠質(zhì)量為后續(xù)順利軋制創(chuàng)造條件;通過高溫均質(zhì)化處理改善組織偏析、提高鋼錠熱塑性;軋制過程中控制變形量及軋制速度,獲得滿意的表面及內(nèi)部質(zhì)量。附圖說明下面結(jié)合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明。圖1為現(xiàn)有方法軋制鋼材表面裂紋照片;圖2為本方法軋制310mm×100mm扁鋼表面照片;圖3為本方法軋制260mm×100mm扁鋼表面照片。具體實施方式按照上述技術(shù)方案實施,提供以下兩項優(yōu)選實施例。實施例1生產(chǎn)尺寸外形為310mm×100mm扁鋼。采用EAF+LF+VD方法冶煉,澆注1.7t鋼錠。EAF冶煉過程中充分去P,使P為0.009%;LF精煉白渣時間為33min;VD真空度≤1mbar,保持15min,澆注前軟吹A(chǔ)r氣10min,澆注1.7t錠型,澆注溫度為1470℃,鋼錠紅送850軋鋼分廠。鋼錠化學(xué)成分熔煉分析結(jié)果見表1;表1鋼錠經(jīng)高溫均質(zhì)化處理,加熱溫度1181℃,保溫時間15h。鋼錠采用850軋機軋制,共分為三個步驟:第一步,小變形軋制:鋼錠經(jīng)擴散加熱后,頭4道次采用小變形對鋼錠進行軋制,道次變形量分別為3.74%、4.82%、3.95%、4.90%;第二步,大變形量軋制:承接第一步對鋼錠繼續(xù)軋制,軋制時有兩道次(一面一次)采取大變形量軋制,其中一道次變形量為22.03%,二道次變形量為26.80%,其余9~11道次變形量不限;第三步,小變形量軋制并控制軋制速度:承接第二步,對成品前一道次及成品道次輥速分別控制在42r/min和49r/min,道次變形量分別為7.82%和5.76%;終軋溫度921℃。成品材軋后紅送退火,退火溫度為885℃。變形量統(tǒng)計見表2;表2道次第一道次第二道次第三道次第四道次大變形量道次一大變形量道次二成品前道次成品道次道次變形量(%)3.744.823.954.9022.0326.807.825.76輥速(r/min)------------4249該軋制扁鋼表面無角裂、裂紋(見圖2)等缺陷,退火出爐后的成品材按SEP1921中3組超聲波探傷,質(zhì)量等級滿足E/e級。實施例2生產(chǎn)尺寸外形為260mm×100mm扁鋼。采用EAF+LF+VD方法冶煉,澆注1.7t鋼錠。EAF冶煉過程中充分去P,使P為0.008%;LF精煉白渣時間為36min;VD真空度≤1mbar,保持15min,澆注前軟吹A(chǔ)r氣12min,澆注1.7t錠型,澆注溫度為1466℃,鋼錠紅送850軋鋼分廠。鋼錠化學(xué)成分熔煉分析結(jié)果見表3;表3鋼錠經(jīng)高溫均質(zhì)化處理,加熱溫度1178℃,保溫時間15h。鋼錠采用850軋機軋制,共分為三個步驟:第一步,小變形軋制:鋼錠經(jīng)擴散加熱后,頭4道次采用小變形對鋼錠進行軋制,道次變形量分別為為3.85%、5.24%,3.94%、5.30%;第二步,大變形量軋制:承接第一步對鋼錠繼續(xù)軋制,軋制時有兩道次(一面一次)采取大變形量軋制,其中一道次變形量為23.10%,二道次變形量為26.31%,其余11~13道次變形量不限;第三步,小變形量軋制并控制軋制速度:承接第二步,對成品及成品前一道次輥速分別控制在45r/min和50r/min,每道次變形量分別為7.18%、5.37%;終軋溫度935℃。成品材軋后紅送退火,退火溫度為891℃。變形量統(tǒng)計見表4;表4道次第一道次第二道次第三道次第四道次大變形量道次一大變形量道次二成品前道次成品道次道次變形量(%)3.855.243.945.3023.1026.317.185.37輥速(r/min)------------4550該軋制扁鋼表面無角裂、裂紋(見圖3)等缺陷,退火出爐后的成品材按SEP1921中3組超聲波探傷,質(zhì)量等級滿足E/e級。