一種高碳特厚模具復(fù)合坯的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金工業(yè)昆制備工藝領(lǐng)域，尤其涉及一種含C0.42~0.60wt%，Μη 0.20~0. 80wt%，厚度100~1000mm的高碳特厚復(fù)合模具用鋼板昆母昆的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 模具鋼是用來(lái)制造各種鍛造、沖壓或壓鑄成型工件模具的鋼種，現(xiàn)已成為世界工 業(yè)生產(chǎn)中用量較大、影響面較廣的重要產(chǎn)品。受模具使用特點(diǎn)影響，送類(lèi)鋼對(duì)鋼質(zhì)的純 凈度、鋼的界面組織性能均勻性均有較高的要求。W含c:0. 42~0. 60wt%，Mn:0. 20~ 0. 80wt%為主要成分特征的模架用鋼是用量較大的一種模具鋼，具有規(guī)格覆蓋大(主要集中 在50~300mm組距)，成本低廉的特點(diǎn)。主要采用模鑄鋼錠、連鑄昆兩種方式生產(chǎn)。
[0003]采用鋼錠生產(chǎn)存在的問(wèn)題是包括冒口、社制模形等問(wèn)題產(chǎn)生的成材率普遍不高， 且由于模鑄錠內(nèi)部缺陷問(wèn)題，對(duì)于生產(chǎn)超大單重（30噸W上）產(chǎn)品難度較大。而采用連鑄 昆生產(chǎn)，盡管成材率較高，受連鑄昆規(guī)格顯著及壓下比制約，生產(chǎn)特厚鋼板厚度受到限制， 如公布號(hào)CN101352724A的提供的"一種含B非調(diào)質(zhì)塑料模具鋼的制造方法"，又如公布號(hào) CN103397261A公開(kāi)的"400mm厚連鑄昆社制塑料模具用鋼板及其生產(chǎn)方法"，盡管已經(jīng)采用 了目前最大規(guī)格的中厚板連鑄昆規(guī)格，也僅能生產(chǎn)60~100mm厚規(guī)格鋼板。
[0004]此外，也有通過(guò)成分調(diào)整的方式，通過(guò)提高鋼的渾透性及終態(tài)組織的方式生產(chǎn)該 類(lèi)模架用鋼。如公開(kāi)號(hào)CN101230442A公開(kāi)的"一種用于塑料模具模架鋼的低合金非調(diào)質(zhì) 鋼及其制造方法"W及公開(kāi)號(hào)CN100340691C公開(kāi)的"一種貝氏體大截面塑料模具鋼及其 制造方法"，一個(gè)添加了較為昂貴的化、Ni、Mo等合金元素，一個(gè)加入了Ni、化、Mo、V、To，均 成本較高，且從成分看，已經(jīng)屬于模芯用鋼范疇。
[0005] 社制復(fù)合法是一種生產(chǎn)特厚鋼板的新方法，相對(duì)于傳統(tǒng)的鑄錠，大大提高了社后 產(chǎn)品的內(nèi)部組織及性能，解決了因連鑄昆厚度限制和壓下比制約，生產(chǎn)特厚鋼板厚度受限 的問(wèn)題，且社制昆料廣泛，利于大批量生產(chǎn)，可W大大提高成材率。
[0006] 公布號(hào)CN102896466A介紹了 "一種150-400mm厚塑料模具用鋼板的生產(chǎn)方法"， 但是所述的氣體保護(hù)焊工藝極易產(chǎn)生表面氧化，影響焊接效果，不僅象一般的復(fù)合昆需要 對(duì)表面進(jìn)行處理，還要額外對(duì)兩塊甚至多塊昆料進(jìn)行坡口加工，對(duì)于單塊10~20噸的鋼昆 來(lái)說(shuō)，無(wú)論是吊運(yùn)、對(duì)齊、加工都是十分困難的。所述的Η種焊接組合的方式，工藝復(fù)雜，操 作困難，且對(duì)于同時(shí)進(jìn)行氣保焊、埋弧焊、真空復(fù)合焊的Η條邊，由于反復(fù)焊接，積累焊接應(yīng) 力、組織應(yīng)力、熱應(yīng)力等更大，極易開(kāi)裂。即使目的是為了提高生產(chǎn)效率也是得不償失的。
[0007]對(duì)于上述提及的模架用鋼，由于室溫組織為鐵素體+珠光體，而焊接融合區(qū)組織 由于具有較高的碳元素特性，碳當(dāng)量較高，渾硬性較強(qiáng)，焊接融合區(qū)空渾便得到馬氏體，由 于相轉(zhuǎn)變過(guò)程帶來(lái)的體積膨脹導(dǎo)致該區(qū)域同周邊未相變組織間產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)材料 強(qiáng)度極限就會(huì)產(chǎn)生變形開(kāi)裂，經(jīng)驗(yàn)表明送種開(kāi)裂裂紋在焊后肉眼極難發(fā)現(xiàn)，又難W通過(guò)探 傷等方式進(jìn)行檢測(cè)，在焊后靜置W及后續(xù)的加熱、社制過(guò)程一旦穿透融合區(qū)，將造成漏氣， 直接導(dǎo)致廢品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供一種高碳特厚模具復(fù)合昆的制備方法，旨在保證昆料良好表面質(zhì)量和 提高復(fù)合鋼板生產(chǎn)效率的前提下，有效提高模架用鋼生產(chǎn)效率，解決組織變化帶來(lái)的變形 開(kāi)裂傾向，提高鋼種成材率。
[0009] 為此，本發(fā)明所采取的解決方案是： 一種高碳特厚模具復(fù)合昆的制備方法，其特征在于，對(duì)于含C0. 42~0. 60wt%，Μη0. 20~0. 80wt%，厚度100~1000mm的復(fù)合模具用鋼板昆母昆的制備方法為： 連鑄昆出連鑄彎矯段后，對(duì)連鑄昆表層組織進(jìn)行弱冷卻，冷卻速度控制在1~fTC/s， 目的在于細(xì)化表層晶粒，提高模具鋼昆料表面尤其是邊角部高溫強(qiáng)初性。減少邊角部裂紋 出現(xiàn)，該方案用于后續(xù)表面組織控制，過(guò)低則細(xì)化效果降低，過(guò)快則容易產(chǎn)生表面裂紋。
[0010] 連鑄昆下線后選取距連鑄昆頭、尾部6mW上連鑄昆作為鋼板昆母昆原料，目的在 于提高終態(tài)內(nèi)部組織質(zhì)量，提高鋼板探傷合格率。
[0011] 連鑄昆下線后表面溫度空冷至300~70(TC，立即進(jìn)行熱裝，采用快速加熱方式， 即采用連續(xù)加熱爐或臺(tái)車(chē)加熱時(shí)，加熱段和均熱段溫度均控制在AC3溫度W上50~15(TC， 加熱時(shí)間0. 2~比，使連鑄昆表面溫度迅速達(dá)到AC3溫度W上20~10(TC，鋼昆整體呈現(xiàn) "皮熱必冷"狀態(tài)。
[0012] 之后加熱鋼昆進(jìn)行出爐快冷，并根據(jù)鋼種特性，利用社機(jī)漉道快速擺動(dòng)W及借助 自動(dòng)化控制的ACC等冷卻裝置進(jìn)行，冷卻速度控制在1~1(TC/s，使表面形成10~50mm 厚的馬氏體組織，而內(nèi)部組織為回火馬氏體、貝氏體組織。
[0013] 高溫下熱裝入爐有利于避免熱應(yīng)力影響，上述兩點(diǎn)綜合作用可有效提高模具鋼材 料在快速加熱過(guò)程中的綜合強(qiáng)初性，避免開(kāi)裂，另一方面使得表面形成同焊接融合區(qū)組織 接近的馬氏體組織，減小焊接熱影響區(qū)同基體組織間由于體積變化帶來(lái)的相變應(yīng)力，進(jìn)而 最大程度的減小組織變化帶來(lái)的變形開(kāi)裂傾向。
[0014] 快冷后鋼昆周?chē)鷩鸁崂ィM(jìn)行堆煤緩冷，煤位溫度150~30(TC，堆煤時(shí)間不少于 她。
[0015] 緩冷后鋼昆采用就床進(jìn)行表面加工，就磨過(guò)程分為粗就和精就兩部分，刀具材料 選擇高速鋼或硬質(zhì)合金，對(duì)鋼昆六面均進(jìn)行就磨，對(duì)于復(fù)合界面，粗就磨出金屬基體后，繼 續(xù)精就1~2mm，去除表面超細(xì)化的組織。
[0016] 清理后組昆水平疊放送入真空室抽真空，其中沿每條長(zhǎng)邊間隔鋪墊2~3條、5~ 10mm寬、0. 5~1. 5mm厚同質(zhì)冷社板，真空室真空度< 1X10申日，整個(gè)抽真空時(shí)間在20~ 30min內(nèi)完成。
[0017] 真空處理后進(jìn)行焊接，焊接電壓20~100KV，焊接電流50~200mA，焊接速度 200 ~300mm/min。
[001引 復(fù)合遠(yuǎn)烙深控制在60~100mm。
[0019] 焊接后根據(jù)昆厚選擇臺(tái)車(chē)爐進(jìn)行加熱，并根據(jù)用戶(hù)需求性能進(jìn)行鍛造、社制W及 熱處理。
[0020] 本發(fā)明的有益效果為： 1、本發(fā)明針對(duì)W高碳為特點(diǎn)的模具鋼復(fù)合昆特性，提出復(fù)合昆焊前預(yù)處理方案，在保 證昆料良好表面質(zhì)量的前提下，對(duì)于改善和解決模具鋼復(fù)合昆焊接過(guò)程焊接融合區(qū)組織變 化帶來(lái)的變形開(kāi)裂傾向有顯著效果。
[0021] 2、本發(fā)明針對(duì)模具鋼生產(chǎn)中的一些問(wèn)題，結(jié)合高碳模架用鋼特點(diǎn)，提出一種焊 前預(yù)處理+四邊連續(xù)真空焊接"為特點(diǎn)的模具鋼復(fù)合昆生產(chǎn)方式，可有效提高模架用鋼生產(chǎn) 效率，在保證昆料良好表面質(zhì)量的前提下，對(duì)于改善和解決模具鋼復(fù)合昆焊接過(guò)程焊接融 合區(qū)組織變化帶來(lái)的變形開(kāi)裂傾向，提高復(fù)合鋼昆成材率有顯著效果。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 實(shí)施例所采用鋼種為含C0. 42~0. 60wt%，Μη0. 20~0. 80wt%的高碳，生產(chǎn)厚 度100~1000mm的特厚復(fù)合模具用鋼板昆母昆。
[0023] 實(shí)施例1 選取鋼種為C45N，連鑄昆出彎矯段后弱冷速度選擇為2°C/s，采用距昆頭部8m，規(guī)格為 250X1950X4000mm的連鑄昆料在連續(xù)爐內(nèi)進(jìn)行處理，連鑄昆熱裝溫度60(TC，加熱段溫度 850±2(TC，均熱段溫度830±2(TC，在爐時(shí)間0.化。之后出爐快冷，冷卻速度2°C/s。鋼昆 冷卻至50(TC進(jìn)行堆煤緩冷，煤位溫度30(TC，保溫12h。
[0024] 進(jìn)行六面就磨，采用連續(xù)焊的方式進(jìn)行焊接，30min調(diào)控真空室真空度 2. 5X10中曰。沿兩長(zhǎng)邊每間隔1000mm放置一條寬10mm，厚1. 2mm同質(zhì)冷社板條，焊接電壓 100KV，焊接電流200mA，所述焊接速度250mm/min，烙深80mm，包括組昆在內(nèi)的整個(gè)焊接生 產(chǎn)周期小于化，采用"焊前預(yù)處理+四邊連續(xù)真空焊接"方式生產(chǎn)的C45N綜合成材率見(jiàn)表 1〇
[00幼 實(shí)施例2 選取鋼種為S50C，連鑄昆出彎矯段后弱冷速度選擇為1. 2°C/s，采用距昆頭部15m后規(guī) 格為300X1950X4000mm的連鑄昆料在臺(tái)車(chē)爐內(nèi)進(jìn)行處理，連鑄昆熱裝溫度55(TC，裝爐爐 膛溫度900±2(TC。在爐時(shí)間比。之后出爐快冷，冷卻速度2°C/s。鋼昆冷卻至40(TC進(jìn)行 堆煤緩冷，煤位溫度30(TC，保溫化。
[0026] 進(jìn)行六面就磨，采用連續(xù)焊的方式進(jìn)行焊接，20min調(diào)控真空室真空度8X10中曰。 沿兩長(zhǎng)邊每間隔800mm放置一條寬10mm，厚1mm同質(zhì)冷社板條，焊接電壓60KV，焊接電流 150mA，所述焊接速度200mm/min，烙深60mm，包括組昆在內(nèi)的整個(gè)焊接生產(chǎn)周期小于化。
[0027] 實(shí)施例與對(duì)比例鋼種綜合成材率見(jiàn)表1。
[0028]表1實(shí)施例與對(duì)比例鋼種綜合成昆率對(duì)比_
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高碳特厚模具復(fù)合還的制備方法，其特征在于，對(duì)于含C0.42~0.60wt%，Μη 0. 20~0. 80wt%，厚度100~1000mm的復(fù)合模具用鋼板還母還的制備方法為： 連鑄坯出連鑄彎矯段后，對(duì)連鑄坯表層組織進(jìn)行弱冷卻，冷卻速度控制在1~5°C/s; 連鑄坯下線后選取距連鑄坯頭、尾部6m以上連鑄坯作為鋼板坯母坯原料； 連鑄坯下線后表面溫度空冷至300~700°C，立即進(jìn)行熱裝，采用快速加熱方式，即采 用連續(xù)加熱爐或臺(tái)車(chē)加熱時(shí)，加熱段和均熱段溫度均控制在AC3溫度以上50~150°C，加熱 時(shí)間0. 2~lh，使連鑄坯表面溫度迅速達(dá)到AC3溫度以上20~100°C，鋼坯整體呈現(xiàn)"皮熱 心冷"狀態(tài)； 之后加熱鋼坯進(jìn)行出爐快冷，并根據(jù)鋼種特性，利用軋機(jī)輥道快速擺動(dòng)以及借助自動(dòng) 化控制的ACC等冷卻裝置進(jìn)行，冷卻速度控制在1~10°C/s，使表面形成10~50mm厚的 馬氏體組織，而內(nèi)部組織為回火馬氏體、貝氏體組織； 快冷后鋼坯周?chē)鷩鸁崤?，進(jìn)行堆垛緩冷，垛位溫度150~300°C，堆垛時(shí)間不少于8h; 緩冷后鋼坯采用銑床進(jìn)行表面加工，銑磨過(guò)程分為粗銑和精銑兩部分，刀具材料選擇 高速鋼或硬質(zhì)合金，對(duì)鋼坯六面均進(jìn)行銑磨，對(duì)于復(fù)合界面，粗銑磨出金屬基體后，繼續(xù)精 銑1~2mm，去除表面超細(xì)化的組織； 清理后組坯水平疊放送入真空室抽真空，其中沿每條長(zhǎng)邊間隔鋪墊2~3條、5~10_ 寬、0. 5~1. 5mm厚同質(zhì)冷軋板，真空室真空度< 1X10 2Pa，整個(gè)抽真空時(shí)間在20~30min 內(nèi)完成； 真空處理后進(jìn)行焊接，焊接電壓20~100KV，焊接電流50~200mA，焊接速度200~ 300mm/min； 復(fù)合還烙深控制在60~100mm。
【專(zhuān)利摘要】一種高碳特厚模具復(fù)合坯的制備方法，對(duì)出彎矯段的連鑄坯表層進(jìn)行弱冷卻，下線連鑄坯空冷至300～700℃后進(jìn)行熱裝，采用快速加熱，加熱段和均熱段溫度均控制在AC3溫度以上50～150℃，加熱時(shí)間0.2～1h；出爐快冷速度控制在1～10℃/s；堆垛緩冷垛位溫度150～300℃，時(shí)間≥8h；采用銑床對(duì)鋼坯六面進(jìn)行銑磨，待復(fù)合界面磨出金屬基體后，精銑1～2mm；組坯水平疊放送入真空室抽真空，真空度＜1×10-2Pa，抽真空時(shí)間20～30min；焊接電壓20～100KV，焊接電流50～200mA，焊接速度200～300mm/min，復(fù)合坯熔深控制在60～100mm。本發(fā)明在保證坯料良好表面質(zhì)量的前提下，有效提高模架用鋼生產(chǎn)效率，減少焊接過(guò)程的變形開(kāi)裂，提高復(fù)合鋼坯成材率有顯著效果。
【IPC分類(lèi)】B23P15/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105312843
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410335624
【發(fā)明人】趙坦, 范劉群, 李廣龍, 李文斌, 原思宇, 王長(zhǎng)順, 王勇, 王文仲
【申請(qǐng)人】鞍鋼股份有限公司
【公開(kāi)日】2016年2月10日
【申請(qǐng)日】2014年7月16日