一种交叉开扁镦拔H13类热作模具钢均质化锻造工艺的制作方法

本发明涉及钢铁冶金行业热作模具钢的热处理工艺，尤其是指H13类合金热作模具钢锻造的热处理工艺。
背景技术：
：H13类主要作为有色金属的挤压和压铸模，因其使用环境恶劣，对其模块要求有较高等向力学性能和组织均匀性。目前H13类热作模具钢锭主要采用常规的热处理工艺即在1200-1300℃保温数小时+高温扩散处理+多向锻造或多次镦拔变形工艺+球化退火工艺+高温回火锻后热处理，该工艺过程中形成的未溶碳化物及化学成分偏析区域会沿变形加工方向延伸而形成带状或网状组织，其显微组织普遍存在碳化物偏析、带状和网状组织严重的问题，其淬火前球化组织和显微组织均匀性以及心部横向冲击功多数不能满足NADCA207#标准或SEP1614标准要求，在使用过程中往往出现断桥开裂和表面龟裂等早期失效现象。而上述的问题在锻造过程中，采用合适的锻造工艺和热处理工艺，可以消除显微组织产生的问题，从而实现组织和碳化物双细化的目的。因此开发一种交叉开扁镦拔H13类热作模具钢均质化锻造工艺对于缩短高温扩散时间，实现成分均质化；促使大块状碳化物破碎和细化带状和网状组织，提高表面质量；增强淬透性、塑韧性和回火稳定性；还可提高模具钢的抛光性能和切削加工性能，从而对提高钢锭的冷热疲劳性能和耐高温的强度具有重要的意义。技术实现要素：本发明目的在于克服上述H13类热作模具钢常规热处理工艺存在的不足提供一种交叉开扁镦拔H13类热作模具钢均质化锻造工艺。一种交叉开扁镦拔H13类热作模具钢均质化锻造工艺，工艺步骤如下：步骤一，钢锭正常加热：将热作模具正常加热电渣钢锭通过燃气炉加热到1250±10℃透烧；步骤二，开扁：再将烧透的钢锭按照X∶Y∶Z(厚度∶宽度∶高度)比例进行开扁，之后再回炉在1250±10℃烧透3-6小时；步骤三，镦粗：按镦粗比为1.8-2.3的比例将开完扁的扁坯出炉进行整体镦粗；步骤四，回扁；将镦粗后按十字交叉原则交换X、Y方向(即宽和厚互换)即按照Y∶X∶Z的比例镦扁方，回拔同样尺寸镦粗扁坯，之后再回炉在1250±10℃烧透3-6小时；步骤五，再镦粗：按镦粗比为1.8-2.3的比例将开完扁的扁坯出炉进行整体镦粗；步骤六，交叉循环：重复步骤二、步骤三，重复次数取决于三维方向上的累积锻造变形率：步骤七，拔长成型：将经交叉循环开扁镦粗后的扁坯拔长至产品要求尺寸；步骤八：锻后微细化热处理。作为改进方案，步骤二中X∶Y∶Z为1∶1.2-1.4∶2.5-2.7。作为改进方案，步骤六中的累积锻造变形率定义如下：即锻压机在钢锭或钢坯同一部位沿X轴方向第i次压下后的锻材高度为且从锭到材变形过程中该方向压下次数为n；同理Y和Z轴方向的累积锻造变形率计算公式如下：累积锻造变形率控制在。本发明与现有技术相比具有如下的优点：1)钢锭在累积锻造变形率精确计算下进行交叉循环开扁镦拔后回炉高温扩散，一方面由于换热表面积增加和表面至心部距离缩短有利于坯料心部完全透烧，传热效果好；另一方面扁坯的塑性变形组织相对于钢锭的铸态组织而言，其晶粒细小和空位浓度和位错密度大，可以加速元素原子的高温扩散进程并在较短的时间内实现成分均匀化。2)开扁预变形使钢锭中心处的大块状一次碳化物得到初步破碎，从动力学角度来讲碎化的一次碳化物在高温回烧过程中的溶解得以加速，且高温变形和高温扩散交替进行更有利于加快这一均质化进程。3)形变扁坯通过改变钢锭偏析区域大小及分布来加速了扩散进程，其锻造塑性变形方向对称且变形程度可控，配合合适的锻后微细化处理即可获得组织均匀细小的高等向性H13模具钢锻材。4)本发明增强模具钢的淬透性、塑韧性和回火稳定性，还提高了模具钢的抛光性能、切削加工性能和冷热疲劳性能，从而提高了成品模具钢的使用寿命。附图说明图1为交叉开扁镦拔H13类热作模具钢均质化锻造工艺处理后压铸模模块中心处的微观组织。图2为交叉开扁镦拔H13类热作模具钢均质化锻造工艺处理后热挤压模用的棒材中心处的微观组织。具体实施方式实施例1一种交叉开扁镦拔H13热作模具钢均质化锻造工艺，其热处理工艺过程如下：1)钢锭正常加热：平均直径为φ600的6.59吨电渣钢锭经过使用燃气炉1250℃正常加热；2)开扁：再将烧透的钢锭按照X∶Y∶Z(厚度∶宽度∶高度)＝1∶1.25∶2.5的比例进行开扁(即630mm×790mm×1700mm)，之后再回炉在1250℃烧透4小时；3)镦粗：按镦粗比为2.0的比例将开完扁的扁坯出炉进行整体镦粗；4)回扁；将镦粗后按旋转90°交换X、Y方向(即宽790mm和厚630mm互换)拔扁790mm×630mm×1700mm，之后再回炉在1250℃烧透4小时；5)再镦粗：按镦粗比为2.0的比例将开完扁的扁坯出炉进行整体镦粗；6)拔长成型：将回扁后的扁坯拔长至产品断面尺寸(260mm×730mm×Lmm)，此时锻件三维方向上的累积变形率∶100％-120％。；7)锻后微细化热处理。累积锻造变形率定义如下：即锻压机在钢锭或钢坯同一部位沿X轴方向第i次压下后的锻材高度为且从锭到材变形过程中该方向压下次数为n；同理Y和Z轴方向的累积锻造变形率计算公式如下：此时在锻件心部取试块经过淬回火至硬度HRC44-46并加工成尺寸为7mm×10mm×55mm冲击试样，其三维方向的冲击功测试结果均≥280J，见表1中所示，具体的交叉开扁锻造工艺处理后压铸模模块中心处的微观组织如图1所示，达到SEP1614标准中GA3级别要求。表1260×730断面压铸模模块中心冲击功实测值(淬回火至硬度HRC44-46)取样方向实测数1/J实测数2/J实测数3/J实测数4/J实测数5/JX轴方向282280282284290Y轴方向286288290290287Z轴方向287288282289298实施例2一种交叉开扁镦拔H13热作模具钢均质化锻造工艺，与实施例1不同的是，步骤二，开扁：再将烧透的钢锭按照X∶Y∶Z(厚度∶宽度∶高度)＝1∶1.2∶2.5的比例进行开扁，之后再回炉在1250℃烧透6小时；累积变形率：120％-150％。此时在锻件心部取试块经过淬回火至硬度HRC44-46并加工成尺寸为7mm×10mm×55mm冲击试样，其三维方向的冲击功测试结果均≥280J，见表2中所示，达到SEP1614标准中GA3级别要求。表2260×730断面压铸模模块中心冲击功实测值(淬回火至硬度HRC44-46)实施例3一种交叉开扁镦拔H13热作模具钢均质化锻造工艺，与实施例1不同的是，步骤二，开扁：再将烧透的钢锭按照X∶Y∶Z(厚度∶宽度∶高度)＝1∶1.4∶2.7的比例进行开扁，之后再回炉在1250℃烧透3小时；累积变形率：130％-140％。此时在锻件心部取试块经过淬回火至硬度HRC44-46并加工成尺寸为7mm×10mm×55mm冲击试样，其三维方向的冲击功测试结果均≥280J，见表3中所示，达到SEP1614标准中GA3级别要求。表3260×730断面压铸模模块中心冲击功实测值(淬回火至硬度HRC44-46)取样方向实测数1/J实测数2/J实测数3/J实测数4/J实测数5/JX轴方向284280284282293Y轴方向287282295285282Z轴方向281284284281291实施例4一种交叉开扁镦拔H13类热作模具钢均质化锻造工艺，其热处理工艺过程如下：1)钢锭正常加热：将净重3580kg的电渣钢锭使用燃气炉加热到1250℃透烧；2)开扁：再将烧透的钢锭按照X∶Y∶Z(厚度∶宽度∶高度)＝1∶1.3∶2.5的比例进行开扁至515mm×670mm×1330mm，之后再回炉在1250℃烧透5小时；3)镦粗：按镦粗比为2.0的比例将扁坯出炉进行整体镦粗；4)回扁；将镦粗后旋转90°即交换X、Y方向(即宽670mm和厚515mm互换)镦扁回拔至670mm×515mm×1330mm，之后再回炉在1250℃烧透5小时；5)再镦粗：按镦粗比为2.0的比例将开完扁的扁坯出炉进行整体镦粗；6)开扁：开扁至515mm×670mm×1330mm，之后再回炉在1250℃烧透3小时；7)再镦粗：按镦粗比为2.0的比例将开完扁的扁坯出炉进行整体镦粗，此时X和Y轴方向上的累积锻造变形率接近100％而Z轴方向上的累积锻造变形率为150％；8)拔长成型：将经交叉循环开扁镦粗后的扁坯拔长至产品要求尺寸9)锻后微细化热处理：具体工艺详见一种中碳铬钼钒系热作模具钢的组织微细化预处理工艺，CN104178612A，此时在锻件心部取试块并经淬回火处理至HRC44-46之间，机械加工试样尺寸为7mm×10mm×55mm的无缺口冲击试样，实测其三维方向的冲击功均≥320j，具体的交叉开扁锻造工艺处理后挤压模模块中心处的微观组织如图2所示，达到SEP1614标准中GA2级别要求。当前第1页1 2 3