一种特厚规格1.2311模具钢板及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种特厚规格1.2311模具钢板，钢板以Fe为基础元素并包含如下组分：按质量百分比计C0.35～0.45%，Si0.20～0.40%，Mn1.30～1.60%，P≤0.020%，S≤0.010%，Cr1.80～2.00%，Mo0.15～0.25%，Al0.01～0.05%，Ni≤0.30%，Cu≤0.25%，B0.001～0.002%及不可避免的杂质元素；碳当量0.98～1.1。该钢板的制造工艺包括坯料冶炼、连铸圆坯、加热、高压水除鳞、轧制、矫直、缓冷、探伤、回火等工序，本发明制造的1.2311模具钢板厚度可达160?250mm，钢板的平均表面硬度30～36HRC，芯部硬度为≥28HRC，成品按NB/T 47013.3标准超声波探伤，质量等级均达到Ⅱ级以上。
【专利说明】
-种特厚规格1 .2311模具钢板及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种特厚规格1.2311模具钢板及其制造方法，尤其设及一种采用直径 1000 mm的连铸大圆巧制造该模具钢板的方法。
【背景技术】
[0002] 模具钢材是模具加工制造业中的重要材料，其直接影响模具加工、模具质量W及 产品质量。其中德国的1.2311钢作为模具用钢的典型钢种，在模具加工制造业中得到了长 足地发展和广泛地应用，1.2311钢是一种预硬型的中碳合金塑料模具钢，其被大量地应用 于塑料模具加工领域，相类似的有美国的P20,我国的3Cr2Mo等钢。运类钢由钢厂预先进行 调质处理，W获得所要求的使用性能，再进行刻模加工，待模具成型后，不需要再进行最终 热处理就可W直接使用。运类模具钢可W避免由于热处理而引起的模具变形和裂纹问题， 最适宜制作形状复杂的大、中型精密塑料模具。目前，国内生产厂对塑料模具钢一般均采用 锻键或压机进行生产，很少采用社制工艺生产，即使采用社制工艺生产也因为表面裂纹或 内部探伤不合格或合格率低而不能大批量规模生产。国内外都正在努力探究和拓展制造方 法，W获得具有较低冶炼成本、合金化最合理的、具有最佳组织结构及优良综合性能的 1.2311钢。目前模具钢的现有生产工艺主要有W下巧中： (1)电炉(转炉炉外精炼^模铸^锻打^社制^热处理，是最为传统的一种方式。自 80年代W来，国内大部分特殊钢厂都采用运种方法，它是较为传统的一种工艺模式。
[0003] (2)电炉^炉外精炼^连铸板巧^社制^热处理，运种生产工艺采用W社代锻工 艺使得生产能耗降低较多，同时生产收得率也有所提高，由于连铸板板巧厚度限制，只能生 产小厚度规格模具钢。
[0004] (3)电炉^炉外精炼^模铸^电渣重烙^锻打^社制^热处理，运样的工艺通常 是为了生产纯净度要求更高、致密度、综合性能均匀W及偏析程度较好的用途材料，其也是 目前世界上公认生产高品质1.2311模具用钢最广泛的工艺流程。
[0005] 但是，上述生产工艺都存在较多缺点：第一，通过模铸工艺生产钢锭，1.2311模具 用钢的成材率受到一定限制;第二，通过锻造方式来生产1.2311模具用钢，虽然可W有效地 改善钢巧内部组织，但是锻造方式的生产效率较低，并且成品模具用钢的尺寸精度不高;第 =，电渣重烙钢锭生产的钢巧也只适用于需求量较少的高端用途产品，其由于生产成本较 高而无法满足一般民用1.2311模具用钢的生产制造。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种连铸大圆巧生产特厚 1.2311模具用钢的方法。该方法采用连铸圆巧诱铸+W社代锻工艺，所制造的特厚规格 1.2311模具用钢在不采用模铸工艺的前提下，既保证了 1.2311模具用钢的各项综合力学性 能，又提高了 1.2311模具用钢的成材率及内部探伤合格率，降低了生产成本并提升了生产 效率。
[0007]本发明解决上述问题所采用的技术方案为:一种特厚规格I. 2311模具钢板，所述 钢板的厚度为160~250mm，钢板WFe为基础元素且包含如下质量百分比的化学成分：C: 0.35~0.45〇/〇，Si:0.20~0.40〇/〇，Mn:1.30~1.60〇/〇，P:《0.020〇/〇，S:《0.010〇/〇，Cr:1.80~ 2.00%，Mo:0.15~0.25%，Al:0.01~0.05%，Ni:《0.30%，Cu:《0.25%，B:0.001~0.002〇/〇 及不可避免的杂质元素;碳当量0.98~1.2。
[000引上述钢板的平均表面硬度30~36HRC，忍部硬度>28皿C，成品按NB/T 47013.3标 准超声波探伤，质量等级均达到n级W上。
[0009] W下对本发明中所含组分的作用及用量选择作具体说明： C:是确保钢板强度所必须的元素，提高钢中的碳含量将会增加它的马氏体转变能力， 从而提高它的强度。但过高的C含量对钢的延性、初性不利。另外，过高的C含量也会导致 更严重的中屯、C偏析从而影响钢板的屯、部性能。本发明控制其含量为0.35~0.45%。
[0010] Si:是钢中的脱氧元素，并W固溶强化形式提高钢的强度。Si含量低于0.10%时， 脱氧效果较差，Si含量较高时降低初性。本发明Si含量控制为0.20~0.40%。
[0011] Mn:是提高泽透性和强度的元素，并起固溶强化作用W弥补钢中因C含量降低而 引起的强度损失。当钢中Mn含量低于0.8%时，无法充分发挥强度确保的作用，但当Mn含量 过高时则会增加其碳当量从而损坏焊接性能。另外，Mn易在钢板中屯、产生偏析，降低钢板中 屯、部位的冲击初性。因此，本发明Mn含量控制为1.30~1.60%。
[0012] 化:是提高钢的泽透性而有助于强度提高的元素。在C含量较低的情况下，添加适 量的&，可W保证钢板达到所需的强度，但是若添加过量，则将降低材料的初性同时也降低 材料的焊接性能，因此，本发明将其含量控制在1.80~2.00%。
[0013] Mo:可W显著提高钢的泽透性和强度。在低合金钢中添加少量的Mo还能起到克服 热处理过程中的回火脆性W改善热处理性能，但Mo也是贵重金属，含量过高会增加成本同 时也降低材料的焊接性能。本发明中Mo的含量控制在0.15~0.25%。
[0014] Ni:是提高钢板的泽透性并可W显著改善其低溫初性的元素，对冲击初性和初脆 转变溫度具有良好的影响。但Ni含量太高时，板巧表面易生成黏性较高的氧化铁皮，难W 去除，影响钢板的表面质量。另外，Ni也是贵重金属，含量过高会增加成本。本发明中将其 含量控制在《0.30%。
[0015] Cu:可提高钢板的泽透性和耐大气腐蚀和耐海水腐蚀性能，降低钢的氨致裂纹敏 感性。但过高的Cu含量不利于钢板的焊接性能，而且也易产生铜脆现象，恶化钢板的表面 性能。因此本发明控制化含量为《0.25%。
[0016] Al:主要是起固氮和脱氧作用。Al与N接合形成的AlN可W有效地细化晶粒，但含 量过高会损害钢的初性。因此，本发明控制其含量在0.01~0.05%。
[0017] B:是提高钢的泽透性最为显著的元素，B和师共存的条件下将显著提高钢板的泽 透性，B含量过低或过高均对泽透性不利，过高的B将增大焊接裂纹敏感性从而使钢板的焊 接性能降低。因此，本发明控制其含量在0.0 Ol~0.002%。
[0018] S、P:为钢中的有害杂质元素，易形成偏析、夹杂等缺陷。作为杂质元素会给钢板的 初性和焊接热影响区的初性带来不利的影响，应尽量地减少其含量。本发明控制P《 0.020〇/〇、S《0.010〇/〇。
[0019] 上述特厚规格1.2311模具钢板的制备方法，包括如下步骤， ①冶炼原料依次经BOF冶炼、LF精炼、RH精炼，连铸采用低速恒速诱铸，并控制轻压下量 为9~12mm，生产出直径1000 mm的圆巧;对圆巧缓冷，缓冷后对圆巧表面进行清理，按尺寸 需要切割得到圆巧料。
[0020] ②圆巧料采用均热炉加热，500°C W下装炉，炯钢2~3小时，低溫段W低于50°C/小 时的加热速度升溫到800~840°C，保溫均热3~4小时；中溫段W低于80°C/小时升溫到 1000~1050°C，加热时间2.5~3小时；高溫段升溫速率不限，升溫到1260°C保溫均热，控制 溫度波动在± 15 °C，保溫时间14小时及W上。
[0021] ③巧料出炉后经高压水除鱗，除鱗系统压力不小于20Mpa，然后进行四阶段社制， 分别是:大变形量成型社制、宽度方向小角度角社、正常展宽社制、纵向精社； ④社制完成的钢板进预矫直机和热矫直机进行矫直。
[0022] ⑤对矫直后的钢板进行高溫下线堆缓冷，总缓冷时间大于48小时，缓冷开始表面 下限溫度不低于500°C;缓冷后进行回火热处理，控制回火溫度为540~580°C，保溫时间按 照3~4min/mm，回火后即获得特厚规格1.2311模具钢板成品。
[0023] 本发明1.2311模具钢板制备方法的步骤①连铸出直径1000 mm的圆巧，采用连铸 大圆巧生产模具用钢，擬弃了现有技术中所采用的模铸方法，在大大提高1.2311模具用钢 的成材率并降低生产成本的同时，还保证了所获得的1.2311模具用钢在成分控制、低倍组 织，金相组织，非金属夹杂物、显微硬度、内部探伤及综合力学性能等方面都与采用现有模 铸工艺所制造的1.2311模具用钢相当，满足民用领域对于1.2311模具用钢的需求。
[0024] 与现有技术相比，本发明的优点在于： (1)提供了一种特厚规格1.2311模具钢板社代锻"的制造方法，该方法采用1000 mm 连铸大圆巧，通过均热炉加热和四漉可逆式社机社制，依靠大压缩比、大的单道次压下量来 达到变形渗透从而改善板材内部质量，实现将大圆巧到钢板的社制，针对1.2311模具钢板 的生产，提供了 一种全新的生产社制路线。
[0025] (2)采用该方法生产的模具钢板的硬度、探伤质量等特性均达到行业要求，成材率 更是达到85% W上，相比现有采用模铸方式生产模具钢，成材率整整提高了 12%左右。
【具体实施方式】
[0026] W下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
[0027] 实施例1 本实施例设及的特厚规格1.2311模具钢板的厚度为180mm，所包含的成分及其质量百 分数为：C:0.40%，Si :0.25 %，Mn: 1.55%，P:0.009%，S:0.0018%，Cr: 1.93%，Mo :0.22%，A1: 0.03%,Ni :0.02%，Cu: 0.02%，B: 0.0003%，余量为化及不可避免的杂质元素，碳当量CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Cu + Ni)/15= 1.07。
[0028] 该模具钢板的生产工艺如下： 按上述特厚规格1.2311模具钢板的化学组成配置冶炼原料将冶炼原料依次经BOF冶 炼、LF精炼、畑精炼W获得高纯净度钢水，进而通过圆巧连铸机生产出直径1000 mm的连铸 大圆巧，连铸过程控制轻压下量为9~12mm，将连铸圆巧装入缓冷坑缓冷，缓冷后对连铸圆 巧表面进行清理，按尺寸需要切割得到巧料。
[00巧]在均热炉对直径1000 mm的圆巧进行加热，加热总时间为30小时，500°C W下装 炉，炯钢2小时，低溫段W《50°C/小时的加热速度升溫到800°C，加热时间约4小时，在800+ (0~40)°(：，保溫均热3小时；中溫段^《80°(：/小时升溫到1000叫0~50)°(：，加热时间约2.5 小时；高溫段升溫速率不限，升溫到1260°C保溫均热，保溫时间约14小时，临出钢前1~1.5 小时，为改善除鱗效果，逐渐将溫度控制到均热下限。
[0030] 巧料出炉后经高压水除鱗，除鱗系统压力不小于20MPa，之后进行社制，因圆巧社 制变形的特殊性，无法采用二级全自动社制，故采用一级手动社制规程进行社制。社制前， 由人工策划、计算出相应的社制数据，编制出社制规程表，再输入计算机，进行手动社制。实 际压下规程分四部分，包括展宽前的纵社、宽度方向小角度角社或横社展宽、正常展宽社 审IJ，精社W及平整道次。来料圆巧直径为。1000mm，因需要展宽，则纵社道次总压下量的选 择需要考虑到能否成功展宽，经过计算，采用展宽前的纵社5道次，每道次压下量为80mm，纵 社至厚度610mm;然后进行转钢横社展宽，但是因社制平面宽度处于转钢的临界值，无法正 常送钢咬入，不能直接横社展宽，此时转钢采用宽度方向小角度角社方式，角社角度30%正 角社3道次，然后反角社3道次，单道次压下量设定28mm，角社结束时巧料厚度为430mm，宽度 为1300mm;随后则根据此时宽度，进行3道次的正常展宽社制，社制到所需宽度，社制过程采 用立社挤边，最后转钢经7道次纵向精社获得预定厚度的平整钢板。
[0031] 社制完成的钢板进预矫直机和热矫直机进行矫直； 矫直完的钢板进行高溫下线堆缓冷，总缓冷时间大于48小时W上，缓冷开始表面下线 溫度不低于500°C，缓冷后进行回火处理，回火溫度为550°C，在炉时间为3.0min/mm，回火后 即获得180mm厚的特厚规格1.2311模具钢钢板成品。
[0032] 最终钢板成品按NB/T 47013.3标准进行超声波探伤，质量等级达到n级。
[0033] 经由上述工艺制造的成品钢板具有优良的表面硬度和忍部硬度，W及高标准的探 伤情况，符合行业使用要求，其性能指标见表1所示。
[0034] 表1实施例1制造的1.2311模具钢板的硬度及探伤指标 大拠1別之
本实施例设及的特厚规格1.2311模具钢板的厚度为250mm，其成分按质量百分比计为： C:0.4P/〇，Si:0.26 〇/〇，Mn:1.57〇/〇，P:0.010〇/〇，S:0.0019〇/〇，Cr:1.95〇/〇，Mo:0.24〇/〇，Al:0.028〇/〇，Ni: 0.02%，〇1:0.02%，8:0.00028%，余量为。6及不可避免的杂质元素，碳当量〔6￥ = 0 + 111/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Cu + Ni)/15= 1.1。
[0035] 该实施例的冶炼及制造工艺与实施例1基本相同，主要差别在于 社制环节的工艺调整及后续缓冷工艺、回火工艺方面，具体如下： 采用展宽前的纵社3道次，每道次压下量80~90mm，纵社至厚度640mm;然后进行转钢横 社展宽，但是因社制平面宽度处于转钢的临界值，无法正常送钢咬入，不能直接横社展宽， 此时转钢采用宽度方向小角度角社方式，角社角度30%正角社3道次，然后反角社3道次，单 道次压下量设定30mm，角社结束时巧料厚度为450mm，宽度为1500mm，随后则根据此时宽度， 进行3道次的正常展宽社制，社制到所需宽度，社制过程采用立社挤边;最后转钢经7道次纵 向精社获得预定厚度的平直钢板。
[0036] 矫直后的钢板进行高溫下线堆缓冷，总缓冷时间大于4她，缓冷开始表面溫度下限 不低于550°C;缓冷后进行回火处理，回火溫度为580°C，在炉时间为4.0min/mm，回火后即获 得成品240mm厚的特厚规格1.2311模具钢板。
[0037] 经由上述工艺制造的成品钢板具有优良的表面硬度和忍部硬度，W及高标准的探 伤情况，符合行业使用要求，其性能指标见表2所示。
[0038] 表2实施例2制造的1.2311模具钢板的硬度及探伤指标
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式 形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种特厚规格1.2311模具钢板，其特征在于:所述钢板的厚度为160~250mm，钢板以 Fe为基础元素且包含如下质量百分比的化学成分:C: 0.35~0.45%，Si : 0.20~0.40%，Mn: 1.30~1.60%，P:<0.020%，S:<0.010%，Cr:1.80~2.00%，Mo :0.15~0.25%，Al:0.01~ 0 · 05%，Ni :彡0 · 30%，Cu:彡0 · 25%，B: 0 · 001~0 · 002%及不可避免的杂质元素；碳当量0 · 98 ~1.2〇2. 根据权利要求1所述特厚规格1.2311模具钢板，其特征在于:所述钢板的平均表面硬 度30~36册(：，芯部硬度彡28册(：，成品按呢/^ 47013.3标准超声波探伤，质量等级均达到 Π 级以上。3. -种制备权利要求1或2所述特厚规格1.2311模具钢板的方法，其特征在于:包括如 下步骤， ① 冶炼原料依次经BOF冶炼、LF精炼、RH精炼，连铸采用低速恒速浇铸，并控制轻压下量 为9~12mm，生产出直径1000 mm的圆还;对圆还缓冷，缓冷后对圆还表面进行清理，按尺寸 需要切割得到圆坯料； ② 圆坯料采用均热炉加热，500 °C以下装炉，焖钢2~3小时，低温段以低于50 °C /小时的 加热速度升温到800~840°C，保温均热3~4小时；中温段以低于80°C/小时升温到1000~ 1050°C，加热时间2.5~3小时；高温段升温速率不限，升温到1260°C保温均热，控制温度波 动在± 15 °C，保温时间14小时及以上； ③ 坯料出炉后经高压水除鳞，除鳞系统压力不小于20Mpa，然后进行四阶段乳制，分别 是:大变形量成型乳制、宽度方向小角度角乳、正常展宽乳制、纵向精乳； ④ 乳制完成的钢板进预矫直机和热矫直机进行矫直； ⑤ 对矫直后的钢板进行高温下线堆缓冷，总缓冷时间大于48小时，缓冷开始表面下限 温度不低于500°C;缓冷后进行回火热处理，控制回火温度为540~580°C，保温时间按照3~ 4min/mm，回火后即获得特厚规格1.2311模具钢板成品。
【文档编号】C22C38/02GK105925889SQ201610497930
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】宁康康, 韩雷, 方寿玉
【申请人】江阴兴澄特种钢铁有限公司