本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種高韌性、高均勻性、高純凈、大尺寸壓鑄用熱作模具鋼的制備方法，通過電極坯冶煉、電渣重熔、鍛造和熱處理的優(yōu)化，對生產(chǎn)過程的嚴(yán)格把控，達(dá)到制備合格大尺寸熱作模具扁鋼的目的。從鐵水+廢鋼冶煉電極坯來大幅度提高電極坯純凈度；優(yōu)化電渣重熔工藝提高夾雜物去除能力、減少鑄造偏析；通過超高溫高溫擴(kuò)散和三向鍛造工藝改善偏析，提高致密度、均勻性；鍛后等溫正火控制網(wǎng)狀碳化物和奧氏體晶粒度；固溶處理、球化退火控制碳化物溶解和析出提高均勻度；保證鋼中合金元素的均勻分布及坯料芯部的充分變形，結(jié)合鍛后冷卻和等溫正火消除網(wǎng)狀碳化物并細(xì)化奧氏體晶粒；固溶處理+球化退火工藝的合理應(yīng)用保證碳化物均勻性及球化均勻性。化均勻性。化均勻性。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種高韌性、高均勻性、高純凈、大尺寸壓鑄用熱作模具鋼及其制備方法
[0001]本專利技術(shù)涉及一種模具鋼及其制備方法，特別是一種高韌性、高均勻性、高純凈、大尺寸壓鑄用熱作模具鋼及其制備方法。
技術(shù)介紹
[0002]根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》，2035年我國傳統(tǒng)能源乘用車油耗需降至4.0L/km；乘用車(含新能源)油耗需降至2.0L/km；貨車及客車油耗需較2019年分別下降至少15％及20％。根據(jù)“布勒中國”數(shù)據(jù)，汽車整備質(zhì)量每減少100kg，百公里油耗可降低0.3
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0.6L，嚴(yán)格的油耗及排放標(biāo)準(zhǔn)將催生巨大的輕量化應(yīng)用市場。
[0003]當(dāng)前汽車行業(yè)正加速“新能源化”，新能源汽車滲透率迅速攀升，汽車輕量化市場將加速擴(kuò)張。部分車型為追求極致的輕量化效果甚至采用了全鋁車身設(shè)計，如特斯拉Model3、ModelY、奧迪A8、R8、勞斯萊斯幻影、奔馳SLS、本田NSX、捷豹XFL、蔚來ES8等。
[0004]全鋁車身的需求催生壓鑄行業(yè)的大型化。由于壓鑄機(jī)的大型化、配套的模具尺寸也大型化，所需的壓鑄模具鋼材料尺寸厚度達(dá)到500
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750mm，寬度1000
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1500mm，單重達(dá)到10
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18t。同時由于單個模具價值的大幅增加，為了保證模具的安全性，對材料純凈度、組織均勻性、強(qiáng)韌性等提出更高的要求。由于生產(chǎn)大規(guī)格高品質(zhì)模具鋼需要，5000t及以上快鍛機(jī)、15t以上氬氣氣體保護(hù)電渣重熔爐及配套熱處理設(shè)備成為了必需配置。這就導(dǎo)致目前國內(nèi)絕大部分模具鋼生產(chǎn)企業(yè)不具備相關(guān)能力，且生產(chǎn)過程存在問題如下問題：
[0005]冶煉過程：電極坯冶煉、電渣重熔錠過程中，成分偏析嚴(yán)重；
[0006]加熱：長時間、超高溫導(dǎo)致晶粒粗化嚴(yán)重；
[0007]鍛造：鍛造設(shè)備能力不足導(dǎo)致鍛透性變差；
[0008]熱處理：熱處理淬火和退火過程中，加熱和冷卻均勻性不易控制。
[0009]綜合性能達(dá)標(biāo)：V型沖擊功、球化組織不容易達(dá)標(biāo)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
[0010]本專利技術(shù)的目的在于提供一種高韌性、高均勻性、高純凈、大尺寸壓鑄用熱作模具鋼的制備方法，通過電極坯冶煉、電渣重熔、鍛造和熱處理工藝的優(yōu)化，同時對生產(chǎn)過程的嚴(yán)格把控，達(dá)到制備合格大尺寸熱作模具扁鋼的目的。
[0011]為達(dá)到上述專利技術(shù)的目的，一種高韌性、高均勻性、高純凈、大尺寸壓鑄用熱作模具鋼的制備方法，主要步驟如下：
[0012]S1、電爐冶煉：
[0013]按照熱作模具鋼的組分含量進(jìn)行高爐鐵水、剪切爐料及大包余鋼的配料，其中高爐鐵水的重量占比≥80％，添加CaO、CaF2、鋁塊、白云石，在電爐中熔化冶煉；扒渣后加入CaO、促凈劑、鋁塊后出鋼，出鋼溫度≥1620℃；
[0014]其中，熱作模具鋼的組分含量為，按質(zhì)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％、其余為Fe，且殘余氣體含量為，H≤1.5ppm、O≤10ppm、N≤60ppm；殘余有害元素Cu≤0.05％，Ti、Sn、Pb均≤0.002％；低C、低P以及高Ni提高韌性，低Si可以降低鋼水凝固偏析，提高均勻性。
[0015]S2、鋼包精煉爐精煉：
[0016]LF鋼包精煉爐座包加熱，采用Fe
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Si粉及Si
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C粉渣面擴(kuò)散脫氧，適量添加CaO；精煉時間≥35分鐘，白渣時間≥20分鐘；
[0017]S3、真空精煉爐精煉：
[0018]真空精煉爐逐級進(jìn)泵，真空度達(dá)67Pa，保真空時間≥10分鐘，確保殘余氣體H≤1.5pp m，真空脫氣結(jié)束以后，取樣分析，成分合格后吹入氬氣至吊包，軟吹氬氣的時間為≥15mi n；
[0019]S4、連鑄電極坯：
[0020]過熱度第一爐20～35℃，連澆爐18～30℃；連鑄拉速0.12～0.14m/min；
[0021]S5、電極坯退火：
[0022]將步驟S4中連鑄的電極坯火焰切割分段后進(jìn)行退火，臺車爐預(yù)熱≥500℃，時間≥2h，緩慢升溫至860～880℃進(jìn)行再結(jié)晶退火，保溫時間≥35h，爐冷至300℃后出爐；
[0023]連鑄后冷卻凝固成馬氏體、貝氏體、珠光體、殘余奧氏體，重新加熱到AC1
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AC3溫度區(qū)長時間保溫，原有組織重新相變成奧氏體+碳化物，隨后緩冷重新相變形成馬氏體、貝氏體、珠光體、殘余奧氏體混合組織。經(jīng)過電極坯退火對前期形成的變形且不規(guī)則形狀奧氏體重新奧氏體化，形成等軸晶奧氏體，既消除了不均勻性，同時消除了組織應(yīng)力，避免后續(xù)冷卻到室溫后由于應(yīng)力過大而開裂。
[0024]S6、電渣重熔：
[0025]采用步驟S5得到的電極坯，表面車床車光處理，采用氟化鈣、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂四元渣系進(jìn)行冶煉，得到電渣錠，然后停電爐冷80～100min后送鍛造工序；
[0026]S7、鍛造：
[0027]將步驟S6中得到的電渣錠進(jìn)行超高溫均質(zhì)化擴(kuò)散控制，超高溫均質(zhì)化的加熱溫度≥1280℃，保溫30～45h進(jìn)行擴(kuò)散均質(zhì)化，然后經(jīng)X、Y和Z三個方向多向鐓粗拔長開坯，最后一火進(jìn)行拔長至成品尺寸；
[0028]S8、等溫正火處理：
[0029]將步驟S7中得到的鍛材進(jìn)行等溫正火處理；
[0030]S9、超細(xì)化處理。
[0031]可選的，在步驟S2中，合金成分調(diào)整選用金屬錳、高碳鉻鐵、低碳鉻鐵、鉬鐵、釩鐵和鎳鐵中的一種或幾種。
[0032]優(yōu)選地，在步驟S4中，采用結(jié)晶器段、鑄流段、連鑄末端三段式電磁攪拌，兩段式水冷；連鑄坯表面溫度≤800℃。通過三段式電磁攪拌，可以擴(kuò)大鑄坯等軸晶帶，減少柱狀晶區(qū)。擴(kuò)大和細(xì)化等軸晶帶可以增加鑄坯抗裂性、消除中心縮孔、減輕中心疏松和中心偏析；改善鑄坯表層質(zhì)量，從而有利于防止表面裂紋；改善鑄坯中的夾雜物分布。消除或減輕夾雜物在鑄坯內(nèi)弧側(cè)的聚集；消除鑄坯縮孔改善中心疏松和中心偏析；改變鑄坯中攪拌帶的樹枝晶形態(tài)。
[0033]優(yōu)選地，在步驟S6中，15噸至25噸的錠型采用恒熔速控制：電渣冶煉穩(wěn)態(tài)階段的起點(diǎn)熔速值為10～13.5kg/min，終點(diǎn)熔速值為8.0～10.0kg/min。
[0034]恒熔速是保證整個冶煉過程中冶金化學(xué)反應(yīng)穩(wěn)定，鋼水質(zhì)量穩(wěn)定；
[0035]低熔速是控制金屬液熔滴的大小，獲得合適的比表面積。既達(dá)到了預(yù)熔渣和鋼液充分接觸和反應(yīng)，達(dá)到去除夾雜物的目的。同時維持鋼液熔池的溫度，易于熔池中的夾雜物上浮到渣金界面，被渣俘獲去除。
[0036]但熔速不能過低，那樣熔池溫度過低降低了冶金化學(xué)反應(yīng)速率，同時熔滴過大后，比表面積會降低，減弱夾雜物去除能力。同時電渣錠表面質(zhì)量會大幅惡化。
[0037]具體地，在步驟S7中，鍛造過程中本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種高韌性、高均勻性、高純凈、大尺寸壓鑄用熱作模具鋼的制備方法，其特征在于，主要步驟如下：S1、電爐冶煉：按照熱作模具鋼的組分含量進(jìn)行高爐鐵水、剪切爐料及大包余鋼的配料，其中高爐鐵水的重量占比≥80％，添加CaO、CaF2、鋁塊、白云石，在電爐中熔化冶煉；扒渣后加入CaO、促凈劑、鋁塊后出鋼，出鋼溫度≥1620℃；其中，熱作模具鋼的組分含量為，按質(zhì)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％、其余為Fe，且殘余氣體含量為，H≤1.5ppm、O≤10ppm、N≤60ppm；殘余有害元素Cu≤0.05％，Ti、Sn、Pb均≤0.002％；S2、鋼包精煉爐精煉：LF鋼包精煉爐座包加熱，采用Fe
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Si粉及Si
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C粉渣面擴(kuò)散脫氧，適量添加CaO；精煉時間≥35分鐘，白渣時間≥20分鐘；S3、真空精煉爐精煉：真空精煉爐逐級進(jìn)泵，真空度達(dá)67Pa，保真空時間≥10分鐘，確保殘余氣體H≤1.5pp m，真空脫氣結(jié)束以后，取樣分析，成分合格后吹入氬氣至吊包，軟吹氬氣的時間為≥15mi n；S4、連鑄電極坯：過熱度第一爐20～35℃，連澆爐18～30℃；連鑄拉速0.12～0.14m/min；S5、電極坯退火：將步驟S4中連鑄的電極坯火焰切割分段后進(jìn)行退火，臺車爐預(yù)熱≥500℃，時間≥2h，緩慢升溫至860～880℃進(jìn)行再結(jié)晶退火，保溫時間≥35h，爐冷至300℃后出爐；S6、電渣重熔：采用步驟S5得到的電極坯，表面車床車光處理，采用氟化鈣、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂四元渣系進(jìn)行冶煉，得到電渣錠，然后停電爐冷80～100min后送鍛造工序；S7、鍛造：將步驟S6中得到的電渣錠進(jìn)行超高溫均質(zhì)化擴(kuò)散控制，超高溫均質(zhì)化的加熱溫度≥1280℃，保溫30～45h進(jìn)行擴(kuò)散均質(zhì)化，然后經(jīng)X、Y和Z三個方向多向鐓粗拔長開坯，最后一火進(jìn)行拔長至成品尺寸；S8、等溫正火處理：將步驟S7中得到的鍛材進(jìn)行等溫正火處理；S9、超細(xì)化處理。2.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高韌性、高均勻性、高純凈、大尺寸壓鑄用熱作模具鋼的...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：關(guān)海龍，偶正偉，朱偉峰，王光偉，丁海峰，蘇旭廷，單俊，周鵬，錢曉亮，
申請(專利權(quán))人：江蘇宏晟模具鋼材料科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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