一種150～400mm厚塑料模具用鋼板的生產方法

2023-06-22 11:53:36 1

專利名稱：一種150～400mm厚塑料模具用鋼板的生產方法
技術領域：
本發明屬於金屬材料領域，具體涉及一種米用連鑄板還生產150 400mm塑料模具用鋼板的工藝方法。
背景技術：
隨著塑料模具鋼加工行業的迅猛發展，國內外對塑料模具鋼板的需求也越來越多樣化，廣泛化，對高性能、低成本的要求也越來越迫切。多年來塑料模具鋼多採用模鑄鋼錠、開坯、軋制、預硬化熱處理的方式生產，對於120mm以上厚規格產品而言，由於鑄錠的原始缺陷難以消除，其內部質量往往無法保證；近年來有企業採用電渣重熔鑄錠的模式進行生產，保證了內部質量，但產品存在能耗高、成本高、成材率低、生產效率低等缺點，難以滿足競爭日益激烈的模具鋼加工行業的需求。
近年，已有工廠採用連鑄板坯為原料利用厚板軋機生產塑料模具鋼板，如專利CN101352724A 「一種含硼非調質塑料模具鋼的製造方法」和專利CN102268599A 「一種非調製的塑料模具鋼厚板生產工藝」分別公開了採用連鑄板坯生產塑料模具鋼板的方法，其中前者是採用220-320_的連鑄坯軋制20-80_的厚板，後者是採用320_連鑄坯生產120_以下的塑料模具鋼。對於市場需求量更大的120mm以上的厚塑料模具用鋼板，由於受到壓縮比的限制，採用連鑄坯生產還存在非常大的難度。

發明內容
本發明充分利用連鑄坯坯料生產低成本、高效率的優勢，提供一種利用現有連鑄板還生產保探傷保性能150mm以上厚度塑料模具鋼板的工藝技術,可實現最大厚度400mm保探傷保性能塑料模具鋼板的生產。本發明通過以下技術方案實現一種150 400mm厚塑料模具用鋼板的生產方法，其特徵是，包括以下步驟(I)以兩塊以上(包含兩塊)四周相同尺寸(即長度、寬度相等，厚度可以不同)的連鑄板坯為原料，所用連鑄板坯包含如下化學成分(質量百分比，wt%) C0. 20 O. 40%,SiO. 20 O. 50%,Mnl. 00 I. 60%, S,P ( O. 008%, MoO. 10 O. 50%, Crl. 40 2. 0%,VO. 01 O. 04%，其它合金元素(Nb+Ti+Ni) ( O. 20% ；(2)對所有連鑄板坯擬焊接面的三條邊通過火焰切割或刨、銑等形式加工坡口，坡口深度10-40mm，坡口角度15-35° ;將連鑄板坯疊放在一起，並旋轉90°豎直放置，組齊對正，然後採用氣體保護焊的焊接方式，對連鑄板坯有坡口的三個面上的邊縫進行打底焊接，再採用埋弧自動焊進行填充及蓋面焊接，最後將剩餘面上的邊縫在高真空下進行真空電子束焊接，組焊成大厚度坯料；或者不開坡口，將連鑄板坯疊放在一起，並旋轉90°豎直放置，組齊對正，然後全部採用真空電子束焊接的方式將4個面焊接成大厚度坯料；(3)對焊接好的大厚度坯料採用車底式爐或均熱爐進行加熱，坯料在400°C以下的低溫段保溫至少2個小時，加熱至800°C以上時要求升溫速度小於100°C /mm,出爐溫度控制在 1200 1280 °C ；(4)出爐後軋制，第一階段開軋溫度1050 1150°C，第二階段開軋溫度820 920°C，中間坯厚度不小於成品厚度的I. 4倍；(5)對軋後鋼板進行堆垛加保溫罩緩冷或在緩冷坑內緩慢冷卻至100°C以下，開始緩冷溫度要求400°C以上；(6)對鋼板進行正火+回火熱處理，正火熱處理溫度880 930°C，保溫係數I. 5
2.5min/mm ;回火熱處理溫度480 650°C,保溫係數為2 4min/mm。所述步驟(I)的連鑄板坯為經轉爐煉鋼、LF+RH爐外精煉、連鑄工序的連鑄板坯，且在600°C以上進行堆垛緩冷或在緩冷坑內緩慢冷卻至200°C以下；所述RH爐外精煉工序中要進行真空脫氣處理，要求真空度為O. STorr保持10分鐘以上。 所述步驟(2)連鑄板坯，其焊接前通過銑床、刨床等機加工方法，去除待覆合表面的氧化鐵皮、油汙等，實現表面潔淨。所述步驟(2)氣體保護焊，其焊絲直徑I. 2-2. Omm,焊接電壓20-35V，焊接電流120-400A,焊接速度250-600mm/min，焊絲幹伸長度15_25mm，保護氣體CO2或Ar+C02，保護氣體流量15-25L/min，熔深5_20mm。所述步驟(2)埋弧自動焊，其焊絲直徑4. 0-6. 0mm，焊接電壓30-45V，焊接電流250-1600A，焊接速度 250-600mm/min，焊絲幹伸長度 25_45mm，熔深 10_30mm。所述步驟(2)真空電子束焊接，其焊接電壓30-150KV，真空度高於IX KT1Pa,焊接電流 100-500mA，焊接速度 50-700mm/min，熔深 20_50mm。本發明利用經轉爐煉鋼、爐外精煉的連鑄板坯，採取多元微合金化成分設計的路線，其化學成分如上所述，成分設計原則如下c為主要強化元素，提升鋼板的硬度；Mn也是主要強化元素，同時能夠顯著提高鋼板的淬透性；S、P元素含量儘量降低，以減少鋼中夾雜物等對鋼板內部質量的影響。成分設計時還充分利用了 Mo、Cr、V等合金元素的複合強化作用Cr能增加奧氏體過冷能力，降低馬氏體和貝氏體轉變溫度，提高鋼板的硬度；Mo能夠顯著增加鋼的淬透性，推遲過冷奧氏體向珠光體轉變；V具有較高的析出強化作用，提高鋼的強度和硬度。該產品在煉鋼過程中採用RH爐外精煉真空脫氣處理，真空度要求O. STorr保持10分鐘以上，其主要目的一是為了充分脫氣，儘可能降低鋼中氫等氣體的含量，減少氫致裂紋等對鋼板內部質量的影響；二是為了使鋼水中的夾雜物儘可能上浮，減少鋼中夾雜物的含量。本發明採用氣體保護焊、埋弧自動焊和真空電子束焊組合焊接方式或者全真空電子束焊接的方式形成的大厚度坯料可以大幅度提高軋製成品鋼板時的壓縮比，為生產厚鋼板奠定基礎。本發明焊接好的大厚度坯料採用車底式爐或均熱爐進行加熱時，400°C以下保溫及控制升溫速度都是為了防止加熱速度過快時坯料出現裂紋或斷裂。本發明軋後鋼板進行緩冷，主要為了防止鋼板冷速過快時出現裂紋或斷裂，同時消除鋼板中的應力，減少氫等氣體含量，保證鋼板的內部質量。本發明對鋼板進行正火和回火熱處理，使鋼板組織更加均勻，增加鋼板的塑韌性及鋼板厚度方向組織性能均勻性。
通過以上方法生產的150 400mm塑料模具用鋼板具備良好的綜合力學性能，整塊鋼板的硬度均勻性良好，內部組織緻密，無須再進行熱處理即可直接加工使用，具有優良的加工性能、拋光性、耐腐蝕及耐磨性。探傷合格率達到98%以上，生產工藝可操作性強，成材率高，成本低，生產效率高。尤其是氣體保護焊、埋弧焊和真空電子束焊的組焊方式，具有以下優勢I、本發明對連鑄板坯組的三條邊縫首先採用氣體保護焊進行打底焊接，在不汙染結合面的前提下自動高效地完成基礎焊接，並為下一步埋弧焊做好準備；然後對這三條邊縫再採用埋弧自動焊的方式快速地完成焊縫的填充焊接，最後將剩餘一條邊縫在真空環境下應用真空電子束焊工藝，完成坯料的最終焊接；相比四邊真空電子束焊工藝大幅度提高了焊接效率；2、本發明採用固定順序進行先後焊接的工藝，不是氣體保護焊、埋弧焊和真空電子束焊的簡單結合，而是嚴格按照大厚度板坯製備的內在質量要求，充分考慮了三種焊接方式的各自優勢，將其優化組合的結果。因為氣體保護焊不會汙染板坯組結合面同時可以實現自動化提高焊接效率，埋弧自動焊是比氣體保護焊更加高效的一種焊接方式，而氣體·保護焊和埋弧焊操作均在正常環境下進行，不像真空焊接時需要反覆進出真空室，從而不必反覆抽真空操作，因此大幅減少了真空作業時間，這種組合焊接順序和方式可以在保證焊接要求(特別是對結合面的潔淨度要求)的前提下大幅度提高焊接效率，降低了生產成本。3、本發明由於板坯組是豎直方向放置，因此可以保證坯料之間保持Imm左右的間隙，而不會形成局部的封閉區域。真空電子束焊確保了最終的焊接在高真空中完成，避免了結合面處存在空氣影響軋後質量的可能性，相比較現有真空焊接工藝而言，只需要一次性抽真空和焊接操作，同時由於板坯組為豎直放置焊接，避免了水平焊接時複雜的機械機構和升降操作，大幅度提聞了焊接效率。4、本發明組焊工藝可以完全替代全真空環境下的製造工藝，所生產的特厚鋼板內部質量優良，性能優異，完全達到全真空複合軋制工藝的水平；且與全真空複合軋制工藝相t匕，本發明操作簡單、投資少，成本降低80%以上，生產效率提高一倍以上，生產組織形式靈活，適用於大批量工業化生產，而全真空電子束焊接無法批量生產。


圖I為實施例I生產的鋼板原始鑄坯結合面金相組織圖。實施具體方式以下結合具體的實施例，對150 400mm塑料模具用鋼板的製造工藝作詳細描述。實施例I :生產150mm厚塑料模具用鋼板I)高純淨度鋼水冶煉，鋼液經轉爐冶煉後進行LF+RH雙精煉，LF精煉充分去除夾雜、脫硫，RH真空處理保持真空度O. 8TorrlO分鐘，進一步除去夾雜和氣體，經雙精煉後鋼液中氣體含量為[O] 12ppm, [H] 2. Oppm02)鋼水連鑄過程全程保護澆注，並採用電磁攪拌、恆速澆注等技術手段，鑄坯低倍分析結果中心偏析C類O. 5，無中間裂紋、疏鬆等缺陷。連鑄坯厚度300mm，熔煉成分分析結果如下表I :
表I實施例I連鑄坯化學成分
權利要求
1.一種150 400_厚塑料模具用鋼板的生產方法，其特徵是，包括以下步驟 (1)以兩塊以上四周相同尺寸的連鑄板坯為原料，所用連鑄板坯包含如下化學成分CO. 20 O. 40wt %，SiO. 20 O. 50wt %，Mnl. 00 I. 60wt %，S、P 彡 O. 008wt %，MoO. 10 O.50wt%, Crl. 40 2. Owt%, VO. 01 O. 04wt%，其它合金元素彡O. 20wt% ;所述其它合金元素為Nb+Ti+Ni ； (2)對所有連鑄板坯的三條邊加工坡口，坡口深度10-40mm，坡口角度15-35°，將連鑄板坯疊放在一起，並旋轉90°豎直放置，組齊對正，然後採用氣體保護焊的焊接方式，對連鑄板坯有坡口的三個面上的邊縫進行打底焊接，再採用埋弧自動焊進行填充及蓋面焊接，最後將剩餘面上的邊縫在高真空下進行真空電子束焊接，組焊成大厚度坯料；或者不開坡口，將連鑄板坯疊放在一起，並旋轉90°豎直放置，組齊對正，然後全部採用真空電子束焊接的方式將4個面焊接成大厚度坯料； (3)對焊接好的大厚度坯料採用車底式爐或均熱爐進行加熱，坯料在400°C以下的低溫段保溫至少2個小時，加熱至800°C以上時要求升溫速度小於100°C /mm,出爐溫度控制在1200 1280。。； (4)出爐後軋制，第一階段開軋溫度1050 1150°C，第二階段開軋溫度820 920°C，中間坯厚度不小於成品厚度的I. 4倍； (5)對軋後鋼板進行堆垛加保溫罩緩冷或在緩冷坑內緩慢冷卻至100°C以下，開始緩冷溫度要求400°C以上； (6)對鋼板進行正火+回火熱處理，正火熱處理溫度880 930°C，保溫係數I.5 2. 5min/mm ;回火熱處理溫度480 650°C,保溫係數為2 4min/mm。
2.如權利要求I所述的一種150 400mm厚塑料模具用鋼板的生產方法，其特徵是，所述步驟(I)的連鑄板坯為經轉爐煉鋼、LF+RH爐外精煉、連鑄工序的連鑄板坯，且在600°C以上進行堆垛緩冷或在緩冷坑內緩慢冷卻至200°C以下；所述RH爐外精煉工序中要進行真空脫氣處理，要求真空度為O. 8Torr保持10分鐘以上。
3.如權利要求I所述的一種150 400mm厚塑料模具用鋼板的生產方法，其特徵是，所述步驟(2)真空電子束焊接，其焊接電壓30-150KV，真空度高於I X KT1Pa,焊接電流100-500mA，焊接速度 50-700mm/min，熔深 20_50mm。
4.如權利要求1-3中任意一項所述的一種150 400mm厚塑料模具用鋼板的生產方法，其特徵是，所述步驟(2)為對所有連鑄板坯的三條邊加工坡口，坡口深度10-40mm，坡口角度15-35°，將連鑄板坯疊放在一起，並旋轉90°豎直放置，組齊對正，然後採用氣體保護焊的焊接方式，對連鑄板坯有坡口的三個面上的邊縫進行打底焊接，再採用埋弧自動焊進行填充及蓋面焊接，最後將剩餘面上的邊縫在高真空下進行真空電子束焊接，組焊成大厚度坯料。
5.如權利要求4所述的一種150 400mm厚塑料模具用鋼板的生產方法，其特徵是，所述氣體保護焊，其焊絲直徑I. 2-2. 0mm，焊接電壓20-35V，焊接電流120-400A，焊接速度250-600mm/min,焊絲幹伸長度15_25mm，保護氣體CO2 *Ar+C02，保護氣體流量15_25L/min，熔深 5_20mm。
6.如權利要求4所述的一種150 400mm厚塑料模具用鋼板的生產方法，其特徵是，所述埋弧自動焊，其焊絲直徑4. 0-6. 0mm，焊接電壓30-45V，焊接電流250-1600A，焊接速度· 250-600mm/min，焊絲幹伸長度 25_45mm，懷深 10_30mm。
全文摘要
本發明公開了一種150～400mm厚塑料模具用鋼板的生產方法，屬金屬材料領域。該工藝以連鑄板坯為原料，其包含如下化學成分(質量百分比)C0.20～0.40％，Si0.20～0.50％，Mn1.00～1.60％，S、P≤0.008％，Mo0.10～0.50％，Cr1.40～2.0％，V0.01～0.04％，其它合金元素(Nb+Ti+Ni)≤0.20％；經氣體保護焊、埋弧焊和真空電子束組合焊接工藝或全真空電子束焊接形成大厚度坯料，然後經加熱、軋制、緩冷、熱處理工序，生產的塑料模具用鋼板超聲波探傷合格率達98％以上，硬度分布均勻，具有優良加工性、耐磨性和拋光性，適於各類塑料模具製造。
文檔編號B23P15/00GK102896466SQ201210264180
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月27日 優先權日2012年7月27日
發明者孫衛華, 趙乾, 馬興雲, 崔健 申請人:濟鋼集團有限公司