一种高铝塑料模具钢生产制备方法与流程

1.本发明涉及特殊钢领域，具体涉及一种高铝塑料模具钢生产制备方法。


背景技术：

2.随着塑料制品在工业及日常生活中的应用越来越广泛，塑料模具工业对模具钢的需求也越来越大。在塑料成型加工中，模具的质量对产品质量的保证作用是不言而喻的。塑料模具已向精密化、大型化和多腔化的方向发展，对塑料模具钢的性能的要求越来越高，塑模钢的性能应根据塑料种类、制品用途、生产批量、尺寸精度和表面质量的要求而定。
3.因此，开发具有高强度、冲击韧性和高的钢质纯净度的高铝塑料模具钢，满足高端产品要求，是很有必要的。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种高铝塑料模具钢38crmoala生产制备方法，该方法采用电炉冶炼
→
炉外精炼(lf+vd)
→
模铸锭冶炼工艺，生产制造高铝塑料模具钢38crmoala，实现了电炉流程批量生产高品质高铝塑料模具钢38crmoala的突破，既保证了高铝塑料模具钢38crmoala的成品钢材低倍组织、非金属夹杂物、气体含量等指标，又保证了高铝塑料模具钢38crmoala的力学性能，具有高强度、冲击韧性和高的钢质纯净度，满足高端产品要求，填补了高铝塑料模具钢市场空白。
5.为了达到上述发明目的，本发明提供了一种高铝塑料模具钢38crmoala生产制备方法，通过成分设计和工艺设计，具体步骤：电炉冶炼
→
炉外精炼(lf+vd)
→
模铸锭
→
均热炉加热工艺
→
高压水除鳞
→
轧制
→
缓冷(保温)。满足高铝塑料模具钢38crmoala的质量要求，而且低倍组织、非金属夹杂物、力学性能等指标也能达到标准要求。
6.一种高铝塑料模具钢38crmoala，其内控化学成分，按质量百分比计为c：0.36％～0.40％，si：0.25％～0.35％，mn：0.32％～0.50％，p：≤0.012％，s：≤0.006％，cr：1.37％～1.55％，ni：≤0.25％，mo：0.16％～0.23％，cu：≤0.015％，al：0.80％～1.00％，余量为铁和不可避免的杂质。
7.为了保证钢材纯净度，需要本发明所述钢材氧含量≤15
×
10-6
、氮含量≤70
×
10-6
、氢含量≤2
×
10-6
。
8.一种高铝塑料模具钢38crmoala生产制备方法，所述工艺路线包括：电炉冶炼
→
炉外精炼(lf+vd)
→
模铸锭
→
均热炉加热工艺
→
高压水除鳞
→
轧制工艺
→
缓冷；
9.其中，所述电炉冶炼为：采用质量分数65～75％铁水和25～35％废钢冶炼；三相电极升温，氧气氧化，激烈沸腾、自动流渣，出钢温度1660～1665℃，出钢时候c为0.10～0.15％，p≤0.008％，出钢1/4～1/3时加入辅料及合金。合金吨钢加入量：铝锭0.06～0.07kg/t，高碳锰铁3.1～3.3kg/t，高碳铬铁17～18kg/t。辅料吨钢加入量：电炉发泡剂6.5～7kg/t，活性石灰42～43kg/t。
10.所述lf炉精炼为：采用21000～22000a大电流升温化渣，精炼时间160～165min，当
渣面波动、钢水及电弧不裸露时，补加活性石灰，5min后第一次取样分析化学成分，按照化学成分目标值补加合金，合金应加到氩气流上，以促进合金快速熔化和均匀化。当钢水温度达到1580～1589℃时加入扩散脱氧剂，进行扩散脱氧，当钢水温度达到1630～1635℃温度时第二次取样分析化学成分，以确认各化学元素成分含量距目标值要求的偏离值，二次样取走后，补加扩散脱氧剂继续调渣。补加合金吨钢加入量为：硅铁1.1～1.2kg/t，高碳铬铁3.3～3.5kg/t，铝锭8.8～9kg/t，钼铁2.4～2.6kg/t。同时继续保持白渣熔炼25～30min。lf精炼后渣样二元碱度(cao/sio2)保证r1≥9.0，三元碱度((cao+mgo)/sio2)保证r2≥10，四元碱度((cao+mgo)/(sio2+al2o3))保证r3≥1.5。
11.所述vd精炼为：入vd前温度1680℃～1685℃，在真空泵启动前氩气压力控制0.1～0.3mpa，以渣面微动钢水不裸露，当真空度达到100pa～110pa时开始计时，保持时间20～25min，破真空温度1615℃～1620℃，视钢水成分参照目标成分补加合金，同时将氩气压力调整至0.3～0.5mpa，静吹氩时间30～35min，静吹氩结束后，加入φ10mm硅钙包芯线2.2～2.3m/t钢，吊包温度1600℃～1610℃，碳化稻壳1.7～1.8kg/t钢。
12.所述模铸为：浇注0.6-8.4t钢锭，当钢液浇注至帽口上20～30mm后，开始逐渐减流进行缓慢浇注，当浇注到帽口浇注高度的二分之一后，关闭滑板停止浇注6～8s后，多次急剧开流冲注，每次间隔时间约为4～5s，直至达到浇注高度和充填时间为止，帽口保温剂焦粉要在注至帽口2/3高度时加入。
13.进一步地，所述模铸步骤中，浇注2锭盘，每盘6支3.16t钢锭；单盘模铸浇注严格控制时间，锭身6min～6.5min，帽口6min～6.5min。
14.进一步地，所述模铸步骤中，所述帽口保温剂焦粉要在注至帽口2/3高度时加入，加入量10-12kg/t钢锭。
15.进一步地，所述加热工艺为：下均热坑时锭温600℃～850℃，根据38crmoala钢种特性，设计均热炉预热段要求，升温时间≥1h，升温到950℃～960℃；加热段升温到1200℃～1220℃的升温速度≤180/h，升温时间≥2.5h，升温到1200℃～1220℃，均温1.5h～2h。
16.进一步地，所述高压水除鳞为：除磷水采用浊环水，喷水压力20-30mpa。
17.进一步地，所述钢材的生产规格为φ50-200mm，优选为110mm。
18.进一步地，所述轧制工艺包括初轧和连轧，使用1150初轧机轧制和连轧机组，具体为：bd开坯工艺：采用1150mm bd初轧机开坯，轧制11道次，压下量：第1道次80-80.5mm，第2道次80-80.5mm，第3道次95-95.5mm，第4道次85-85.5mm，第5道次72-72.5mm，第6道次82-82.5mm，第7道次69-69.5mm，第8道次75-75.5mm，第9道次32-32.5mm，第10道次20-20.5mm，第11道次32-32.5mm，然后经过3架850mm轧机出大棒，再进入连轧机组。
19.进一步地，所述钢材的开轧温度1100℃～1130℃；精轧温度950℃～1100℃；终轧温度850℃～920℃。
20.进一步地，所述保温工艺为：下保温坑温度≥600℃，保温48-60h，出坑温度≤130℃。
21.基于以上技术方案，进一步的，保温后的钢材取试样进行热处理，所述热处理包括以下步骤：
22.1)淬火：930～950℃，保温50-70min，油冷；
23.2)回火：635～645℃，保温110-130min，水冷。
24.本发明的有益效果：
25.(1)采用电炉冶炼
→
炉外精炼(lf+vd)
→
模铸锭冶炼工艺和轧制工艺生产高铝塑料模具钢38crmoala，生产规格为φ110mm圆钢，保证了钢质纯净度。
26.(2)合理的成分设计和生产工艺保证表面质量。
27.(3)成品钢材低倍组织、非金属夹杂物、气体含量、力学性能均满足高端产品要求。
具体实施方式
28.下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
29.实施例1
30.1成分优化设计
31.(1)为了满足高铝塑料模具钢38crmoala要求，确定内控化学成分，按质量百分比计为c：0.38％，si：0.28％，mn：0.36％，p：0.010％，s：0.005％，cr：1.40％，ni：0.10％，mo：0.19％，cu：0.01％，al：0.90％，余量为铁和不可避免的杂质。
32.(2)为了保证钢材纯净度，需要钢材氧含量13
×
10-6
、氮含量60
×
10-6
、氢含量1.5
×
10-6
。
33.2高铝塑料模具钢38crmoala电炉模铸各生产工艺参数设计
34.工艺路线：50t电炉冶炼
→
炉外精炼(lf+vd)
→
3.16t模铸锭
→
均热炉加热
→
高压水除鳞
→
1150初轧机轧制
→
连轧机组
→
缓冷；其中：
35.(1)电炉冶炼工艺：采用质量分数70％铁水和30％废钢冶炼；三相电极升温，氧气氧化，激烈沸腾、自动流渣，出钢温度1662℃，出钢时候c为0.12％，p：0.006％，出钢1/4时加入辅料、合金。合金吨钢加入量：铝锭0.06kg/t，高碳锰铁3.2kg/t，高碳铬铁17kg/t。辅料加入量：电炉发泡剂6.8kg/t，活性石灰42kg/t。
36.(2)lf炉：采用21000a大电流升温化渣，精炼时间162min，当渣面波动、钢水及电弧不裸露时，补加活性石灰，5min后第一次取样分析化学成分，按照化学成分目标值补加合金，合金应加到氩气流上，以促进合金快速熔化和均匀化。当钢水温度达到1585℃时加入扩散脱氧剂，进行扩散脱氧，当钢水温度达到1632℃温度时第二次取样分析化学成分，以确认各化学元素成分含量距目标值要求的偏离值，二次样取走后，补加扩散脱氧剂继续调渣。补加合金：硅铁1.1kg/t，高碳铬铁3.3kg/t，铝锭8.8kg/t，钼铁2.4kg/t。同时继续保持白渣熔炼26min。lf后渣样二元碱度(cao/sio2)保证r1：9.5，三元碱度((cao+mgo)/sio2)保证r2：10.2，四元碱度((cao+mgo)/(sio2+al2o3))保证r3：1.8。
37.(3)vd精炼：入vd前温度1682℃，在真空泵启动前氩气压力控制0.15mpa，以渣面微动钢水不裸露，当真空度达到100pa时开始计时，保持时间25min，破真空温度1618℃，视钢水成分补加合金，同时将氩气压力调整至0.3mpa，静吹氩时间32min，静吹氩结束后，加入φ10mm硅钙包芯线2.2m/t，吊包温度1605℃，碳化稻壳1.7kg/t。
38.(4)模铸：浇注2锭盘，每盘6支3.16t钢锭，当钢液浇注至帽口上20mm后，开始逐渐减流进行缓慢浇注，当浇注到帽口浇注高度的二分之一后，关闭滑板停止浇注7s后，多次急剧开流冲注，每次间隔时间约为4s，直至达到浇注高度和充填时间为止，帽口保温剂焦粉要在注至帽口2/3高度时加入。单盘模铸浇注严格控制时间，锭身6min，帽口6min。
39.(5)加热工艺：下均热坑时锭温720℃，根据38crmoala钢种特性，设计均热炉预热段要求，升温时间1.5h，升温到950℃；加热段升温到1200℃的升温速度150/h，升温时间3h，升温到1220℃，均温2h。
40.(6)高压水除鳞：除磷水采用浊环水，喷水压力28mp。
41.(7)轧制工艺：产材规格φ110mm轧制工艺：
42.所述钢材的开轧温度1100℃；精轧温度980℃；终轧温度870℃。
43.bd开坯工艺：采用1150mm bd初轧机开坯，轧制11道次，压下量：第1道次80mm，第2道次80mm，第3道次95mm，第4道次85mm，第5道次72mm，第6道次82mm，第7道次69mm，第8道次75mm，第9道次32mm，第10道次20mm，第11道次32mm，经过3架850mm轧机出大棒连轧机组。
44.(8)保温工艺：下保温坑温度700℃，保温48h，出坑温度110℃。
45.实施例2
46.1成分优化设计
47.(1)为了满足高铝塑料模具钢38crmoala要求，确定内控化学成分，按质量百分比计为c：0.37％，si：0.29％，mn：0.38％，p：0.010％，s：0.005％，cr：1.42％，ni：0.10％，mo：0.18％，cu：0.010％，al：0.85％，余量为铁和不可避免的杂质。
48.(2)为了保证钢材纯净度，需要钢材氧含量11
×
10-6
、氮含量65
×
10-6
、氢含量1.6
×
10-6
。
49.2高铝塑料模具钢38crmoala电炉模铸各生产工艺参数设计
50.工艺路线：50t电炉冶炼
→
炉外精炼(lf+vd)
→
3.16t模铸锭
→
均热炉加热
→
高压水除鳞
→
1150初轧机轧制
→
连轧机组
→
缓冷；其中：
51.(1)电炉冶炼工艺：采用质量分数68％铁水和32％废钢冶炼；三相电极升温，氧气氧化，激烈沸腾、自动流渣，出钢温度1660℃，出钢时候c为0.10％，p：0.007％，出钢1/4时加入辅料及合金。合金吨钢加入量：铝锭0.06kg/t，高碳锰铁3.1kg/t，高碳铬铁17kg/t。辅料加入量：电炉发泡剂6.6kg/t，活性石灰42kg/t。
52.(2)lf炉：采用21000a大电流升温化渣，精炼时间162min，当渣面波动、钢水及电弧不裸露时，补加活性石灰，5min后第一次取样分析化学成分，按照化学成分目标值补加合金，合金应加到氩气流上，以促进合金快速熔化和均匀化。当钢水温度达到1585℃时加入扩散脱氧剂，进行扩散脱氧，当钢水温度达到1634℃温度时第二次取样分析化学成分，以确认各化学元素成分含量距目标值要求的偏离值，二次样取走后，补加扩散脱氧剂继续调渣。补加合金：硅铁1.1kg/t，高碳铬铁3.3kg/t，铝锭8.8kg/t，钼铁2.5kg/t。同时继续保持白渣熔炼26min。lf后渣样二元碱度(cao/sio2)保证r1：9.2，三元碱度((cao+mgo)/sio2保证r2：10.6，四元碱度((cao+mgo)/(sio2+al2o3)保证r3：1.8。
53.(3)vd精炼：入vd前温度1682℃，在真空泵启动前氩气压力控制0.1mpa，以渣面微动钢水不裸露，当真空度达到100pa时开始计时，保持时间20～25min，破真空温度1618℃，视钢水成分补加合金，同时将氩气压力调整至0.3mpa，静吹氩时间33min，静吹氩结束后，加入φ10mm硅钙包芯线2.2m/t，吊包温度1600℃，碳化稻壳1.7kg/t。
54.(4)模铸：浇注2锭盘，每盘6支3.16t钢锭，当钢液浇注至帽口上24mm后，开始逐渐减流进行缓慢浇注，当浇注到帽口浇注高度的二分之一后，关闭滑板停止浇注6s后，多次急剧开流冲注，每次间隔时间约为4s，直至达到浇注高度和充填时间为止，帽口保温剂焦粉要
在注至帽口2/3高度时加入。单盘模铸浇注严格控制时间，锭身6min，帽口6min。
55.(5)加热工艺：下均热坑时锭温700℃，根据38crmoala钢种特性，设计均热炉预热段要求，升温时间1.3h，升温到950℃；加热段升温到1220℃升温速度130/h，升温时间3h，升温到1220℃，均温1.8h。
56.(6)高压水除鳞：除磷水采用浊环水，喷水压力28mp。
57.(7)轧制工艺：产材规格φ110mm轧制工艺：
58.所述钢材的开轧温度1110℃；精轧温度990℃；终轧温度880℃。
59.bd开坯工艺：采用1150mm bd初轧机开坯，轧制11道次，压下量：第1道次80mm，第2道次80mm，第3道次95mm，第4道次85mm，第5道次72mm，第6道次82mm，第7道次69mm，第8道次75mm，第9道次32mm，第10道次20mm，第11道次32mm，经过3架850mm轧机出大棒连轧机组。
60.(8)保温工艺：下保温坑温度700℃，保温48h，出坑温度90℃。
61.实施例3
62.1成分优化设计
63.(1)为了满足高铝塑料模具钢38crmoala要求，确定内控化学成分，按质量百分比计为c：0.37％，si：0.26％，mn：0.38％，p：0.011％，s：0.005％，cr：1.43％，ni：0.10％，mo：0.18％，cu：0.010％，al：0.90％，余量为铁和不可避免的杂质。
64.(2)为了保证钢材纯净度，需要钢材氧含量12
×
10-6
、氮含量60
×
10-6
、氢含量1.5
×
10-6
。
65.2高铝塑料模具钢38crmoala电炉模铸各生产工艺参数设计
66.工艺路线：50t电炉冶炼
→
炉外精炼(lf+vd)
→
3.16t模铸锭
→
均热炉加热
→
高压水除鳞
→
1150初轧机轧制
→
连轧机组
→
缓冷；其中：
67.(1)电炉冶炼工艺：采用质量分数65％铁水和35％废钢冶炼；三相电极升温，氧气氧化，激烈沸腾、自动流渣，出钢温度1665℃，出钢时候c为0.12％，p：0.007％，出钢1/4时加入辅料及合金。合金吨钢加入量：铝锭0.06kg/t，高碳锰铁3.2kg/t，高碳铬铁17kg/t。辅料加入量：电炉发泡剂6.6kg/t，活性石灰42kg/t。
68.(2)lf炉：采用21000a大电流升温化渣，精炼时间162min，当渣面波动、钢水及电弧不裸露时，补加活性石灰，5min后第一次取样分析化学成分，按照化学成分目标值补加合金，合金应加到氩气流上，以促进合金快速熔化和均匀化。当钢水温度达到1585℃时加入扩散脱氧剂，进行扩散脱氧，当钢水温度达到1630℃温度时第二次取样分析化学成分，以确认各化学元素成分含量距目标值要求的偏离值，二次样取走后，补加扩散脱氧剂继续调渣。补加合金：硅铁1.1kg/t，高碳铬铁3.3kg/t，铝锭8.9kg/t，钼铁2.5kg/t。同时继续保持白渣熔炼25min。lf后渣样二元碱度(cao/sio2)保证r1：9.5，三元碱度((cao+mgo)/sio2保证r2：10.5，四元碱度((cao+mgo)/(sio2+al2o3)保证r3：1.8。
69.(3)vd精炼：入vd前温度1682℃，在真空泵启动前氩气压力控制0.1mpa，以渣面微动钢水不裸露，当真空度达到100pa时开始计时，保持时间20～25min，破真空温度1618℃，视钢水成分补加合金，同时将氩气压力调整至0.4mpa，静吹氩时间32min，静吹氩结束后，加入φ10mm硅钙包芯线2.2m/t，吊包温度1605℃，碳化稻壳1.7kg/t。
70.(4)模铸：浇注2锭盘，每盘6支3.16t钢锭，当钢液浇注至帽口上20～30mm后，开始逐渐减流进行缓慢浇注，当浇注到帽口浇注高度的二分之一后，关闭滑板停止浇注6s后，多
次急剧开流冲注，每次间隔时间约为4s，直至达到浇注高度和充填时间为止，帽口保温剂焦粉要在注至帽口2/3高度时加入。单盘模铸浇注严格控制时间，锭身6min，帽口6min。
71.(5)加热工艺：下均热坑时锭温750℃，根据38crmoala钢种特性，设计均热炉预热段要求，升温时间1.2h，升温到950℃；加热段升温到1220℃升温速度150/h，升温时间3h，升温到1220℃，均温2h。
72.(6)高压水除鳞：除磷水采用浊环水，喷水压力28mp。
73.(7)轧制工艺：产材规格φ110mm轧制工艺：
74.所述钢材的开轧温度1100℃；精轧温度980℃；终轧温度880℃。
75.bd开坯工艺：采用1150mm bd初轧机开坯，轧制11道次，压下量：第1道次80mm，第2道次80mm，第3道次95mm，第4道次85mm，第5道次72mm，第6道次82mm，第7道次69mm，第8道次75mm，第9道次32mm，第10道次20mm，第11道次32mm，经过3架850mm轧机出大棒连轧机组。
76.(8)保温工艺：下保温坑温度700℃，保温48h，出坑温度120℃。
77.实施例1～3成品检验结果
78.(1)钢材低倍组织
79.序号一般疏松中心疏松锭型偏析一般斑点状偏析边缘斑点状偏析标准≤2.0≤2.0≤2.0≤1.0≤1.0实施例10.50.50.500实施例10.50.50.500实施例20.50.50.500实施例20.50.50.500实施例30.50.50.500实施例30.50.50.500
80.(2)钢材非金属夹杂物
[0081][0082][0083]
(3)钢材力学性能
[0084][0085]
对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应仍属于本发明技术方案保护的范围内。

技术特征：
80.5mm，第3道次95-95.5mm，第4道次85-85.5mm，第5道次72-72.5mm，第6道次82-82.5mm，第7道次69-69.5mm，第8道次75-75.5mm，第9道次32-32.5mm，第10道次20-20.5mm，第11道次32-32.5mm，然后经过3架850mm轧机出棒材，再进入连轧机组。8.根据权利要求3或7所述的制备方法，其特征在于，所述钢材的开轧温度1100℃～1130℃；精轧温度950℃～1100℃；终轧温度850℃～920℃。9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述保温工艺为：下保温坑温度≥600℃，保温48-60h，出坑温度≤130℃。10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，保温后的钢材进行热处理，所述热处理包括以下步骤：1)淬火：930～950℃，保温50-70min，油冷；2)回火：635～645℃，保温110-130min，水冷。

技术总结
本发明公开了一种高铝塑料模具钢生产制备方法，所述钢的化学成分按质量百分比计为C：0.36％～0.40％，Si：0.25％～0.35％，Mn：0.32％～0.50％，P：≤0.012％，S：≤0.006％，Cr：1.37％～1.55％，Ni：≤0.25％，Mo：0.16％～0.23％，Cu：≤0.015％，Al：0.80％～1.00％，余量为铁和不可避免的杂质。本发明采用电炉冶炼


技术研发人员：张群 卢秉军 王德勇 阚开 赵千水 齐峰
受保护的技术使用者：本钢板材股份有限公司
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/9/23