一种压铸模具扁钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及冶金及压力加工技术领域，尤其涉及一种压铸模具扁钢及其制备方法。

背景技术

压铸模是一种密闭容器，熔化的金属在高温高压下被注入其中，快速冷却凝固，直到工件具有足够硬度时，从模具中被顶出脱模。动静两个半模在压铸机中相对运动，在规定的温度和压力下，按客户的规格要求生产出高质量的(近)净成形零件。为了适应这样恶劣的工作环境，有必要发明一种优质工具钢制造压铸模，优质工具钢具有“高纯度、无偏析、等向性、超细化”等优势。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种压铸模具扁钢及其制备方法，通过采取高纯净度、高均匀性组织控制技术，获得一种高纯度、无偏析、等向性、超细化的压铸模具扁钢。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种压铸模具扁钢制备方法，包括：

选取模具扁钢的原材料，对原材料采用电弧炉熔炼、炉外精炼和真空脱气，将处理后的原材料在氩气保护下浇注得到电极棒；

对所述电极棒进行电渣重熔得到钢锭；

对钢锭进行均质化处理；

对均质化处理后的钢锭采用三镦三拔法进行锻造得到坯料，每次镦粗比≥2；

对所述坯料进行轧制得到扁钢；

对所述扁钢进行细化处理；

对细化处理后的扁钢进行球化退火处理。

进一步地，电极棒的组分及其质量百分比如下：

C：0.37～0.40，Si：0.35～0.50，Mn：0.45～0.60，P≤0.012，S≤0.002，Cr：5.00～5.50，Mo：2.35～2.60，V：0.60～0.80，Ni≤0.15，Cu≤0.15，H≤1.5ppm，O≤20ppm，N≤900ppm，Ti≤0.005，Sn≤0.015，Pb≤0.002，As≤0.015，Bi≤0.010，Sb≤0.005，Al：0.010～0.025。

进一步地，对电极棒进行电渣重熔得到钢锭包括：

控制电渣重熔的填充比为0.74；

送电前先向电渣炉内充18～20分钟氩气排净电渣炉内空气，控制氩气流量为70～80L/min。

进一步地，对电极棒进行电渣重熔得到钢锭包括：

送电时，电渣炉渣阻设定值为2.6mohm，压摆设定值为2.5V/A，初始电流设定值为17500A，熔速设定值为10.0kg/min，电压设定值为50.0V；

140min后将电流设定值调到17300A，熔速设定值调到9.8kg/min，电压设定值调到47.5V；

80min后将电流设定值调到16800A，熔速设定值调到9.6kg/min，电压设定值调到47.0V，80min后将电流设定值调到16500A，熔速设定值调到9.5kg/min，电压设定值调到47.0V；

80min将后电流设定值调到16000A，熔速设定值调到9.5kg/min，电压设定值调到47.0V，60min后重熔结束。

进一步地，对钢锭进行均质化处理包括：

将钢锭放入加热炉内，将炉温升高到600～650℃，保温时长5h；

将炉温从600～650℃升高至830～870℃，升温速率≤50℃/h，保温时长6～8h；

将炉温从830～870℃升高至1080～1120℃，升温速率≤100℃/h，保温时长6～8h；

将炉温从1080～1120℃升高至1270～1290℃，升温速率≤100℃/h，保温时长≥36h。

进一步地，对钢锭采用三墩三拔法进行锻造得到坯料后：

将所述坯料风冷至坯料的中心区温度为250～275℃；

将风冷后的坯料空气冷却至坯料的中心区温度为225～250℃；

将空气冷却后的坯料装进退火炉进行软化退火。

进一步地，对坯料进行轧制得到扁钢包括：

将退火后的坯料加热至1120～1150℃，加热时长15～25min，保温时长45～95min；

开轧温度为1050～1100℃,终轧温度≥850℃；

将轧后的坯料穿水，将穿水后的坯料在冷床风冷到表面温度≤600℃；将风冷后的坯料下线摊开空气冷却到室温；

收集空气冷却后的坯料进行退火处理得到扁钢。

进一步地，对所述扁钢进行细化处理包括：

将所述扁钢在850℃预热1.5～2.0h；

将预热后的扁钢以100～120℃/h升温速度加热到1010℃并保温2h；

将保温后的扁钢穿水冷却后空气冷却到室温，将空气冷却后的扁钢在490～510℃保温5h后回火处理，将回火处理后的扁钢空气冷却到室温。

进一步地，对细化处理后的扁钢进行退火处理包括：

将细化处理后的扁钢加热至840～860℃后保温6～8h；

将加热至840～860℃的扁钢降温至740～760℃后保温7～9h，降温速率≤50℃/h；

将740～760℃的扁钢降温至500℃以下出炉，降温速率≤50℃/h。

另一方面，本发明还公开了一种压铸模具扁钢，采用上诉方法制备而成，压铸模具扁钢的原材料的组分及其质量百分比如下：

C：0.38，Si：0.40，Mn：0.48，P:0.007，S：0.0005，Cr：5.25，Mo：2.60，V：0.66，Ni：0.07，Cu：0.08，H：0.5ppm，O：10ppm，N：22ppm，Ti：0.005，Sn：0.006，Pb：0.001，As：0.010，Bi：0.002，Sb：0.001，Al：0.02。

本发明的技术效果和优点：

本发明通过选取4Cr5MoSiV1作为基体材料，采用高Mo低Si设计，调整了C、Si、Mo、Mn、V等元素的含量，使Mo、V的二次硬化所占比例提高，减少Cr碳化物形成，延缓碳化物聚集长大引起的回火软化；通过增加Mo、Mn的含量使扁钢的淬透性成倍提高，同时防止大型模具在真空气冷淬火时，高温下形成的珠光体、中温下形成的贝氏体导致的脆性；通过减少Si含量，减轻P与Si的共偏聚引起的严重带状偏析，从而减少大块碳化物的析出。本发明的压铸模具扁钢含Mo高，属于基体钢类型，通过采用真空冶炼和保护气氛电渣重熔提高钢的纯净度，同时避免气体导致的韧塑性偏低问题；通过调整电渣炉冶炼过程的参数，保证冶炼过程熔速可控，提高钢锭结晶质量；通过对钢锭进行多次加热和长时间保温的均质化处理，然后对钢锭多次镦拔，提高钢材的等向性以及钢材成分和组织的均匀性；通过锻造后将坯料风冷至模块中心区温度为250～275℃，再空气冷却至模块中心区温度为225～250℃，装进退火炉进行软化退火，保证坯料不开裂的同时细化晶粒、碳化物；本发明采用锻造开坯，与传统扁钢的轧制开坯相比，坯料变形量大，等向性能好；通过将轧后的坯料穿水，将穿水后的坯料在冷床风冷到表面温度≤600℃，将风冷后的坯料下线摊开空气冷却到室温，可以使坯料快速冷却，防止碳化物聚集；通过对扁钢进行细化处理和退火处理，使成品扁钢的球状碳化物细小化，均匀分布在基体上，提高扁钢的综合性能。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本发明一种压铸模具扁钢制备方法的流程图；

图2位本发明一种压铸模具扁钢的心部显微组织图像。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明一种压铸模具扁钢制备方法的流程图，如图1所示，本发明提供了一种压铸模具扁钢的制备方法，包括：

选取模具扁钢的原材料，对原材料采用电弧炉熔炼、炉外精炼、真空脱气，将处理后的原材料在氩气保护氛围下浇注得到电极棒。本实施例所涉及的压铸模具扁钢原材料主要由以下组分按质量百分比组成：C：0.37～0.40，Si：0.35～0.50，Mn：0.45～0.60，P≤0.012，S≤0.002，Cr：5.00～5.50，Mo：2.35～2.60，V：0.60～0.80，Ni≤0.15，Cu≤0.15，H≤1.5ppm，O≤20ppm，N≤900ppm，Ti≤0.005，Sn≤0.015，Pb≤0.002，As≤0.015，Bi≤0.010，Sb≤0.005，Al：0.010～0.025，通过选取4Cr5MoSiV1作为基体材料，采用了高Mo低Si设计，调整了C、Si、Mo、Mn、V等元素的含量，使Mo、V的二次硬化所占比例提高，减少Cr碳化物形成，延缓碳化物聚集长大引起的回火软化；通过增加Mo、Mn的含量使扁钢的淬透性成倍提高，同时防止大型模具在真空气冷淬火时，高温下形成的珠光体、中温下形成的贝氏体导致的脆性；通过减少Si含量，减轻P与Si的共偏聚引起的严重带状偏析，从而减少大块碳化物的析出。

示例性地，C：0.38，Si：0.40，Mn：0.48，P:0.007，S：0.0005，Cr：5.25，Mo：2.60，V：0.66，Ni：0.07，Cu：0.08，H：0.5ppm，O：10ppm，N：22ppm，Ti：0.005，Sn：0.006，Pb：0.001，As：0.010，Bi：0.002，Sb：0.001，Al：0.02。

进一步地，对电极棒进行电渣重熔得到钢锭。

具体地，电渣重熔送电前，控制电渣重熔的填充比为0.74，0.74为直径比，电渣炉先充18～20分钟氩气排净炉内空气，氩气流量为70～80L/min；电渣重熔送电时，电渣炉渣阻设定值为2.6mohm，压摆设定值为2.5V/A，初始电流设定值为17500A，熔速设定值为10.0kg/min，电压设定值为50.0V，140min后电流设定值调到17300A，熔速设定值调到9.8kg/min，电压设定值调到47.5V,80min后电流设定值调到16800A，熔速设定值调到9.6kg/min，电压设定值调到47.0V，80min后电流设定值调到16500A，熔速设定值调到9.5kg/min，电压设定值调到47.0V，80min后电流设定值调到16000A，熔速设定值调到9.5kg/min，电压设定值调到47.0V，60min后重熔结束。重熔结束后趁钢锭红热进行退火处理，修磨钢锭的表面后转锻造工序。通过采用保护气氛电渣炉，使得冶炼过程与空气隔绝，能有效控制钢锭中气体含量，提高钢的纯净度，同时避免气体导致的韧塑性偏低问题；通过调整电渣炉冶炼过程的参数，保证冶炼过程熔速可控，提高钢锭结晶质量

进一步地，对钢锭进行均质化处理。

具体地，将钢锭放入加热炉内，加热至600～650℃，保温时长5h；将炉温升高至830～870℃，升温速率≤50℃/h，保温时长6～8h；将炉温升高至1080～1120℃，升温速率≤100℃/h，保温时长6～8h；将炉温升高至1270～1290℃，升温速率≤100℃/h，保温时长≥36h；

进一步地，对钢锭采用三镦三拔法进行锻造得到坯料。

具体地，开锻前砧子必须预热。锻造时，每次镦粗变形量≥2，对钢锭采用三墩三拔法进行锻造后，将坯料风冷至坯料的中心区温度为250～275℃，再空气冷却至坯料的中心区225～250℃，然后将坯料装进退火炉进行软化退火。通过对钢锭进行高温均质化处理，然后多次镦拔，提高钢材等向性，成分和组织的均匀性；锻造后将坯料风冷至坯料的中心区温度为250～275℃，再空气冷却至坯料的中心区温度为225～250℃，然后将坯料装进退火炉进行软化退火，保证坯料不开裂的同时细化晶粒、碳化物。

进一步地，对坯料进行轧制得到扁钢。

具体地，将坯料加热至1120～1150℃，加热时长15～25min，保温时长35～105min，开轧温度为1050～1100℃,终轧温度≥850℃；将坯料轧后穿水，在冷床风冷到表面温度≤600℃，下线摊开空冷到室温后收集退火。与传统扁钢相比，锻造开坯比轧制开坯变形量大，等向性能好；通过将轧后的坯料穿水，将穿水后的坯料在冷床风冷到表面温度≤600℃，将风冷后的坯料下线摊开空气冷却到室温，可以使坯料快速冷却，防止碳化物聚集。

进一步地，对所述扁钢进行细化处理。

具体地，将所述扁钢在850℃预热1.5～2.0h；将预热后的扁钢以100～120℃/h升温速度加热到1010℃保温2h；将1010℃的扁钢穿水冷却后空气冷却到室温，将冷却到室温的扁钢在490～510℃保温5h后回火处理，将回火处理后的扁钢空气冷却到室温。

进一步地，对细化处理后的扁钢进行退火处理。

具体地，将细化处理后的扁钢加热至840～860℃后保温6～8h；将扁钢降温至740～760℃后保温7～9h，降温速率≤50℃/h；将扁钢降温至500℃以下出炉，降温速率≤50℃/h。通过对扁钢进行细化处理和退火处理，使成品扁钢球状碳化物细小化，均匀分布在基体上，提高扁钢的综合性能。

通过本发明一种压铸模具扁钢制备方法制得的成品扁钢，洛氏硬度达到45～45.5HRC,横向心部无缺口冲击强度平均值达到386.7J，图2为本发明一种压铸模具扁钢的心部显微组织图像，如图2所示，成品扁钢的心部显微组织均匀分布。

根据GB/T 10561《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》，成品扁钢中的各类夹杂物评级如下表所示：

其中，1#和2#为同一扁钢的两颗试样，A为硫化物类夹杂物，B为氧化铝类夹杂物，C为硅酸盐类夹杂物，D为球状氧化物类夹杂物，评级从0.5～3，A、B和C类夹杂物的长度越长，级别越大，D类夹杂物的数量越多，级别越大。

根据国标GB/T6394-2017《金属平均晶粒度测定方法》检验评级，成品扁钢1#和2#的晶粒度级别为9，每平方毫米内晶粒数为0.397，晶粒平均截面积为2.52mm

另一方面，本发明还公开了一种压铸模具扁钢，采用上述方法制备而成。压铸模具扁钢的原材料包含以下组分及质量百分比含量：

C：0.38，Si：0.40，Mn：0.48，P:0.007，S：0.0005，Cr：5.25，Mo：2.60，V：0.66，Ni：0.07，Cu：0.08，H：0.5ppm，O：10ppm，N：22ppm，Ti：0.005，Sn：0.006，Pb：0.001，As：0.010，Bi：0.002，Sb：0.001，Al：0.02。

实施例1

S1.选取压铸模具扁钢的原材料，原材料主要由以下组分按质量百分比组成：C：0.38，Si：0.40，Mn：0.48，P:0.007，S：0.0005，Cr：5.25，Mo：2.60，V：0.66，Ni：0.07，Cu：0.08，H：0.5ppm，O：10ppm，N：22ppm，Ti：0.005，Sn：0.006，Pb：0.001，As：0.010，Bi：0.002，Sb：0.001，Al：0.02,对原材料采用电弧炉、炉外精炼、真空脱气，将处理后的原材料在氩气保护氛围下浇注得到电极棒。

S2.控制电渣重熔的填充比为0.74,电渣炉先充18分钟氩气排净炉内空气，氩气流量为70L/min；电渣重熔送电时，电渣炉渣阻设定值为2.6mohm，压摆设定值为2.5V/A，初始电流设定值为17500A，熔速设定值为10.0kg/min，电压设定值为50.0V，140min后电流设定值调到17300A，熔速设定值调到9.8kg/min，电压设定值调到47.5V,80min后电流设定值调到16800A，熔速设定值调到9.6kg/min，电压设定值调到47.0V，80min后电流设定值调到16500A，熔速设定值调到9.5kg/min，电压设定值调到47.0V，80min后电流设定值调到16000A，熔速设定值调到9.5kg/min，电压设定值调到47.0V，60min后重熔结束。

S3.将钢锭放入加热炉内，加热至600℃，保温时长5h；将炉温升高至830℃，升温速率≤50℃/h，保温时长6h；将炉温升高至1080℃，升温速率100℃/h，保温时长6h；将炉温升高至1270℃，升温速率100℃/h，保温时长36h。

S4.对钢锭采用三墩三拔法进行锻造,开锻前砧子必须预热。锻造时，每次镦粗变形量2,锻造结束后将坯料风冷至坯料的中心区温度为250℃，再空气冷却至坯料的中心区225℃，然后将坯料装进退火炉进行软化退火。

S5.将坯料加热至1120℃，加热时长15min，保温时长35min，对坯料进行轧制,开轧温度为1050℃,终轧温度850℃；将坯料轧后穿水，在冷床风冷到表面温度600℃，下线摊开空冷到室温后收集退火得到扁钢。

S6.将扁钢在850℃预热1.5h；将预热后的扁钢以100℃/h升温速度加热到1010℃保温2h；将1010℃的扁钢穿水冷却后空气冷却到室温，将冷却到室温的扁钢在490℃保温5h后回火处理，将回火处理后的扁钢空气冷却到室温。

S7.将细化处理后的扁钢加热至840℃后保温6h；将扁钢降温至740℃后保温7h，降温速率50℃/h；将扁钢降温至500℃以下出炉，降温速率50℃/h，通过本方法制得的成品扁钢洛氏硬度达到45HRC,横向心部无缺口冲击强度达到387J，心部显微组织均匀分布。

实施例2

S1.选取压铸模具扁钢的原材料，原材料主要由以下组分按质量百分比组成：C：0.40，Si：0.48，Mn：0.51，P:0.005，S：0.0003，Cr：5.36，Mo：2.60，V：0.72，Ni：0.06，Cu：0.06，H：0.4ppm，O：11ppm，N：25ppm，Ti：0.004，Sn：0.005，Pb：0.001，As：0.010，Bi：0.001，Sb：0.001，Al：0.01,对原材料采用电弧炉、炉外精炼、真空脱气，将处理后的原材料在氩气保护氛围下浇注得到电极棒。

S2.控制电渣重熔的填充比为0.74,电渣炉先充20分钟氩气排净炉内空气，氩气流量为80L/min；电渣重熔送电时，电渣炉渣阻设定值为2.6mohm，压摆设定值为2.5V/A，初始电流设定值为17500A，熔速设定值为10.0kg/min，电压设定值为50.0V，140min后电流设定值调到17300A，熔速设定值调到9.8kg/min，电压设定值调到47.5V,80min后电流设定值调到16800A，熔速设定值调到9.6kg/min，电压设定值调到47.0V，80min后电流设定值调到16500A，熔速设定值调到9.5kg/min，电压设定值调到47.0V，80min后电流设定值调到16000A，熔速设定值调到9.5kg/min，电压设定值调到47.0V，60min后重熔结束。

S3.将钢锭放入加热炉内，加热至650℃，保温时长5h；将炉温升高至870℃，升温速率≤50℃/h，保温时长8h；将炉温升高至1120℃，升温速率87℃/h，保温时长8h；将炉温升高至1290℃，升温速率85℃/h，保温时长37h。

S4.对钢锭采用三墩三拔法进行锻造,开锻前砧子必须预热。锻造时，每次镦粗变形量2.2,锻造结束后将坯料风冷至坯料的中心区温度为275℃，再空气冷却至坯料的中心区250℃，然后将坯料装进退火炉进行软化退火。

S5.将坯料加热至1150℃，加热时长25min，保温时长105min，对坯料进行轧制,开轧温度为1100℃,终轧温度855℃；将坯料轧后穿水，在冷床风冷到表面温度560℃，下线摊开空冷到室温后收集退火得到扁钢。

S6.将扁钢在850℃预热2h；将预热后的扁钢以120℃/h升温速度加热到1010℃保温2h；将1010℃的扁钢穿水冷却后空气冷却到室温，将冷却到室温的扁钢在510℃保温5h后回火处理，将回火处理后的扁钢空气冷却到室温。

S7.将细化处理后的扁钢加热至860℃后保温8h；将扁钢降温至760℃后保温9h，降温速率48℃/h；将扁钢降温至500℃以下出炉，降温速率46℃/h，通过本方法制得的成品扁钢洛氏硬度达到45HRC,横向心部无缺口冲击强度达到387J，心部显微组织均匀分布。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。