一种耐腐蚀模具用特厚模块钢的生产方法

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种耐腐蚀模具用特厚模块钢的生产方法。

背景技术

注塑工业正朝着多元化、复杂化、高精密的方向高速发展，聚氯乙烯、聚丙烯、ABS、EVA、聚氨酯等腐蚀性高分子材料被大量应用，对注塑模具的耐腐蚀性能提出了更高的要求。耐腐蚀模具钢正是应行业发展而兴起的模具专用钢种。随着CAD/CAM/CAE一体化技术的广泛应用，一模多腔、模具大型化等趋势对耐腐蚀模具钢的厚度规格提出更高的要求。

受连铸坯厚度规格的限制，目前生产特厚耐腐蚀特厚模块通常采用模铸法和电渣重熔法。采用模铸获得大尺寸钢锭，生产特厚钢板可以保证一定的压缩比，但是模铸工艺的先天性缺陷导致一系列问题产生，如钢锭成分偏析严重，浇铸工序时间长、能耗高，对环境造成一定污染，并且轧制成材率低，一般不超过70％，经济性差；电渣重熔法可得到具有更高洁净度的内部组织，同时可减轻钢坯偏析问题，然后电渣重熔需将钢坯二次熔化，效率低下，且消耗大量能源，生产成本过高。

真空复合轧制技术是生产特厚钢板的有效方法，解决了因连铸坯厚度和压缩比限制，生产特厚钢板厚度受限的问题。相对于传统的模铸工艺，真空复合轧制产品具有更好的内部组织与性能，且成材率高，相较于电渣重熔，生产效率高、成本低，有利于组织批量化生产。目前，国内一些钢厂通过真空复合轧制技术已经能制造出高质量的普碳低合金钢特厚钢板。然而，对于SUS420、S136等C、Cr含量均较高的模具用马氏体不锈钢，由于焊缝裂纹敏感性高，焊接及焊后冷却过程极易发生焊缝开裂甚至引起基坯开裂，无法完成复合特厚模块的生产，相关成功案例鲜有报道。

公开号CN110195186A公开了“一种特厚热轧高合金热作模具钢及其制备方法”，其仅仅解决了合金(Cr+Mn+Ni+Cu)含量≦3.7％的模具钢特厚钢板生产问题。

公开号CN101773931A公开了“一种真空复合轧制特厚板的方法”，公开号CN103692166A“一种特厚合金钢板的制备方法”CN101590596B“一种累积叠轧焊工艺制造特厚板坯的方法”、公开号CN103028897 A“一种冷裂纹敏感性高的特厚钢板生产方法”、公开号CN105252237A“一种CrMnNiMo系特厚模具复合坯的生产方法”等均是采用真空电子束焊接技术对连铸坯进行焊接组坯，解决高合金特厚钢板的生产问题。然而该工艺需要在密闭的真空室内进行焊接操作，无法实时掌握焊缝状态，只能焊接完成破空后才能观察焊缝。对于高合金模具钢品种，焊接裂纹敏感性高，焊接过程极易发生开裂，真空电子束焊接不能实现及时补焊，造成组坯成功率下降。另外，还存在复合面结合强度低，导致后续热处理、加工及使用过程中发生复合面分层、开裂等问题。

发明内容

本发明提供了一种耐腐蚀模具用特厚模块钢的生产方法，采用连铸坯为基础原料生产厚度300-600mm、探伤及性能优良的耐腐蚀模具用特厚模块，本发明成本低廉、成材率高、可操作性强。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种耐腐蚀模具用特厚模块钢的生产方法，包括：

1)复合坯料加工：

对缓冷解垛后的连铸坯待复合表面进行铣磨加工，去除氧化层和锈层，防止后续加热、轧制过程中阻碍基体的扩散与结合；铣磨加工后连铸坯组坯间隙≤2mm，表面粗糙度Ra≤50μm；

一组待复合坯料的长度、宽度尺寸相差≤10mm；之后对待复合面四边进行倒角加工，倒角尺寸(15～20mm)×(40～50)°

2)复合坯焊前预热：

将加工完成的连铸坯待复合面组齐对正、上下叠放在一起，采用电热石棉垫沿坯料四周倒角位置将坯料包覆并进行预热，以减小焊接热影响区的温度差，避免焊缝开裂，预热温度200～300℃，预热时间3～4h；采用电热石棉垫在实现倒坡口附近区域预热功能的同时，还可以防止坯料待复合面因高温发生氧化，影响复合效果；

3)焊接：

焊接采用单丝气电立焊的方式，沿坯料四边进行焊接组坯，为确保焊缝强度同时结合钢种成分特点，焊丝选用牌号AWS A5.22 E316LT1-1药芯焊丝，丝速10～15m/min，CO

4)焊后加热：

焊接完成后再次采用电热石棉垫对焊缝区域进行包覆加热，以促进焊缝中氢的逸出，防止延迟裂纹产生，同时降低焊接残余应力，加热温度150～200℃，保温时间4～5h，之后将复合坯吊运至加热炉进行加热；

5)加热锻造：

采取两火次加热锻造，目标加热温度1200℃～1240℃，第一火次加热时间1.5～2h/100mm厚度，第二火次升温至目标加热温度后保温时间2.5～4h，确保复合坯均匀烧透，同时避免加热时间过长导致晶粒粗大；

钢坯出炉后，采用水雾对其上表面进行冷却，水雾水温≤35℃，水雾中水与空气的体积比1：180～1：220，冷却温度800～850℃，使表面形成一层“低温硬壳”，从而加强锻造过程中锻造力向钢坯心部的渗透；采取3000吨水压机对复合坯进行锻造，上下锤采用非对称尺寸，以进一步提高坯料锻透性，强化复合界面结合度；上锤采用宽度W＝0.4～0.5H、长度L＝1.5～1.8W′的平锤头，下锻造平台宽度≥2.0W′，H、W′分别为复合坯料的高度与宽度，上锤头长度方向垂直于下平台宽度方向与坯料进给方向，锻造方向垂直于坯料复合界面；始锻温度(坯料厚度1/2处)≥1150℃，终锻温度(坯料厚度1/2处)≥800℃，两火次锻造成材，总锻造比1.5～2，单道次锻造进给量为0.8～1.0W，锻造后空冷至室温；

6)热处理：

热处理采用水雾—空气交替控时淬火+回火工艺，既可以确保大厚度模块心部得到淬火马氏体组织，又可防止表面淬火应力过大发生开裂。水温≤35℃，水雾中水与空气的体积比1：450～1：470。水雾—空气交替控时淬火工艺为：加热温度1000～1050℃，净保温时间1～1.4min/mm厚度，之后出炉空冷15～25min→水雾冷20～40min→空冷50～70min，水雾冷1.5～3h→空冷至室温，回火温度610℃～640℃，保温时间3～4min/mm厚度。

为确保内部质量，选取距连铸坯头、尾部3m以上连铸坯作为待复合坯料，连铸坯下线后堆垛缓冷，以降低铸坯硬度，提高后续表面铣磨效率，堆垛温度≥650℃，堆垛时间≥48h。

一种耐腐蚀模具用特厚模块钢，钢中化学成分按重量百分计为：C 0.20％～0.45％、Si 0.30％～1.0％、Mn 0.30％～1.0％、Cr 10.5％～18.0％、Ni≤1.20％、Mo≤1.2％、V≤0.50％、P≤0.040％、S≤0.050％，其余为Fe和不可避免的杂质。

耐腐蚀模具用特厚模块钢的成品厚度为300～600mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明针对以Cr系马氏体不锈钢为主的耐腐蚀模具钢品种，因模铸生产周期长、成材率低、特厚规格模块均质性差、偏析严重导致质量不佳，以及因钢种特性带来的焊接开裂、复合界面结合强度低等问题，提供了一种低成本、高效率生产特厚模块的方法，有效解决Cr系耐腐蚀模具用马氏体不锈钢复合特厚模块的生产问题。本发明以连铸坯为原料，内部质量优于模铸钢锭，采用气电立焊技术组坯焊接，确保焊缝质量，提高焊接效率，结合1.5～2倍低锻造比、非对称变形、高界面渗透性锻造复合工艺，实现了低压缩比条件下高均质性、高界面结合强度复合模块生产。本发明成材率高，生产成本较模铸、电渣重熔等工艺低，本发明生产的300-600mm厚度规格复合模块，复合界面结合度达92％以上，剪切强度符合GB/T 8165要求，超声波探伤达到GB/T6402 4级，3.5％NaCl盐雾环境下腐蚀失重率均小于0.5g/m

附图说明

图1为本发明600mm厚复合特厚模块心部组织。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例钢种的化学成分见表1，实施例连铸坯料加工工艺参数见表2，实施例单丝气电立焊组坯工艺参数见表3，实施例锻造工艺见表4，实施例热处理工艺见表5，实施例实际效果见表6、表7。

表1各实施例钢冶炼化学成分(％)

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表2各实施例连铸坯料加工工艺参数

表3各实施例焊接组坯工艺参数

表4各实施例锻造工艺参数

表5各实施例热处理工艺参数

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表6各实施例实际效果

表7各实施例实际效果

见图1为实施例2的金相组织图，从图1可以看出本发明特厚模块心部组织为回火索氏体，复合界面实现了良好的冶金结合。