[发明专利]大截面、高硬度ZW872模具钢的制备工艺

说明书

本发明涉及大截面(厚度≥600mm)、高硬度ZW872(38‑42HRC)模具钢的制备工艺。该模具钢具有以下特点：(1)成材率高：锻造采用抱钳，钢锭直接进行墩拔改善中心锻透效果，出成品前一火次冒口端压钳把，成材率最高至82％；(2)晶粒细小均匀：正火冷却采用高温区水空交替、中温区风冷，有效地细化晶粒，晶粒度级别达到≥6级；(3)硬度均匀：锻造前钢锭进行高温均质化，改善成分均匀性。预硬化处理过程中采用空冷、浸水组合冷却方式进行淬火控时冷却，降低心部与表面的温度梯度，减少心部与边缘冷却差异，回火过程电炉附偶检测炉温情况。本发明的ZW872模具钢硬度均匀，整个横截面硬度差≤2.5HRC。

技术领域

本发明涉及一种大截面、高硬度ZW872模具钢的制备工艺，属模具钢制造技术领域。

背景技术

ZW872(本模具钢的具体牌号)为预硬化模具钢，是在5CrNiMo钢的基础上增加了Cr、Ni、Mo含量，并加入了少量的V，同时大幅度降低S、P含量。ZW872与常规5CrNiMo比较，即保留了5CrNiMo良好的强度、韧性、耐磨性，又对钢水的纯净度提高了要求。

模具钢的性能主要取决于组织结构，大截面模具钢由于表面与心部冷却速度差异较大，模块整体性能差异就会比较大，不能满足加工及使用要求，因此，心部性能的控制是大截面模具钢生产的主要难点之一。尤其是当厚度、宽度超过一定的范围后表面与心部硬度差异就会更大，对于大截面模具钢生产来说，提高心部性能稳定，改善模具钢整体性能的均一性是生产的难点。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种大截面(厚度≥600mm)、高硬度(38-42HRC)ZW872模具钢及其生产方法，所述的生产方法通过采用抱钳锻造，直接墩拔，提高原料利用率；正火冷却采用高温区水空交替、中温区风冷方式获得细小晶粒；钢锭高温均质化使得成分均匀，预硬化处理过程中采用空冷、浸水组合冷却方式进行淬火控时冷却，降低心部与表面的温度梯度，减少心部与边缘冷却差异，降低截面硬度差异。

本发明的第二目的在于提供一种大截面(厚度≥600mm)、高硬度(38-42HRC)ZW872模具钢，所述的模具钢具有硬度均匀，整个横截面硬度差≤2.5HRC；组织均匀，表面与心部组织差异小；晶粒细小均匀，晶粒度级别达到≥6级。

高品质的ZW872模具钢生产工艺，包括如下工艺步骤：

步骤A：电炉冶炼，按照大截面、高硬度ZW872模具钢的组分含量进行生铁和合金料的配料，在电炉中熔化冶炼，熔化冶炼温度1530-1560℃时，吹氧助熔；吹氧过程中控制0.10％≤C≤0.45％，P≤0.008％，吹氧助熔温度为1630-1660℃，进行氧化扒渣；所述氧化扒渣扒除80％以上的渣，扒渣后加入2kg/t的Si-Fe合金，29kg/t的石灰，5Kg/t的萤石，炉温为1660-1680℃时出钢，出钢过程中加3kg/t的Al。

步骤B：LF精炼，将步骤A得到的钢液在LF炉中通氩气搅拌，送电升温，加入2.0-3.0kg/t的SiC粉扩散脱氧，且所述SiC粉少量多次添加，保持LF包内为还原气氛；加热10-15min，渣白后取样分析包内化学成分，根据分析结果调整成分；白渣时间≥20min，温度为1670-1700℃时出钢。

步骤C：VD精炼，将步骤B得到的钢液从钢包移至VD炉，保持VD炉的真空度≤65Pa，保持时间10-20min，进行软吹，软吹时间10-15min，软吹时保持渣面微动不裸露钢水；然后吊包浇注得到钢锭，浇注温度为1550-1560℃。

步骤D.高温均质化：将步骤C得到的钢锭加热，加热保持温度为1240-1280℃，保温25-35h。

步骤E.锻造热加工：将步骤D处理后的钢锭降温至1100-1150℃范围内进行锻造加工，锻造采用抱钳直接进行墩拔，改善中心锻透效果，墩拔结束后冒口端压钳把，最后火次压机钳口夹持钳把将锻材锻制为成品，终锻温度≥850℃，总锻比＞6，墩粗比＞2。