一种H13模具钢及其生产方法

本发明属于模具钢技术领域，具体地，本发明涉及一种H13模具钢及其生产方法。本发明的H13模具钢，其化学成分组成按重量百分比为：C： 0 .32wt％～0 .45wt％，Si：0 .80wt％～1 .20wt％， Mn ：0 .20 wt％ ～ 0 .50 wt％ ，C r ：4 .75 wt％ ～ 5 .50wt％，Mo：1 .10wt％～1 .75wt％，V：0 .80wt％～1 .20wt％，Cu≤0 .25wt％，Ni≤0 .25wt％，并且 2 .726C+0 .183Si≤Mo+Nb+Ti≤3 .283C+0 .179Si，其余为Fe和不可避免杂质。本发明严格控制钢中的有害元素的含量，通过合理的精炼工艺，降低钢中夹杂物含量，保证模具钢具有良好的洁净度。采用大压缩比轧制，压缩比≥15，H13轧材内部组织致密。钢材的横向和纵向无缺口冲击均≥ 280J，且横向、纵向无缺口冲击功之比>0 .8。

1 .一种H13模具钢，其特征在于，所述H13模具钢的化学成分组成按重量百分比为：C：

0 .32wt％～0 .45wt％，Si：0 .80wt％～1 .20wt％，Mn：0 .20wt％～0 .50wt％，Cr：4 .75wt％～5 .50wt％ ，Mo ：1 .10wt％ ～1 .75wt％ ，V ：0 .80wt％ ～1 .20wt％ ，Cu≤0 .25wt％ ，Ni≤0 .25wt％ ，并且2 .726C+0 .183Si≤Mo+Nb+Ti≤3 .283C+0 .179Si ，O≤0 .0012％ ，N≤0 .0060％ ，P≤0 .012％、S≤0 .005％、Pb≤0 .005％、Sn≤0 .010％、As≤0 .010％、Sb≤0.055％、Bi≤0 .005％，其余为Fe和不可避免杂质。

2..根据权利要求1所述的H13模具钢，其特征在于，钢中A类夹杂物≤1 .0级，B类夹杂物≤1 .0级，C类夹杂物≤0 .5级，D类夹杂物≤0 .5级，Ds类≤0 .5级，且A+B+D≤2 .0级；圆钢低倍组织一般疏松≤1 .0级、中心疏松≤1 .5级、一般偏析≤1 .0级、中心偏析≤0 .5级，圆钢横截面上碳偏析指数控制在0 .95～1 .08，碳极差≤0 .04wt％。

3..一种权利要求1或2所述的H13模具钢的生产方法，包括以下步骤：

(1)初炼炉采用电炉冶炼，入炉铁水比控制在5 0 wt％ ～ 70 wt％ ，电 炉终点磷≤ 0 .005wt％，终点碳≥0 .07wt％～0 .10wt％；LF精炼渣量控制在14～17kg/吨钢，精炼渣碱度控制在5～7 ，精炼时间控制在50～ 70min；钢水使用VD进行真空脱气处理，真空处理时间为22～30min；(2)使用弧形连铸机对钢水进行浇铸，在连铸过程中，钢水过热度控制在10～25℃，拉速控制在0 .23±0 .01m/min，铸坯下线后直接进行退火处理；(3)铸坯退火后进行轧制，轧制完成后先进入缓冷坑缓冷48～72小时，然后再进行退火，制得H13模具钢。

4 .根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)LF精炼时，使用电石、增碳剂和碳化硅进行扩散脱氧，碳化硅用量控制在0 .3～0 .5kg/吨钢。

5..根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)真空脱气时，破空后钢中氢≤1 .5ppm、氧≤10ppm，钢水的软吹时间20～35min。

6..根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，步骤(2) 浇铸断面为Φ500mm～Φ 650mm。

7 .根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，步骤(2)使用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌保证铸坯均匀性。

8..根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，步骤(3)铸坯轧制前需要加热11～14小时，其中高温扩散时间为2～4小时，铸坯的均热温度为1200～1270℃，其中单支铸坯的允许温差≤30℃；铸坯开轧温度控制在1120～1220℃，终轧温度≥1000℃。

9..根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，步骤(3)轧制的模具钢为Φ120mm～Φ160mm规格的圆钢。

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一种H13模具钢及其生产方法

技术领域

[0001]本发明属于模具钢技术领域，具体地，本发明涉及一种H13模具钢及其生产方法。

背景技术

[0002]模具是产品制造中重要的基础工艺装备。由于使用模具批量生产制件具有高生产效率、高一致性、低耗能耗材，以及有较高的精度和复杂程度。因此，被广泛应用于机械、电子、汽车、信息、航空、轻工、军工、能源等制造领域，模具工业水平已成为衡量一个**制造业水平高低的重要标志。模具是工业生产的基础工艺装备，被称为“工业之母”。75％的粗加工工业产品零件、50％的精加工零件由模具成型，绝大部分塑料制品也由模具成型。 [0003]热作模具钢主要用于制造从加热到再结晶温度以上的固态金属或高温液态金属压制成型的模具。对于H13模具钢，国内普遍采用模铸生产，材料偏析严重，钢锭成材率低， 而且生产周期长，不能实现连续生产，这些不利因素极大地提高了H13模具钢的生产成本， 不利于H13模具钢的推广应用。

发明内容

[0004]本发明的目的在于针对现有的技术不足开发出了一种高洁净度的H13模具钢及其生产方法。

[0005]本发明的技术方案如下：

[0006]本发明提供的H13 模具钢，其化学成分组成按重量百分比为：在G B/ T1299中4Cr5MoSiV1的基础上，C含量控制在0 .32wt％～0 .45wt％ ，Si含量控制在0 .80wt％～1 .20wt％，Mn含量控制在0 .20wt％～0 .50wt％，Cr控制在4 .75wt％～5 .50wt％，Mo含量控制在1 .10wt％～1 .75wt％，V含量控制在0 .80wt％～1 .20wt％，Cu≤0 .25wt％，Ni≤0 .25wt％，使钢中Mo 、N b、Ti的含量满足2 .726C+ 0 .183 Si≤Mo+ Nb+ Ti≤3 .283C+ 0 .179Si ，O ≤ 0 .0012wt％ ，N≤0 .0060wt％ ，P≤0 .012wt％ 、S≤0 .005wt％ 、Pb≤0 .005wt％ 、Sn≤0 .010wt％、As≤0 .010wt％、Sb≤0 .005wt％、Bi≤0 .005wt％，其余为Fe和不可避免杂质。 [0007]本发明限定2 .726C+0 .183Si≤Mo+Nb+Ti≤3 .283C+0 .179Si，其作用是为了把钢中的Mo、Nb、Ti元素的含量控制在相对稳定状态，可以细化晶粒、稳定钢材的冲击韧性，有利于缩小钢材横向、纵向无缺口冲击功的差值。

[0008]根据本发明所述的H13模具钢，其中，钢中A类夹杂物≤1 .0级，B类夹杂物≤1 .0级， C类夹杂物≤0 .5级，D类夹杂物≤0 .5级，Ds类≤0 .5级，且A+B+D≤2 .0级；圆钢低倍组织一般疏松≤1 .0级、中心疏松≤1 .5级、一般偏析≤1 .0级、中心偏析≤0 .5级，圆钢横截面上碳偏析指数控制在0 .95～1 .08，碳极差≤0 .04wt％。

[0009] 本发明H13模具钢的化学成设计原理如下：

[0010] 五害元素：钢中残余铅极微，因绝大部分铅在冶炼过程中以蒸汽逸出钢液。由于铅和铁不生成固熔体，一般它是以微小的球状形态而存在于钢中，易发生偏析，对钢的性质有一定不良影响，铅能使钢的塑性略有降低，使钢的冲击值有较大降低。本发明控制钢中铅含量≤0 .005％。

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[0011]锡可大大降低钢及合金的高温机械性能，对钢的加工性能也十分有害。本发明控制钢中锡含量≤0 .005％。

[0012]砷在钢中常以Fe2As、Fe3As2、FeAs及固溶体形式存在，易发生偏析现象，砷与磷，锑同族，对钢性能影响有类似之处。本发明控制钢中砷含量≤0 .010％。

[0013]锑对钢的性质有恶劣影响，一般使钢的强度降低，脆性增加。本发明控制钢中锑含量≤0 .005％。

[0014]铋在钢中易偏析于晶间、相间，它的存在因而引起钢的脆性，影响钢的高温强度。本发明控制钢中铋含量≤0 .005％。

[0015]硫使模具钢产生热脆性，降低模具钢的延展性和韧性，还会增加模具钢的各项异性。本发明控制钢中硫含量≤0 .005％。

[0016]磷在钢中也是有害元素，磷元素会增加模具钢的冷脆性，使模具钢的性能变坏，由于H13钢中的合金含量高，本发明控制钢中磷含量≤0 .012％。

[0017]保证模具钢的接触疲劳性能，延长其使用寿命，需要将钢中的氧含量、夹杂物控制在比较低的水平。

[0018]本发明海提供了上述的H13模具钢的生产方法，包括以下步骤：

[0019](1) 初炼炉采用电炉冶炼，入炉铁水比控制在50wt％～70wt％ ，电炉终点磷≤ 0 .005wt％，终点碳0 .07wt％～0 .10wt％；[0020]LF精炼渣量控制在14～17kg/吨钢，精炼渣碱度控制在5～7，精炼时间控制在50～ 70min；[0021]钢水使用VD进行真空脱气处理，真空处理时间22～30min；[0022](2)使用弧形连铸机对钢水进行浇铸，在连铸过程中，钢水过热度控制在10～25℃，拉速控制在0 .23±0 .01m/min，铸坯下线后直接进行退火处理，退火温度730～780℃，保温4～6小时后，随炉冷却至400℃可以出炉；[0023](3)轧制完成后先进入缓冷坑缓冷48～72小时，然后再进行退火，退火时升温速度为50～60℃/h，退火温度为780±10℃，保温3～5小时，冷却速度≤50℃/h，出炉温度≤450℃，制得H13模具钢。

[0024] 根据本发明所述的生产方法，其中优选地，步骤(1)LF精炼时，使用电石、增碳剂和碳化硅进行扩散脱氧，碳化硅用量控制在0 .3～0 .5kg/吨钢。电石和增碳剂的量需要根据精炼渣的氧化程度进行调整，使用的增碳剂可以是本领域公知的任意增碳剂，例如煅煤增碳剂。

[0025] 根据本发明所述的生产方法，其中优选地，步骤(1)真空脱气时，破空后钢中氢≤ 1 .5ppm、氧≤10ppm，钢水的软吹时间20～35min。

[0026]   根据本发明所述的生产方法，其中优选地，步骤(2)浇铸断面为Φ500～650mm；进一步优选地，步骤(2)可以使用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌保证铸坯均匀性。其中，作为选择地，结晶器电磁搅拌的频率为1 .2～1 .5Hz、电流为260～300A，末端电磁搅拌的频率为6～7Hz、电流为100～125A。

[0027] 根据本发明所述的生产方法，其中优选地，铸坯轧制前需要加热11～14小时，其中高温扩散时间为2～4小时，铸坯的均热温度为1200～1270℃，其中单支铸坯的允许温差≤30℃。

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[0028]铸坯开轧温度控制在1120～1220℃，Φ500mm规格铸坯更大可以轧制Φ150mm规格圆钢，终轧温度≥1000℃。

[0029]根据本发明所述的生产方法，其中优选地，步骤(3)轧制的模具钢为Φ120mm～Φ 160mm规格的圆钢。

[0030]与现有技术先比，本发明的优点在于：

[0031](1)严格控制钢中的磷、硫、铅、硒、砷、锑、铋等有害元素的含量，通过合理的精炼工艺，降低钢中夹杂物含量，保证模具钢具有良好的洁净度。

[0032](2)采用连铸工艺，实现大断面H13模具钢的连续生产，成材率大大提高，降低生产成本。

[0033](3)采用大压缩比轧制，轧材压缩比≥15，H13轧材内部组织致密，可以满足用户直接使用的要求。

[0034](4)通过合理的电磁搅拌工艺和大压缩比轧制工艺，圆钢的成分和组织均匀稳定， 钢材性能优异，圆钢经过用户锻造后，钢材的横向和纵向无缺口冲击均≥280J，且横向、纵向无缺口冲击功之比>0 .8。

附图说明

[0035]图1是本发明实施例中对H13轧材碳偏析取样位置。

具体实施方式

[0036]下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

[0037]实施例1

[0038]采用100吨电炉进行初炼，采用优质自循环废钢，兑加铁水84 .9吨，占比69 .19％， 铁水中砷含量为0 .010％，电炉冶炼55min，供电10min，终点碳0 .08％，终点磷0 .0048％，出钢温度1638℃。电炉出钢115吨，出钢过程中加入石灰500kg，脱氧促进剂400kg，按照成分下线配入合金。钢水达到精炼工位后，送电过程共加入470kg石灰和290kg调渣剂，使用电石、增碳剂和碳化硅进行扩散脱氧，使用碳化硅50kg，扩散脱氧完成后按照成分中线配入合金，钢水精炼周期65min。钢水进入VD工位前进行扒渣，扒除1/3渣量，真空处理25min，67Pa以下保持12min，钢水破空后取样，软吹22min后测温1532℃。本实施例中H13模具钢的化学成分组成见表1，五害元素见表2。

[0039]表1成品样分析结果

[0040]

CSiMnCrPSMoVNiTiNbCuAlt

0 .400 .920 .455 .050 .0120 .0031 .370 .970 .020 .0100 .0060 .020 .024[0041]表2五害元素分析结果

[0042]

AsSnPbSbBiAs+Sn+Pb+Sb+Bi

0 .00780 .00580 .00020 .00060 .00170 .016

[0043]将钢水吊运至连铸工位进行浇铸，浇铸Φ500mm断面，中间包钢水温度1495-1501说明书4/6 页

℃，拉速0 .35m/min，结晶器电磁搅拌电流为260A，频率为1 .2Hz，末端电磁搅拌电流为100A，频率为6 .0Hz，铸坯定尺6m，下线后直接进行退火处理。钢坯加热至750-780℃保温5小时，然后随炉冷却，72小时后，测得铸坯表面温度383℃，将铸坯从退火炉内吊出。

[0044]铸坯退完火后，转运至轧钢车间进行加热、轧制，铸坯加热11～12小时，均热段温度为1250～1270℃，均热段时间2小时40分钟。

[0045]   轧制规格为Φ130mm，铸坯开轧温度为1120～1283℃，终轧温度为1023～1052℃轧材在线取样进行性能检验，轧制完毕后，轧材线进入缓冷坑缓冷48h，出坑温度为135℃。轧材出坑后进行退火，退火时升温速度为50℃/h，退火温度为780～790℃，保温3 .5小时，冷却速度40℃/h，出炉温度440℃，钢材出炉后进行精整。

[0046]  表3给出了钢材的气体含量检验结果，表4给出了钢材的低倍检验结果，表5给出了钢材的非金属夹杂物检验结果。检验结果表明钢材的气体含量低、低倍组织致密和非金属夹杂物控制良好，满足用户及标准要求。

[0047] 表3气体检验结果/ppm

[0048]

ON

1256

[0049] 表4钢材低倍检验结果

[0050]

规格一般疏松中心疏松一般偏析中心偏析

φ130mm0 .51 .00 .50

[0051] 表5非金属夹杂物

[0052]

[0053] 对该炉次的轧材进行13点碳偏析检验，具体取样方法见图1。其对应的数值见下表6。偏析结果表明，在轧材的横截面上碳极差为0 .035wt％，偏析指数为0 .97-1 .05，在钢材横截面上碳元素分布较为均匀。

[0054] 表6轧材偏析检验结果

[0055]

[0056] 钢材发往用户使用后，经过加热、锻造，从锻造好的钢材上取样检验横向、纵向无缺口冲击功，横向冲击功293J，纵向冲击功323J，横向、纵向无缺口冲击功之比为0 .90。满足了用户的使用要求。

[0057]实施例2

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[0058]使用100电炉进行冶炼，加入废钢40 .7吨，兑入铁水79 .7吨，铁水比66 .42％，电炉冶炼65min，送电13min，终点碳，终点磷，出钢温度1641℃，电炉出钢量117 .5吨。出钢过程中随钢流加入石灰900kg，脱氧促进剂250kg，按照成分下限配入合金。钢水达到精炼工位后，送电，根据炉渣流动性，补充石灰200kg，调渣剂450kg，使用增碳剂、碳化硅进行扩散脱氧，使用碳化硅55kg，扩散脱氧完成后，按照成分中线配入合金，总精炼周期55min。钢水精炼完成后进行真空脱气，真空处理22min，真空度≤67Pa保持时间14min，破空后，取样分析钢水成分，钢水软吹30min后，测温1535℃，将钢水吊运至连铸进行浇注。表7和表8分别给出了VD炉取样的常规化学成分和无害元素的检验结果。

[0059]表7化学成分检验结果

[0060]

CSiMnCrPSMoVNiTiNbCuAlt

0 .380 .900 .425 .040 .0150 .0031 .360 .970 .040 .0100 .010 .050 .016[0061]表8无害元素检验结果

[0062]

AsSnPbSbBiAs+Sn+Pb+Sb+Bi

0 .00750 .00360 .00120 .00490 .00050 .0178

[0063] 将钢水吊运至连铸工序进行浇铸，浇铸断面Φ650mm ，中间包钢水温度控制在1498-1504℃，拉速0 .25m/min，结晶器电磁搅拌电流为300A，频率为1 .5Hz，末端电磁搅拌电流为125A，频率为7 .0Hz。铸坯定尺5 .72m，铸坯下线后直接进行退火处理。铸坯在730～760℃保温6小时，然后随炉冷却，冷却72小时后，测得铸坯表面温度379℃，将铸坯从退火炉内吊出，准备轧制。

[0064]铸坯退火完毕后转运至轧钢车间加热13 .6～14小时，铸坯均热温度为1220～1250℃，铸坯均热时间为3 .5～4小时。加热完成后开始轧制，轧制规格为Φ160mm，开轧温度为 1190～1220℃，终轧温度为1034～1052℃，钢材在线取样进行性能检验，轧制完毕后，轧材进入缓冷坑缓冷52小时后，测得轧材表面温度156℃，将轧材吊出缓冷坑，进行退火处理，退火炉内的升温速度为60℃/h，升温至780～790℃后保温4 .5小时，然后通过调节烟道通风量将炉内冷却速度控制40℃/h，钢材出炉温度为400℃，退火完成后对钢材进行精整修磨。 [0065]表9给出了钢材的气体含量检验结果，表10给出了钢材的低倍检验结果，表11给出了钢材的非金属夹杂物检验结果。检验结果表明钢材的气体含量低、低倍组织致密和非金属夹杂物控制良好，满足用户及标准要求。

[0066]表9气体检验结果/ppm

[0067]

ON

1051

[0068]表10钢材低倍检验结果

[0069]

规格一般疏松中心疏松一般偏析中心偏析

φ160mm0 .51 .00 .50

[0070]表11非金属夹杂物

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[0071]

[0072]

[0073] 对该炉次的轧材进行13点碳偏析检验，具体取样方法见图1。其对应的数值见下表11。偏析结果表明，在轧材的横截面上碳极差为0 .037wt％，偏析指数为0 .97-1 .06，在钢材横截面上碳元素分布较为均匀。

[0074] 表6轧材偏析检验结果

[0075]

[0076]钢材发往用户使用后，经过加热、锻造，从锻造好的钢材上取样检验横向、纵向无缺口冲击功，横向冲击功282J，纵向冲击功326J，横向、纵向无缺口冲击功之比为0 .86。 [0077]更后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

说明书附图1/1 页

图1