具体实施方式

本发明创新目的在于实现热作模具钢中厚板高效率、高质量、高材料利用率批量化生产，填补热作模具钢中厚板制造方法及市场空白。

1、生产工艺流程设计：

电转炉冶炼+LF钢包精炼+VD真空脱气—浇铸扁锭—红送初轧机开坯工序—钢锭红装—初轧机轧制开坯—坯料红送、红装—坯料高效均质化加热—高压水除鳞、开轧温度控制—中厚板轧机轧制成材—钢板喷雾冷却+空冷—电罩式炉氮基保护气氛退火。

2、生产工艺技术设计思路

2.1、钢锭、中间坯红采用送、红装（钢锭、中间坯≥700℃）技术，取消了钢锭、中间坯退火工序，缩短中厚板生产周期，降低能耗。

2.2、中间坯采用高效均质化加热（1290-1310℃保温5-10h）工艺，代替钢锭均质化（1240-1260℃保温25-30小时），改善中厚板枝晶偏析、液析，实现中厚板的均质化。

热作模具钢H13钢锭在凝固过程中，会形成粗大柱状晶、严重的枝晶偏析以及一次碳化物（液析也称亚共晶碳化物）。通常采用钢锭高温扩散（1240-1260℃保温25-30小时）来达到均质化效果，但所需保温时间较长。

钢锭加热轧制成中间坯，原来发达的柱状晶、亚共晶碳化物(液析 )得到较大程度破碎、枝晶间距缩小，如果对中间坯高温扩散均质化，合金元素均质化扩散所需的距离大幅缩小，可以缩短高温扩散均质化保温时间。因此中间坯采用较高温度、短时间加热均质化具有可行性。图1为不同均质化温度对H13中间坯的液析（亚共晶碳化物）及退火组织影响。

3、钢板控轧控冷均细化技术：

钢板控制轧制技术：经高效高温扩散加热的中间坯出炉后，采用高压水除鳞，并利用高压水快速将中间坯冷却到开轧温度范围（1130-1180℃），2300mm二辊轧机将坯料展宽至所要求宽度（1100-2100mm），然后纵轧。厚度40mm以上钢板在2300mm二辊轧机直接轧制成材，终轧温度≥900℃。厚度小于40mm以下钢板，二辊轧机轧到到60mm厚，送2300mm四辊万能轧机轧制成材，万能轧机开轧温度≥950℃，终轧温度≥850℃。

钢板控制冷却技术： H13终轧后的中厚板，如果在较高的终轧温度下堆冷、缓冷会使晶粒长大和晶界上析出二次碳化物而形成网状、链状碳化物，从而影响钢板组织均匀性及模具使用寿命。本技术通过对终轧后的钢板进行“喷水雾以10-28℃/min冷却速度快冷到400-500℃，然后空冷到150-210℃”控冷技术来抑制钢板冷却过程碳化物析出和晶粒长大现象，实现钢板组织、晶粒度的均细化控制。

4、电罩式炉氮基保护气氛退火工艺

H13钢Si元素含量较高，氧化脱碳倾向严重。采用常规退火工艺，氧化脱碳层厚度一般在1.2-3mm，钢板表面氧化皮厚度在1.0mm以上，钢板单边机加工余量达3-5mm，影响材料利用率。

本发明采用电罩式炉氮基保护气氛退火工艺，减轻退火过程钢板氧化脱碳现象，从而可减少模具加工的加工余量，提高中厚板材料利用率。

把控轧控冷后的钢板及时装入电罩式炉退火，退火全程采用氮基气氛保护，可控氮基气氛流量控制在20-30m³/h；升温速度15-30℃/h；升温到780-810℃保温时15-18小时后，吊开外罩，内罩保持氮基气氛保护钢板冷却到300℃，然后吊开内罩。最后钢板空冷到室温。

生产工艺流程：

炼钢厂80吨电转炉+LF钢包精炼+VD真空脱气→浇注7.2吨扁锭→红送初轧工序→红装加热→1000mm初轧机开坯→红送中板厂→中板厂均质化加热→2300mm中厚板轧机轧制→控轧、控冷→电罩式炉氮基保护气氛退火。

1.冶炼。

2.初轧机开坯：钢锭脱模后钢锭表面温度750-870℃，入加热炉后随炉升温到1200-1250℃均热保温3-5小时；开轧温度：1180-1200℃，终轧温度900-1010℃；中间坯红转中板厂。

3.中间坯均质化加热方法，对厚200-300×宽1000×长2150mm中间坯红坯（坯温700-800℃）以≥120℃加热速度升温到1290-1310℃，在此温度区间保温5-9小时，可以消除液析，改善组织均匀性。

4.中厚板控轧技术：中间坯出炉后采用高压水反复除鳞，并使中间坯温度快速降低到1130-1180℃开始轧制，⑵采取展宽纵轧得到要求中厚板规格（厚20-100×宽1100-2100×长Lmm）。钢板终轧温度控制在850℃以上。

5.中厚板控冷均细化技术：中厚板以喷水雾以10-28℃/min速度快速冷却到400-500℃，然后空冷到150-210℃。本技术可以抑制钢板冷却过程碳化物析出和晶粒长大现象，杜绝网状、链状碳化物形成，实现钢板显微组织、晶粒度的均细化控制。

6.电罩式炉氮基保护气氛退火工艺：

中厚板采用电罩炉氮基保护气氛退火：

⑴钢板装炉后扣内罩、外罩并砂封，通氮气冷吹30分排出内罩里和内外罩之间的空气，然后内罩改送可控氮基气氛。可控氮基气氛流量控制在20-30m³/h。当内罩排出气体成分氧含量≤0.1%时，开始送电升温。

(2）升温速度15-30℃/h，温度到780-810℃保温15-18小时后，吊开外罩空冷，内罩里钢板在氮基保护气氛中冷却到200-300℃，吊开内罩使钢板空冷到室温。

7. 压平机矫直：采用液压矫平机对退火后的钢板进行矫直，保证板面平直度达到≤1mm/m。

实施例

1、冶炼：采用“80电转炉+LF+VD”冶炼H13钢、浇铸10支7.2吨扁锭；扁锭红送初轧工序。

表1 H13熔炼成品化学成分（质量百分比%）

2、1000mm初轧机开坯：钢锭脱模后钢锭表面温度780℃，入加热炉后随炉升温到1250℃均热保温3小时。

开轧温度：1195℃，终轧温度960℃。中间坯轧制规格：230×1050×2150mm，中间坯红转中板厂。

3、中板厂中间坯高效均质化加热：中间坯装入炉温为800℃室式加热炉，坯料入炉温度780℃。以120℃/h速度升温至1300℃保温5小时后，出炉。

4、 2300mm中厚板轧机轧制：

⑴出加热炉的钢坯经高压水反复除鳞，保证除净氧化皮，并使中间坯快速冷却至开轧温度1160℃。

⑵二辊轧机坯料展宽至1600mm，然后纵轧。

①二辊轧机直接轧制成80、75、70、65、60、55、50、45、40mm厚度钢板，终轧温度控制在930℃。

②二辊轧机轧到60mm厚，送四辊万能轧机，开轧温度950℃，轧制成35、30、25、20mm厚度钢板，终轧温度860℃。

5、四辊矫直机热钢板校直

钢板经矫直机反复矫直，保证钢板不平度≤5mm/m。

6、钢板控制冷却：

矫直后的钢板到达冷床后，喷水雾以18℃/min快速冷却到450℃然后进行空冷；钢板空冷到180℃，吊装钢板入电罩式炉进行退火。

7、电罩式炉氮基保护气氛退火

⑴扣内罩，砂封，扣外罩后，通氮气冷吹30分排出内罩里和内外罩之间的空气。内罩改送可控氮基气氛，可控氮基气氛流量控制在25m³/h。

(2）内罩排出气体成分氧含量0.1%，开始送电升温。升温速度25℃/h，温度到800℃保温18小时后，停电并吊开外罩空冷，钢板空冷到300℃时，停吹氮基保护气氛，吊开内罩，钢板空冷到室温。

8、压平机矫直

采用2500吨液压矫平机对退火后的钢板进行矫直，保证板面平直度达到≤1mm/m。

9、实施效果对比：

表2实施效果

采用上述方法生产热作模具钢中厚板具有生产周期短、能耗低的特点，热作模具钢中厚板退火组织均匀化、晶粒超细化、氧化及脱碳程度小、材料利用率高。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明所保护范围的结构特征并不限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围内。