一种截面方向硬度均匀的低成本塑料模具钢及其生产方法转让专利
申请号 : CN202110734040.9
文献号 : CN113388789B
文献日 : 2022-02-01
发明人 : 习天辉 , 卜勇 , 张开广 , 杜涛 , 杨治争 , 张欢 , 王宪军
申请人 : 宝武集团鄂城钢铁有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种截面方向硬度均匀的低成本塑料模具钢,其特征在于所述模具钢包含下述质量分数的化学成分:C:0.40~0.50%、Si:0.70~1.00%、Mn:1.60~2.00%、P≤0.015%、S≤
0.005%、Cr:0.80~1.00%、Als:0.010~0.050%、Ti:0.010~0.030%、B:0.0010~0.0020%,N:
0.0030~0.0080%,余量为Fe及不可避免的杂质;同时上述化学成分还必须满足公式:B=-
0.001507+0.0455Als+0.0318Ti+0.171N;
所述的一种截面方向硬度均匀的低成本塑料模具钢的生产方法,包括:铁水脱硫、转炉冶炼、真空处理、连铸、铸坯加热、轧制、钢板轧后堆垛缓冷、回火热处理,具体是:(1)真空处理:真空度80~50bar,真空处理时间不小于15min;进行Ti处理后、真空处理结束前3~5min时加入B;
(2)连铸:钢水过热度17~25℃,且采用氩封保护浇铸;连铸坯热送热装或入缓冷坑缓冷后送加热炉,热送热装入炉温度≥420℃;入缓冷坑则要求缓冷72h以上,铸坯温度≤200℃;
(3)铸坯加热:控制铸坯加热温度在1170~1230℃,保温时间为20~35min;
(4)钢板轧后堆垛缓冷:对于厚度≥40mm钢板,入堆温度540~620℃,垛位下部铺垫和上部覆盖温度不小于500℃的刚下线厚度≥50mmQ355钢板,以缓慢冷却,150℃以下扒堆;
(5)回火热处理:回火温度600~650℃,保温时间1.5~3.0min/mm。
2.根据权利要求1所述的一种截面方向硬度均匀的低成本塑料模具钢,其特征在于:所述塑料模具钢的厚度为10~100mm,洛氏硬度HRC28~33,最大截面硬度差≤4HRC,模具钢的金相组织为回火马氏体+回火屈氏体。
3.根据权利要求1所述的一种截面方向硬度均匀的低成本塑料模具钢,其特征在于:连铸时控制钢水过热度17~21℃。
说明书 :
一种截面方向硬度均匀的低成本塑料模具钢及其生产方法
技术领域
背景技术
械、电子通信、兵器、家用电器、五金工具、日用品等工业领域必不可少的工艺装备。其产业
关联度高,是制造业各有关行业产业升级和技术进步的重要保障之一,模具制造水平已经
成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志,也是一个国家的工业产品保持国际竞争力
的重要保证之一。
模具钢和塑料模具钢,其中的塑料模具钢占整个模具钢份额的70%以上,成为钢厂市场争夺
的焦点之一。由于塑料模具的型腔复杂、尺寸精度和表面粗糙度等要求严格,而且正在向大
型化、精密化发展,所以塑料模具钢应具备优异的切削加工性、镜面抛磨性、花纹蚀刻性;大
截面模块硬度沿截面分布均匀,并且耐磨性、电火花加工性、焊接性、耐塑料制品腐蚀性等
基本性能均应良好,这些性能要求的冶金学实质就是塑料模具钢淬透性要高,沿截面方向
组织要均匀。
产方法的报道。
~0.040%Als,还对C+Mn+Cr‑Cr/C‑C/Cr 作出了限定,热轧后采用正火+回火热处理,钢材的
性能达到了HRC 28~33。该申请对C+Mn+Cr‑Cr/C‑C/Cr 作出限定,增加了生产控制难度,降
低了合格率;采用两次热处理,占用了热处理产能,还增加了生产成本。
Mo、0.025~0.040%Als,限定了(C+Si)/(Mn+Cr)的比值,通过常规的两阶段热轧,空冷至室
温后回火,得到钢材的性能为HRC 28~38。该申请添加了贵重金属Mo,增加了生产成本;对
(C+Si)/(Mn+Cr)进行限定,增加了生产控制难度,降低了合格率。
Cr、0.10~0.20%Mo、0.001~0.0012%B,采用钢包炉LF和真空RH炉外精炼,铸坯开轧温1080
~1150℃,终轧温度840~910℃、开冷温度750~800℃、返红温度500~550℃,水冷到室温
后在450‑600℃回火,保温时间1.5‑2.5min/mm ,制得的钢材性能为HRC 28~33,最大截面
硬度差5HRC。该申请不足之处在于需要添加贵重金属Mo,增加了生产成本;采用LF和RH炉外
精炼,延长了生产时间,也增加了生产成本;对0.40~0.50%C的钢板进行轧后喷水冷却直到
室温,增加了钢板开裂的风险。
1.20~1.70%Cr、≤0.20%Mo、≤0.0025%B、≤0.03%Ti、≤0.03%Nb,采用LF和RH炉外精炼;铸
坯加热温度1200~1230℃,精轧温度900~950℃、终轧温度870~920℃,得到钢板的厚度范
围20~80mm;轧后控制冷却,根据钢板厚度,实施不同强度的冷却,冷却速度控制在3~8℃/
s,返红温度小于500℃,空冷至250℃下线并堆冷;回火温度550~600℃,保温时间250~
280min;所得钢板截面硬度310~340HB。该申请不足之处在于采用LF和RH炉外精炼,延长了
生产时间,也增加了生产成本;需要热送温装铸坯,增加了生产组织难度;对0.32~0.40%C
的钢板进行轧后喷水冷却至返红温度小于500℃,增加了钢板开裂的风险。
1.40~1.70%Cr、0.30~0.50%Mo、≤0.03%Ti、≤0.002%B,采用两阶段控制轧制,轧后下线温
度250℃以下,堆垛冷却24h后在550~580℃回火,得到60~120mm截面硬度均匀的塑料模具
钢厚板,所得钢板截面硬度33~35HRC,同截面硬度相差2HRC。该申请不足之处在于需要添
加贵重金属Mo,增加了生产成本;热送热装铸坯入炉加热时间为6h,增加在炉生产时间,增
加了燃料及工序成本,还占用了产能;就性能而言,该案给出的是同截面硬度相差2HRC,与
截面方向的硬度均匀性还不是同一个概念。
0.50%Si、1.40~1.60%Mn、1.50~2.00%Cr、0.07~0.18%Mo、≤0.25%Cu的塑料模具钢,采用
LF、RH炉外精炼,轧制过程中的终轧温度不低于950℃,轧后空冷,回火560‑600℃,得到全截
面贝氏体组织,钢板硬度HRC 29~35,硬度同板差不大于4HRC。该文献不足之处在于需要添
加贵重金属Mo,增加了生产成本;采用LF和RH炉外精炼,延长了生产时间,也增加了生产成
本。公开出版物“空冷经济型P20塑料模具钢的热处理工艺与硬度研究”(张轶林.空冷经济
型P20塑料模具钢的热处理工艺与硬度研究[J].南方金属,2013(194),10:18‑20.)虽然是
一个中试方案,但需要添加贵重金属Mo,将会增加生产成本。
冷却等技术措施入手,获得所需性能的钢板。
发明内容
性、耐塑料制品腐蚀性等基本性能均应良好,这些性能要求的冶金学实质就是塑料模具钢
淬透性要高,沿截面方向组织要均匀,在保证这两点的前提下,再降低生产成本,以提高市
场竞争力,而提供一种截面方向硬度均匀的低成本塑料模具钢及其生产方法。本发明的目
的就是在不添加贵重金属元素的基础上,再通过轧后堆垛冷却加回火的生产工艺路径,低
成本地生产塑料模具钢。
0.005%、Cr:0.80~1.00%、Als:0.010~0.050%、Ti:0.010~0.030%、B:0.0010~0.0020%,N:
0.0030~0.0080%,余量为Fe及不可避免的杂质;同时上述化学成分还必须满足公式:B=-
0.001507+0.0455Als+0.0318Ti+0.171N。
200℃;
堆;
0.40%;若C含量超过0.50%,钢板的硬度会超标。因此,本发明钢的C含量确定为0.40~
0.50%。
纹的风险,给生产组织带来较大不便,所以Si含量上限是1.00%。
上形成FeS薄膜,消除钢的热脆性,所以Mn含量下限为1.60%;但Mn含量过高时,会降低铸坯
的流动性,导致产生缩孔、气泡等内部质量缺陷,所以Mn含量上限为2.00%。
物以提高钢材的强度。但太高的Cr和Mn同时加入钢中,在轧钢过程中易形成表面裂纹,因此
Cr含量限定为0.80~1.00%。
高,作为氢陷阱,从而诱发此处发生晶界开裂,所以B含量上限限定为0.0020%。
在钢中只有以单质形式存在,才能发挥B强烈提高钢的淬透性的作用,因此,限定Als、Ti、N
与B含量之间的关系,保证B在钢中是以单质形式存在,才能有效地发挥B提高钢的淬透性的
作用。
面模块需要沿截面的硬度分布均匀,也就是对塑料模具的内在质量要求严格,这就要求在
冶炼工序需进行真空处理,为保证充分去除钢水中的气体,获得高纯净度的钢水,真空处理
时间应≥15min,真空处理过程中进行Ti处理后、真空处理结束前3~5min时加入B,通过真
空循环,B元素以单质形式均匀分布在钢水中。
析,获得均质化的铸坯,为获得沿截面分布均匀的硬度性能奠定基础。
在常规空冷过程中易产生裂纹,甚至发生断坯事故。如铸坯热送热装,入炉温度应≥420℃,
因为本发明钢在≤400℃就发生贝氏体相变,热应力和相变组织应力的叠加,易导致铸坯断
裂。如铸坯入缓冷坑,则需缓冷72h以上,铸坯温度低于200℃,此时已完全完成了组织转变,
可出缓冷坑入加热炉。
造条件,又要防止高温奥氏体过分长大产生不良组织而恶化发明钢的性能。
织应力叠加带来钢板产生裂纹,甚至断裂的风险;钢板轧后堆垛缓冷,还省去了塑料模具钢
通常采用的正火+回火工艺路径中的正火,既节省了正火热处理的工艺成本,还为热处理产
线节省了产能,可以多生产其它高附加值的热处理产品而间接创效。为达到堆垛后缓慢冷
却的目的,对于厚度≥40mm钢板,入堆温度540~620℃,垛位下部铺垫和上部覆盖温度不小
于500℃的刚下线≥50mm厚Q355钢板,以缓慢冷却,150℃以下扒堆。
3.0min/mm,本发明塑料模具钢的洛氏硬度HRC28~33,最大截面硬度差≤4HRC。
间,降低了生产成本;对轧制工艺无须限制,适合大生产操作;钢板轧后堆垛缓冷,避免了钢
板因冷却速度快形成马氏体组织而大大缩小后续回火热处理的工艺窗口,导致硬度超标,
而且还避免了由于热应力和组织应力叠加带来钢板产生裂纹甚至断裂的风险;钢板轧后堆
垛缓冷而不需要正火热处理,既节省了一道正火热处理的工艺成本,节省的产能还可以多
生产其它高附加值的热处理产品而间接创效;本发明塑料模具钢的洛氏硬度HRC28~33,最
大截面硬度差≤4HRC,组织稳定,沿截面的硬度分布均匀,适合制作对尺寸精度和表面粗糙
度等要求严格且型腔复杂的塑料模具。
附图说明
具体实施方式
制本发明。
S≤0.005%、Cr:0.80~1.00%、Als:0.010~0.050%、Ti:0.010~0.030%、B:0.0010~
0.0020%,N:0.0030~0.0080%,余量为Fe及不可避免的杂质;同时上述化学成分还必须满足
公式:B=-0.001507+0.0455Als+0.0318Ti+0.171N。
其中:
200℃;
堆;
试验标准测得的三个HRC值,彼此之间相差很小。实施例1的三个HRC值中,最大值与最小值
之间的差值仅为0.5HRC,实施例5的三个HRC值中,最大值与最小值之间的差值为3.3HRC。同
样地,就5个实施例的心部硬度而言,实施例1的三个HRC值中,最大值与最小值之间的差值
为1.3HRC,实施例3的三个HRC值中,最大值与最小值之间的差值为1.7HRC。
性、电火花加工性、焊接性、耐塑料制品腐蚀性等基本性能均应良好,这些性能要求的冶金
学实质就是塑料模具钢淬透性要高,沿截面方向组织稳定,硬度分布均匀,其评价指标就是
最大截面硬度差HRC。从表4中可以看出,实施例1的表面硬度与心部硬度的最大截面硬度差
是最大的,达到3.9HRC,实施例2的表面硬度与心部硬度的最大截面硬度差最小,为2.9HRC。
本发明塑料模具钢的洛氏硬度HRC28~33,最大截面硬度差≤4HRC,组织稳定,沿截面的硬
度分布均匀,适合制作对尺寸精度和表面粗糙度等要求严格且型腔复杂的塑料模具。
的改变,均应认为落入本发明权利要求的保护范围。本发明不局限于上述具体的实施实例。