CN105274448A - 一种高抛光预硬化塑胶模具钢及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高抛光预硬化塑胶模具钢及其制造工艺，属合金钢制造工艺技术领域，这种高抛光预硬化塑胶模具钢基体由下述质量百分比的组分组成：C0.10%~0.30%，Si0.00%~0.30%，Mn0.50%~1.50%，Cr0.50%~1.00%，W0.20%~1.00%，Mo0.40%~1.00%，V0.00%~0.10%，P0.00%~0.025%，S0.00%~0.005%，B0.002%~0.005%，Ni0.60%~1.50%，Nb0.00%~0.15%，其余为Fe，本发明模具钢的制备工艺如下：配料，冶炼，浇涛，热送，高温扩撒热热处理，然后多向锻造热加工，锻后细晶正火及扩氢退火处理，最后进行淬火及回火热处理，获得硬度38～42HRC的回火马氏体组织。本发明钢具有低成本、高的淬透性、高硬度、高抛光性能和皮纹蚀刻性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种模具钢及其制造工艺，具体涉及一种高抛光预硬化塑胶模具钢及其制造工艺，该模具钢充分利用Cr-Mo-W-V-Ni多合金元素的合金化作用特点，保证钢较高的硬度均匀性及抛光性能，适用于制造极高表面要求的塑料模具，如汽车车灯、后视镜、灯具、内饰件、电视机外壳，手机通信等电器件，属合金钢技术领域。
背景技术
随着我国制造业的迅速发展，对模具的用量越来越大，对模具材料的性能要求也越来越高。在汽车制造业、家电、电子通信等的生产均用到模具。这些模具要求要有高的抛光性能和加工性能，目前使用的大多是日本大同NAK80钢或1.2343钢等材料来制造这些模具。但是NAK80钢或1.2343钢材价格较高，这将大大增加这些汽车产品的制造成本。特别是2012年以来的全球经济底迷环境下，节约资源和降低成本是汽车制造业的一大瓶颈。
本发明就是在这样的国际国内环境下，开发出来的低成本高抛光预硬化塑胶模具钢，以代替进口的NAK80钢或1.2343模具钢。本发明钢种的合金化特点是在718的基础上降低碳和铬含量、提高Mo的含量和添加一定量的W合金元素。本发明钢种由于较低的碳含量而提高了钢的硬度均匀性，较高含量的Mo和W元素，而具有较高的淬透性和淬硬性，微合金Nb的加入能有效细化钢的晶粒和成分均匀性，使预硬化的钢具有较高的硬度均匀性，从而得到较高的抛光性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低成本超大截面贝氏体高抛光预硬化塑胶模具钢及其制造工艺。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种高抛光预硬化塑胶模具钢，其创新点于：模具钢基体由下述质量百分比的组分组成：
C0.10%~0.30%；Si0.00%~0.30%；
Mn0.50%~1.50%；Cr0.50%~1.00%；
W0.20%~1.00%；Mo0.40%~1.00%；
V0.00%~0.10%；P0.00%~0.025%；
S0.00%~0.005%；B0.002%~0.005%；Ni0.60%~1.50%；
Nb0.00%~0.15%；其余为Fe。
所述一种高抛光预硬化塑胶模具钢的热处理工艺具有以下步骤：
步骤A.冶炼：按高抛光预硬化塑胶模具钢基体由下述质量百分比组分的组成：C0.10%~0.30%；Si0.00%~0.30%；Mn0.50%~1.50%；Cr0.50%~1.00%；W0.20%~1.00%；Mo0.40%~1.00%；V0.00%~0.10%；P0.00%~0.025%；S0.00%~0.005%；B0.002%~0.005%；Ni0.60%~1.50%；Nb0.00%~0.15%；其余为Fe，进行配料、电弧炉冶炼和精炼，然后进行真空脱气和浇铸成钢锭，然后热送锻造加热炉；
步骤B.高温扩散热处理：将步骤A处理后的钢锭高温加热，保持温度为1150~1250℃，保温10~20小时；
步骤C.锻造热加工：将步骤B处理后的钢锭降温至900~1200℃温度范围内进行多向锻造加工，采用两镦两拔锻造方式，锻造压缩比≥3，总锻比≥5，终锻温度≥850℃；
步骤D.锻后热处理：将步骤C处理后的钢锭空冷，然后把钢锭装退火炉正火处理，处理温度860℃~920℃，保温10~15小时，出炉空冷至300℃以下，进退火炉；
步骤E.扩氢退火：将步骤D处理后的钢锭在550℃~700℃的温度下保温40~50小时，炉冷却至200℃以下出炉；
步骤F.预硬化处理：将步骤E处理后的钢锭加热至850℃~950℃，保温15~30小时，出炉冷却至表面温度200℃以下，进回火炉；
步骤G.回火热处理：将步骤F处理后的钢锭加热至500℃~600℃，保温20~40小时，炉冷却至250℃以下，出炉空冷。
优选的：所述的模具钢基体由下述质量百分比的组分组成：
C0.20%；
Si0.20%；
Mn1.30%；
Cr0.80%；
Mo0.60%；
W0.50%；
V0.07%；
P0.000%~0.015%；
S0.00%~0.002%；
B0.003%；
Ni1.00%
Nb0.06%；
其余为Fe。
优选的，所述的高温扩散热处理，钢锭升温过程中分多级升温，保证钢锭内外温度均匀，即分别在600℃、800℃和1100℃等温；高温扩散热处理保证钢中合金元素分布更均匀，高温扩散热处理后在900～1200℃温度等温，当钢锭温度均匀后进行锻造处理。
优选的，所述步骤F出炉冷却是水冷、雾冷或风冷中的一种。
本发明的优点在于：本发明的模具钢具有较高的抛光性能和较低的合金成本，这为我国制造业尤其是汽车制造业和家电及电子通信制造业带来巨大的贡献，并且提高我国模具钢制造水平和市场竞争力。
附图说明
图1为本发明高抛光预硬化塑胶模具钢的CCT曲线。
图2为本发明高抛光预硬化塑胶模具钢回火特性曲线。
具体实施方式
实施例1
一种高抛光预硬化塑胶模具钢基体由下述质量百分比的组分组成：C0.20%；Si0.10%；Mn0.80%；Cr0.80%；W0.60%；Mo0.50%；V0.07%；P0.015%；S0.002%；B0.003%；
Ni1.00%；Nb0.06%；其余为Fe。
一种高抛光预硬化塑胶模具钢的制造工艺具有以下步骤：
步骤A.电炉冶炼：按上述组分组成在电弧炉中进行冶炼，然后炉外精炼和真空脱气，浇铸成钢锭后热送锻造加热炉；
步骤B.高温扩散热处理：将步骤A处理后的钢锭高温加热，保持温度为1150~1250℃，保温15~20小时；
步骤C.锻造热加工：将步骤B处理后的钢锭降温至900~1200℃温度范围内进行多向锻造加工，采用两镦两拔锻造方式，锻造压缩比≥3，总锻比≥5，终锻温度≥850℃；
步骤D.锻后热处理：将步骤C处理后的钢锭空冷，然后把钢锭装退火炉正火处理，处理温度880℃~920℃，保温10~15小时，出炉空冷至200℃以下，进退火炉；
步骤E.扩氢退火：将步骤D处理后的钢锭在600℃~650℃的温度下保温40~50小时，炉冷却至200℃以下出炉；
步骤F.预硬化处理：将步骤E处理后的钢锭加热至880℃~920℃，保温20~30小时，出炉冷却（水冷、雾冷或风冷）至表面温度200℃以下，进回火炉；
步骤G.回火热处理：将步骤F处理后的钢锭加热至540℃~580℃，保温20~40小时，炉冷却至250℃以下，出炉空冷。
实施例2
一种高抛光预硬化塑胶模具钢基体由下述质量百分比的组分组成：C0.20%；Si0.20%；Mn1.00%；Cr0.70%；W0.50%；Mo0.70%；V0.06%；P0.010%；S0.002%；B0.005%；Ni0.80%；Nb0.06%；其余为Fe。
一种高抛光预硬化塑胶模具钢的制造工艺具有以下步骤：
步骤A.电炉冶炼：按上述组分组成在电弧炉中进行冶炼，然后炉外精炼和真空脱气，浇铸成钢锭后热送锻造加热炉；
步骤B.高温扩散热处理：将步骤A处理后的钢锭高温加热，保持温度为1150~1250℃，保温15~20小时；
步骤C.锻造热加工：将步骤B处理后的钢锭降温至900~1200℃温度范围内进行多向锻造加工，采用两镦两拔锻造方式，锻造压缩比≥3，总锻比≥5，终锻温度≥850℃；
步骤D.锻后热处理：将步骤C处理后的钢锭空冷，然后把钢锭装退火炉正火处理，处理温度880℃~920℃，保温10~15小时，出炉空冷至200℃以下，进退火炉；
步骤E.扩氢退火：将步骤D处理后的钢锭在600℃~650℃的温度下保温40~50小时，炉冷却至200℃以下出炉；
步骤F.预硬化处理：将步骤E处理后的钢锭加热至880℃~920℃，保温20~30小时，出炉冷却（水冷、雾冷或风冷）至表面温度200℃以下，进回火炉；
步骤G.回火热处理：将步骤F处理后的钢锭加热至540℃~580℃，保温20~40小时，炉冷却至250℃以下，出炉空冷。
实施例3
一种高抛光预硬化塑胶模具钢基体由下述质量百分比的组分组成：C0.18%；Si0.18%；Mn1.00%；Cr1.00%；W0.80%；Mo0.50%；V0.05%；P0.020%；S0.003%；B0.004%；Ni1.00%；Nb0.10%；其余为Fe。
一种高抛光预硬化塑胶模具钢的制造工艺具有以下步骤：
步骤A.电炉冶炼：按上述组分组成在电弧炉中进行冶炼，然后炉外精炼和真空脱气，浇铸成钢锭后热送锻造加热炉；
步骤B.高温扩散热处理：将步骤A处理后的钢锭高温加热，保持温度为1150~1250℃，保温15~20小时；
步骤C.锻造热加工：将步骤B处理后的钢锭降温至900~1200℃温度范围内进行多向锻造加工，采用两镦两拔锻造方式，锻造压缩比≥3，总锻比≥5，终锻温度≥850℃；
步骤D.锻后热处理：将步骤C处理后的钢锭空冷，然后把钢锭装退火炉正火处理，处理温度880℃~920℃，保温10~15小时，出炉空冷至200℃以下，进退火炉；
步骤E.扩氢退火：将步骤D处理后的钢锭在600℃~650℃的温度下保温40~50小时，炉冷却至200℃以下出炉；
步骤F.预硬化处理：将步骤E处理后的钢锭加热至880℃~920℃，保温20~30小时，出炉冷却（水冷、雾冷或风冷）至表面温度200℃以下，进回火炉；
步骤G.回火热处理：将步骤F处理后的钢锭加热至540℃~580℃，保温20~40小时，炉冷却至250℃以下，出炉空冷。
本发明高抛光预硬化塑胶模具钢经过上述冶炼及热加工和热处理后，最终成品规格为（长*宽*高）2500mm*1300mm*550mm模块，取样进行性能测试：
相变特性：本发明钢的CCT曲线如附图1所示；
回火特性：本发明钢的回火特性曲线如附图2所示。
由图可见，钢种由于较低的碳含量而提高了钢的硬度均匀性，较高含量的Mo和W元素，而具有较高的淬透性和淬硬性，微合金Nb的加入能有效细化钢的晶粒和成分均匀性，使预硬化的钢具有较高的硬度均匀性，从而得到较高的抛光性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种高抛光预硬化塑胶模具钢，其特征在于：模具钢基体由下述质量百分比的组分组成：
C0.10%~0.30%；
Si0.00%~0.30%；
Mn0.50%~1.50%；
Cr0.50%~1.00%；
W0.20%~1.00%；
Mo0.40%~1.00%；
V0.00%~0.10%；
P0.00%~0.025%；
S0.00%~0.005%；
B0.002%~0.005%；
Ni0.60%~1.50%；
Nb0.00%~0.15%；
其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种高抛光预硬化塑胶模具钢，其特征在于：所述的模具钢基体由下述质量百分比的组分组成：
C0.20%；
Si0.20%；
Mn1.30%；
Cr0.80%；
Mo0.60%；
W0.50%；
V0.07%；
P0.000%~0.015%；
S0.00%~0.002%；
B0.003%；
Ni1.00%
Nb0.06%；
其余为Fe。
3.一种制造权利要求1或2所述的高抛光预硬化塑胶模具钢的工艺，其特征在于：该制造工艺具有以下步骤：
步骤A.冶炼：按高抛光预硬化塑胶模具钢基体由下述质量百分比组分的组成：C0.10%~0.30%；Si0.00%~0.30%；Mn0.50%~1.50%；Cr0.50%~1.00%；W0.20%~1.00%；Mo0.40%~1.00%；V0.00%~0.10%；P0.00%~0.025%；S0.00%~0.005%；B0.002%~0.005%；Ni0.60%~1.50%；Nb0.00%~0.15%；其余为Fe，进行配料、电弧炉冶炼和精炼，然后进行真空脱气和浇铸成钢锭，然后热送锻造加热炉；
步骤B.高温扩散热处理：将步骤A处理后的钢锭高温加热，保持温度为1150~1250℃，保温10~20小时；
步骤C.锻造热加工：将步骤B处理后的钢锭降温至900~1200℃温度范围内进行多向锻造加工，采用两镦两拔锻造方式，锻造压缩比≥3，总锻比≥5，终锻温度≥850℃；
步骤D.锻后热处理：将步骤C处理后的钢锭空冷，然后把钢锭装退火炉正火处理，处理温度860℃~920℃，保温10~15小时，出炉空冷至300℃以下，进退火炉；
步骤E.扩氢退火：将步骤D处理后的钢锭在550℃~700℃的温度下保温40~50小时，炉冷却至200℃以下出炉；
步骤F.预硬化处理：将步骤E处理后的钢锭加热至850℃~950℃，保温15~30小时，出炉冷却至表面温度200℃以下，进回火炉；
步骤G.回火热处理：将步骤F处理后的钢锭加热至500℃~600℃，保温20~40小时，炉冷却至250℃以下，出炉空冷。
4.根据权利要求3所述的高抛光预硬化塑胶模具钢的制造工艺，其特征在于：所述的步骤B.高温扩散热处理，钢锭升温过程中分多级升温，保证钢锭内外温度均匀，即分别在600℃、800℃和1100℃等温；高温扩散热处理保证钢中合金元素分布更均匀，高温扩散热处理后在900～1200℃温度等温，当钢锭温度均匀后进行锻造处理。
5.根据权利要求3所述的高抛光预硬化塑胶模具钢的制造工艺，其特征在于：所述步骤F出炉冷却是水冷、雾冷或风冷中的一种。
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