CN105543653A - 高强高韧高耐腐蚀塑料模具钢及生产方法 - Google Patents

高强高韧高耐腐蚀塑料模具钢及生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强高韧高耐腐蚀塑料模具钢，包括以下成份：C、Si、Cr、Mo、Ni、W、V、Mn，余量是Fe及其它杂质。本发明还公开了一种高强高韧高耐腐蚀塑料模具钢的生产方法，包括以下步骤：取各成份原料置于非真空感应炉中初炼，再经炉外精炼得到自耗电极；将自耗电极重熔精炼，制成电渣锭；将电渣锭加热锻造或轧制成塑料模具钢雏品；对塑料模具钢雏品进行球化退火热处理；对塑料模具钢雏品进行表面处理，制得塑料模具钢成品。通过本发明可以生产出高强度高韧性高耐腐蚀性能的塑料模具钢，其强度、韧性和耐腐蚀等综合性能均优于现有的塑料模具钢1.2316，够满足目前中国国内中高端的高强高韧塑料模具钢的使用环境要求。

Description

高强高韧高耐腐蚀塑料模具钢及生产方法
技术领域
本发明涉及一种塑料模具钢及生产方法，尤其涉及一种在强度、韧性、耐腐蚀性方面均具有高性能的高强高韧高耐腐蚀塑料模具钢及生产方法。
背景技术
塑料模具是用于生产塑料制品的模具，塑料模具钢是用于生产塑料制品的钢模具。
随着模具市场的高速发展，对于塑料模具钢的强度、韧性、耐腐蚀、抛光性等要求越来越高，同时对模具钢不同批次性能的稳定性有了更高的要求。
目前，现有的塑料模具钢1.2316(3Cr17NiMo、3Cr17Mo)的综合性能已不能满足目前中国国内塑料模具钢的使用环境要求。1.2316相比较于S136，在耐腐蚀性、韧性上有较大的提高，但是因为1.2316的高Cr含量，由此带来的大量的碳化物(一次液析碳化物、二次碳化物)，其碳化物分布很容易受生产过程中的各种因素的变化而变化，从而导致产品性能不稳定。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种在强度、韧性、耐腐蚀性方面均具有高性能的高强高韧塑料模具钢及生产方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种高强高韧高耐腐蚀塑料模具钢，包括以下重量百分比的各成份：
C0.10～0.16％、Si0.10～0.35％、Mn0.40～1.00％，Cr10.5～12.50％、Mo0.90～1.40％、Ni2.0～2.60％、W0.90～1.40％、V0.15～0.36％、余量是Fe及其它杂质。
作为优选，所述其它杂质包括：重量百分比≤0.05％的Al、重量百分比≤0.006％的S、重量百分比≤0.025％的P、重量百分比≤0.10％的Cu。
说明：上述各成份的名称分别是：C碳、Cr铬、Mo钼、Ni镍、W钨、V钒、Mn锰、Fe铁、Si硅、S硫、P磷、Cu铜、Al铝。
一种高强高韧高耐腐蚀塑料模具钢的生产方法，包括以下步骤：
(1)取各成份原料置于非真空感应炉中初炼，熔炼温度为1550～1620℃；再经炉外精炼：钢包、真空脱气精炼，熔炼温度为1560～1650℃；熔炼过程中调节各成份的含量，使其重量百分比符合要求，控制杂质的含量尽量低，溶液浇注成自耗电极；
(2)将自耗电极置于电渣炉中重熔精炼，进一步降低杂质的含量，使其符合要求，制成电渣锭；
(3)将电渣锭加热锻造或轧制成塑料模具钢雏品；
(4)对塑料模具钢雏品进行球化退火热处理；
(5)对塑料模具钢雏品进行表面处理，消除表面缺陷并使其尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得塑料模具钢成品。
作为优选，所述步骤(4)中，所述球化退火热处理包括以下步骤：
A、将塑料模具钢雏品加热至710℃，保温3～8小时；
B、再加热至820～850℃，保温2～8小时；
C、以≤25℃/h的速度缓慢冷却至680～710℃，保温20～50小时；
D、炉冷到400℃出炉空冷，直到冷却至常温。
本发明的有益效果在于：
通过本发明可以生产出高强度塑料模具钢，其强度、韧性和耐腐蚀相比传统的塑料模具钢都有显著提升，能够满足目前中国国内塑料模具钢的使用环境要求；在保证同样模具使用强度的基础上，本发明所述高强高韧高耐腐蚀塑料模具钢，不仅有效避免了现有的塑料模具钢1.2316本身具有的缺陷，同时其冲击韧性、耐腐蚀性都优于现有的塑料模具钢1.2316。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例1：
按以下步骤生产高强高韧高耐腐蚀塑料模具钢：
(1)取以下重量百分比的各成份原料：C0.14％、Si：0.33％、Cr11.80％、Mo1.06％、Ni2.40％、W1.10％、V0.21％、Mn0.70％，余量是Fe及其它杂质；置于非真空感应炉中初炼，熔炼温度为1550～1620℃；再经炉外精炼：在钢包、真空脱气精炼炉中精炼，熔炼温度为1560～1650℃；熔炼过程中调节各成份的含量，使其重量百分比符合要求，控制杂质的含量尽量低，溶液浇注成自耗电极；
(2)将自耗电极置于电渣炉中重熔精炼，进一步降低杂质的含量，使杂质符合以下要求：Al的重量百分比≤0.05％、S的重量百分比≤0.006％、P的重量百分比≤0.025％、Cu的重量百分比≤0.10％，取样分析各组分含量合格后，制成电渣锭；
(3)将电渣锭加热锻造或轧制成塑料模具钢雏品；
(4)对塑料模具钢雏品进行球化退火热处理，包括以下步骤：
A、将塑料模具钢雏品加热至710℃，保温3～8小时；
B、再加热至820～850℃，保温2～8小时；
C、以≤25℃/h的速度缓慢冷却至680～710℃，保温20～50小时；
D、炉冷到400℃出炉空冷，直到冷却至常温；
(5)对塑料模具钢雏品进行表面处理，消除表面缺陷并使其尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得塑料模具钢成品。
实施例2：
按以下步骤生产高强高韧高耐腐蚀塑料模具钢：
(1)取以下重量百分比的各成份原料：C0.15％、Si0.32％、Cr11.50％、Mo1.05％、Ni2.39％、W1.09％、V0.25％、Mn0.65％，余量是Fe及其它杂质；置于非真空感应炉中初炼，熔炼温度为1550～1620℃；再经炉外精炼：在钢包、真空脱气精炼炉中精炼，熔炼温度为1560～1650℃；熔炼过程中调节各成份的含量，使其重量百分比符合要求，控制杂质的含量尽量低，溶液浇注成自耗电极；
(2)将自耗电极置于电渣炉中重熔精炼，进一步降低杂质的含量，使杂质符合以下要求：Al的重量百分比≤0.05％、S的重量百分比≤0.006％、P的重量百分比≤0.025％、Cu的重量百分比≤0.10％，取样分析各组分含量合格后，制成电渣锭；
(3)将电渣锭加热锻造或轧制成塑料模具钢雏品；
(4)对塑料模具钢雏品进行球化退火热处理，包括以下步骤：
A、将塑料模具钢雏品加热至710℃，保温3～8小时；
B、再加热至820～850℃，保温2～8小时；
C、以≤25℃/h的速度缓慢冷却至680～710℃，保温20～50小时；
D、炉冷到400℃出炉空冷，直到冷却至常温；
(5)对塑料模具钢雏品进行表面处理，消除表面缺陷并使其尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得塑料模具钢成品。
实施例3：
按以下步骤生产高强高韧高耐腐蚀塑料模具钢：
(1)取以下重量百分比的各成份原料：C0.135％、Si0.35、Cr12.00％、Mo1.04％、Ni2.41％、W1.08％、V0.22％、Mn0.68％，余量是Fe及其它杂质；置于非真空感应炉中初炼，熔炼温度为1550～1620℃；再经炉外精炼：在钢包、真空脱气精炼炉中精炼，熔炼温度为1560～1650℃；熔炼过程中调节各成份的含量，使其重量百分比符合要求，控制杂质的含量尽量低，溶液浇注成自耗电极；
(2)将自耗电极置于电渣炉中重熔精炼，进一步降低杂质的含量，使杂质符合以下要求：Al的重量百分比≤0.05％、S的重量百分比≤0.006％、P的重量百分比≤0.025％、Cu的重量百分比≤0.10％，取样分析各组分含量合格后，制成电渣锭；
(3)将电渣锭加热锻造或轧制成塑料模具钢雏品；
(4)对塑料模具钢雏品进行球化退火热处理，包括以下步骤：
A、将塑料模具钢雏品加热至710℃，保温3～8小时；
B、再加热至820～850℃，保温2～8小时；
C、以≤25℃/h的速度缓慢冷却至680～710℃，保温20～50小时；
D、炉冷到400℃出炉空冷，直到冷却至常温；
(5)对塑料模具钢雏品进行表面处理，消除表面缺陷并使其尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得塑料模具钢成品。
实施例4：
按以下步骤生产高强高韧高耐腐蚀塑料模具钢：
(1)取以下重量百分比的各成份原料：C0.14％、Si0.33％、Cr12.20％、Mo1.05％、Ni2.38％、W1.11％、V0.23％、Mn0.66％，余量是Fe及其它杂质；置于非真空感应炉中初炼，熔炼温度为1550～1620℃；再经炉外精炼：在钢包、真空脱气精炼炉中精炼，熔炼温度为1560～1650℃；熔炼过程中调节各成份的含量，使其重量百分比符合要求，控制杂质的含量尽量低，溶液浇注成自耗电极；
(2)将自耗电极置于电渣炉中重熔精炼，进一步降低杂质的含量，使杂质符合以下要求：Al的重量百分比≤0.05％、S的重量百分比≤0.006％、P的重量百分比≤0.025％、Cu的重量百分比≤0.10％，取样分析各组分含量合格后，制成电渣锭；
(3)将电渣锭加热锻造或轧制成塑料模具钢雏品；
(4)对塑料模具钢雏品进行球化退火热处理，包括以下步骤：
A、将塑料模具钢雏品加热至710℃，保温3～8小时；
B、再加热至820～850℃，保温2～8小时；
C、以≤25℃/h的速度缓慢冷却至680～710℃，保温20～50小时；
D、炉冷到400℃出炉空冷，直到冷却至常温；
(5)对塑料模具钢雏品进行表面处理，消除表面缺陷并使其尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得塑料模具钢成品。
实施例5：
按以下步骤生产高强高韧高耐腐蚀塑料模具钢：
(1)取以下重量百分比的各成份原料：C0.13％、Si0.315、Cr11.90％、Mo1.06％、Ni2.42％、W1.13％、V0.215％、Mn0.65％，余量是Fe及其它杂质；置于非真空感应炉中初炼，熔炼温度为1550～1620℃；再经炉外精炼：在钢包、真空脱气精炼炉中精炼，熔炼温度为1560～1650℃；熔炼过程中调节各成份的含量，使其重量百分比符合要求，控制杂质的含量尽量低，溶液浇注成自耗电极；
(2)将自耗电极置于电渣炉中重熔精炼，进一步降低杂质的含量，使杂质符合以下要求：Al的重量百分比≤0.05％、S的重量百分比≤0.006％、P的重量百分比≤0.025％、Cu的重量百分比≤0.10％，取样分析各组分含量合格后，制成电渣锭；
(3)将电渣锭加热锻造或轧制成塑料模具钢雏品；
(4)对塑料模具钢雏品进行球化退火热处理，包括以下步骤：
A、将塑料模具钢雏品加热至710℃，保温3～8小时；
B、再加热至820～850℃，保温2～8小时；
C、以≤25℃/h的速度缓慢冷却至680～710℃，保温20～50小时；
D、炉冷到400℃出炉空冷，直到冷却至常温；
(5)对塑料模具钢雏品进行表面处理，消除表面缺陷并使其尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得塑料模具钢成品。
在上述五个实施例的塑料模具钢成品上分别取样检验力学性能，按以下方法进行室温拉伸、硬度、冲击试验：
①室温拉伸、“V”型缺口冲击试验：
淬火：加热温度≥1030℃，时间40分钟冷却方式：油冷，
回火：加热温度≥690℃，时间120分钟冷却方式：空冷，
试样室温拉伸、冲击试验技术要求如下：
②室温无缺口冲击试验：
淬火：加热温度≥1030℃，时间40分钟，冷却方式：油冷，
回火：加热温度200～400℃，时间120分钟，冷却方式：空冷(回火循环两次)，
试样室温冲击试验技术要求如下：
冲击功AKv≥420J/cm2，
硬度HRC43～46；
对上述各实施例中制作出的材料进行室温力学性能(拉伸、冲击)如下表所示，从表中的实验数据可以看出，采用本方法制作用作高强度高韧性高耐腐蚀高抛光性能的塑料模具钢材料，其比较于1.2316(3Cr17NiMo、3Cr17Mo)，在保证其强度、耐腐蚀性能前提下，有效的提高了冲击韧性，同时也大大降低了纵横向韧性性能差异，达到了用户使用要求。采用上述材料及相应工艺方法制备的塑料模具钢材料，经室温拉伸、冲击，结果表明其力学性能完全达到设计要求。
室温拉伸、“V型缺口冲击”试验结果表：
室温拉伸、无缺口冲击试验结果表：
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (4)

1.一种高强高韧高耐腐蚀塑料模具钢，其特征在于：包括以下重量百分比的各成份：
C0.10～0.16％、Si0.10～0.35％、Mn0.40～1.00％，Cr10.5～12.50％、Mo0.90～1.40％、Ni2.0～2.60％、W0.90～1.40％、V0.15～0.36％、余量是Fe及其它杂质。
2.根据权利要求1所述的高强高韧高耐腐蚀塑料模具钢，其特征在于：所述其它杂质包括：重量百分比≤0.05％的Al、重量百分比≤0.006％的S、重量百分比≤0.025％的P、重量百分比≤0.10％的Cu。
3.一种如权利要求1所述的高强高韧高耐腐蚀塑料模具钢的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)取各成份原料置于非真空感应炉中初炼，熔炼温度为1550～1620℃；再经炉外精炼：钢包、真空脱气精炼，熔炼温度为1560～1650℃；熔炼过程中调节各成份的含量，使其重量百分比符合要求，控制杂质的含量尽量低，溶液浇注成自耗电极；
(2)将自耗电极置于电渣炉中重熔精炼，进一步降低杂质的含量，使其符合要求，制成电渣锭；
(3)将电渣锭加热锻造或轧制成塑料模具钢雏品；
(4)对塑料模具钢雏品进行球化退火热处理；
(5)对塑料模具钢雏品进行表面处理，消除表面缺陷并使其尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得塑料模具钢成品。
4.根据权利要求3所述的高强高韧高耐腐蚀性能塑料模具钢，其特征在于：所述步骤(4)中，所述球化退火热处理包括以下步骤：
A、将塑料模具钢雏品加热至710℃，保温3～8小时；
B、再加热至820～850℃，保温2～8小时；
C、以≤25℃/h的速度缓慢冷却至680～710℃，保温20～50小时；
D、炉冷到400℃出炉空冷，直到冷却至常温。
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