CN113388789B - 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 - Google Patents

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 Download PDF

Info

Publication number
CN113388789B
CN113388789B CN202110734040.9A CN202110734040A CN113388789B CN 113388789 B CN113388789 B CN 113388789B CN 202110734040 A CN202110734040 A CN 202110734040A CN 113388789 B CN113388789 B CN 113388789B
Authority
CN
China
Prior art keywords
steel
equal
hardness
less
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110734040.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113388789A (zh
Inventor
习天辉
卜勇
张开广
杜涛
杨治争
张欢
王宪军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Baowu Group Echeng Iron and Steel Co Ltd
Original Assignee
Baowu Group Echeng Iron and Steel Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Baowu Group Echeng Iron and Steel Co Ltd filed Critical Baowu Group Echeng Iron and Steel Co Ltd
Priority to CN202110734040.9A priority Critical patent/CN113388789B/zh
Publication of CN113388789A publication Critical patent/CN113388789A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113388789B publication Critical patent/CN113388789B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/38—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/0006—Adding metallic additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/10—Handling in a vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C21D8/0226—Hot rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0247—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment
    • C21D8/0263—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment following hot rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/28—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with titanium or zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/32—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with boron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/0006—Adding metallic additives
    • C21C2007/0018—Boron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/008—Martensite

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

本发明涉及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，所述钢材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；本发明钢不添加贵重金属元素如Mo、Cu等，只采取真空处理精炼钢水，轧制工艺无须限制，通过轧后堆垛冷却加回火的生产工艺路径，省去了塑料模具钢通常采用的轧后正火热处理，低成本地生产塑料模具钢；本发明钢淬透性高，沿截面硬度分布均匀，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。

Description

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
本发明涉及模具钢制造技术领域，具体涉及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。
背景技术
模具是制造业的重要基础工艺装备，因其生产效率高、产品质量好、材料消耗低、生产成本低而获得广泛应用，是现代工业，特别是汽车、摩托车、航空、仪表、仪器、医疗器械、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。
模具工业要上水平，材料应用是关键。因选材和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的45%以上。就模具用钢材而言，根据用途一般分为三大类：冷作模具钢、热作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。
产品质量和生产成本是企业的生命。在保证产品质量的前提下，降低生产成本就成了企业技术人员努力的主要方向之一。现有技术中有一些关于低成本塑料模具钢及其生产方法的报道。
申请号CN201710764360.2的中国发明专利申请公开了“一种低成本塑料模具钢及其生产方法”，采用0.35～0.45%C、0.20～0.40%Si、1.65～1.85%Mn、0.60～0.80%Cr、0.025～0.040%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。
申请号CN201711352948.3的中国发明专利申请公开了“一种热轧+回火贝氏体钢”，采用 0.31～0.41%C、0.31～0.42%Si、0.65～0.95%Mn、1.35～1.65%Cr、0.12～0.16%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。
申请号CN201510870739.2的中国发明专利申请公开了“一种经济型塑料模具钢板及制造方法”所用的成分为0.40～0.50%C、0.40～0.70%Si、1.10～1.50%Mn、0.60～0.80%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。
申请号CN201310654945.0的中国发明专利申请公开了“一种经济型非调质微合金化塑料模具钢板及其制造方法”，其成分为0.32～0.40%C、0.20～0.50%Si、1.00～1.50%Mn、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。
申请号CN201010289367.1的中国发明专利申请公开了“一种截面硬度均匀的塑料模具钢厚板生产工艺”，其采用的成分为0.30～0.36%C、0.40～0.60%Si、0.90～1.20%Mn、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。
公开出版物“空冷经济型塑料模具钢P20的开发”（傅清霞，邱香花.空冷经济型塑料模具钢P20的开发[J].江西冶金，2015（35），2：4-7.），对成分为0.37～0.42%C、0.30～0.50%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。
可见，上述发明和公开出版物虽然都提及到经济型塑料模具钢，但这些方案都从添加贵重金属Mo、对成分进行限定、采用LF和RH炉外精炼、对高C含量的钢板进行轧后喷水冷却等技术措施入手，获得所需性能的钢板。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对塑料模具钢需要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，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。
本发明的一种截面方向硬度均匀的低成本塑料模具钢，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。
本发明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，其中：
（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。
优选地，连铸时控制钢水过热度≤21℃。
以下详述本发明中化学成分限定量的理由：
C：C在钢中以间隙原子的形式存在，能非常有效地提高钢材的硬度和淬透性，是最为经济的硬化元素，为保证发明钢的硬度达到设计要求，且体现低成本理念，C含量下限是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%。
Si：在炼钢过程中用硅作为脱氧剂的工艺成熟，成本低廉；Si在钢中以固溶形态存在，能显著提高钢的强度和硬度，Si含量下限是0.70%；高Si含量会带来铸坯和钢板出现裂纹的风险，给生产组织带来较大不便，所以Si含量上限是1.00%。
Mn：Mn固溶于铁素体和奥氏体中，扩大奥氏体区，降低钢冷却过程的相变点，提高钢的淬透性，显著提高钢的强度和硬度；Mn还能与钢中的S形成较高熔点的MnS，避免在晶界上形成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%。
P：P是钢中的有害元素，增加钢的冷脆性，降低塑性，还会因偏聚到晶界而导致钢板出现冷裂纹，但降低P含量会增加生产成本，因此要求钢中含磷量≤0.015%。
S： S也是钢中的有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延性和韧性，使钢材产生各向异性，铁水脱S技术成熟而对生产成本影响不大，所以S含量上限是0.005%。
Cr：能提高钢的淬透性，尤其是对于厚钢板而言需添加一定量的Cr提高淬透性以弥补厚度带来的强度和硬度损失；Cr也是中等强度碳化物形成元素，在钢中可以形成碳化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%。
B：是强烈提高钢的淬透性的元素，尤其是塑料模具钢这类品种厚规格钢板居多，0.0010%的添加量是必不可少的。B的原子半径小，极易偏聚到晶界，使近邻区域位错密度增高，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%。
还限定B= -0.001507+0.0455Als+ 0.0318Ti+0.171N，这是B发挥作用的要求。B极易与钢水中的N形成BN夹杂而恶化钢材的性能，更为不利的是，BN并不能提高钢的淬透性。B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。
本发明钢的性能实现除了上述成分要求外，还需要严格控制其生产工艺参数，以下详述本发明生产工艺参数的控制理由：
本发明之所以需要真空处理，且真空处理时间不小于15min，是由于塑料模具的型腔复杂，对尺寸精度和表面粗糙度等要求严格，而且正在向大型化、精密化方向发展，大截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。
本发明之所以控制钢水过热度≤25℃，优选地控制钢水过热度≤21℃，是由于连铸时降低钢水过热度，通过快速、均匀凝固，降低低熔点溶质原子和夹杂在铸坯中心的偏析，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。
本发明之所以需要铸坯热送热装或入缓冷坑缓冷，热送热装入炉温度≥420℃，入缓冷坑缓冷72h以上，是由于本发明钢的C含量为0.40～0.50%，Si含量达0.70～1.00%，铸坯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。
本发明之所以控制铸坯加热温度在1170～1230℃，是由于既要保持足够高的加热温度，使C、Si、Mn、Cr等元素充分溶解且均匀分布到高温奥氏体中，为获得均质化的钢板创造条件，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。
本发明之所以需要钢板轧后堆垛缓冷，是由于如果轧后钢板冷却速度快，将形成马氏体组织，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，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。
本发明钢需要进行回火热处理，是由于回火热处理前钢板的组织为贝氏体+马氏体，硬度超标且不均匀，最大截面硬度差达7HRC。回火温度600～650℃，保温时间1.5～3.0min/mm，本发明塑料模具钢的洛氏硬度HRC28～33，最大截面硬度差≤4HRC。
与现有技术相比，本发明不添加贵重金属元素如Mo、Cu等，节省了合金成本；钢水精炼过程中，只采取真空处理充分去除钢水中的气体，获得高纯净度的钢水，缩短了生产时间，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
图1为本发明塑料模具钢表面的典型金相组织（回火马氏体+回火屈氏体）；
图2为本发明塑料模具钢心部的典型金相组织（回火马氏体+回火屈氏体）。
具体实施方式
为了更好地解释本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明，下述实施例仅仅是示例性的说明本发明的技术方案，并不以任何形式限制本发明。
下表1为本发明各实施例及对比例化学成分取值列表；
下表2为本发明各实施例及对比例的工艺路径和部分工艺参数取值列表；
下表3为本发明各实施例不同于对比例的部分主要工艺参数取值列表；
下表4为本发明实施例及对比例的力学性能试验结果。
其中实施例1～5的产品厚度分别为10mm、32mm、67mm、85mm、100mm，对比例的产品厚度分别55mm、40mm。
本发明各实施例的一种截面方向硬度均匀的低成本塑料模具钢，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。
本发明各实施例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，其中：
（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。
表1 本发明各实施例及对比例的化学成分取值列表（wt，%）
Figure 881283DEST_PATH_IMAGE002
表2 本发明各实施例及对比例的工艺路径和部分工艺参数取值列表
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表3 本发明各实施例不同于对比例的部分主要工艺参数取值列表
Figure DEST_PATH_IMAGE006
表4 本发明各实施例及对比例的力学性能试验结果
Figure DEST_PATH_IMAGE008
说明：表4中表面硬度和心部硬度两列中的括号内为平均值。
从表4中可以看出，本发明塑料模具钢的组织均为回火马氏体+回火屈氏体，这种回火组织对应的结果就是性能稳定而均匀。就5个实施例的表面硬度而言，按照硬度测试的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。
塑料模具型腔复杂，对尺寸精度和表面粗糙度要求严格，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。
上述实施例仅仅是本发明为解释本发明而例举的具体实例，并不以任何形式限制本发明，任何人根据上述作内容和形式做出的不偏离本发明权利要求保护范围的非实质性的改变，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。

Claims (3)

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℃。
CN202110734040.9A 2021-06-30 2021-06-30 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 Active CN113388789B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110734040.9A CN113388789B (zh) 2021-06-30 2021-06-30 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

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110734040.9A CN113388789B (zh) 2021-06-30 2021-06-30 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

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113388789A CN113388789A (zh) 2021-09-14
CN113388789B true CN113388789B (zh) 2022-02-01

Family

ID=77624550

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110734040.9A Active CN113388789B (zh) 2021-06-30 2021-06-30 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

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113388789B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115354228A (zh) * 2022-08-29 2022-11-18 山东钢铁集团日照有限公司 一种高均匀性预硬化塑料模具钢的生产方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1091164C (zh) * 1998-12-30 2002-09-18 宝山钢铁股份有限公司 一种微合金化塑料模具钢的制造方法
KR101051241B1 (ko) * 2010-08-30 2011-07-21 유니슨 주식회사 경도 균일성 및 기계적 강도가 우수한 금형강 제조 방법
CN102268599B (zh) * 2011-08-01 2013-01-02 南京钢铁股份有限公司 一种非调制的塑料模具钢厚板生产工艺
CN103981451B (zh) * 2014-05-28 2016-01-27 江苏省沙钢钢铁研究院有限公司 一种热轧加回火型无Mo塑料模具钢钢板及其制造方法
CN107587075B (zh) * 2017-08-30 2019-06-18 武汉钢铁有限公司 低成本塑料模具钢及其生产方法
CN110468334A (zh) * 2019-09-10 2019-11-19 成都先进金属材料产业技术研究院有限公司 截面硬度均匀的塑料模具厚扁钢及其工艺方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113388789A (zh) 2021-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4130316A1 (en) Pre-hardened mirror mold steel plate and manufacturing method therefor
CN113106338B (zh) 一种超高强度高塑性热冲压成形钢的制备方法
CN102899571B (zh) 一种预硬型塑料模具钢及其制造方法
CN110295332B (zh) 一种高韧性高镜面预硬模具钢及其制造工艺
CN110306123A (zh) 一种抗拉强度≥1800MPa级的高韧性热成形钢及其生产方法
CN109023119A (zh) 一种具有优异塑韧性的耐磨钢及其制造方法
CN113621885B (zh) 一种硼处理的预硬化塑料模具特厚钢板及其生产方法
CN103526111A (zh) 屈服强度900MPa级热轧板带钢及其制备方法
CN114959497B (zh) 一种预硬化合金塑料模具钢及其生产方法
CN103882330A (zh) 一种低屈强比超高强度非调质钢板及其生产方法
CN103614640A (zh) 一种抗高温氧化的非镀层热冲压成形用钢
JP2024515134A (ja) 高温浸炭ギヤシャフト用鋼および鋼の製造方法
CN105543666B (zh) 一种屈服强度960MPa汽车大梁钢及其生产方法
CN113388789B (zh) 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
CN108441780B (zh) 一种非调质预硬塑料模具钢钢板及其制备工艺
CN112981233B (zh) 一种适于冷锻加工的低硅中碳齿轮钢及其制造方法
CN109576581A (zh) 一种高表面质量、低屈强比热轧高强度钢板及制造方法
CN111394654B (zh) 一种添加La微合金的热压成形钢板及其制备方法
CN113373380B (zh) 一种锆处理的经济型塑料模具钢及其生产方法
CN107779773A (zh) 一种新型非调质塑料模具钢钢板及其制备方法
CN115449703B (zh) 一种适用于冷锻加工的等温退火齿轮钢棒材及其制造方法
CN105112780A (zh) 具有低碳当量系数的大厚度承压设备用钢板及生产方法
CN114875335A (zh) 一种截面硬度均匀的预硬型镜面塑料模具钢
CN1224769A (zh) 一种微合金化塑料模具钢的制造方法
CN114438401A (zh) 一种用于模架的高强韧非调质钢及其生产方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant