CN105063512A

CN105063512A - 一种塑料模具钢及其制造方法

Info

Publication number: CN105063512A
Application number: CN201510527554.1A
Authority: CN
Inventors: 王之香; 陈建礼
Original assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2015-08-26
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2015-11-18

Abstract

本发明公开了一种塑料模具钢及其制造方法。该模具钢包括：C：0.30-0.50%；Si：0.30-0.60%；Mn：1.40-1.80%；P≤0.030%；S≤0.015%；Cr：1.00-2.00%；V：0.10-0.20；Cu≤0.25；Cu+Ni≤0.55；Al：0.02-0.05%；Ti：0.01-0.03%；B：0.001-0.0025%，其余为不可避免的杂质和Fe。本发明采用转炉＋LF＋RH+连铸+控轧控冷的制备方法生产经济型塑料模具钢板，钢板热轧后控冷，通过控轧控冷技术措施，所得模具钢板具有稳定的马氏体+贝氏体组织，具有低成本、预硬化非调质和高硬度钢的特点，能够用于制造塑料模具。

Description

一种塑料模具钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种塑料模具钢及其制造方法，具体地，涉及一种低成本、预硬化非调质和高硬度钢及其制造方法。

背景技术

依据国家产业政策及社会发展需求，开发资源节约型、有市场竞争力的替代产品是塑料模具钢的发展趋势。目前模具钢市场上预硬型塑料模具钢品种都含有贵重金属Mo(0.30～0.50%)，这些是造成其生产成本偏高的主要原因。因此急需开发出一种满足高硬度要求的资源节约型塑料模具钢，降低塑料模具钢生产成本。

发明内容

本发明旨在提供一种塑料模具钢及其制造方法，所得模具钢板具有稳定的马氏体+贝氏体组织，具有低成本、预硬化非调质和高硬度钢的特点，能够用于制造塑料模具。

本发明的技术方案是在不添加贵重合金元素Mo含量并通过在线控轧控冷实现预硬化的塑模钢中厚板品种，钢板通过在线控轧控冷，使预硬化后硬度达到280～350HB。

本发明提供了一种塑料模具钢，包括以下重量百分比的原料：C：0.30-0.50%；Si：0.30-0.60%；Mn：1.40-1.80%；P≤0.030%；S≤0.015%；Cr：1.00-2.00%；V：0.10-0.20；Cu≤0.25；Cu+Ni≤0.55；Al：0.02-0.05%；Ti：0.01-0.03%；B：0.001-0.0025%，其余为不可避免的杂质和Fe。

本发明利用低成本的微量铝、钛、硼而代替贵重金属钼，不添加贵重合金元素Mo，通过在线控轧控冷成功实现钢板的预硬化处理。

通过控制钢中Al、Ti、B的有效成分以保证钢的淬透性，以及采用合理的控轧控冷工艺以确保钢的高硬度。微量的B元素固溶入奥氏体之中，可显著地抑制多边形铁素体在奥氏体晶界上形核，从而提高钢的淬透性。然而，B和N、O有很强的亲和力，如果B是以氧化物和氮化物的形式存在，便丧失了抑制铁素体晶界形核的作用，故一般在加B前先加入适量的A1脱氧，再加适量的Ti固N，以避免形成B的氮、氧化合物，确保B固溶于奥氏体中。

硬度是模具钢的主要技术指标，表面磨损是模具的主要失效形式之一，模具在高应力的作用下欲保持其形状尺寸不变，必须具有足够高的硬度，以保证模具的耐磨性及其寿命。当材料经过热加工、预硬化、回火后，硬度达到280～350HB；达到模具行业对材料的高硬度要求。

本发明提供了上述塑料模具钢的制造方法，经1000-1200℃粗轧、900-950℃精轧后，通过控制冷却并经回火处理，得到贝氏体和马氏体的混合组织，得到所述的塑料模具钢，硬度达280～350HB。

上述塑料模具钢的制造方法，包括以下步骤：

（1）冶炼

采用铁水经EBT-EAV（电炉））+LF（精炼）+VD（真空脱气）+连铸，钢锭的主要成分（重量百分数）为：

C：0.30-0.50%；Si：0.30-0.60%；Mn：1.40-1.80%；P≤0.030%；S≤0.015%；Cr：1.00-2.00%；V：0.10-0.20；Cu≤0.25；Cu+Ni≤0.55；Al：0.02-0.05%；Ti：0.01-0.03%；B：0.001-0.0025%，其余为不可避免的杂质和Fe。

（2）加热：连铸坯预热温度≤900℃，均热温度：1230±20℃；加热速度：8~10mm/10min；保温5小时以上；

（3）轧制：采用大压下量（最大压下量为20mm）轧制，粗轧温度为1100-1200℃，精轧温度为900-950℃，终轧温度为830~880℃；

（4）控冷：不同厚度规格钢板通过控制冷却，铸坯厚度d规格为20≤d<50mm，冷却方式采用空冷，在450~490℃时堆垛进行罩式缓冷；厚度d规格为50≤d≤80mm，冷却方式采用喷水雾强冷，在350～400℃时堆垛进行罩式缓冷；缓冷46～52小时，得到硬度为380～400HB的预硬态中厚板；

（5）回火：用常化炉或罩式炉回火，要求升温速度35℃/h，在530－580℃保温8－10小时；得到硬度为280～350HB的预硬态中厚板。

上述制造方法中，所述轧制过程中，初轧机变形量为70～80%，四辊终轧机变总形量为30～20%。

上述制造方法中，所述控冷过程中，厚度为20≤d<50mm钢板冷却速度为10-15℃/min；厚度为50≤d≤80mm钢板冷却速度为15-20℃/min。

针对不同规格，空冷是直接在空气中冷却（未经喷雾冷却场冷却），直接到450～490℃温度时堆垛缓冷，喷水雾强冷就是要在喷雾冷却场冷却，达到堆垛温度350℃～400℃时堆垛缓冷。

本发明提供的经济型塑料模具用钢具有低成本、高硬度的特点，不添加Mo的情况下，利用B的强化机制提高淬透性；合理的碳含量控制，保证材料的表面耐磨性能；将硫、磷含量控制在下限，减少产品的偏析现象；再加上相应的预硬化工艺和回火工艺，从而研究出低成本、高硬度的中厚板材料，钢板由表及里保持贝氏体和马氏体的混合组织，其长度、厚度方向硬度均匀，硬度达到280～350HB，满足塑料模具行业高硬度的要求。

本发明的有益效果：

⑴本发明的经济型塑料模具用钢成分设计中首次提出在生产20－80mm厚的钢板中不添加Mo元素，而仅依靠微量铝、钛、硼及在线控轧控冷成功实现钢板的预硬化处理，轧后仅通过回火热处理就能达到所需要的硬度，同时使该钢有较高的淬透性，解决了当前塑料模具用钢板成本高的问题。在其它相关专利中未检索到此设计，本发明具有自主创新性。

⑵本发明提出采用转炉（K-OBM-S）＋LF＋RH+连铸+控轧控冷的制备方法生产经济型塑料模具钢板，钢板热轧后控冷，通过控轧控冷技术措施，使不同厚度钢板得到相同组分的贝氏体和马氏体组织，从而使不同厚度钢板的硬度达到相同的硬度范围。

附图说明

图1是实施例1塑料模具钢表层组织的金相组织图。

图2是实施例1塑料模具钢心部组织的金相组织图。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例1：

本实施的塑料模具行业用的中厚板厚度为71毫米，宽1800毫米，它的化学成分（重量百分数）为：

C0.40%Si0.47%Mn1.61%P0.011%S0.009%

Cr1.69%Al0.026%Ti0.016%B0.0018%V0.13%

Cu0.01%Cu+Ni0.03%

其余为不可避免的杂质和Fe的组分。

通过万能轧机初轧及四辊轧机后，在线预硬化，控制71毫米厚钢板轧后冷却速度为15-20℃/min。使钢板表面和心部硬度差≤20HB。获得均匀的贝氏体+马氏体组织。

具体制备方法如下：

A冶炼钢锭

采用80吨转炉→80吨LF（钢包精炼）→RH（真空脱气）冶炼，中包浇注温度为1510~1525℃连铸成220×1260×2150（长度单位：mm）规格连铸坯。RH炉熔炼成分（重量百分数）为：

C0.40%Si0.47%Mn1.61%P0.011%S0.009%

Cr1.69%Al0.026%Ti0.016%B0.0018%V0.13%

Cu0.01%Cu+Ni0.03%

其余为不可避免的杂质和Fe的组分。

B加热

连铸坯预热温度700℃，预热1小时，均热温度：1230℃；加热速度：9mm/10min；保温6小时。

C轧制

采用大压下量轧制，初轧机总变形量为100mm，单道次变形量20mm的首次不低于2道，四辊终轧机的总变形量为50mm，单道次变形量不低于10mm。粗轧温度为1140℃，精轧温度为920℃，终轧温度为860℃。

D控冷

厚度为71mm，冷却方式采用喷水雾强冷，在350℃时堆垛进行罩式缓冷。

E回火

用常化炉或罩式炉回火，升温速度35℃/h，在560℃保温10小时。

实施例2：

本实施的塑料模具行业用的中厚板厚度为31毫米，宽1800毫米，它的化学成分（重量百分数）为：

C0.39%Si0.49%Mn1.67%P0.010%S0.004%

Cr1.73%Al0.040%Ti0.020%B0.0015%V0.14%

Cu0.02%Cu+Ni0.02%

其余为不可避免的杂质和Fe的组分。

通过万能轧机初轧及四辊轧机精轧后，在线预硬化，控制31毫米厚钢板轧后冷却速度为10-15℃/min。使钢板表面和心部硬度差≤20HB。获得均匀的贝氏体+马氏体组织。

具体制备方法如下：

A冶炼钢锭

采用80吨转炉→80吨LF（钢包精炼）→RH（真空脱气）冶炼，中包浇注温度为1510~1525℃，连铸成220×1260×2150（长度单位：mm）规格连铸坯。RH炉熔炼成分（重量百分数）为：

C0.40%Si0.47%Mn1.61%P0.011%S0.009%

Cr1.69%Al0.026%Ti0.016%B0.0018%V0.13%

Cu0.01%Cu+Ni0.03%

其余为不可避免的杂质和Fe的组分。

B加热

C轧制

采用大压下量轧制，初轧机总变形量为130mm，单道次变形量20mm的首次不低于3道，四辊终轧机的总变形量为60mm，单道次变形量不低于10mm。，粗轧温度为1150℃，精轧温度为930℃，终轧温度为860℃。

D控冷

厚度为31mm，冷却方式采用空冷方式，当空冷到温度460℃时堆垛进行罩式缓冷。

E回火

Claims

1.一种塑料模具钢，其特征在于：包括以下重量百分比的原料：C：0.30-0.50%；Si：0.30-0.60%；Mn：1.40-1.80%；P≤0.030%；S≤0.015%；Cr：1.00-2.00%；V：0.10-0.20；Cu≤0.25；Cu+Ni≤0.55；Al：0.02-0.05%；Ti：0.01-0.03%；B：0.001-0.0025%，其余为不可避免的杂质和Fe。

2.一种权利要求1所述的塑料模具钢的制造方法，其特征在于：经1100-1200℃粗轧、900-950℃精轧后，通过控制冷却并经回火处理，得到贝氏体和马氏体的混合组织，得到所述的塑料模具钢，硬度达280～350HB。

3.根据权利要求2所述的塑料模具钢的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）冶炼

采用铁水经EBT-EAV+LF+VD+连铸，钢锭的主要成分的重量百分数为：

C：0.30-0.50%；Si：0.30-0.60%；Mn：1.40-1.80%；P≤0.030%；S≤0.015%；Cr：1.00-2.00%；V：0.10-0.20；Cu≤0.25；Cu+Ni≤0.55；Al：0.02-0.05%；Ti：0.01-0.03%；B：0.001-0.0025%，其余为不可避免的杂质和Fe；

（3）轧制：采用大压下量轧制，粗轧温度为1100-1200℃，精轧温度为900-950℃，终轧温度为830~880℃；

（4）控冷：不同厚度规格钢板通过控制冷却，铸坯厚度d规格为20≤d<50mm，冷却方式采用空冷；厚度d规格为50≤d≤80mm，冷却方式采用喷水雾强冷，在350℃～450℃时堆垛进行罩式缓冷；缓冷46～52小时，得到硬度为380～400HB的预硬态中厚板；

4.根据权利要求3所述的塑料模具钢的制造方法，其特征在于：所述轧制过程中，初轧机变形量为70～80%，四辊终轧机总变形量为30～20%。

5.根据权利要求3所述的塑料模具钢的制造方法，其特征在于：所述控冷过程中，钢板厚度为20≤d<50mm，钢板冷却速度为10-15℃/min；钢板厚度为50≤d≤80mm，钢板冷却速度为15-20℃/min。

6.根据权利要求3所述的塑料模具钢的制造方法，其特征在于：所述控冷过程中，空冷的缓冷温度为450~490℃，喷水雾强冷的缓冷温度为350~400℃。