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CN106811687A - 一种经济型塑料模具钢板及制造方法 - Google Patents

一种经济型塑料模具钢板及制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种经济型塑料模具钢板及制造方法，该钢板成分按重量百分比计如下：C：0.40％-0.50％,Si:0.40％-0.70％,Mn:1.10％-1.50％,Cr:0.60％-0.80％,Mo:0.10％-0.20％,B:0.001％-0.0012％,P<0.020％,S<0.015％,余量为Fe及不可避免杂质。制造方法：冶炼、连铸、加热炉加热、轧制、冷却、热处理，铸坯开轧温度1080-1150℃，终轧温度840-910℃；轧制完成后水冷，开冷温度750-800℃，返红温度500-550℃，水冷结束后空冷至室温；冷却后钢板450-600℃回火，保温时间1.5-2.5min/mm。本发明得到截面硬度均匀的塑料模具钢板，其硬度值与塑料模具钢3Cr2Mo相当，最大截面硬度差在5HRC以内。

Description

一种经济型塑料模具钢板及制造方法
技术领域
本发明属于金属材料生产领域，尤其涉及一种经济型塑料模具钢板及制造方法。
背景技术
塑料模具是塑料成形加工过程的重要设备，制作塑料模具的最主要材料是塑料模具钢。近年来，随着我国塑料工业的迅速发展，塑料模具钢的需求量越来越大，同时，为了提高模具的使用寿命、加工精度以及塑料制品的质量，对模具钢质量的要求越来越高。传统的塑料模具钢多采用预硬化状态供货，即将热加工后的塑料模具钢模块预先进行调质处理，使其达到最终使用的硬度范围，可以避免模具加工完成后再进行调质处理造成的变形、开裂等缺陷，但是也存在淬火裂纹敏感性高、生产成本高、生产周期长的缺点。目前，研究一种低成本、生产周期短的塑料模具钢成为新的研究热点，并产生了一些相关专利及文献。
《一种经济型非调质微合金化塑料模具钢板及其制造方法》(201310654945.0)，该发明公开的内容是通过转炉冶炼、LF+RH精炼并浇注连铸坯，连铸坯经加热、控轧控冷、回火等工序，制得塑料模具钢板，截面硬度为310-350HB。但不足之处在于，其成分中含有1.7％的Cr，会增加其生产成本。
《一种非调质的塑料模具钢厚板生产工艺》(201110218086.1)该发明公开的内容为采用转炉冶炼、LF+RH精炼、浇注连铸坯、加热、轧制、轧后控冷、回火等工序，制得塑料模具钢板，截面硬度为300-340HB。但不足之处在于，其成分中含有2.0％的Cr，同样使其成本增加。
《一种高韧性塑料模具钢及其生产方法》(申请号：201310713051.4)该发明采用正火+回火的热处理工艺来生产模具用钢，产品硬度达到28-32HRC。但不足之处在于，其成分同样含有较高的Cr、Mo等元素，且采用正火+回火的工艺，会进一步增加其生产成本、延长生产周期。
《一种预硬型塑料模具钢及其制造方法》(申请号：201110209430.0)公开的内容为冶炼之后采用模铸浇注，并经加热、轧制、冷却与回火等工序，获得截面硬度在30-40HRC的钢板。但不足之处在于采用模铸延长钢板的生产周期，且截面硬度最大差值达10HRC，不能满足高端模具的使用要求。
文献“大截面非调质塑料模具钢组织对硬度均匀性的影响，《材料热处理学报》，2008，第29卷，第4期”、“大截面非调质和调质预硬型塑料模具钢的组织与性能比较，《机械工程材料》，2008，第32卷，增刊1”、“大块非调质预硬型塑料模具钢的耐磨性能，《金属热处理》，2012，第37卷，第5期”报道了一种非调质塑料模具钢，该钢含有较高的Cr、Mo等元素。文献“P20M非调质型塑料模具的研发，《机械工程材料》，2011，第35卷，增刊1”报道了一种低成本的塑料模具钢，通过冶炼、浇注钢锭、开坯、精轧等工艺得最终产品，生产工艺复杂、生产周期长。
对比以上发明及文献可知，目前塑料模具钢的生产主要存在以下不足。
(1)钢中合金元素偏高，增加塑料模具钢板的生产成本。
(2)生产工艺复杂，延长钢板的生产周期，增加生产成本。
(3)钢板截面硬度最大差值偏大，不能满足高端模具的使用要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种生产成本低、生产周期短的塑料模具钢板以及其制造方法。
本发明的内容是这样实现的：
一种经济型塑料模具钢板，该钢板的成分按重量百分比计如下：C：0.40％-0.50％,Si:0.40％-0.70％,Mn:1.10％-1.50％,Cr:0.60％-0.80％,Mo:0.10％-0.20％,B:0.001％-0.0012％,P<0.020％,S<0.015％,余量为Fe及不可避免杂质。
下面对本发明的经济型塑料模具钢板中所含组分的作用及选择范围具体分析说明。
C：提高钢的硬度和强度最为有效的元素，固溶强化作用显著，本发明将C的重量百分含量控制在0.40％-0.50％。
Si：炼钢脱氧的必要元素，在钢中固溶能力较强，可以起到一定的强化作用，本发明将Si的重量百分含量控制在0.40％-0.70％。
Mn：适量的Mn可以延缓钢种铁素体和珠光体转变，大幅增加钢种淬透性，本发明将Mn的重量百分含量控制在1.0％-1.5％。
Mo：钼固溶于基体中强烈推迟铁素体和珠光体转变，有利于贝氏体组织的形成，本发明将Mo的重量百分含量控制在0.10％-0.20％。
Cr：Cr是钢中重要的强化元素之一。强烈推迟珠光体转变，促进贝氏体相变，提高钢的硬度。Cr、Mo同时加入时效果更明显，但Cr含量过高降低贝氏体转变温度，并增加碳当量。本发明将Cr的重量百分含量控制在0.60％-0.80％。
B：硼可以显著提高钢板淬透性；它和Mo复合加入有助于在很宽冷速范围获得贝氏体组织，但含量过高会形成碳化物，本发明将B的重量百分含量控制在选择加入范围为0.001％-0.0012％。
一种经济型塑料模具钢板的制造方法，包括冶炼、连铸、加热炉加热、轧制、冷却、热处理，
(1)冶炼：将上述成分的钢进行冶炼、连铸后得到连铸坯，LF和RH精炼炉处理大于10min，中包钢水过热度≦20℃，全程保护浇铸；
(2)加热炉加热：将(1)中所得铸坯在加热炉中进行加热，加热温度1150℃-1250℃，保温时间大于2h；
(3)轧制：将加热完成的铸坯进行轧制，采用高温、大压下量的轧制方式，开轧温度1080℃-1150℃，终轧温度840℃-910℃，道次压下率20％-35％；
(4)冷却：将轧制完成后的钢板进行水冷，开冷温度750℃-800℃，返红温度500℃-550℃，水冷结束后空冷至室温；
(5)热处理：将冷却完成的钢板在450℃-600℃进行回火，保温时间1.5-2.5min/mm。
应用本发明的有益效果在于：本发明通过降低Cr、Mo等贵重金属元素的含量降低原料成本，增加钢中C、Mn元素的含量提高钢的强度，同时，添加廉价的B元素提高钢的淬透性。通过控轧控冷、回火等工艺，最终得到截面硬度均匀的塑料模具钢板，其硬度值与塑料模具钢3Cr2Mo相当，最大截面硬度差在5HRC以内。
附图说明
图1为本发明实施例1的显微组织图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。以下实施例仅为本发明的一些最优实施方式，并不对前述发明范围和技术手段有任何限制。
本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行冶炼、连铸、加热炉加热、轧制、冷却、热处理。本发明实施例钢的成分见表1。本发明实施例钢的铸坯的加热、轧制工艺参数见表2。本发明实施例钢板的回火工艺及截面硬度值见表3。
表1 本发明实施例钢的成分(wt％)
C Si Mn Cr Mo B P S
实施例1 0.41 0.6 1.35 0.62 0.13 0.0011 0.010 0.006
实施例2 0.45 0.55 1.2 0.68 0.10 0.0012 0.012 0.006
实施例3 0.48 0.5 1.45 0.6 0.12 0.001 0.011 0.007
实施例4 0.44 0.64 1.33 0.65 0.18 0.0011 0.010 0.005
实施例5 0.47 0.66 1.15 0.75 0.11 0.001 0.012 0.007
表2 本发明实施例钢的铸坯的加热、轧制工艺参数
表3 本发明实施例钢板回火工艺及截面硬度值
回火温度/℃ 保温时间/min/mm 钢板截面硬度范围/HRC
实施例1 550 2 28-30
实施例2 500 2.5 29-31
实施例3 450 1.5 28-32
实施例4 480 2 29-32
实施例5 520 2 28-31

Claims (2)

1.一种经济型塑料模具钢板，其特征在于，该钢板的成分按重量百分比计如下：C：0.40％-0.50％,Si:0.40％-0.70％,Mn:1.10％-1.50％,Cr:0.60％-0.80％,Mo:0.10％-0.20％,B:0.001％-0.0012％,P<0.020％,S<0.015％,余量为Fe及不可避免杂质。
2.一种权利要求1所述的经济型塑料模具钢板的制造方法，包括冶炼、连铸、加热炉加热、轧制、冷却、热处理，其特征在于：
(1)冶炼：将上述成分的钢进行冶炼、连铸后得到连铸坯，LF和RH精炼炉处理大于10min，中包钢水过热度≦20℃，全程保护浇铸；
(2)加热炉加热：将(1)中所得铸坯在加热炉中进行加热，加热温度1150-1250℃，保温时间大于2h；
(3)轧制：将加热完成的铸坯进行轧制，开轧温度1080℃-1150℃，终轧温度840℃-910℃，道次压下率20％-35％；
(4)冷却：将轧制完成后的钢板进行水冷，开冷温度750℃-800℃，返红温度500℃-550℃，水冷结束后空冷至室温；
(5)热处理：将冷却完成的钢板在450℃-600℃进行回火，保温时间1.5-2.5min/mm。
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