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CN113444867A - 塑料模具钢板的生产方法及塑料模具钢板 - Google Patents

塑料模具钢板的生产方法及塑料模具钢板 Download PDF

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CN113444867A CN202110737266.4A CN202110737266A CN113444867A CN 113444867 A CN113444867 A CN 113444867A CN 202110737266 A CN202110737266 A CN 202110737266A CN 113444867 A CN113444867 A CN 113444867A
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Abstract

本发明揭示了一种塑料模具钢板的生产方法及塑料模具钢板。所述生产方法包括：将钢坯送入加热炉中进行加热，均热段温度1210～1240℃中保温35～55min；加热后的钢坯轧制成钢板，终轧温度≥Ac3+120℃；轧后冷却至200℃以下；冷却完成的钢板进行正火处理，正火温度TN为Ac3+60℃≤TN≤Ac3+120℃；正火后，钢板移至冷床上自然空冷，直至钢板的上表面温度降低至T1，Bs+15℃≤T1≤Bs+35℃；而后，开启风扇来扰动钢板下方的空气，以控制钢板的上表面温度和下表面温度的差值≤5℃，直至钢板的上表面温度降低至T2，Bf‑50℃≤T2≤Bf‑20℃；之后风扇保持关闭，将钢板继续冷却至室温。

Description

塑料模具钢板的生产方法及塑料模具钢板
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，涉及一种塑料模具钢板的生产方法，以及采用所述生产方法制得的塑料模具钢板。
背景技术
随着石油化工工艺的迅猛发展，塑料产量迅速增加。大量塑料制品在生产过程中需要采用模具压制成型，而模具材料主要以模具钢为主。模具钢的组织性能是影响模具质量、性能和使用寿命的关键因素；同时，模具钢的不平度是影响模具加工时材料成材率的关键因素，例如，塑料模具钢板在通过铣磨加工成模具时，较小的不平度，可以减小钢板表层铣磨切削量、提高模具成材率。
因此，在塑料模具钢板的加工生产过程中，尤其是对于大厚度的钢板而言，如何获得优异的组织性能、以及如何控制板形以获得较小的不平度是生产中的重要方面。
关于板形控制，钢板现有的生产工艺中，通常是采用轧后矫直或入坑堆垛的方式来控制板形，然而：矫直效果受板厚影响较大，对于厚度较大的钢板，矫直效果较差、且矫直机损伤较大而导致设备成本增大；入坑堆垛的方式则使得生产节奏慢、生产效率低下。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种塑料模具钢板的生产方法，以及采用所述生产方法制得的塑料模具钢板，其能够在较低的成本、较高的生产效率下，实现对钢板板形的良好控制。
为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供了一种塑料模具钢板的生产方法，其包括以下工序，
加热：将钢坯送入加热炉中进行加热，并在均热段温度1210～1240℃中保温35～55min；
轧制：将所述加热工序所出的钢坯轧制成钢板，终轧温度≥Ac3+120℃；
轧后冷却：将终轧所得钢板冷却至200℃以下；
正火：将所述轧后冷却工序中冷却完成的钢板进行正火处理，正火温度TN为Ac3+60℃≤TN≤Ac3+120℃；
正火后冷却：将所述正火工序所出的钢板移至冷床上自然空冷，直至钢板的上表面温度降低至T1，Bs+15℃≤T1≤Bs+35℃；而后，开启风扇并通过风扇扰动钢板下方的空气，以控制钢板的上表面温度和下表面温度的差值≤5℃，直至钢板的上表面温度降低至T2，Bf-50℃≤T2≤Bf-20℃；之后风扇保持关闭，将钢板继续冷却至室温。
进一步优选地，所得钢板的不平度≤4mm/2m。
进一步优选地，所述正火后冷却工序中，风扇的吹风方向平行于钢板的下表面或者斜向下远离钢板的下表面。
进一步优选地，所述正火后冷却工序中，T1＝Bs+30℃，T2＝Bf-30℃。
进一步优选地，所述轧后冷却工序为：将终轧所得钢板在冷床上自然空冷至200℃以下；
或者，所述轧后冷却工序为：将终轧所得钢板移至冷床上自然空冷，直至钢板的上表面温度降低至T3，Bs+15℃≤T3≤Bs+35℃；而后，开启风扇并通过风扇扰动钢板下方的空气，以控制钢板的上表面温度和下表面温度的差值≤5℃，直至钢板的上表面温度降低至T4，Bf-50℃≤T4≤Bf-20℃；之后风扇保持关闭，将钢板继续冷却至200℃以下。
进一步优选地，所述正火后冷却工序中的步骤“将钢板继续冷却至室温”为：将钢板与温度为450～550℃的铁素体珠光体钢板进行交叉堆垛，堆垛期间钢板自回火，直至钢板的温度重新降低至T2；之后拆垛，自然空冷至室温；
其中，所述交叉堆垛为：底层和顶层均为铁素体珠光体钢板，且钢板和铁素体珠光体钢板逐层间隔层叠。
进一步优选地，所述钢板的长度L2、宽度W2、厚度H2与所述铁素体珠光体钢板的长度L1、宽度W1、厚度H1满足：L1≥L2+500mm，W1≥W2+300mm，H1≥H2。
进一步优选地，步骤“将钢坯送入加热炉中进行加热，并在均热段温度1210～1240℃中保温35～55min”作为第一次加热；所述加热工序中：第一次加热结束并出炉之后，将钢坯进行第二次加热，入炉温度≥700℃，均热段温度1140～1170℃。
进一步优选地，所述第一次加热中：将钢坯送入加热炉中以预热段、加热段和均热段的顺序进行加热，预热段温度为850～950℃，预热段停留时间≥60min，加热段温度为1100～1220℃。
进一步优选地，所述钢坯的化学成分以重量百分比计为：C 0.32～0.42％、Si0.16～0.36％、Mn 1.00～2.00％、P≤0.015％、S≤0.005％、Cr 1.00～2.00％、Ni≤1.00％、Mo≤0.50％、V≤0.050％，Al 0.020～0.060％、Ti 0.010～0.050％、B≤0.0030％，其余为Fe和不可避免的杂质；
所得钢板的屈服强度≥850MPa，抗拉强度≥1200MPa，洛氏硬度为37～41HRC且洛氏硬度波动≤3.5HRC，V型夏比冲击功≥15J且波动≤5J。
进一步优选地，所述轧制工序中，将钢坯轧制成厚度100～165mm的钢板。
为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供了一种采用所述生产方法制备而成的塑料模具钢板。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过钢坯加热、轧制、轧后冷却、正火、正火后冷却的简单工艺路线即可制得板形良好的塑料模具钢板，生产过程中轧制工序的工艺窗口大、简单宽松，整个生产过程工艺路线短、生产效率高、设备成本和能耗低，可广泛用于各种塑料模具钢板的制造。
附图说明
图1是本发明实施例1中钢板的截面的显微金相组织图；其中，图1a是钢板的截面1/4位置处，图1b是钢板的截面1/2位置处；
图2是对比例1中钢板的截面的显微金相组织图；其中，图2a是钢板的截面1/4位置处，图2b是钢板的截面1/2位置处。
具体实施方式
如背景技术所提，现有的塑料模具钢板的生产中，实现较小的不平度的技术尚待改进，存在设备成本大、生产效率过低的缺陷。为此，本发明旨在提供一种塑料模具钢板的生产方法，尤其是能够采用较低的设备成本、较快的生产效率，来得到不平度较低的塑料模具钢板。
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的介绍，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
<第一实施方式>
本实施方式提供了一种塑料模具钢板的生产方法，以及相应提供了一种采用所述生产方法制备而成的塑料模具钢板。
具体地，本实施方式的所述生产方法中，钢坯依序通过加热工序-轧制工序-轧后冷却工序-正火工序-正火后冷却工序，即可制备得到板形良好的所述钢板，同时还可以保证较好的组织均匀性。其中，钢坯优选采用连铸坯，但不以此为限。下面，对各个工序进行详细介绍。
(1)加热工序
将钢坯送入加热炉中进行加热，并在均热段温度1210～1240℃中保温35～55min。
如此，钢坯经过在均热段温度1210～1240℃中保温35～55min，在能耗较低的情况下，使得钢坯加热均匀，钢坯中的合金元素完全固溶，消除钢坯中柱状晶组织、改善心部偏析缺陷；同时通过均热段温度和保温时间的控制，还可以保证钢坯表面质量，避免钢坯发生严重烧损、氧化皮过厚等。
(2)轧制工序
将所述加热工序所出的钢坯轧制成钢板，终轧温度≥Ac3+120℃。也即，钢坯在加热工序处理完成之后，采用轧机轧制成钢板。
其中，Ac3为加热时铁素体全部转变为奥氏体时的温度，其具体可通过钢坯的化学成分中C、Ni、Si、V、Mo的质量百分比含量[C]、[Ni]、[Si]、[V]、[Mo]计算得到，例如，本实施方式中，
Figure BDA0003142047110000051
本实施方式中，通过终轧温度的控制，使所述轧制工序实现正火轧制工艺，整个轧制在再结晶区进行，最终得到等轴晶粒而避免带状组织，实现钢板的组织优化；同时，能够保证轧制过程中轧机的负荷较小，一方面减小轧机的损伤，另一方面提升轧制速率和节奏。
该轧制工序中，具体可以将钢坯轧制成厚度≥50mm的钢板，也即，本实施方式所提供的生产方法适用于厚度≥50mm的大厚度塑料模具钢板的制备，且针对大厚度塑料模具钢板的制备，相对于现有技术具有更显著的优势。优选地，本实施方式中，该轧制工序可以将钢坯轧制成厚度100～165mm的钢板，如此，所得钢板的厚度为100～165mm。
(3)轧后冷却工序
将终轧所得钢板冷却至200℃以下。
在本实施方式中，该轧后冷却工序具体可以是：将钢板在冷床上自然空冷，也即不进行任何干预手段，直至200℃以下。当然，该轧后冷却工序的具体实施不限于此，例如以后文所述的第二实施方式予以实施。
其中，该轧后冷却工序的终冷温度(也即结束温度)为200℃以下，具体地：可以是室温，而后再进行后续正火工序，也即钢板在所述正火工序的入炉温度是室温；又或者可以优选是100～200℃，而后再进行后续正火工序，也即钢板在所述正火工序的入炉温度是100～200℃，这样带温正火，可以减少钢板在正火工序的时间，降低能耗。
(4)正火工序
将所述轧后冷却工序中冷却完成的钢板进行正火处理，正火温度TN为Ac3+60℃≤TN≤Ac3+120℃。
本实施方式中，通过正火工序，尤其是通过正火温度的控制，结合前述终轧温度的控制，可以提高钢板的组织均匀性和力学性能，优化钢板的组织和力学性能。
(5)正火后冷却工序
将所述正火工序所出的钢板进行冷却，冷却过程分为三个阶段：
第一阶段——将钢板移至冷床上，之后首先进行自然空冷，也即不进行任何干预手段，直至钢板的上表面温度降低至T1；其中，Bs+15℃≤T1≤Bs+35℃，具体可优选为T1＝Bs+30℃；Bs为冷却中贝氏体相变开始时的温度，其具体可以从过冷奥氏体连续冷却转变曲线(即CCT曲线)中得到，或者也可以根据钢板中化学成分元素含量进行计算得到；
第二阶段——在冷床上进行，紧接着前述的第一阶段，也即钢板的上表面温度降低至T1之后，开启风扇并通过风扇扰动钢板下方的空气，以控制钢板的上表面温度和下表面温度的差值≤5℃，直至钢板的上表面温度降低至T2；其中，Bf-50℃≤T2≤Bf-20℃，具体可优选为T2＝Bf-30℃；Bf为冷却中贝氏体相变结束时的温度，其具体也可以从过冷奥氏体连续冷却转变曲线(即CCT曲线)中得到，或者也可以根据钢板中化学成分元素含量进行计算得到；
第三阶段——在冷床上进行，紧接着前述的第二阶段，也即钢板的上表面温度降低至T2之后，将钢板在冷床上从上表面温度为T2自然空冷至室温。
也即，本实施方式的轧后冷却工序全部在冷床上进行，且第一阶段和第三阶段都是采用自然空冷的方式进行冷却，而第二阶段是采用风扇进行干预的空冷方式进行冷却。
进一步地来讲，在钢板的上表面温度降低至T1(也即贝氏体相变开始温度Bs以上15～35℃)时，第二阶段开始，在钢板的上表面温度降低至T2(也即贝氏体相变结束温度Bf以下20～50℃)时，第二阶段结束，如此，在整个相变区间内，通过风扇来扰动钢板下方的空气，以使得钢板的上表面温度和下表面温度基本一致，二者差值始终维持在5℃以内，从而实现钢板的上下表面的冷速、相变开始时间、相变结束时间、相变过程均保持一致，进而避免钢板在相变过程中发生微变形，保证最终所得钢板的不平度较小；同时，采用风扇扰动空气的方式来进行温度控制，相对现有的矫直、入坑堆垛的方式，可以降低设备成本、提高生产效率，另外还可以避免钢板的表面裂纹，保证较低的能耗成本和宽松的工艺条件，降低生产难度。
进一步地，冷床上设置有多个位于钢板下方且风量可调的风扇；如此，该轧后冷却工序的所述第二阶段期间，可以根据钢板的上表面温度和下表面温度的差值大小，来调控所开启的风扇数目以及风扇的风量，进而保证在整个相变区间内钢板的上表面温度和下表面温度的差值始终维持在5℃以内。
例如可选地，当上表面温度和下表面温度的差值＞30℃时，开启10台风扇，风扇风量为80000～100000m3/h；当上表面温度和下表面温度的差值为＞15且≤30℃时，开启7台风扇，风扇风量为70000～90000m3/h；当上表面温度和下表面温度的差值为＞5且≤15℃时，开启3台风扇，风扇风量为70000～90000m3/h；当上表面温度和下表面温度的差值为≤5℃时，则可以不开启风扇。当然，这仅为一种示例，实际还可以以其它方式实施，基本上保证随着上表面温度和下表面温度的差值阶梯性增大，控制风扇的整体风量阶梯性增大。
进一步地，风扇的吹风方向平行于钢板的下表面或者斜向下远离钢板的下表面，如此，风扇不会朝向钢板的下表面直接吹风，而只是加速钢板下方的气流流动，保证钢板下表面各处的温度均匀而不会局部偏低，进一步优化板形并避免表面裂纹。
在本实施方式中，基于所述生产方法所得的塑料模具钢板，按照GB/T709-2019标准进行检测，其不平度≤4mm/2m，板形品质达到甚至超过现有技术中的塑料模具钢板，尤其是对于厚度100～165mm的大厚度钢板，本申请相对于现有技术更是具有板形优势。
另外，本实施方式提供的钢板，其化学成分以重量百分比计为：C 0.32～0.42％、Si 0.16～0.36％、Mn 1.00～2.00％、P≤0.015％、S≤0.005％、Cr 1.00～2.00％、Ni≤1.00％、Mo≤0.50％、V≤0.050％，Al 0.020～0.060％、Ti 0.010～0.050％、B≤0.0030％，其余为Fe和不可避免的杂质；
所述钢板的屈服强度≥850MPa，抗拉强度≥1200MPa，洛氏硬度为37～41HRC且洛氏硬度波动≤3.5HRC，也即，钢板的截面洛氏硬度差值上限为3.5HRC，V型夏比冲击功为≥15J且波动≤5J，力学性能优异，硬度佳且组织均匀。
综上，与现有技术相比，本实施方式的有益效果在于：通过钢坯加热、轧制、轧后冷却、正火、正火后冷却的简单工艺路线即可制得板形良好的塑料模具钢板，甚至是厚度100～165mm的大厚板，同时还可以保证较好的力学性能和组织均匀性，生产过程中轧制工序的工艺窗口大、简单宽松，整个生产过程工艺路线短、生产效率高、设备成本和能耗低，可广泛用于各种塑料模具钢板的制造。
<第二实施方式>
本实施方式同样提供了一种塑料模具钢板的生产方法，以及相应提供了一种采用所述生产方法制备而成的塑料模具钢板。与前述第一实施方式相同的，在本实施方式，采用钢坯例如连铸坯，依序通过加热工序-轧制工序-轧后冷却工序-正火工序-正火后冷却工序，即可制备得到板形良好的钢板，且可以保证钢板具有较优的力学性能和组织均匀性。
而本实施方式，作为对前述第一实施方式的进一步优化，其与前述第一实施方式的区别主要在于：所述轧后冷却工序。下面，仅对本实施方式与前述第一实施方式的区别进行介绍，其余相同部分不再赘述。
在前述第一实施方式中，所述轧后冷却工序具体是：将钢板在冷床上自然空冷至200℃以下。而不同于此，在本实施方式中，所述轧后冷却工序具体是：将钢板在冷床上依序按照如下三个阶段进行空冷至200℃以下。
第一阶段——将终轧所得钢板移至冷床上，之后首先进行自然空冷，直至钢板的上表面温度降低至T3；其中，T3取值范围为Bs+15℃≤T3≤Bs+35℃，其具体取值与前述T1可以相同或不同，优选取值为T3＝Bs+30℃；
第二阶段——在冷床上进行，在钢板的上表面温度降低至T3之后，开启风扇并通过风扇扰动钢板下方的空气，以控制钢板的上表面温度和下表面温度的差值≤5℃，直至钢板的上表面温度降低至T4；其中，T4取值范围为Bf-50℃≤T4≤Bf-20℃，其具体取值与前述T2可以相同或不同，优选取值为T2＝Bf-30℃；
第三阶段——在冷床上进行，在钢板的上表面温度降低至T4之后，将钢板在冷床上从上表面温度为T4自然空冷至200℃以下。
可见，该实施方式中的轧后冷却工序与正火后冷却工序，大致上相同，都是采用自然空冷-风扇干预下控温冷却-自然空冷的工艺路线。
其中，在该轧后冷却工序的第二阶段期间，同样可以根据钢板的上表面温度和下表面温度的差值大小，来调控所开启的风扇数目以及风扇的风量，进而保证在整个相变区间内钢板的上表面温度和下表面温度的差值始终维持在5℃以内。
例如可选地，当上表面温度和下表面温度的差值＞30℃时，开启10台风扇，风扇风量为80000～100000m3/h；当上表面温度和下表面温度的差值为＞15且≤30℃时，开启7台风扇，风扇风量为70000～90000m3/h；当上表面温度和下表面温度的差值为＞5且≤15℃时，开启3台风扇，风扇风量为70000～90000m3/h；当上表面温度和下表面温度的差值为≤5℃时，则可以不开启风扇。当然，这仅为一种示例，实际还可以以其它方式实施，基本上保证随着上表面温度和下表面温度的差值阶梯性增大，控制风扇的整体风量阶梯性增大。
以及，在风扇开启时，风扇的吹风方向平行于钢板的下表面或者斜向下远离钢板的下表面，如此，风扇不会朝向钢板的下表面直接吹风，而只是加速钢板下方的气流流动，保证钢板下表面各处的温度均匀而不会局部偏低，进一步优化板形并避免表面裂纹。
如此，与现有技术相比，本实施方式除了具有前述第一实施方式的有益效果之余，通过轧后冷却工序的再优化，更进一步地改善钢板的板形，使得所得钢板，按照GB/T 709-2019标准进行检测，其不平度≤3mm/2m，板形品质超过现有技术中的塑料模具钢板，对于大厚度钢板，尤其是对于厚度100～165mm的大厚度钢板，本实施方式更是具有板形优势。
<第三实施方式>
本实施方式同样提供了一种塑料模具钢板的生产方法，以及相应提供了一种采用所述生产方法制备而成的塑料模具钢板。
本实施方式，作为对前述第一实施方式、或者第二实施方式的进一步优化，其与前述第一实施方式、或者第二实施方式的区别主要在于：所述加热工序以及所述正火后冷却工序的第三阶段。下面，仅对该区别进行介绍，其余相同部分不再赘述。
首先，在前述第一实施方式、第二实施方式中，所述正火后冷却工序的第三阶段中，保持风扇关闭，将钢板在冷床上从上表面温度为T2自然空冷至室温。而不同于此，在本实施方式中，所述正火后冷却工序的第三阶段(也即在钢板的上表面温度降低至T2之后)：将钢板(指本发明所提供/制备的钢板，为便于区分，本实施方式中后续称之为“塑料模具钢板”)与温度为450～550℃的铁素体珠光体钢板进行交叉堆垛，堆垛期间塑料模具钢板自回火，直至塑料模具钢板的温度重新降低至T2；之后拆垛，自然空冷至室温。
其中，所述交叉堆垛为：底层和顶层均为铁素体珠光体钢板，且塑料模具钢板和铁素体珠光体钢板逐层间隔层叠。如此，使得每个塑料模具钢板的上表面被其上层的铁素体珠光体钢板所覆盖、下表面被其下层的铁素体珠光体钢板所覆盖。
对于本实施方式，详细来讲，所述正火后冷却工序的第二阶段结束时，也即第三阶段开始时，塑料模具钢板的上表面温度降低至T2(也即贝氏体相变结束温度Bf以下20～50℃)，其表层至心部已完全发生贝氏体相变，而由于表层和心部的贝氏体在不同冷却速度下形成，使得表层和心部的硬度差异大；第三阶段中，将塑料模具钢板与温度高于T2的铁素体珠光体钢板进行交叉堆垛，使得堆垛期间，塑料模具钢板的贝氏体组织发生稳定的回火转变，贝氏体组织中的MA分解、贝氏体铁素体中碳化物析出，进而，所得塑料模具钢板的组织均匀、性能均匀。如此，相对于现有技术，在如前述第一实施方式、前述第二实施方式同样取得良好板形的同时，进一步改善组织均匀性和性能均匀性。
另外，在所述正火后冷却工序的第三阶段中，塑料模具钢板的温度重新降低至T2之后拆垛，也即拆垛温度为T2，如此，堆垛时间大概为18～24h，既可以实现对组织均匀性和性能均匀性的改善，又可以保证生产效率高。
其中，在交叉堆垛期间，可以通过对塑料模具钢板的侧边进行测温，以该测温结果作为塑料模具钢板的温度，进而判断是否达到拆垛温度；当然，也可以通过将最上层的铁素体珠光体钢板吊起后对上层的塑料模具钢板的上表面进行测温，以该测温结果作为塑料模具钢板的温度，进而判断是否达到拆垛温度。
优选地，塑料模具钢板的长度L2、宽度W2、厚度H2与所述铁素体珠光体钢板的长度L1、宽度W1、厚度H1满足：L1≥L2+500mm，W1≥W2+300mm，H1≥H2。如此，铁素体珠光体钢板尺寸大于塑料模具钢板的尺寸，使得塑料模具钢板的边部也能得到有效的堆垛回火，进一步保证组织和性能的均匀性。
进一步地，本实施方式中的所述加热工序，首先，如同前述第一实施方式、第二实施方式，同样的将钢坯送入加热炉中进行加热，并在均热段温度1210～1240℃中保温35～55min，该加热过程为第一次加热。而接下来，前述第一实施方式、第二实施方式在第一次加热结束并出炉之后即进入轧后冷却工序，而不同于此，本实施方式中则第一次加热结束并出炉之后，钢坯进行第二次加热，入炉温度≥700℃，均热段温度1140～1170℃。如此，通过进行二次加热并控制入炉温度和均热段温度，在减少能耗、避免氧化皮和氧化烧损的同时，进一步实现钢坯内的合金成分充分固溶及均匀化、改善偏析，为后续轧制中获取等轴晶粒组织以及细化再结晶晶粒奠定基础。
优选地，所述第一次加热中：将钢坯送入加热炉中以预热段、加热段和均热段的顺序进行加热，预热段温度为850～950℃，预热段停留时间≥60min，加热段温度为1100～1220℃。如此，控制钢坯升温速度，实现钢坯缓慢地、均匀地升温，以保证钢坯的表面质量，避免产生微裂纹。
再优选地，所述第一次加热在第一加热炉中进行，所述第二次加热则在第二加热炉中进行，也即所述第一次加热和所述第二次加热不在同一个加热炉中进行，如此，便于实现快速生产，简化工艺操作。
与现有技术相比，除了具有前述第一实施方式、第二实施方式所具有的有益效果之余，本实施方式所得塑料模具钢板的组织均匀性得到进一步优化，其屈服强度≥850MPa，抗拉强度≥1200MPa，表层和心部的强度波动≤80MPa，洛氏硬度为37～40.5HRC且洛氏硬度波动≤3.2HRC，V型夏比冲击功为15J且波动≤3J。
下面提供本发明的几个实施例来对本发明的技术方案进一步说明。
实施例1
本实施例中提供了一种钢板的生产方法。其中所用钢坯，可以按照以下化学成分进行炼钢、而后连铸得到。
所述化学成分以重量百分比计为：C 0.32～0.42％、Si 0.16～0.36％、Mn 1.00～2.00％、P≤0.015％、S≤0.005％、Cr 1.00～2.00％、Ni≤1.00％、Mo≤0.50％、V≤0.050％，Al 0.020～0.060％、Ti 0.010～0.050％、B≤0.0030％，其余为Fe和不可避免的杂质。
如此，本实施例中钢板的化学成分同样如上。基于钢坯的化学成分中C、Ni、Si、V、Mo的质量百分比含量[C]、[Ni]、[Si]、[V]、[Mo]，采用公式
Figure BDA0003142047110000121
计算得到Ac3为805℃；通过CCT曲线得到Bs为445℃、Bf为297℃。
所述生产方法中，采用连铸坯依序通过加热工序-轧制工序-轧后冷却工序-正火工序-正火后冷却工序制备得到钢板。
(1)加热工序：将连铸坯送入加热炉中进行加热，并在均热段温度1210～1240℃中保温35～55min。
(2)轧制工序：将所述加热工序所出的钢坯轧制成厚度160mm的钢板，终轧温度≥925℃。
(3)轧后冷却工序：将钢板在冷床上自然空冷至室温。
(4)正火工序：将所述轧后冷却工序中冷却完成的钢板进行正火处理，正火温度TN为865℃≤TN≤925℃。
(5)正火后冷却工序：将所述正火工序所出的钢板移至冷床上进行自然空冷，直至钢板的上表面温度冷至475℃；此时检测发现钢板的下表面温度为508℃，钢板上表面温度与下表面温度温差为33℃，开启10台风扇并通过风扇扰动钢板下方的空气，以控制钢板的上表面温度和下表面温度的差值减小至5℃以内，之后根据钢板的上表面温度和下表面温度，调整所开启的风扇数目以及风扇的风量，以使得钢板的上表面温度和下表面温度的差值维持在5℃以内，直至钢板的上表面温度冷至267℃；随后，钢板在冷床上自然空冷至室温。
对该实施例的钢板，按照GB/T 709-2019标准进行检测，其不平度为4mm/2m；取样检测，金相组织图参图1a和图1b所示，屈服强度为863MPa、抗拉强度为1225MPa，并且，心部的洛氏硬度为37.4HRC、表层的洛氏硬度为40.3HRC，心部的V型夏比冲击功为16.1J、表层的V型夏比冲击功为17.2J。可见，该实施例的钢板，板形、力学性能和组织均非常优异，满足各种塑料模具钢板的使用需求。
实施例2
本实施例中提供了一种钢板的生产方法。其中所用钢坯，与前述实施例1所用钢坯为同一炉制备而成，也即化学成分、Ac3、Bs和Bf与实施例1相同。
所述生产方法中，采用连铸坯依序通过加热工序-轧制工序-轧后冷却工序-正火工序-正火后冷却工序制备得到钢板。
(1)加热工序：将连铸坯送入加热炉中进行加热，并在均热段温度1210～1240℃中保温35～55min。
(2)轧制工序：将所述加热工序所出的钢坯轧制成厚度160mm的钢板，终轧温度≥925℃。
(3)轧后冷却工序：将终轧所出的钢板移至冷床上进行自然空冷，直至钢板的上表面温度冷至475℃；此时检测发现钢板的下表面温度为502℃，钢板上表面温度与下表面温度温差为27℃，开启7台风扇并通过风扇扰动钢板下方的空气，以控制钢板的上表面温度和下表面温度的差值减小至5℃以内，之后根据钢板的上表面温度和下表面温度，调整所开启的风扇数目以及风扇的风量，以使得钢板的上表面温度和下表面温度的差值维持在5℃以内，直至钢板的上表面温度冷至267℃；随后，钢板在冷床上自然空冷至室温。
(4)正火工序：将所述轧后冷却工序中冷却完成的钢板进行正火处理，正火温度TN为865℃≤TN≤925℃。
(5)正火后冷却工序：将所述正火工序所出的钢板移至冷床上进行自然空冷，直至钢板的上表面温度冷至475℃；此时检测发现钢板的下表面温度为498℃，钢板上表面温度与下表面温度温差为23℃，开启7台风扇并通过风扇扰动钢板下方的空气，以控制钢板的上表面温度和下表面温度的差值减小至5℃以内，之后根据钢板的上表面温度和下表面温度，调整所开启的风扇数目以及风扇的风量，以使得钢板的上表面温度和下表面温度的差值维持在5℃以内，直至钢板的上表面温度冷至267℃；随后，钢板在冷床上自然空冷至室温。
对该实施例的钢板，按照GB/T 709-2019标准进行检测，其不平度为2mm/2m；取样检测，屈服强度为857MPa、抗拉强度为1221MPa，并且，心部的洛氏硬度为37.3HRC、表层的洛氏硬度为40.1HRC，心部的V型夏比冲击功为16.4J、表层的V型夏比冲击功为17.3J。可见，该实施例的钢板，在力学性能和组织均匀性优异的同时，进一步改善了板形，满足各种塑料模具钢板的使用需求。
实施例3
本实施例中提供了一种钢板的生产方法。其中所用钢坯，与前述实施例1所用钢坯为同一炉制备而成，也即化学成分、Ac3、Bs和Bf与实施例1相同。
所述生产方法中，采用连铸坯依序通过加热工序-轧制工序-轧后冷却工序-正火工序-正火后冷却工序制备得到钢板。
(1)加热工序：将连铸坯送入第一加热炉中以预热段、加热段和均热段的顺序进行加热，预热段温度为850～950℃，预热段停留时间≥60min，加热段温度为1100～1220℃，均热段温度1210～1240℃，在均热段保温35～55min，出炉；而后，将连铸坯送入第二加热炉中进行第二次加热，入炉温度≥700℃，均热段温度1140～1170℃，在炉时间≥200min。
(2)轧制工序：将所述加热工序所出的钢坯轧制成厚度160mm的钢板，终轧温度≥925℃。
(3)轧后冷却工序：将钢板在冷床上自然空冷至室温。
(4)正火工序：将所述轧后冷却工序中冷却完成的钢板进行正火处理，正火温度TN为865℃≤TN≤925℃。
(5)正火后冷却工序：
将所述正火工序所出的钢板移至冷床上进行自然空冷，直至钢板的上表面温度冷至475℃；
此时检测发现钢板的下表面温度为499℃，钢板上表面温度与下表面温度温差为23℃，开启7台风扇并通过风扇扰动钢板下方的空气，以控制钢板的上表面温度和下表面温度的差值减小至5℃以内，之后根据钢板的上表面温度和下表面温度，调整所开启的风扇数目以及风扇的风量，以使得钢板的上表面温度和下表面温度的差值维持在5℃以内，直至钢板的上表面温度冷至267℃；
随后，将钢板与温度为450～550℃的铁素体珠光体钢板，按照——底层和顶层均为铁素体珠光体钢板、钢板和铁素体珠光体钢板逐层间隔层叠的方式，进行交叉堆垛，堆垛期间钢板自回火升温，直至钢板的温度重新冷至267℃；之后拆垛，钢板自然空冷至室温；
其中，钢板的长度L2、宽度W2、厚度H2与铁素体珠光体钢板的长度L1、宽度W1、厚度H1满足：L1≥L2+500mm，W1≥W2+300mm，H1≥H2。
对该实施例的钢板，按照GB/T 709-2019标准进行检测，其不平度为3mm/2m，板形优异；取样检测得到屈服强度为868MPa、抗拉强度为1234MPa，表层和心部强度差为56MPa，并且，心部的洛氏硬度为37.5HRC、表层的洛氏硬度为39.3HRC，心部的V型夏比冲击功为16.3J、表层的V型夏比冲击功为17.2J。可见，该实施例的钢板，板形、力学性能和组织均非常优异，且在前述实施例1基础上进一步提高了组织性能均匀性，满足各种塑料模具钢板的使用需求。
实施例4
本实施例中提供了一种钢板的生产方法。其中所用钢坯，与前述实施例1所用钢坯为同一炉制备而成，也即化学成分、Ac3、Bs和Bf与实施例1相同。
所述生产方法中，采用连铸坯依序通过加热工序-轧制工序-轧后冷却工序-正火工序-正火后冷却工序制备得到钢板。
(1)加热工序：将连铸坯送入第一加热炉中以预热段、加热段和均热段的顺序进行加热，预热段温度为850～950℃，预热段停留时间≥60min，加热段温度为1100～1220℃，均热段温度1210～1240℃，在均热段保温35～55min，出炉；而后，将连铸坯送入第二加热炉中进行第二次加热，入炉温度≥700℃，均热段温度1140～1170℃，在炉时间≥200min。
(2)轧制工序：将所述加热工序所出的钢坯轧制成厚度160mm的钢板，终轧温度≥925℃。
(3)轧后冷却工序：将终轧所出的钢板移至冷床上进行自然空冷，直至钢板的上表面温度冷至475℃；此时检测发现钢板的下表面温度为496℃，钢板上表面温度与下表面温度温差为21℃，开启7台风扇并通过风扇扰动钢板下方的空气，以控制钢板的上表面温度和下表面温度的差值减小至5℃以内，之后根据钢板的上表面温度和下表面温度，调整所开启的风扇数目以及风扇的风量，以使得钢板的上表面温度和下表面温度的差值维持在5℃以内，直至钢板的上表面温度冷至267℃；随后，钢板在冷床上自然空冷至室温。
(4)正火工序：将所述轧后冷却工序中冷却完成的钢板进行正火处理，正火温度TN为865℃≤TN≤925℃。
(5)正火后冷却工序：
将所述正火工序所出的钢板移至冷床上进行自然空冷，直至钢板的上表面温度冷至475℃；
此时检测发现钢板的下表面温度为491℃，钢板上表面温度与下表面温度温差为16℃，开启7台风扇并通过风扇扰动钢板下方的空气，以控制钢板的上表面温度和下表面温度的差值减小至5℃以内，之后根据钢板的上表面温度和下表面温度，调整所开启的风扇数目以及风扇的风量，以使得钢板的上表面温度和下表面温度的差值维持在5℃以内，直至钢板的上表面温度冷至267℃；
随后，将钢板与温度为450～550℃的铁素体珠光体钢板，按照——底层和顶层均为铁素体珠光体钢板、钢板和铁素体珠光体钢板逐层间隔层叠的方式，进行交叉堆垛，堆垛期间钢板自回火升温，直至钢板的温度重新冷至267℃；之后拆垛，钢板自然空冷至室温；
其中，钢板的长度L2、宽度W2、厚度H2与铁素体珠光体钢板的长度L1、宽度W1、厚度H1满足：L1≥L2+500mm，W1≥W2+300mm，H1≥H2。
对该实施例的钢板，按照GB/T 709-2019标准进行检测，其不平度为2mm/2m，板形优异；取样检测得到屈服强度为863MPa、抗拉强度为1242MPa，表层和心部强度差为60MPa，并且，心部的洛氏硬度为37.4HRC、表层的洛氏硬度为39.1HRC，心部的V型夏比冲击功为16.5J、表层的V型夏比冲击功为17.3J。可见，该实施例的钢板，板形、力学性能和组织均非常优异，且在前述实施例2基础上进一步提高了组织性能均匀性，满足各种塑料模具钢板的使用需求。
对比例1
本对比例中提供了一种钢板的生产方法。其中所用钢坯，与前述实施例1所用钢坯为同一炉制备而成，也即化学成分、Ac3与实施例1相同。
所述生产方法中，采用连铸坯依序通过加热工序-轧制工序-轧后冷却工序-正火工序-正火后冷却工序制备得到钢板。
(1)加热工序：将连铸坯送入加热炉中进行加热，并在均热段温度1210～1240℃中保温35～55min。
(2)轧制工序：将所述加热工序所出的钢坯轧制成厚度160mm的钢板，终轧温度≥925℃。
(3)轧后冷却工序：将钢板在冷床上自然空冷至室温。
(4)正火工序：将所述轧后冷却工序中冷却完成的钢板进行正火处理，正火温度TN为865℃≤TN≤925℃。
(5)正火后冷却工序：将所述正火工序所出的钢板移至冷床上进行自然空冷，直至室温。
对该对比例的钢板，按照GB/T 709-2019标准进行检测，其不平度为7mm/2m；取样检测，金相组织图参图2a和图2b所示，屈服强度为854MPa、抗拉强度为1238MPa，并且，心部的洛氏硬度为37.1HRC、表层的洛氏硬度为40.5HRC，心部的V型夏比冲击功为14.5J、表层的V型夏比冲击功为17.6J。可见，该对比例的钢板，板形较差、组织性能均匀性也较差。
结合实施例1～4和对比例1可见，本发明相较于现有技术具有以下有益效果：通过钢坯加热、轧制、轧后冷却、正火、正火后冷却的简单工艺路线即可制得板形良好的塑料模具钢板，并且还可以进一步改善组织性能均匀性，生产过程中轧制工序的工艺窗口大、简单宽松，整个生产过程工艺路线短、生产效率高、设备成本和能耗低，可广泛用于各种塑料模具钢板的制造。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，包括以下工序，
加热：将钢坯送入加热炉中进行加热，并在均热段温度1210～1240℃中保温35～55min；
轧制：将所述加热工序所出的钢坯轧制成钢板，终轧温度≥Ac3+120℃；
轧后冷却：将终轧所得钢板冷却至200℃以下；
正火：将所述轧后冷却工序中冷却完成的钢板进行正火处理，正火温度TN为Ac3+60℃≤TN≤Ac3+120℃；
正火后冷却：将所述正火工序所出的钢板移至冷床上自然空冷，直至钢板的上表面温度降低至T1，Bs+15℃≤T1≤Bs+35℃；而后，开启风扇并通过风扇扰动钢板下方的空气，以控制钢板的上表面温度和下表面温度的差值≤5℃，直至钢板的上表面温度降低至T2，Bf-50℃≤T2≤Bf-20℃；之后风扇保持关闭，将钢板继续冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所得钢板的不平度≤4mm/2m。
3.根据权利要求1所述的塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述正火后冷却工序中，风扇的吹风方向平行于钢板的下表面或者斜向下远离钢板的下表面。
4.根据权利要求1所述的塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述正火后冷却工序中，T1＝Bs+30℃，T2＝Bf-30℃。
5.根据权利要求1所述的塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述轧后冷却工序为：将终轧所得钢板在冷床上自然空冷至200℃以下；
或者，所述轧后冷却工序为：将终轧所得钢板移至冷床上自然空冷，直至钢板的上表面温度降低至T3，Bs+15℃≤T3≤Bs+35℃；而后，开启风扇并通过风扇扰动钢板下方的空气，以控制钢板的上表面温度和下表面温度的差值≤5℃，直至钢板的上表面温度降低至T4，Bf-50℃≤T4≤Bf-20℃；之后风扇保持关闭，将钢板继续冷却至200℃以下。
6.根据权利要求1所述的塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述正火后冷却工序中的步骤“将钢板继续冷却至室温”为：将钢板与温度为450～550℃的铁素体珠光体钢板进行交叉堆垛，堆垛期间钢板自回火，直至钢板的温度重新降低至T2；之后拆垛，自然空冷至室温；
其中，所述交叉堆垛为：底层和顶层均为铁素体珠光体钢板，且钢板和铁素体珠光体钢板逐层间隔层叠。
7.根据权利要求5所述的塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述钢板的长度L2、宽度W2、厚度H2与所述铁素体珠光体钢板的长度L1、宽度W1、厚度H1满足：L1≥L2+500mm，W1≥W2+300mm，H1≥H2。
8.根据权利要求1所述的塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，步骤“将钢坯送入加热炉中进行加热，并在均热段温度1210～1240℃中保温35～55min”作为第一次加热；所述加热工序中：第一次加热结束并出炉之后，将钢坯进行第二次加热，入炉温度≥700℃，均热段温度1140～1170℃。
9.根据权利要求8所述的塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述第一次加热中：将钢坯送入加热炉中以预热段、加热段和均热段的顺序进行加热，预热段温度为850～950℃，预热段停留时间≥60min，加热段温度为1100～1220℃。
10.根据权利要求6～9任一项所述的塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述钢坯的化学成分以重量百分比计为：C 0.32～0.42％、Si 0.16～0.36％、Mn 1.00～2.00％、P≤0.015％、S≤0.005％、Cr 1.00～2.00％、Ni≤1.00％、Mo≤0.50％、V≤0.050％，Al 0.020～0.060％、Ti 0.010～0.050％、B≤0.0030％，其余为Fe和不可避免的杂质；
所得钢板的屈服强度≥850MPa，抗拉强度≥1200MPa，洛氏硬度为37～41HRC且洛氏硬度波动≤3.5HRC，V型夏比冲击功≥15J且波动≤5J。
11.根据权利要求1所述的塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述轧制工序中，将钢坯轧制成厚度100～165mm的钢板。
12.一种塑料模具钢板，其特征在于，采用权利要求1所述的生产方法制备而成。
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