CN115852261B - 一种截面硬度均匀的镜面塑料模具钢及其制造方法 - Google Patents
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- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
本发明公开了一种截面硬度均匀的镜面塑料模具钢及其制造方法，所述镜面模具钢的的化学成分按质量分数为：C：0.35～0.45％、Si：0.40～0.60％、Mn：0.40～0.70％、Cr：6.50～8.00％、Ni：0.10～0.30％、Mo：0.50～0.70％、V：0.50～0.70％、Al：0.020～0.060％、P≤0.015％、S≤0.010％、O≤0.0015％、N：0.020～0.040％，所述制造方法包括电极坯制备、电极坯退火、电渣重熔、加热锻造、锻件退火、热处理等步骤。利用本发明制造的镜面塑料模具钢硬度高，淬透性好，镜面塑料模具钢全截面硬度稳定保持在49～52HRC，最大截面硬度差≤2HRC，硬度分布均匀，完全满足本领域对大截面镜面塑料模具钢硬度分布均匀性的高要求。
Description
技术领域
本发明属于塑料模具钢技术领域，具体涉及一种截面硬度均匀的镜面塑料模具钢及其制造方法。
背景技术
随着塑料工业的发展，对透明塑件和外观光亮件的需求迅速增加，镜面性能已成为评价塑料模具钢工艺性能的一项重要指标。高镜面模具要求材料必须具有高纯净度和高硬度均匀性，以保证其抛光性能满足塑料制品外观的高要求。此外，大型高表面质量塑料制品需求的不断增加要求模具越来越大型化，也增加了塑料模具钢的生产难度。
因此，不断提升塑料模具钢的机械性能、组织性能是本领域技术人员研究的和改进的重点方向，尽管现有技术中已在通过严格控制冶金工艺来提高钢质纯净度高、提升模具钢材的镜面性能方面做出了一定的探索，但是如何从化学成分设计、制造工艺等源头来有效提高纯净度和硬度均匀性，特别是大截面塑料模具钢对硬度分布均匀性，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供一种截面硬度均匀的镜面塑料模具钢及其制造方法。
本发明提供的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢制造方法包括如下步骤：
(一)电极坯制备：根据镜面模具钢目标产品的组分含量要求配比原料，进行电炉冶炼工序、LF精炼工序和VD处理工序，然后浇注成电极坯，其中，镜面模具钢目标产品的组分含量按质量分数为：C：0.35～0.45％、Si：0.40～0.60％、Mn：0.40～0.70％、Cr：6.50～8.00％、Ni：0.10～0.30％、Mo：0.50～0.70％、V：0.50～0.70％、Al：0.020～0.060％、P≤0.015％、S≤0.010％、O≤0.0015％、N：0.020～0.040％，其余为Fe和不可避免的杂质余量；
(二)电极坯退火：将电极坯在350～450℃预热2～3h，以80～100℃/h的速率升温至700～750℃后保温，保温时间基于电极坯的直径按照1.5～2.0min/mm计算，然后以≤40℃/h的速率将电极坯炉冷至200℃以下出炉；
(三)电渣重熔：将退火后的电极坯进行表面修磨处理后，采用CaF2、CaO和Al2O3三元渣系进行冶炼，冶炼过程加入脱氧剂，冶炼得到电渣锭；
(四)加热锻造：电渣锭热送装炉，在630～700℃保温2～3h后，在2～4h内升温到800～850℃，保温3～6h后，在4～6h内升温到1220～1260℃，保温15～20h后，将电渣锭出炉锻造为钢板，开锻温度控制为1100～1180℃，终锻温度控制为≥900℃；
(五)锻件退火：将钢板于300℃以下装炉，以60～80℃/h的速率升温至630～700℃后，保温2～3h，再以≤60℃/h的速率加热至850～900℃后，保温10～15h，保温结束后炉冷至400～500℃，出炉空冷；
(六)热处理：包括淬火工序和回火工序，在淬火工序中，将退火后的钢板以60～80℃/h的速率升温至850～900℃后保温5～8h，然后以60～80℃/h的速率升温至1010～1050℃后保温，保温时间基于钢板的厚度按照2～3min/mm计算，出炉水淬至室温，在回火工序中，将淬火后的钢板以≤60℃/h的速率加热到500～550℃后保温，保温时间基于钢板的厚度按照3～4min/mm计算，出炉空冷至室温。
进一步地，在上述截面硬度均匀的镜面塑料模具钢制造方法中，在电极坯制备步骤，电炉冶炼工序采用氧化法熔化冶炼工艺在偏心底出钢电炉进行，当电炉中钢水的C≤0.09％、P≤0.008％且温度≥1640℃时出钢送入LF炉，出钢时采用留钢留渣操作，出钢过程中加铝进行沉淀脱氧、加入造渣料造新渣；LF精炼工序包括：钢水到站后通氩气搅拌，精炼过程全程白渣，碱度R控制在3.2～4.5之间，采用硅钙粉进行扩散脱氧，白渣保持时间控制为≥20min，脱氧充分后进行成分微调，温度在1650～1670℃时出站吊包转至VD炉；VD处理工序包括：钢水到站后抽真空，炉内真空度控制到≤67Pa后保持20～30min，采用喂铝线方式进行铝合金化，采用氩气进行搅拌，氩气搅拌过程中保持渣面微动而不裸露钢水，成分搅拌均匀后，停止氩气吹入，改为底吹高纯氮气，以600NL/min的流量吹氮6～10min进行氮合金化，温度在1560～1580℃时出站，出站的钢水中[H]控制为≤1.0ppm。
进一步地，在上述截面硬度均匀的镜面塑料模具钢制造方法中，电炉冶炼工序中的造渣料包括硅铁、萤石、石灰。
进一步地，在上述截面硬度均匀的镜面塑料模具钢制造方法中，在电渣重熔步骤，CaF2、CaO和Al2O3三元渣系中CaF2、CaO和Al2O3的比例控制为6:2:2，脱氧剂为硅钙粉，提电流阶段后开始按照80～90g/5分钟加入硅钙粉，补缩阶段按照35～45g/5分钟加入硅钙粉。
进一步地，在上述截面硬度均匀的镜面塑料模具钢制造方法中，在加热锻造步骤，锻造采用“两墩两拔”方式进行，锻造比控制在5以上。
进一步地，在上述截面硬度均匀的镜面塑料模具钢制造方法中，在电极坯制备步骤中浇注得到的电极坯的直径控制为450mm，在电渣重熔步骤冶炼得到的电渣锭的直径控制为790mm或830mm，在加热锻造步骤锻造的钢板的厚度控制为150～300mm，在热处理步骤的回火工序，厚度为100～200mm的钢板的回火温度控制为530～550℃，厚度大于200mm的钢板的回火温度控制为510～540℃。
本发明提供的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢利用上述制造方法制造得到，所述镜面塑料模具钢的化学成分按质量分数为：C：0.35～0.45％、Si：0.40～0.60％、Mn：0.40～0.70％、Cr：6.50～8.00％、Ni：0.10～0.30％、Mo：0.50～0.70％、V：0.50～0.70％、Al：0.020～0.060％、P≤0.015％、S≤0.010％、O≤0.0015％、N：0.020～0.040％，其余为Fe和不可避免的杂质余量。
可选地，在上述截面硬度均匀的镜面塑料模具钢中，所述镜面塑料模具钢的化学成分按质量分数为：C：0.36％、Si：0.47％、Mn：0.53％、P：0.011％、S：0.002％、Cr：6.83％、Ni：0.16％、Mo：0.53％、V：0.54％、Al：0.043％、N：0.026％，其余为Fe和不可避免的杂质余量。
可选地，在上述截面硬度均匀的镜面塑料模具钢中，所述镜面塑料模具钢的化学成分按质量分数为：C：0.37％、Si：0.46％、Mn：0.52％、P：0.008％、S：0.002％、Cr：7.12％、Ni：0.21％、Mo：0.54％、V：0.56％、Al：0.051％、N：0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质余量。
可选地，在上述截面硬度均匀的镜面塑料模具钢中，所述镜面塑料模具钢的化学成分按质量分数为：C：0.36％、Si：0.51％、Mn：0.56％、P：0.009％、S：0.002％、Cr：7.30％、Ni：0.28％、Mo：0.56％、V：0.58％、Al：0.049％、N：0.028％，其余为Fe和不可避免的杂质余量。
本发明的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢及其制造方法具有如下优点和有益效果：
1、利用本发明制造的镜面塑料模具钢硬度高，淬透性好，镜面塑料模具钢全截面硬度稳定保持在49～52HRC，最大截面硬度差≤2HRC，硬度分布均匀，完全满足本领域对大截面镜面塑料模具钢硬度分布均匀性的高要求；
2、本发明的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢制造方法能够充分发挥微合金强化作用并控制均匀析出，消除白点、改善产品横向性能，细化晶粒、实现组织均匀化和致密性，从而满足模具钢镜面抛光要求，保证其耐腐蚀、耐磨等性能。经试验测定，利用本发明制造的镜面塑料模具钢探伤级别满足GB/T 6402-2008的4级要求，晶粒度≥8级，抛光性能优异，可抛光至10000#，抛光率高达95％，尤其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
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为利用本发明的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢制造方法制造的镜面塑料模具钢的全厚度硬度曲线检测结果示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的一个方面，本发明的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢制造方法包括如下步骤：
(一)电极坯制备：根据镜面模具钢目标产品的组分含量要求配比原料，进行电炉冶炼工序、LF精炼工序和VD处理工序，然后浇注成电极坯，其中，镜面模具钢目标产品的组分含量按质量分数为：C：0.35～0.45％、Si：0.40～0.60％、Mn：0.40～0.70％、Cr：6.50～8.00％、Ni：0.10～0.30％、Mo：0.50～0.70％、V：0.50～0.70％、Al：0.020～0.060％、P≤0.015％、S≤0.010％、O≤0.0015％、N：0.020～0.040％，其余为Fe和不可避免的杂质余量；
(二)电极坯退火：将电极坯在350～450℃预热2～3h，以80～100℃/h的速率升温至700～750℃后保温，保温时间基于电极坯的直径按照1.5～2.0min/mm计算，然后以≤40℃/h的速率将电极坯炉冷至200℃以下出炉；
(三)电渣重熔：将退火后的电极坯进行表面修磨处理后，采用CaF2、CaO和Al2O3三元渣系进行冶炼，冶炼过程加入脱氧剂，冶炼得到电渣锭；
(四)加热锻造：电渣锭热送装炉，在630～700℃保温2～3h后，在2～4h内升温到800～850℃，保温3～6h后，在4～6h内升温到1220～1260℃，保温15～20h后，将电渣锭出炉锻造为钢板，开锻温度控制为1100～1180℃，终锻温度控制为≥900℃；
(五)锻件退火：将钢板于300℃以下装炉，以60～80℃/h的速率升温至630～700℃后，保温2～3h，再以≤60℃/h的速率加热至850～900℃后，保温10～15h，保温结束后炉冷至400～500℃，出炉空冷；
(六)热处理：包括淬火工序和回火工序，在淬火工序中，将退火后的钢板以60～80℃/h的速率升温至850～900℃后保温5～8h，然后以60～80℃/h的速率升温至1010～1050℃后保温，保温时间基于钢板的厚度按照2～3min/mm计算，出炉水淬至室温，在回火工序中，将淬火后的钢板以≤60℃/h的速率加热到500～550℃后保温，保温时间基于钢板的厚度按照3～4min/mm计算，出炉空冷至室温。
在本发明的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢制造方法中，在电极坯制备步骤，电炉冶炼工序采用氧化法熔化冶炼工艺在偏心底出钢电炉进行，当电炉中钢水的C≤0.09％、P≤0.008％且温度≥1640℃时出钢送入LF炉，出钢时采用留钢留渣操作，出钢过程中加铝进行沉淀脱氧、加入造渣料造新渣；LF精炼工序包括：钢水到站后通氩气搅拌，精炼过程全程白渣，碱度R控制在3.2～4.5之间，采用硅钙粉进行扩散脱氧，白渣保持时间控制为≥20min，脱氧充分后进行成分微调，温度在1650～1670℃时出站吊包转至VD炉；VD处理工序包括：钢水到站后抽真空，炉内真空度控制到≤67Pa后保持20～30min，采用喂铝线方式进行铝合金化，采用氩气进行搅拌，氩气搅拌过程中保持渣面微动而不裸露钢水，成分搅拌均匀后，停止氩气吹入，改为底吹高纯氮气，以600NL/min的流量吹氮6～10min进行氮合金化，温度在1560～1580℃时出站，出站的钢水中[H]控制为≤1.0ppm。
进一步地，电炉冶炼工序中的造渣料包括硅铁、萤石、石灰。
在本发明的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢制造方法中，在电渣重熔步骤，CaF2、CaO和Al2O3三元渣系中CaF2、CaO和Al2O3的比例控制为6:2:2，脱氧剂为硅钙粉，提电流阶段后开始按照80～90g/5分钟加入硅钙粉，补缩阶段按照35～45g/5分钟加入硅钙粉。
在本发明的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢制造方法中，在加热锻造步骤，锻造采用“两墩两拔”方式进行，锻造比控制在5以上。
在本发明的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢制造方法中，在热处理步骤的回火工序，厚度为100～200mm的钢板的回火温度控制为530～550℃，厚度大于200mm的钢板的回火温度控制为510～540℃。
在本发明的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢制造方法中，在电极坯制备步骤中浇注得到的电极坯的直径控制为450mm，在电渣重熔步骤冶炼得到的电渣锭的直径控制为790mm或830mm，在加热锻造步骤锻造的钢板的厚度控制为150～300mm。
在本发明的另一个方面，本发明的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢利用上述制造方法制造得到，所述截面硬度均匀的镜面塑料模具钢的化学成分按质量分数为：C：0.35～0.45％、Si：0.40～0.60％、Mn：0.40～0.70％、Cr：6.50～8.00％、Ni：0.10～0.30％、Mo：0.50～0.70％、V：0.50～0.70％、Al：0.020～0.060％、P≤0.015％、S≤0.010％、O≤0.0015％、N：0.020～0.040％，其余为Fe和不可避免的杂质余量。
在本发明的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢及其制造方法中，镜面塑料模具钢的化学成分按照上述质量分数控制的原因在于：
C：能显著提高钢的硬度和淬透性，是最为经济的硬化元素，若碳含量过高，则会显著降低钢的塑性和韧性，并与铬和钼等结合形成碳化物，降低基体中的铬和钼，从而导致耐蚀性降低，本发明C含量控制在0.35～0.45％。
Si：在炼钢过程中作为脱氧剂；同时固溶于奥氏体中能够抑制珠光体的形成，促进贝氏体/马氏体相变，提高钢板强度，提高淬透性。但Si含量过多会增加铸坯和钢板出现裂纹的风险，本发明选择加入Si含量为0.40％～0.60％。
Mn：脱氧脱硫的有效元素，同时可以延迟高温铁素体相变发生，以提高钢材强度和淬透性，如果Mn含量过高，热加工性能将下降。本发明控制加入Mn含量为0.40％～0.70％。
Cr：钢中重要的耐蚀性元素。可以提高钢的强度和淬透性，但过高的Cr和Mn同时加入钢中，在轧钢过程中易形成表面裂纹，因此本发明Cr含量限定在6.50～8.00％。
Ni：具有极强的稳定奥氏体、扩大奥氏体的能力，能够提高钢的韧性，提高淬透性，我国镜面模具钢根据Ni含量分为含Ni型和无Ni型，本发明采用低Ni方案，Ni控制在0.10～0.30％
Mo：强碳化物元素，可以提高钢板淬透性，还可以增加钢材的回火抗力，与铬和锰元素复合使用，可以降低其导致的回火脆性。本发明Mo含量限定在0.50～0.70％。
V：钒与碳、氮有极强亲和力，与之形成相应的碳、氮化物，弥散分布，细化组织，降低钢的过热敏感性，增加回火稳定性。本发明V含量控制在0.50～0.70％。
Al：强脱氧元素，可与N结合形成AlN，能够起到细化晶粒作用，含量低于0.020wt.％，以上作用不明显。本发明钢中的Al含量控制在0.020～0.060％。
N：作为间隙元素，可以提高马氏体的硬度，此外，当钢中有V、Al等存在时，N会与它们形成碳氮化物，可以有效的抑制奥氏体晶粒长大。本发明钢N含量的控制范围为0.020～0.040％。
上述合金元素的效果在于：通过Cr、Ni、Mo等合金元素提高钢板淬透性及钢板强度，保证大厚度钢板芯部硬度，提高钢板回火稳定性，扩大钢板回火工艺窗口；V、Al与在钢中可形成碳氮化物，阻止晶粒长大，提高钢板性能均匀性；Si、Mn等元素利于轧后获得相对稳定的马氏体组织，使模块通体获得更高、更均匀的硬度值。
以下结合具体实施例，详细说明本发明的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢及其制造方法。
实施例1
本发明实施例1的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢的化学成分按质量分数为：C：0.36％、Si：0.47％、Mn：0.53％、P：0.011％、S：0.002％、Cr：6.83％、Ni：0.16％、Mo：0.53％、V：0.54％、Al：0.043％、N：0.026％，其余为Fe和不可避免的杂质余量。
本发明实施例1的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢制造方法包括以下步骤：
(一)电极坯制备
(1)配料：根据镜面模具钢目标产品的如下组分含量要求配比原料：C：0.36％、Si：0.47％、Mn：0.53％、P：0.011％、S：0.002％、Cr：6.83％、Ni：0.16％、Mo：0.53％、V：0.54％、Al：0.043％、N：0.026％，其余为Fe和不可避免的杂质余量；
(2)电炉冶炼：采用偏心底出钢电炉进行初次冶炼，当电炉中钢水的C含量为0.08％、P含量为0.007％且温度为1667℃时出钢，采用留钢留渣操作，出钢过程中加铝进行脱氧，并且出钢过程中加入硅铁、萤石、石灰造新渣；
(3)LF精炼：钢水到站后通氩气搅拌，精炼过程全程白渣，碱度控制在R＝3.2～4.5，采用硅钙粉进行扩散脱氧，白渣保持时间控制为24min，脱氧充分后进行成分微调，温度为1660℃时吊包转至VD炉；
(4)VD处理：钢水到站后抽真空，炉内真空度达到≤67Pa后保持25min，真空处理后取样分析，采用喂Al线方式进行Al合金化，采用氩气进行搅拌，氩气搅拌过程中保持渣面微动而不裸露钢水，成分搅拌均匀后，停止氩气吹入，改为底吹高纯氮气进行氮合金化，以600NL/min的流量吹氮9min，压力根据液面翻滚状态调整，温度为1570℃时出站，出站的钢水中[H]控制为0.6ppm，然后吊包浇注得到直径为450mm的电极坯；
(二)电极坯退火
将电极坯在400℃预热2h，然后以90℃/h的速率升温至740℃，保温680min，然后炉冷至180℃出炉；
(三)电渣重熔
将退火后的电极坯进行表面磨光处理，然后采用CaF2、CaO和Al2O3的比例为6:2:2的三元渣进行冶炼，冶炼过程加入硅钙粉，提电流阶段后开始按照90g/5分钟加入硅钙粉，补缩阶段按照40g/5分钟加入硅钙粉，冶炼得到直径为790mm的电渣锭；
(四)加热锻造
电渣锭热送装炉，在650℃保温3h，然后在3h内升温到830℃，保温5h，再在5h内升温到1250℃，保温16h出炉锻造，采用“两墩两拔”方式将电渣锭锻造为钢板，锻造比控制为6，开锻温度控制为1150℃，终锻温度控制为910℃，得到钢板规格为170×1010×6100mm；
(五)锻件退火
将钢板于300℃以下装炉，以70℃/h的速率升温至680℃保温3h，再以50℃/h的速率加热至870℃，保温13h，然后炉冷至430℃，再出炉空冷；
(六)热处理
淬火：将退火后的钢板以70℃/h的速率升温至880℃，保温4h，然后以70℃/h的速率升温至1020℃，保温6h，水淬火至室温；
回火：将淬火后的钢板以60℃/h的速率加热到530℃，保温10h，然后空冷至室温。
实施例2
本发明实施例2的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢的化学成分按质量分数为：C：0.37％、Si：0.46％、Mn：0.52％、P：0.008％、S：0.002％、Cr：7.12％、Ni：0.21％、Mo：0.54％、V：0.56％、Al：0.051％、N：0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质余量。
本发明实施例2的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢制造方法包括以下步骤：
(一)电极坯制备
(1)配料：根据镜面模具钢目标产品的如下组分含量要求配比原料：C：0.37％、Si：0.46％、Mn：0.52％、P：0.008％、S：0.002％、Cr：7.12％、Ni：0.21％、Mo：0.54％、V：0.56％、Al：0.051％、N：0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质余量；
(2)电炉冶炼：采用偏心底出钢电炉进行初次冶炼，当电炉中钢水的C含量为0.07％、P含量为0.007％且温度为1658℃时出钢，采用留钢留渣操作，出钢过程中加铝进行脱氧，并且出钢过程中加入硅铁、萤石、石灰造新渣；
(3)LF精炼：钢水到站后通氩气搅拌，精炼过程全程白渣，碱度控制在R＝3.2～4.5，采用硅钙粉进行扩散脱氧，白渣保持时间控制为26min，脱氧充分后进行成分微调，温度为1657℃时吊包转至VD炉；
(4)VD处理：钢水到站后抽真空，炉内真空度达到≤67Pa后保持24min，真空处理后取样分析，采用喂Al线方式进行Al合金化，采用氩气进行搅拌，氩气搅拌过程中保持渣面微动而不裸露钢水，成分搅拌均匀后，停止氩气吹入，改为底吹高纯氮气进行氮合金化，以600NL/min的流量吹氮10min，压力根据液面翻滚状态调整，温度为1575℃时出站，出站的钢水中[H]控制为0.7ppm，然后吊包浇注得到直径为450mm的电极坯；
(二)电极坯退火
将电极坯在400℃预热2h，然后以90℃/h的速率升温至750℃，保温730min，然后炉冷至150℃出炉；
(三)电渣重熔
将退火后的电极坯进行表面磨光处理，然后采用CaF2、CaO和Al2O3的比例为6:2:2的三元渣进行冶炼，冶炼过程加入硅钙粉，提电流阶段后开始按照85g/5分钟加入硅钙粉，补缩阶段按照35g/5分钟加入硅钙粉，冶炼得到直径为830mm的电渣锭；
(四)加热锻造
电渣锭热送装炉，在650℃保温3h，然后在3h内升温到830℃，保温5h，再在5h内升温到1250℃，保温16h出炉锻造，采用“两墩两拔”方式将电渣锭锻造为钢板，锻造比控制为6.2，开锻温度控制为1170℃，终锻温度控制为920℃，得到钢板规格为230×1010×4400mm；
(五)锻件退火
将钢板于300℃以下装炉，以70℃/h的速率升温至680℃保温3h，再以50℃/h的速率加热至880℃，保温13h，然后炉冷至450℃，再出炉空冷；
(六)热处理
淬火：将退火后的钢板以70℃/h的速率升温至880℃，保温4h，然后以70℃/h的速率升温至1020℃，保温9h，水淬火至室温；
回火：将淬火后的钢板以60℃/h的速率加热到530℃，保温14h，然后空冷至室温。
实施例3
本发明实施例3的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢的化学成分按质量分数为：C：0.36％、Si：0.51％、Mn：0.56％、P：0.009％、S：0.002％、Cr：7.30％、Ni：0.28％、Mo：0.56％、V：0.58％、Al：0.049％、N：0.028％，其余为Fe和不可避免的杂质余量。
本发明实施例3的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢制造方法包括以下步骤：
(一)电极坯制备
(1)配料：根据镜面模具钢目标产品的如下组分含量要求配比原料：C：0.36％、Si：0.51％、Mn：0.56％、P：0.009％、S：0.002％、Cr：7.30％、Ni：0.28％、Mo：0.56％、V：0.58％、Al：0.049％、N：0.028％，其余为Fe和不可避免的杂质余量；
(2)电炉冶炼：采用偏心底出钢电炉进行初次冶炼，当电炉中钢水的C含量为0.08％、P含量为0.009％且温度为1658℃时出钢，采用留钢留渣操作，出钢过程中加铝进行脱氧，并且出钢过程中加入硅铁、萤石、石灰造新渣；
(3)LF精炼：钢水到站后通氩气搅拌，精炼过程全程白渣，碱度控制在R＝3.2～4.5，采用硅钙粉进行扩散脱氧，白渣保持时间控制为25min，脱氧充分后进行成分微调，温度为1662℃时吊包转至VD炉；
(4)VD处理：钢水到站后抽真空，炉内真空度达到≤67Pa后保持25min，真空处理后取样分析，采用喂Al线方式进行Al合金化，采用氩气进行搅拌，氩气搅拌过程中保持渣面微动而不裸露钢水，成分搅拌均匀后，停止氩气吹入，改为底吹高纯氮气进行氮合金化，以600NL/min的流量吹氮10min，压力根据液面翻滚状态调整，温度为1572℃时出站，出站的钢水中[H]控制为0.6ppm，然后吊包浇注得到直径为450mm的电极坯；
(二)电极坯退火
将电极坯在400℃预热2h，然后以90℃/h的速率升温至750℃，保温740min，然后炉冷至152℃出炉；
(三)电渣重熔
将退火后的电极坯进行表面磨光处理，然后采用CaF2、CaO和Al2O3的比例为6:2:2的三元渣进行冶炼，冶炼过程加入硅钙粉，提电流阶段后开始按照85g/5分钟加入硅钙粉，补缩阶段按照35g/5分钟加入硅钙粉，冶炼得到直径为830mm的电渣锭；
(四)加热锻造
电渣锭热送装炉，在650℃保温3h，然后在3h内升温到830℃，保温5h，再在5h内升温到1250℃，保温17h出炉锻造，采用“两墩两拔”方式将电渣锭锻造为钢板，锻造比控制为6.1，开锻温度控制为1173℃，终锻温度控制为910℃，得到钢板规格为260×1010×4400mm；
(五)锻件退火
将钢板于300℃以下装炉，以70℃/h的速率升温至680℃保温3h，再以50℃/h的速率加热至880℃，保温14h，然后炉冷至450℃，再出炉空冷；
(六)热处理
淬火：将退火后的钢板以70℃/h的速率升温至880℃，保温4h，然后以70℃/h的速率升温至1030℃，保温10h，水淬火至室温；
回火：将淬火后的钢板以60℃/h的速率加热到530℃，保温15h，然后空冷至室温。
将利用本发明的上述三个实施例制造的镜面塑料模具钢产品进行探伤检测，探伤级别满足GB/T6402-2008的4级要求，并且对镜面塑料模具钢产品进行全厚度硬度检测，镜面塑料模具钢的全厚度硬度曲线检测结果参见图1，镜面塑料模具钢产品的表面硬度、芯部硬度以及最大截面硬度差如表1所示。
表1镜面塑料模具钢产品硬度检测结果
| 产品厚度/mm | 表面硬度(HRC) | 芯部硬度(HRC) | 最大截面硬度差(HRC) | |
| 实施例1 | 170 | 51.5 | 50 | 1.5 |
| 实施例2 | 230 | 50.7 | 49.1 | 1.6 |
| 实施例3 | 260 | 51 | 49.2 | 1.8 |
显然，利用本发明的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢制造方法制造得到的镜面塑料模具钢的全截面硬度稳定保持在49～52HRC(洛氏硬度)，最大截面硬度差≤2HRC。
综上所述，与现有技术相比，本发明的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢及其制造方法具有如下优点和有益效果：
1、利用本发明制造的镜面塑料模具钢硬度高，淬透性好，镜面塑料模具钢全截面硬度稳定保持在49～52HRC，最大截面硬度差≤2HRC，硬度分布均匀，完全满足本领域对大截面镜面塑料模具钢硬度分布均匀性的高要求；
2、本发明的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢制造方法能够充分发挥微合金强化作用并控制均匀析出，消除白点、改善产品横向性能，细化晶粒、实现组织均匀化和致密性，从而满足模具钢镜面抛光要求，保证其耐腐蚀、耐磨等性能。经试验测定，利用本发明制造的镜面塑料模具钢探伤级别满足GB/T 6402-2008的4级要求，晶粒度≥8级，抛光性能优异，可抛光至10000#，抛光率高达95％，尤其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。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。
还需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的范围。
Claims (7)
1.一种截面硬度均匀的镜面塑料模具钢制造方法，其特征在于，通过所述镜面塑料模具钢制造方法制备的镜面塑料模具钢全截面硬度稳定保持在49～52HRC，最大截面硬度差≤2HRC，晶粒度≥8级，可抛光至10000#，所述镜面塑料模具钢制造方法包括如下步骤：
(一)电极坯制备：根据镜面模具钢目标产品的组分含量要求配比原料，进行电炉冶炼工序、LF精炼工序和VD处理工序，然后浇注成电极坯，其中，镜面模具钢目标产品的组分含量按质量分数为：C：0.35～0.45％、Si：0.40～0.60％、Mn：0.40～0.70％、Cr：6.50～8.00％、Ni：0.10～0.30％、Mo：0.50～0.70％、V：0.50～0.70％、Al：0.020～0.060％、P≤0.015％、S≤0.010％、O≤0.0015％、N：0.020～0.040％，其余为Fe和不可避免的杂质余量；
(二)电极坯退火：将电极坯在350～450℃预热2～3h，以80～100℃/h的速率升温至700～750℃后保温，保温时间基于电极坯的直径按照1.5～2.0min/mm计算，然后以≤40℃/h的速率将电极坯炉冷至200℃以下出炉；
(三)电渣重熔：将退火后的电极坯进行表面修磨处理后，采用CaF2、CaO和Al2O3三元渣系进行冶炼，冶炼过程加入脱氧剂，冶炼得到电渣锭；
(四)加热锻造：电渣锭热送装炉，在630～700℃保温2～3h后，在2～4h内升温到800～850℃，保温3～6h后，在4～6h内升温到1220～1260℃，保温15～20h后，将电渣锭出炉锻造为钢板，开锻温度控制为1100～1180℃，终锻温度控制为≥900℃；
(五)锻件退火：将钢板于300℃以下装炉，以60～80℃/h的速率升温至630～700℃后，保温2～3h，再以≤60℃/h的速率加热至850～900℃后，保温10～15h，保温结束后炉冷至400～500℃，出炉空冷；
(六)热处理：包括淬火工序和回火工序，在淬火工序中，将退火后的钢板以60～80℃/h的速率升温至850～900℃后保温5～8h，然后以60～80℃/h的速率升温至1010～1050℃后保温，保温时间基于钢板的厚度按照2～3min/mm计算，出炉水淬至室温，在回火工序中，将淬火后的钢板以≤60℃/h的速率加热到500～550℃后保温，保温时间基于钢板的厚度按照3～4min/mm计算，出炉空冷至室温；
在电极坯制备步骤，电炉冶炼工序采用氧化法熔化冶炼工艺在偏心底出钢电炉进行，当电炉中钢水的C≤0.09％、P≤0.008％且温度≥1640℃时出钢送入LF炉，出钢时采用留钢留渣操作，出钢过程中加铝进行沉淀脱氧、加入造渣料造新渣；LF精炼工序包括：钢水到站后通氩气搅拌，精炼过程全程白渣，碱度R控制在3.2～4.5之间，采用硅钙粉进行扩散脱氧，白渣保持时间控制为≥20min，脱氧充分后进行成分微调，温度在1650～1670℃时出站吊包转至VD炉；VD处理工序包括：钢水到站后抽真空，炉内真空度控制到≤67Pa后保持20～30min，采用喂铝线方式进行铝合金化，采用氩气进行搅拌，氩气搅拌过程中保持渣面微动而不裸露钢水，成分搅拌均匀后，停止氩气吹入，改为底吹高纯氮气，以600NL/min的流量吹氮6～10min进行氮合金化，温度在1560～1580℃时出站，出站的钢水中[H]控制为≤1.0ppm；
在电渣重熔步骤，CaF2、CaO和Al2O3三元渣系中CaF2、CaO和Al2O3的比例控制为6:2:2，脱氧剂为硅钙粉，提电流阶段后开始按照80～90g/5分钟加入硅钙粉，补缩阶段按照35～45g/5分钟加入硅钙粉；
在加热锻造步骤，锻造采用“两墩两拔”方式进行，锻造比控制在5以上。
2.根据权利要求1所述的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢制造方法，其特征在于，电炉冶炼工序中的造渣料包括硅铁、萤石、石灰。
3.根据权利要求1所述的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢制造方法，其特征在于，在电极坯制备步骤中浇注得到的电极坯的直径控制为450mm，在电渣重熔步骤冶炼得到的电渣锭的直径控制为790mm或830mm，在加热锻造步骤锻造的钢板的厚度控制为150～300mm，在热处理步骤的回火工序，厚度为100～200mm的钢板的回火温度控制为530～550℃，厚度大于200mm的钢板的回火温度控制为510～540℃。
4.一种截面硬度均匀的镜面塑料模具钢，所述镜面塑料模具钢利用如权利要求1至3中任一项所述的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢制造方法制造得到，所述镜面塑料模具钢的化学成分按质量分数为：C：0.35～0.45％、Si：0.40～0.60％、Mn：0.40～0.70％、Cr：6.50～8.00％、Ni：0.10～0.30％、Mo：0.50～0.70％、V：0.50～0.70％、Al：0.020～0.060％、P≤0.015％、S≤0.010％、O≤0.0015％、N：0.020～0.040％，其余为Fe和不可避免的杂质余量。
5.根据权利要求4所述的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢，其特征在于，所述镜面塑料模具钢的化学成分按质量分数为：C：0.36％、Si：0.47％、Mn：0.53％、P：0.011％、S：0.002％、Cr：6.83％、Ni：0.16％、Mo：0.53％、V：0.54％、Al：0.043％、N：0.026％，其余为Fe和不可避免的杂质余量。
6.根据权利要求4所述的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢，其特征在于，所述镜面塑料模具钢的化学成分按质量分数为：C：0.37％、Si：0.46％、Mn：0.52％、P：0.008％、S：0.002％、Cr：7.12％、Ni：0.21％、Mo：0.54％、V：0.56％、Al：0.051％、N：0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质余量。
7.根据权利要求4所述的截面硬度均匀的镜面塑料模具钢，其特征在于，所述镜面塑料模具钢的化学成分按质量分数为：C：0.36％、Si：0.51％、Mn：0.56％、P：0.009％、S：0.002％、Cr：7.30％、Ni：0.28％、Mo：0.56％、V：0.58％、Al：0.049％、N：0.028％，其余为Fe和不可避免的杂质余量。
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